Регуляция каталитической активности ферментов ассоциацией/диссоциацией протомеров.

Протеинкиназы- группа ферментов, катализирующих перенос остатка фосфорнойкислоты с АТФ на специфические ОН-группы аминокислотных (серин, треонин,тирозин или гетероциклической аминогруппы гистидина) остатков белков (вызывают фосфорилирование белков). Механизмы активации различных протеинкиназнеодинаковы. (Геномчеловека содержит около пятисотгеновпротеинкиназ, которые составляют около двух процентов всех генов. Протеинкиназы регулируютклеточныйцикл, рост и дифференцировку клеток,апоптоз. Нарушения работы протеинкиназ приводят к различнымпатологиям, в том числе, к возникновению некоторых

видоврака.Для лечения опухолей такойэтиологииразрабатывают лекарства,ингибирующие специфические протеинкиназы).

Протеинкиназа А(цАМФ-зависимая)состоитиз4субъединиц 2типов:2 регуляторных (R)и2каталитических(С).Такойтетрамернеобладаеткаталитической активностью. Регуляторные субъединицы имеют участки связываниядляциклического3',5'-АМФ(цАМФ),по2накаждуюсубъединицу.Присоединение4 молекулцАМФк2регуляторнымсубъединицамприводиткизменениюконформации регуляторных протомеровикдиссоциациитетрамерногокомплекса,приэтом высвобождаются 2 активные каталитические субъединицы. Такоймеханизм регуляции обратим. Отщеплениемолекул цАМФ от регуляторных субъединиц приведёткассоциациирегуляторныхикаталитическихсубъединицПротеинкиназыА с образованием неактивного комплекса.

Регуляция активности аденилатциклазы.Гормон (Г), взаимодействуя с рецептором (R) на поверхности клеток, приводит к уменьшению сродства ГТФ- связывающего белка (G-белка, состоящего из протомеров α, β, γ) к ГТФ и увеличению сродства к ГТФ. Присоединение молекулы ГТФ к активному центру G-белкавызывает диссоциациюкомплексанасубъединицыα-ГТФидимерβγ.

^{Комплекс}α-ГТФактивируетаденилатциклазу,чтоспособствуетсинтезуизАТФвнутриклеточных регуляторных молекулцАМФ.АЦ -аденилатциклаза,ПКА-^{протеинкиназа А, Р}i^{- Н}3^РО4^.

Регуляция каталитической активности ферментов путёмфосфорилирования/дефосфорилирования

• Вбиологических системах часто встречаетсямеханизм регуляции активностиферментовспомощьюковалентноймодификацииаминокислотныхостатков.Быстрый иширокораспространённый способ

химической модификации ферментов -фосфорилирование/дефосфорилирование (ОН-группы фермента): фосфорилированиеосуществляется ферментамипротеинкиназами,дефосфорилирование-

фосфопротеинфосфатазами. Присоединение остатка фосфорной кислотыприводит к изменению конформации активного центра и его каталитической активности.Результат: одни ферменты при

фосфорилированииактивируются, другие, напротив, становятсяменееактивными.

• Изменениеактивностифермента,вызванное

фосфорилированием, обратимо.Отщепление остатка фосфорной кислотыосуществляется ферментами фосфопротеинфосфатазами. Активность протеинкиназ ифосфопротеинфосфатазрегулируется гормонами,что позволяетбыстро изменять активностьключевых

ферментовметаболическихпутейвзависимостиотусловийвнешнейсреды. Антагонистичныепофункциигормоныпротивоположнымобразомвлияютна фосфо-рилирование/дефосфорилирование ферментов, вызывая противоположные эффекты изменения метаболизма клетки.

• Например,поддействиемглюкагона(в периодмеждуприёмамипищи)в клеткахпроисходитуменьшениесинтезаэнергетического материала-жира, гликогенаи усиление его распада(мобилизация),вызванного фосфорилированиемключевых ферментов этих процессов.Апод действиеминсулина (во время пищеварения), наоборот, активируется синтез гликогена иингибируетсяегораспад,таккаквзаимодействиеинсулинас рецептором активируетсигнальныйпуть,приводящийкдефосфорилированиютех же ключевых ферментов.

Регуляция активности ферментовфосфорилированием/дефосфорилированием.

Регуляция каталитической активности ферментов частичным (ограниченным) протеолизом

• Некоторые ферменты, функционирующие вне клеток (в ЖКТ или в плазме крови),синтезируются в виде неактивных предшественников и активируются только в результате гидролизаодной или нескольких определённых пептидных связей, что приводит к отщеплению части белковой молекулы предшественника. В результате в оставшейся части белковоймолекулыпроисходит конформационная перестройка и формируется активный центр фермента.

• Трипсиноген,синтезируемыйвподжелудочнойжелезе,припищеварениипопротокам поджелудочной железы поступает в двенадцатиперстную кишку, гдеиактивируетсяпутёмчастичногопротеолизаподдействиемфермента кишечника энтеропептидазы.Врезультатеотщеплениягексапептидас N- конца формируетсяактивныйцентрвоставшейсячасти молекулы.Трипсин относятксемейству"сериновых" протеаз-активныйцентрфермента содержит функционально важный остаток Сер.

• Частичный протеолиз - пример регуляции, когда активность фермента изменяется необратимо. Такие ферменты функционируют, как правило, в течение короткого времени, определяемого временем жизни белковой молекулы. Частичный протеолиз лежит в основе активации протеолитических ферментов, белков свёртывающей системы крови и фибринолиза, белковсистемы комплемента, а также пептидных гормонов.

Интенсивность протеканиябиохимическихпроцессов определяетсяфункционированием ферментных систем клетки.

Регуляциядеятельностиферментногоаппаратаклеткиосуществляется изменением каталитической активностиферментов -быстрый механизм регуляции,или

изменениемконцентрацииферментов-медленныймеханизмрегуляции.

Различаютследующиеуровни регуляциибиохимическихпроцессовчерезферментные системы клетки:

1. Низший- изменение каталитической активности ферментов вследствие измененияфакторовсреды: концентрация субстрата, концентрация кофакторов,

концентрация продуктов реакции, рН среды, температура, присутствие ингибиторовили активаторов.

2. Изменениекаталитическойактивностирегуляторныхферментов.

3. Изменениеинтенсивностисинтезаферментовподвлияниемметаболитов(в основном у прокариота).

4. Высший- изменение функционирования ферментного аппарата клетки под влияниемгормонов, которые или сами проникают в клетку, в ядро (стероидные и тиреоидные гормоны), или действуют на наружные рецепторы клетки (белково- пептидные гормоны и катехоламины).

Естьпатологии,прикоторыхферменты неработают

Вслучае,еслиферментнеможетвыполнятьсвоюфункцию,говорят обэнзимопатологии(энзимопатии).

Энзимопатологии(энзимопатии) – состояния, связанные с патологическим увеличением или снижением активности ферментов. Наиболее частовстречается снижение ихактивности с нарушениемсоответствующихметаболическихпроцессов.Приэнзимопатологииклиническое значение может иметь

• накоплениесубстрата реакции, например: фенилаланина прифенилкетонурии, свободногобилирубинаприфизиологическихжелтухахноворожденных,некоторыхжировпри болезнях лизосомального накопления (липидозы),

• недостатокпродукта,например:меланинаприальбинизме,катехоламинов припаркинсонизме,

• обеособенностиодновременно,какпригликогенозах,сопровождающихсягипогликемией приизбытке гликогена в печени.

Похарактерунарушениявыделяютпервичныеивторичныеэнзимопатии.

Первичные(наследственные)энзимопатиисвязанысгенетическимдефектоминаследственнымснижениемактивности.Например,фенилкетонуриясвязанас

дефектомфенилаланин-4-монооксигеназы,котораяпревращаетфенилаланинвтирозин.В результате накапливаются аномальные метаболиты фенилаланина, оказывающие сильный токсический эффект. Заболеваниеподаграсвязано с дефектом ферментов метаболизма пуриновых оснований и накоплением мочевой кислоты.

Кромеуказанных,примеромпервичныхэнзимопатийявляютсягалактоземия, недостаточностьлактазыисахаразы, различныелипидозыигликогенозы.

Вторичные(приобретенные) энзимопатиивозникают какследствие заболеванийорганов, вирусныхинфекцийит.п.,чтоприводиткнарушениюсинтезаферментаилиусловийегоработы, например,гипераммониемияпри заболеванияхпечени, при которыхухудшаетсясинтезмочевиныи в крови накапливаетсяаммиак.Другим примером может служить недостаточность ферментовжелудочно-кишечного трактапри заболеванияхжелудка, поджелудочной железы или желчного пузыря.

Недостатоквитаминовиихкоферментныхформтакжеявляетсяпричинойприобретенныхферментопатий.

Энзимотерапия-

Применениеферментоввкачествелекарственныхсредств-

имеетмногоограниченийвследствиеихвысокойиммуногениости.Темнеменее энзимотерапию активно развиваютвследующих направлениях:

• заместительнаятерапия-использованиеферментоввслучаеихнедостаточности;

• элементыкомплекснойтерапии-применениеферментоввсочетаниисдругойтерапией.

• Заместительная энзимотерапия эффективна при желудочно-кишечныхзаболеваниях, связанных снедостаточностью секреции пищеварительныхсоков. Например,пепсиниспользуют при ахилии, гипо- и анацидныхгастритах.Дефицит панкреатических ферментовтакже в значительной степени может быть компенсирован приёмом внутрь препаратов, содержащих основные ферменты поджелудочной железы (фестал, энзистал,мезим-фортеи др.).

• В качестве дополнительных терапевтических средств ферменты используют при ряде заболеваний. Протеолитическиеферменты -трипсин,химотрипсин- применяют при местном воздействии дляобработки гнойныхрансцельюрасщеплениябелковпогибших клеток,дляудалениясгустков кровииливязкихсекретовпривоспалительныхзаболеваниях дыхательных путей.

• Ферментные препаратырибонуклеазу и дезоксирибонуклеазуиспользуют в качествепротивовирусных препаратовпри лечении аденовирусных конъюнктивитов, герпетических кератитов.

• Ферментные препараты стали широко применятьпри тромбозах и тромбоэмболиях. С этой целью используют препаратыфибринолизина, стрептолиазы, стрептодеказы, урокиназы.

• Ферментгиалуронидазу (лидазу), катализирующий расщепление гиалуроновойкислоты,используютподкожно ивнутримышечно длярассасывания контрактур рубцов после ожогов и

операций(гиалуроноваякислотаобразуетсшивкивсоединительнойткани).

• Ферментные препараты используют прионкологическихзаболеваниях.Аспарагиназа, катализирующая реакцию катаболизмааспарагина, нашла применение для лечения лейкозов:

• 

• Предпосылкой антилейкемического действия аспарагиназыпослужилообнаружение в лейкозных клетках дефектного фермента аспарагинсинтетазы,катализирующего реакцию синтеза аспарагина.

Лейкозныеклеткинемогутсинтезироватьаспарагиниполучаютегоизплазмы крови.Еслиимеющийсявплазмеаспарагинразрушатьвведениемаспарагиназы,то влейкозныхклеткахнаступитдефицитаспарагинаиврезультате -нарушение метаболизма клетки.

Естьмножествоотдельныхточечныхпримеровпримененияферментоввмедицинской практике, например, уреазаудаляет (расщепляет) мочевину ваппарате искусственная почка.

Применяютсяпрепараты,влияющиенаферменты.Интерфероны-ингибиторы размножениявирусов.Этонебольшиебелки,тормозящиебиосинтезбелкавклеткеиактивурующиеРНКазу(расщепляетРНК).Этоведеткгибеликлетки,норадижизнидругихклеток.Интерфероныдействуютчерезпромежуточныефакторыотповерхностного клеточного доядра,активируюпромежуточнуюпротеинкиназу.

Применение ингибиторов ферментов: холинэстеразы(физостигмин, прозерин) приводят к накоплению нейромедиатора ацетилхолина в синапсах и показаны при миастении, двигательных и чувствительных нарушениях при невритах, радикулитах, психогенной импотенции.

Вещества – комплексообразователи: взаимодействуют с ионами металлов, лишая фермент активного центра или важного для функционированиякофактора.

Гормонывлияютнаактивностьферментов.

Витаминыиихпроизводныевлияютнаактивностьферментов.

Гемосорбция– методика, позволяющая удалять из крови пациента токсическиепродукты вне организма.

Способыопределенияактивностиферментов:

• поубыли(исчезновению)субстрата,

• понакоплениюпродукта,

• повыделениюгазообразныхпродуктов,

• поизменениюцветарастворов,

• повыходуферментанетольковкровь,ноизмитохондрий,лизосомит.д.

Специфичностьферментовкопределеннымсубстратамшироконашла применение в настоящеевремяв лабораторной диагностике.

• многие лабораторные методы основаны на взаимодействии добавляемого извне фермента с определяемым соединением. В результате возникаетспецифичный продукт реакции, после определения содержания последнегосудят о концентрации искомого вещества

(глюкозооксидазный,холестеролоксидазныйметоды),

• иммуноферментныеметоды, основанныена образовании тройного комплексафермент-антиген-антитело.Определяемоевеществонеявляется субстратомфермента,ноявляетсяантигеном.Ферментможетприсоединять этотантигенвблизиотактивногоцентра.Есливсредеестьантиген,топри добавленииантители формированиитройногокомплекса активность фермента изменяется. Активность фермента измеряют любым способом.

Особенностивыделенияферментов

Ферменты-этобелки,ихможновыделить,восновном,изизживыхобъектов: дрожжей,растений,животныхиличеловеческихтканейипищеварительныхсоков. Классическийспособвыделения-фистулаПавлова(трубка,выведеннаянаружудля полученияферментов пищеварения).Особенности выделения

ферментов:мягкоеразрушениеклеточныхмембран,всеработыпроводятсяприохлаждении,приучастиибуферныхрастворов(чтобынеизменятьрН),чистый фермент обычно сохраняют в лиофилизованном (высушенном) виде.

Новыеподходыкприменениюферментов

Ограничеваетприменениеферментов их нестабильность,недолгаяжизнь,антигенные свойства,трудность доставкик тканям.

Создания иммобилизованныхтерапевтическихферментов.Еслифермент предназначендлядлительнойциркуляциивкровотокеилиегоприсутствие необходимо в различных органах, целесообразно создавать водорастворимые стабилизированные ферменты, обладающие повышенной стойкостью противразличныхденатурирующихвоздействийфизиологическихмеханизмовинактивациииувеличеннымвременемциркуляцииворганизме.Кэтойжекатегорииотносятсяи искусственныеклетки,наполненныеферментами,вчастностимикрокапсулы, липосомы, «тени»

эритроцитов.Используютсяиммобилизованные(присоединенные)ферменты:трипсина, а-химотрипсина, стрептокиназы с полисахаридами, полимерами и сополимерами винилового ряда, что приводит к получению производных,более стабильных по отношению к тепловой инактивации, автолизуихарактеризующихсяослаблениемсродства(отнесколькихраздо

10⁴раз)илинеполнымингибированиемприроднымиингибиторами.Крометого, антигенные, иммуногенные и аллергенныесвойствапротеиназ, особенно микробногопроисхождения(стрептокиназы),модифицированныхрастворимыми полимерами, гораздо меньшевыражены, чем унативных. В результатемодифицированныерастворимыми полимерами протеазысохраняют высокуюактивность in vivo.

Описанаиммобилизацияферментовнаприродномбелкеколлагене,нафибрине, лишенномантигенныхсвойствпредварительнымпрогреванием,на сывороточномальбуминечеловека.Дляиммобилизациипротеолитических ферментов и особенно ферментов, предназначенных для тромболитической терапии, предложено использоватьгепарин.

Биологическоеокисление

1. Катаболизм и анаболизм. Общая схема обмена веществ и энергии в организме человека. Специфические и общие пути катаболизма.

Метаболизмпредставляетсобойвысококоординированнуюицеленаправленнуюклеточную активность, обеспеченную участием многих взаимосвязанных ферментативных систем, и включает два неразрывных процессаанаболизмикатаболизм.

Онвыполняеттриспециализированныефункции:

1. Энергетическая–снабжениеклеткихимическойэнергией,

2. Пластическая–синтезмакромолекулкак строительныхблоков,

3. Специфическая–синтезираспадбиомолекул,необходимыхдлявыполнения специфических клеточных функций.

Анаболизм

Анаболизм–этобиосинтезбелков,полисахаридов,липидов,нуклеиновыхкислотидругих макромолекул из малых молекул-предшественников. Поскольку он сопровождается усложнением структуры, то требует затрат энергии. Источникомтакой энергииявляется энергияАТФ.

ЦиклНАДФ-НАДФН

Также длябиосинтеза некоторыхвеществ (жирные кислоты, холестерол) требуются богатые энергиейатомыводорода–ихисточникомявляетсяНАДФН.МолекулыНАДФНобразуютсяв реакциях окисления глюкозо-6-фосфата впентозосфатном путиили декарбоксилирования яблочной кислоты малик-ферментом. В реакциях анаболизма НАДФН передает свои атомы

водороданасинтетическиереакциииокисляетсядоНАДФ.ТакформируетсяНАДФ-НАДФН-

цикл.

Катаболизм

Катаболизм – расщепление и окисление сложных органическихмолекул до более простыхконечныхпродуктов. Оно сопровождаетсявысвобождением энергии,заключеннойв сложнойструктуре веществ. Большая часть высвобожденной энергии рассеивается в виде тепла.

Меньшаячастьэтойэнергии"перехватывается"коферментамиокислительных реакцийНАДиФАД, некоторая часть сразу используется для синтезаАТФ.

Атомыводорода, высвобождаемыевреакцияхокислениявеществ,в основномиспользуются клеткой по двум направлениям:

• наанаболическиереакциивсоставеНАДФН(например,синтезжирныхкислотихолестерина),

• ^{наобразованиеАТФвмитохондрияхприокисленииНАДНиФАДН}2^.

Необходимо заметить, что молекулы НАДФН могут идти не только на реакции анаболизма. Например, они активно привлекаются к реакциямантиоксидантной защитыдля нейтрализации свободных радикалов, а в фагоцитирующих клетках, наоборот, требуются длясинтезасупероксид анион-радикала, используются для нейтрализации аммиака в реакциисинтезаглутаматав реакции восстановительного аминирования и в ряде других процессов.

Веськатаболизмусловноподразделяетсянатриэтапа,включающие реакцииобщихиспецифическихпутей.

Первыйэтап

Происходитвкишечнике(перевариваниепищи)иливлизосомах(самообновлениеклеток)при расщеплении уже ненужныхили лишнихмолекул.При этом освобождается около 1%энергии, заключенной в молекуле. Она рассеивается в виде тепла.

Второйэтап

Вещества,образованныепривнутриклеточномгидролизеилипроникающиевклеткуизкрови,на втором этапе обычно превращаются

• впировиноградную кислоту(моносахаридывгликолизе),

• вацетил-SKoA,впируватидругиекетокислоты(вкатаболизмеаминокислот),

• вацетил-SКоА(приβ-окислениижирныхкислот).

Локализациявторогоэтапа–цитозольимитохондрии.Наэтомэтапевыделяетсяоколо30% энергии,заключеннойвмолекуле,иприэтомзапасаетсяоколо13%отвсейэнергиивещества (или примерно 43% от выделенной на этом этапе энергии).

Схемаобщихиспецифичныхпутейкатаболизма (более подробная схема представленаздесь)

Подспецифичными путямикатаболизма понимают реакции, осуществляемые специфичными ферментами в специфичных, для разных классов веществ, реакциях1 и 2 этапов. После того, какэтипроцессызакончатся,образуютсяпируватиацетил-SКоА(восновном)иначинаютсяобщиепутипревращений.Подразумевается,чтонезависимоотисточника происхождения пирувата и ацетил-SKoA (из аминокислот, жирных кислот или моносахаридов) онипопадаютвобщий путькатаболизма– 3этап биологическогоокисления.

Третийэтап

Всереакцииэтогоэтапаидутвмитохондриях.Ацетил-SКоА(икетокислоты)включаетсяв реакциициклатрикарбоновыхкислот,где углеродывеществ окисляются до углекислого газа.Выделенные атомыводородасоединяютсясНАД иФАД,восстанавливают ихи после этого НАДН и ФАДН2переносят водород в цепь ферментовдыхательной цепи, расположеннуюна внутренней мембране митохондрий. Сюдаже отдают свои атомы

водородамолекулыНАДНиФАДН2,образованныенавторомэтапе(гликолиз,окислениежирных кислот и аминокислот). Втретьем этапе выделяется до 70% всей энергии вещества. Из этого количестваусваиваетсяпочтидветрети (66%),чтосоставляет около46%отобщей. Таким образом,из 100% энергии окисляемоймолекулы клетказапасает больше половины –59%.

Соотношениевыделеннойизапасеннойэнергии при биологическом окислении

Навнутреннеймембранемитохондрийврезультатепроцессаподназванием"окислительное фосфорилирование"образуетсяводаиглавныйпродукт биологическогоокисления–АТФ.

РольАтф

Энергия, высвобождаемая в реакцияхкатаболизма, запасается в виде связей, называемыхмакроэргическими.Основнойиуниверсальноймолекулой,котораязапасает энергию и при необходимости отдает ее, являетсяАТФ.

ВсемолекулыАТФвклеткенепрерывноучаствуютвкаких-либореакциях,постоянно расщепляются до АДФ и вновь регенерируют.

СуществуеттриосновныхспособаиспользованияАТФ:

• биосинтезвеществ,

• транспортвеществчерезмембраны,

• изменениеформыклеткииеедвижение.

ЭтипроцессывкупеспроцессомобразованияАТФполучилиназваниеАТФ-цикл:

КругооборотАТФвжизниклетки

2. Окислительное декарбоксилирование пирувата. Строение пируватдегидрогеназного комплекса. Стадии окислительного декарбоксилирования пирувата. Регуляция пируватдегидрогеназногокомплекса.

Пируватокисляетсядоуксуснойкислоты

Пировинограднаякислота(ПВК,пируват)являетсяпродуктомокисленияглюкозыинекоторых аминокислот. Ее судьба различна в зависимости от доступности кислорода в клетке.

Ванаэробныхусловияхонавосстанавливаетсядомолочнойкислоты.Ваэробныхусловиях пируват симпортомс ионамиН⁺,движущимися по протонномуградиенту, проникает в митохондрии.Здесьпроисходитегопревращениедоуксуснойкислоты,переносчикомкоторой служит коэнзим А.

Пируватдегидрогеназныймульферментныйкомплекс

Суммарноеуравнениеотражаетокислительноедекарбоксилированиепирувата,восстановление НАД до НАДН и образование ацетил-SKoA.

СуммарноеуравнениеокисленияпировинограднойкислотыПревращение состоит изпятипоследовательных реакций,

осуществляетсямультиферментным комплексом, прикрепленным к внутренней митохондриальноймембранесостороныматрикса.Всоставекомплексанасчитывают 3 фермента и 5 коферментов:

• Пируватдегидрогеназа(Е1,ПВК-дегидрогеназа),еекоферментом являетсятиаминдифосфат(ТДФ),катализирует 1-юреакцию.

• Дигидролипоат-ацетилтрансфераза(Е2),ее коферментом являетсялипоевая кислота,катализирует 2-ю и 3-ю реакции.

• Дигидролипоат-дегидрогеназа(Е3),кофермент–ФАД,катализирует4-юи5-юреакции.

Помимоуказанныхкоферментов,которыепрочносвязаныссоответствующимиферментами,в работе комплекса принимают участиекоэнзим АиНАД.

Суть первых трех реакций сводится к декарбоксилированию пирувата (катализируется пируватдегидрогеназой,Е1),окислениюполученногогидроксиэтиладоацетилаипереносу ацетила на коэнзим А (катализируется дигидролипоат-ацетилтрансферазой, Е2).

Реакции синтезаацетил-SКоА

Оставшиеся2реакциинеобходимыдлявозвращениялипоевойкислоты иФАДвокисленное состояние(катализируютсядигидролипоат-дегидрогеназой, Е3). Приэтом образуется НАДН.

РеакцииобразованияНАДН

Регуляцияпируватдегидрогеназногокомплекса

РегулируемымферментомПВК-дегидрогеназногокомплексаявляетсяпервыйфермент–

пируватдегидрогеназа(Е1).Двавспомогательныхфермента–

киназаифосфатазаобеспечиваютрегуляциюактивности пируватдегидрогеназыпутемеефосфорилированияидефосфорилирования.

ВспомогательныйферменткиназаактивируетсяприизбыткеконечногопродуктабиологическогоокисленияАТФипродуктов ПВК-дегидрогеназногокомплекса–НАДНиацетил-S-КоА. Активнаякиназа фосфорилирует пируватдегидрогеназу,инактивируя ее, в результате первая реакция процесса останавливается.

Ферментфосфатаза,активируясьионамикальцияилиинсулином,отщепляетфосфати активирует пируватдегидрогеназу.

Регуляцияактивностипируватдегидрогеназы

Таким образом, работа пируватдегидрогеназы подавляется приизбыткев митохондрии (в клетке)ацетил-SКоАиНАДН,чтопозволяетснизитьокислениепируватаи,следовательно, глюкозы в случае когда энергии достаточно.

ЕслиАТФ малоили имеется влияниеинсулина, то образуется ацетил-SКоА. Последний в зависимостиотусловийбудетнаправлятьсялибовциклтрикарбоновыхкислотсобразованием энергии АТФ, либо на синтезхолестеринаижирных кислот.

Окислениеацетатадаетмногоэнергии

Образующийся в ПВК-дегидрогеназной реакции ацетил-SКоА далее вступает вциклтрикарбоновыхкислот(ЦТК,цикллимоннойкислоты, циклКребса).Кромепирувата,в циклвовлекаютсякетокислоты, поступающие изкатаболизмааминокислотили каких-либо иныхвеществ.

Циклтрикарбоновыхкислот

Циклпротекаетвматриксемитохондрийипредставляетсобойокислениемолекулыацетил- SКоАв восьми последовательных реакциях.

В первой реакциисвязываютсяацетилиоксалоацетат(щавелевоуксусная кислота) с образованиемцитрата(лимоннойкислоты),далеепроисходитизомеризациялимоннойкислоты доизоцитратаи две реакции дегидрирования с сопутствующим выделением СО2и восстановлением НАД.

В пятой реакции образуется ГТФ, это реакциясубстратного фосфорилирования. Далее последовательнопроисходитФАД-зависимоедегидрированиесукцината(янтарнойкислоты), гидратацияфумаровойкислоты домалата(яблочная кислота), далее НАД-

зависимоедегидрированиесобразованиемоксалоацетата.

Витогепослевосьмиреакцийциклавновьобразуетсяоксалоацетат.

Последниетриреакциисоставляюттакназываемыйбиохимическиймотив(ФАД-зависимоедегидрирование,гидратацияиНАД-зависимоедегидрирование,ониспользуетсядлявведения

кетогруппывструктурусукцината.Этотмотивтакжеприсутствуетвреакцияхβ-окисления

жирных кислот. В обратной последовательности (восстановление,дегидратация ивосстановление) этот мотив наблюдается в реакцияхсинтеза жирных кислот.

Реакциициклатрикарбоновыхкислот

ФункцииЦТК

1. Энергетическая

• генерацияатомовводородадляработыдыхательнойцепи,аименнотрехмолекул НАДН и одной молекулы ФАДН2,

• синтезодноймолекулыГТФ(эквивалентнаАТФ).

2. Анаболическая.ВЦТКобразуются

• предшественник гема–сукцинил-SКоА,

• кетокислоты,способныепревращатьсяваминокислоты–α-кетоглутаратдля глутаминовой кислоты,оксалоацетатдля аспарагиновой,

• лимоннаякислота,используемаядлясинтезажирныхкислот,

• оксалоацетат,используемыйдлясинтезаглюкозы.

АнаболическиереакцииЦТК

Регуляцияциклатрикарбоновыхкислот

Аллостерическаярегуляция

Ферменты,катализирующие1-ю,3-юи4-юреакцииЦТК,являютсячувствительными каллостерической регуляцииметаболитами:

	Ингибиторы	Активаторы
Цитратсинтаза	АТФ, цитрат, НАДН,ацил-SКоА
Изоцитрат-дегидрогеназа	АТФ,НАДН	АМФ,АДФ
α-Кетоглутарат-дегидрогеназа	Сукцинил-SКоА,НАДН

Регуляциядоступностьюоксалоацетата

ГлавнымиосновнымрегуляторомЦТКявляетсяоксалоацетат,аточнееегодоступность. Наличие оксалоацетата вовлекает в ЦТК ацетил-SКоА и запускает процесс.

Обычновклеткеимеетсябалансмеждуобразованиемацетил-SКоА(изглюкозы,жирныхкислот или аминокислот) и количеством оксалоацетата. Источником оксалоацетата являются

1. Пировинограднаякислота,образуемаяизглюкозыили аланина,

Синтезоксалоацетатаизпирувата

Регуляцияактивностиферментапируваткарбоксилазыосуществляетсяприучастииацетил- SКоА.Онявляетсяаллостерическимактиваторомфермента,ибезнегопируваткарбоксилаза

практическинеактивна.Когдаацетил-SКоАнакапливается,тоферментначинаетработатьи образуется оксалоацетат, но, естественно, только при наличии пирувата.

2. ПолучениеизаспарагиновойкислотыврезультатетрансаминированияилиизциклаАМФ-ИМФ,

3. Поступление изфруктовых кислотсамогоцикла(янтарной, α-кетоглутаровой, яблочной,лимонной),образуемых при катаболизме аминокислот или в других процессах.

Большинствоаминокислотприсвоемкатаболизмеспособны превращатьсявметаболитыЦТК, которые далее идут в оксалоацетат, чемтакже поддерживается активность цикла.

ПополнениепуламетаболитовЦТКизаминокислот

Реакции пополнения цикла новыми метаболитами (оксалоацетат, цитрат,α-кетоглутарат и т.п) называютсяанаплеротическими.

Рольоксалоацетатавметаболизме

Примеромсущественнойролиоксалоацетатаслужитактивациясинтезакетоновых

теликетоацидозплазмыкровипринедостаточномколичествеоксалоацетатавпечени.Такое состояниенаблюдаетсяпридекомпенсацииинсулинзависимогосахарногодиабета(СД1типа)и при длительном голодании. При указанныхнарушенияхв печени активирован

процессглюконеогенеза,т.е.образованияглюкозыизоксалоацетатаидругихметаболитов,что влечет за собой снижение количества оксалоацетата. Одновременная активация окисления жирныхкислот и накопление ацетил-SКоАзапускает резервный путь утилизации ацетильной группы –синтез кетоновых тел.В организмеприэтом развивается закислениекрови (кетоацидоз)с характернойклиническойкартиной:слабость,головнаяболь,сонливость, снижение мышечного тонуса, температуры тела и артериального давления.

ИзменениескоростиреакцийЦТКипричинынакоплениякетоновыхтелпринекоторыхсостояниях

Описанныйспособрегуляцииприучастииоксалоацетатаявляетсяиллюстрациейккрасивой

формулировке "Жиры сгорают в пламени углеводов". В ней подразумевается, что "пламень сгорания"глюкозыприводиткпоявлениюпирувата,апируватпревращаетсянетольковацетил- SКоА,ноивоксалоацетат.Наличиеоксалоацетатагарантируетвключение ацетильнойгруппы, образуемой изжирных кислотв виде ацетил-SКоА, в первую реакцию ЦТК.

В случае масштабного "сгорания" жирных кислот, которое наблюдается в мышцахприфизическойработеивпечениприголодании,скоростьпоступленияацетил-SКоАв реакции ЦТКбудетнапрямуюзависеть отколичестваоксалоацетата(илиокисленнойглюкозы). Есликоличествооксалоацетатавгепатоцитенедостаточно(нетглюкозы илионанеокисляется до пирувата), то ацетильная группа будет уходить на синтезкетоновых тел. Такое происходит придлительном голоданииисахарном диабете 1 типа.

4. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О МАКРОЭРГИЧЕСКИХ СУБСТРАТАХ. КЛАССИФИКАЦИЯ МАКРОЭРГОВ. МАКРОЭРГИЧНОСТЬ АТФ. АТФ – УНИВЕРСАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ВАЛЮТАКЛЕТКИ.ПУТИСИНТЕЗААТФ:СУБСТРАТНОЕИ ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ. ПРИМЕРЫ РЕАКЦИЙ СУБСТРАТНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ.

ДлячегообразуютсявосстановленныеНАДиФАД?

МолекулыНАДНиФАДН2,образуемыевреакцияхокисленияуглеводов,жирныхкислот,спиртов и аминокислот, далее поступают в митохондрии, где ферментамидыхательной

цепиосуществляетсяпроцессокислительногофосфорилирования.

Окислительноефосфорилирование

Окислительноефосфорилирование–этомногоэтапныйпроцесс,происходящий

вовнутренней мембране митохондрийи заключающийся в окислении восстановленных эквивалентов(НАДНиФАДН2)ферментамидыхательнойцепиисопровождающийсясинтезомАТФ.

Впервые механизм окислительного фосфорилирования был предложен Питером Митчеллом. Согласноэтойгипотезепереносэлектронов,происходящийвовнутреннеймитохондриальной мембране, вызываетвыкачивание ионов Н^{+из матрикса митохондрий в межмембранное пространство. Это создает}градиент концентрации ионов Н^+междуцитозолем и замкнутым внутримитохондриальным пространством. Ионы водорода способны возвращаться в матрикс митохондрий через специальный фермент, образующий АТФ –АТФ-синтазу.

Говоря более правильно, в норме ионы водорода могут возвращаться в матрикс также при помощи UCP-белков (разобщающие белки), что позволяет регулировать работу дыхательной цепи и производить тепло. Или ионы Н+ идут внутрь симпортом с другими веществами, способствуя ихтранспорту. Но это уже совсем другая история. :-)

Посовременным представлениямвнутренняямитохондриальнаямембранасодержитряд мультиферментных комплексов, включающих множество ферментов. Эти ферменты

называютдыхательнымиферментами,апоследовательностьихрасположениявмембране–

дыхательнойцепьюилиэлектрон-транспортнойцепью(англ.electrontransportchain).

Принципработыдыхательнойцепи

Вцеломработадыхательнойцепизаключаетсявследующем:

1. Образующиесяв реакцияхкатаболизмаНАДН иФАДН2передаютатомы водорода(т.е. протоны водорода и электроны) на ферменты дыхательной цепи.

2. Электроныдвижутсяпоферментамдыхательнойцепиитеряютэнергию.

3. ЭтаэнергияиспользуетсянавыкачиваниепротоновН^+изматриксавмежмембранноепространство.

4. Вконцедыхательнойцепиэлектроныпопадаютнакислородивосстанавливаютегодоводы.

5. ПротоныН^{+стремятся}обратновматриксипроходятчерезАТФ-синтазу.

6. Приэтомонитеряютэнергию,котораяиспользуетсядлясинтезаАТФ.

Общаясхемаокислительногофосфорилирования

Таким образом, восстановленные формы НАД и ФАДокисляютсяферментами дыхательной цепи. Благодаря этому происходит присоединение фосфата к АДФ, т.е.фосфорилирование. Поэтомувесь процесс целиком получил названиеокислительное фосфорилирование.

Дыхательнаяцепьвключаетмножествобелков-переносчиков

Всегоцепьпереносаэлектронов(англ.electrontransportchain)включаетвсебяразнообразные белки, которые организованы в 4 больших мембраносвязанных мульферментных комплекса.

Такжесуществуетещеодинкомплекс,участвующийневпереносеэлектронов,асинтезирующийАТФ.

Блок-схемадыхательнойцепи

Строение ферментативных комплексов дыхательной цепи

1. Комплекс.Надн-КоQ-оксидоредуктаза

ЭтоткомплекстакжеимеетрабочееназваниеНАДН-дегидрогеназа,содержитФМН,42 белковыхмолекулы, из них не менее 6 железосерных белков.

Функция

1. ПринимаетэлектроныотНАДНипередаетихнакоэнзимQ(убихинон).

2. Переносит4ионаН^+нанаружнуюповерхностьвнутреннеймитохондриальноймембраны.

2. Комплекс.Фад-зависимыедегидрогеназы

Данныйкомплекс кактаковойнесуществует, его выделение условно.К нему относятсяФАД- зависимые ферменты,расположенные на внутреннеймембране – например,ацил-SКоА- дегидрогеназа(β-окислениежирныхкислот),сукцинатдегидрогеназа(циклтрикарбоновыхкислот), митохондриальнаяглицерол-3-фосфат-дегидрогеназа(челночный механизмпереносаатомов водорода).

Функция

1. ВосстановлениеФАДвокислительно-восстановительныхреакциях.

2. ОбеспечениепередачиэлектроновотФАДН2нажелезосерныебелкивнутренней мембраны митохондрий.Далее эти электроны попадают накоэнзим Q(убихинон).

3. Комплекс.КоQ-цитохромc-оксидоредуктаза

По другомуданный комплекс называетсяцитохром с редуктаза.В его составе имеются молекулыцитохромаbицитохромаc1,железо-серныебелки.Комплекспредставляетсобой2 мономера, в каждом из которыхнасчитывается 11 полипептидных цепей.

Функция

1. ПринимаетэлектроныоткоэнзимаQипередаетихнацитохромс.

2. Переносит2ионаН^+нанаружнуюповерхностьвнутреннеймитохондриальноймембраны.

Имеются разногласия по поводу количества переносимых ионов H⁺при участии 3-го и 4-го комплексов. По одним данным, третий комплекс переносит 2 иона H⁺и четвертый комплекс переносит 4 иона H⁺. По другим авторам, наоборот, третий комплекс переносит 4 иона H+и четвертый комплекс переносит 2 иона H+.

4. Комплекс.Цитохромс-кислород-оксидоредуктаза

Вэтом комплексенаходятсяцитохромыаиа3, он называетсятакжецитохромоксидаза, состоитиз13субъединиц.Вкомплексеимеютсяионымеди,соединенныесбелкамикомплекса через HS-группы цистеина, и формирующие центры, подобные тем, что имеются в железо- серныхбелках.

Функция

1. Принимаетэлектроныотцитохромасипередаетихнакислородсобразованиемводы.

2. Переносит4ионаН^+нанаружнуюповерхностьвнутреннеймитохондриальноймембраны.

5. Комплекс

Пятыйкомплекс–этоферментАТФ-синтаза,состоящийизмножествабелковыхцепей, подразделенных на две большие группы:

• однагруппаформируетсубъединицуFО(произноситсясозвуком"о",ане"ноль"

т.колигомицин-чувствительная) –еефункцияканалообразующая,понейвыкачанныенаружупротоны водорода устремляются в матрикс.

• другаягруппаобразуетсубъединицуF1–еефункциякаталитическая,именноона, используя энергию протонов, синтезирует АТФ.

МеханизмработыАТФ-синтазыполучилназваниевращательныйкатализ.

Упрощенно считают, что для синтеза 1 молекулы АТФ необходимо прохождение через АТФ- синтазу приблизительно 3-х ионов Н⁺, и еще один ион H⁺используется для транспорта неорганическогофосфатавматриксмитохондрииидляантипортаАДФ(вмитохондрию)↔АТФ (в цитозоль).Таким образом,для получения одноймолекулы АТФ из АДФ требуется 4 иона Н⁺.

Посколькуприпрохожденииодной парыэлектронов повсейдыхательной цепивыкачивается10 ионов Н⁺, тоокисление одного моляНАДН+Н^{+приведет к образованию 2,5 молей}АТФ.

Ингибиторыокислительногофосфорилирования

ИнгибиторыблокируютVкомплекс:

• Олигомицин—блокируютпротонныеканалыАТФ-синтазы.

• Атрактинозид,циклофиллин—блокируюттранслоказы.

Разобщителиокислительногофосфорилирования

Разобщители— липофильные вещества, которые способны принимать протоны ипереносить их через внутреннюю мембрану митохондрий минуя V комплекс(его протонный канал). Разобщители:

• Естественные— продукты перекисного окисления липидов, жирных кислот с длинной цепью; большие дозы тиреоидных гормонов.

• Искусственные—динитрофенол,эфир,производныевитаминаК,анестетики.

• Работа дыхательных ферментов регулируется с помощью эффекта, который получил названиедыхательный контроль.

  • Дыхательныйконтроль

• Дыхательный контроль– это прямоеингибирующеевлияние электрохимического градиента на скорость движения электронов по дыхательной цепи (т.е. на величину дыхания). В свою очередь, величина градиента напрямую зависит отсоотношения АТФ / АДФ, количественная сумма которых в клетке примерно постоянна ([АТФ] + [АДФ] = const). Реакции катаболизма направлены на поддержание постоянно высокого уровня АТФ и низкого АДФ.



• Зависимость величины электрохимического градиента и скорости движения электронов

• Возрастаниепротонного градиента возникает при снижении количества АДФ и накоплении АТФ (состояние покоя), т.е. когдаАТФ-синтаза лишена своего субстрата иионы Н⁺не проникают в матрикс митохондрии. При этом ингибирующее влияние градиентаусиливаетсяипродвижениеэлектроновпоцепизамедляется. Ферментные комплексы остаются в восстановленном состоянии. Следствием является уменьшениеокисленияНАДНиФАДН₂наIиIIкомплексах,ингибированиеферментов ЦТК и пируват-дегидрогеназы под влиянием НАДН изамедление катаболизмав клетке.

• Снижениепротонного градиента возникает при исчерпании резервов АТФ и избытке АДФ , т.е.при работе клетки. В этом случаеактивно работает АТФ-синтаза и черезканал F_опроходят в матрикс ионы Н⁺.

• При этом протонный градиент, естественно, снижается, подавление движения электронов не происходит и поэтому величина потока электронов по цепи возрастает.В результате повышается выкачивание ионов Н⁺в межмембранное пространство и снова их быстрое "проваливание" через АТФ-синтазу внутрь митохондрий с синтезом АТФ. Ферментные комплексы I и II усиливают окисление НАДН и ФАДН₂(какисточниковэлектронов) иснимаетсяингибирующеевлияниеНАДНнацикл лимонной кислоты и пируватдегидрогеназный комплекс. Как итог –активируются реакции катаболизмауглеводов и жиров.

Дыхательныйконтроль–этопрямоеингибирующеевлияниеэлектрохимического градиентанаскоростьдвиженияэлектроновподыхательнойцепи(т.е.навеличину дыхания).Всвоюочередь,величинаградиентанапрямуюзависитотсоотношенияАТФ/АДФ

МЕХАНИЗМ:

Возрастаниепротонного градиента возникает при снижении количества АДФ и накопленииАТФ (состояние покоя), т.е. когдаАТФ-синтаза лишена своего субстрата и ионы Н⁺непроникаютвматриксмитохондрии.Приэтомингибирующеевлияниеградиента усиливается ипродвижение электронов по цепи замедляется. Ферментные комплексы остаютсяввосстановленномсостоянии.СледствиемявляетсяуменьшениеокисленияНАДН и ФАДН₂на I и II комплексах, ингибирование ферментов ЦТК и пируват-дегидрогеназы под влиянием НАДН изамедление катаболизмав клетке.

СнижениепротонногоградиентавозникаетприисчерпаниирезервовАТФиизбыткеАДФ,

т.е.приработеклетки.Вэтомслучаеактивно работает АТФ-синтаза ичерез каналF_опроходятв матрикс ионы Н⁺.

При этом протонный градиент снижается, величина потока электронов по цепи возрастает. В результате повышается выкачивание ионов Н⁺в межмембранное пространство и снова их быстрое "проваливание" через АТФ-синтазу внутрь митохондрий с синтезом АТФ.Ферментные комплексы I и II усиливают окисление НАДН и ФАДН₂(как источников электронов) иснимается ингибирующеевлияниеНАДНнацикллимоннойкислотыипируватдегидрогеназный комплекс. Как итог –активируются реакции катаболизмауглеводов и жиров.

Итог:количествоАТФостаетсянапрежнемуровне.

Вклеткечастоможетсоздаватьсяситуация,когдареакцииокислительного фосфорилирования идут с определенными вариациями. Эти вариации могут являться следствиемнарушенийв организме илифизиологическойреакцией.

Разобщениеокисленияифосфорилирования

Разъединение (разобщение) процессов окисления и фосфорилирования осуществляют вещества, называемыеразобщители. Они снижают величину электрохимического градиента, что приводит к уменьшению синтеза АТФ, несмотря на увеличение скорости движения электронов по дыхательной цепи и возрастание катаболизма.

К разобщителям в первую очередь относят "протонофоры" – молекулы, переносящие ионы водорода из межмембранного пространства в матрикс митохондрии. При этом одновременно уменьшаются оба компонента электрохимического градиента –электрическийихимический, и энергия градиента не используется для синтеза АТФ, арассеивается в виде тепла. Следствием эффекта протонофоров является возрастание катаболизма жиров иуглеводов в клетке.

Классическимэкспериментальнымпротонофором являетсядинитрофенол, жирорастворимое соединение, присоединяющий ионы водорода на внешней поверхности внутренней митохондриальной мембраны и отдающий их на внутренней

поверхности.Физиологическимипротонофорами являются особые разобщающие белки, в частноститермогенин.

Кромединитрофенолаитермогенинапротонофорами,кпримеру,

являютсясалицилаты,дикумарол,жирныекислоты,непрямойбилирубин,трийодтиронин.

Бураяжироваяткань

ПрифосфорилированииАТФ-синтазойАДФдоАТФиспользуетсяневсяэнергияпротонного градиента, лишь его часть тратится на совершение работы (синтез АТФ), а другая часть рассеивается в виде тепла.

Особые клетки организма умеют увеличивать долю рассеиваемой тепловой энергии – это клеткибуройжировойткани.Вотличиеотбелыхжировыхклетокбурыеадипоцитысодержат большое количество митохондрий,которые ипридают им буро-красный цвет. Во внутренней мембране митохондрий этихклеток имеется белоктермогенин(до 15%от всехбелков митохондрий), относящийся к семейству разобщающих белков, называемых UCP-белки

(англ.uncouplingprotein).

Приохлажденииорганизмабурыеадипоцитыполучаютсигналыпосимпатическимнервам,ив нихактивируетсярасщеплениежира –липолиз.Окислениежиров приводиткполучению большого количества НАДН и ФАДН2, активизации работы дыхательной цепи и возрастанию электрохимическогоградиента. ОднакоАТФ-синтазыв мембранахмитохондрий этихклеток относительно мало, зато многотермогенина, близкого по строению к Fо-субъединице АТФ- синтазы. Термогенин являетсяканаломво внутренней мембране через который в матрикс проходит частьионовН^+иснижается протонный градиент. Витоге АТФнесинтезируется, несмотря на непрерывновозрастающий (по правилудыхательного контроля) катаболизм.

Благодаря термогенину большая часть энергии ионов водорода рассеивается в виде тепла, подогреваяпротекающуючерезтканькровьиобеспечиваяподдержаниетемпературытелаприохлаждении.

Рольтермогенина вснижениипротонногоградиента

ОткрытонесколькотиповUCP-белков:UCP-1(термогенин)преобладаетвбуройжировой ткани,UCP-2–естьивбуройибелойжировойткани,UCP-3–вcкелетныхмышцах,UCP-4иUCP-5– обнаружены в нейронах.

Бурая жировая ткань широко представлена в верхней части спины у животных, впадающих в зимнийсон(медведи),удетенышейживотныхичеловеческихмладенцев.Отдельныескопления бурых жировых клеток есть и у взрослого человека, они расположены в верхней части спины, междулопаток, под мышками, по ходукрупныхкровеносныхсосудов.

В настоящее время постулировано существованиебежевой жировой ткани, количество которой увеличивается привлиянии ряда факторов. Она тоже отвечает за образование тепла.

Структурно-функциональнаяхарактеристикамитохондрий

Митохондрия-внутриклеточнаяорганелла,продуцирующаяАТФисодержащаяуникальныйгеном,наследуемыйвосновномпоматеринскойлинии(неменделевскоенаследование)[79].Митохондриисодержатсявцитоплазмевсех аэробных эукариотическихклеток[4].Поданнымэлектронноймикроскопиитипичнаямитохондрия имеет форму короткого изогнутого цилиндра с закругленными концами.Еедлинаоколо1,5мкм,диаметр0,5мкм.Митохондрииимеют двухслойную оболочку:наружнаямембранаобразуетгладкуюповерхность,наней сконцентрированыферменты,участвующиевтранспортеиактивациижирных кислот.Отвнутреннеймембраныотходятмногочисленныескладки-кристы,где фиксируютсякомплексыферментов,участвующих впереносеэлектронови окислительномфосфорилировании (комплексцитохромов В,С,А,А3)(рис.1).

Рис.1.Строениеиработамитохондрий:

а-митохондрии(указаныстрелкой),видимыевсветовоммикроскопе;

б - ультраструктура митохондрий: 1 - митохондриальный матрикс, 2 - внутренняямитохондриальная мембрана, 3 - межмембранное пространство, 4 - внешняя митохондриальная мембрана;

в-общаясхемафункционированиямитохондрий:припереносеэлектроноввцепиокисленияв межмембранном пространственакапливаются протоныипри достиженииопределенногопотенциалавозвращаютсявматрикс;энергияэтого потенциала тратится на синтез АТФ

Имеютсясведения,чтовклеткахформируютсяифункционируютобъединенныесистемымитохондрий,осуществляющихэнергообеспечениетканей[1].

Основной функцией митохондрий являетсяаэробное биологическое окисление (тканевоедыхание),впроцессекоторогоидетвысвобождениеэнергиииперенос протоновнасвободныерадикалыкислородасобразованиемводы[11].Другаяважнейшаяособенностьорганизмачеловекаиживотных-способностьнакапливатьвыделяющуюсяэнергиюввидемакроэргическихсоединений(АТФ,креатинфосфат идр.).Накопленнаяэнергияв последующемтрансформируетсявмеханическую(в мышечныхклетках),биоэлектрическую(внервныхклетках),вэнергиюактивного транспорта(вклеткахканальцевогоэпителияпочек).

Неотъемлемым свойством биологического окисления является сопряжение тканевогодыханияиокислительногофосфорилирования[11].Установлено,что некоторыекомпонентыдыхательнойцепи(коэнзимQ,цитохромоксидаза)нарядус переносомэлектроновпоцепиосуществляюттакжепереноспротоновизматрикса митохондрийвмежмембранноепространство,врезультатеобразуетсяпротоновыйградиент.Впроцессеобратноготокапротоноввнутрьмитохондриальногоматриксапроисходитутилизацияосвобождаемой вдыхательнойцепи энергии путем фосфорилирования АДФ в АТФ и другие макроэргические фосфаты, создается запасэнергиибиологическогоокисления.Помимотранспортаэлектронов, окислительногофосфорилирования,митохондрииобеспечиваютещеодинпроцесс свовлечениемокислительно-восстановительныхреакций-b-окислениежирных кислот. Свободные жирные кислоты трансформируются в ацетил-СоА и затем образуют эфирыс карнитином. Карнитин-ацетил-СоА переносится через

митохондриальнуюмембрану,ацетил-СоАвысвобождаетсяиучаствуетвb-окислении.

Важной функцией митохондрий также является контроль за синтезом группытранспортных и рибосомальных РНК

МитохондриальнаяДНКявляетсянебольшойдвунитчатоймолекулой,состоящейиз тяжелойилегкойцепи,содержащей16569парнуклеотидныхоснований,37генови имеющейсобственныйаппаратрепликации[65].Большинствомитохондриальных белковкодируетсяядернойДНК,илишь2% -синтезируютсявмитохондриальном матриксеподконтролемструктурныхгенов.13геновотвечаютзаполипептидыдыхательнойцепи:7относятсяккомплексуI,1 -ккомплексуIII,3 -ккомплексуIV,2-ккомплексуV.МитохондриальнаяДНКкодируеттакже22транспортныеРНКи2 рибосомальные РНК (12s, 16s). Остальные70 полипептидов, входящих всостав I-V комплекса,кодируютсяядернымигенами,транспортируютсяв митохондрииитам функционируют [26].

Практическикаждаяклеткавключаетсотниитысячимитохондрий,каждаяиз которыхсодержитот2до10молекулмитохондриальнойДНК[38].Причины, приводящие кмутацияммитохондриальнойДНК, могутбыть довольно разнообразны.Однимиизсамыхраспространенных-эндогенных-являютсяошибки функционирования ДНК-полимераз и репараз (ферментов синтеза митохондриалъногогенома)[8].Другоймеханизммутаций-этоповреждение незащищенногогистонамиинитронамимитохондриальногогеномапродуктами перекисногоокисления(супероксидныерадикалы,перекисьводорода, гидроксильныерадикалы),таккакмитохондриииспользуютдо90%клеточного кислорода.Мутации митохондриальнойДНКпредставляют собойразличного размераделеции(в томчислемножественные),точечные поражения,деплеции, вставки.РепликациямитохондриальнойДНКидеточеньинтенсивно(в 10раз быстрееядерной),происходитбыстроенакоплениемутаций. Многие факторы внешнейсреды(гипоксия,физическиенагрузки,ионизирующееизлучение)и лекарственныепрепаратытакжеиграютрольвпатогенеземитохондриальныхмутаций.

Митохондриальныерасстройства могутвозникатьиз-за нарушенийлибо вядре,либовмитохондриальномгеноме.Какрезультатможетполучитьсялюбойвариантнаследования: аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, Х-сцепленный, материнское наследование, спорадические случаи. Передача митохондрий и митохондриальной ДНК в следующее поколение в подавляющем большинстве случаевпроисходитчерезцитоплазмуяйцеклетки[36].

НаличиебольшогочислакопиймитохондриальнойДНКвкаждойклеткеиих случайное распределение при клеточном делении определяют феномен гетероплазмии.Когданормальныйилимутантныйгеномвсех митохондрий идентичен,клеткасчитаетсягомоплазмической.Приналичиимутантной митохондриальной ДНК способность клеток осуществлять окислительное фосфорилированиеопределяетсяприродоймутации,соотношениемнормальныхи мутантных геномов.Превышениенормальногопорогафункционирования сопровождаетсянарушениемэнергетикиипоявлениемклинических расстройств.

Пороговыйэффект зависит отразличных факторов,в томчислеот возраста и энергетическойпотребноститкани.Феноменгетероплазматическойклетки объясняетнаблюдения,чтосимптомыпоражениятогоилииногоорганамогут усилитьсяилиослабнутьвпроцессенаблюдения,втовремякакнепораженныепервоначальноорганымогут оказатьсявовлеченными впатологическийпроцесс.

Количество митохондрий контролируется посредством аутофагии. Старые,"изношенные" митохондрии уничтожаются лизосомами. Если по какой-либо причинеколичествомитохондрийстановитсяниженеобходимогоивыработка ими АТФ уменьшается,товклеткевключаютсядругиемеханизмыполученияэнергии,такие, какпроцессгликолизавцитоплазмесвыработкойнебольшогоколичестваАТФ и увеличением продукции молочной кислоты

Существуетмногоактивныхформкислорода

Впроцессеклеточнойжизнипроисходитформированиебольшогоразнообразияактивныхформ кислорода, обладающих как разрушительным действием, так и несущих полезную функциональную нагрузку.

Синглетный

^{кислород} 1^O2

Возбужденная и мутагенная форма кислорода, генерируется при поглощении энергии радиации или солнечного света.

Формируется,когдакислородвосстанавливаетсяпри

Супероксиданион-радикал

_О22–•

переносе одного электрона на его внешнюю оболочку. Основной источник – дыхательная цепь электронов.

Разрушительнаяактивностьневелика.

Наиболее активный кислородный радикал, реагирующий с большинством биомолекул. Является основным повреждающим агентом в

^{Гидроксил}радикал HO^•

^{Пероксидводорода Н}2^О2

радиобиологическом поражении всех типов макромолекул: углеводородов, нуклеиновых кислот (возникновение мутаций), липидов, белков.

Стабильная активная форма кислорода. Легкопроникает через клеточные мембраны. Образуется в клетке при участии ферментов оксидаз. И, наоборот, пероксидазы используют пероксид водорода в качестве одного из субстратов в реакциях окисления.

Является основным источником очень агрессивногогидроксил-радикала.

Образуетсявпроцессеперекисногоокисления

Липоперекисный радикал

Липопероксид

L-OO

L-OOH

липидов(ПОЛ)иявляетсяегопромежуточным

• метаболитом. Активно участвует в разветвлении и развитии процесса ПОЛ.

Является конечным продуктом перекисного окисления липидов. При определенных воздействиях способен вновь превращаться в радикальную форму.

Гипохлорная кислота

HOCl OCl^–

Секретируется полиморфонуклеарами в фаголизосомы как главный бактерицидный агент.

Гипохлорит-анион Можетпроходитьсквозьмембраныивноситьвкладв

развитиевоспалительныхповреждений.

Газообразный радикал,образуется из аргинина. Его синтез стимулируется цитокинами (фактором некроза опухоли, интерлейкинами) и физическими

Оксинитританион (оксид азота)

_NO упражнениями.

Также,согласнооднойизфункций,называется

эндотелиальным расслабляющим фактором. Снижение его продукции снижает микробицидную и противоопухолевую активность макрофагов.

Образуется в реакции оксида азота и супероксиданиона.

Способенповреждатьширокийкругвеществ,включая

Пероксинитрит анион

_{ONOO–ДНК и белки. Участвует в переходе клетки в процесс}апоптоза.

Свободныерадикалымогутобразоватьсяспонтанно

Строение молекулы кислорода позволяет поочередно присоединять ионы водорода или электроны от веществ, также несущих неспаренные электроны. Присоединение электронов можетпроисходитьферментативнымспособомилибез участияферментов, подвоздействием химических или физических стимулов.

ОсновнымисточникомАФКявляютсяферментативныереакции,новрядеслучаевсвободные радикалыобразуютсяслучайно,как продукт"утечки"отдельныхэлектронов.

1. Одним из источников случайныхАФК являетсядыхательная цепьмитохондрий.Все ее комплексы(особеннокоэнзим Q) способны"терять" электроны, которые используются для образования АФК. Дополнительными cтимулами к появлению АФК являютсягипоксия, различныеингибиторыдыхательныхферментов и АТФ-синтазы, то есть все, что замедляет скоростьдвиженияэлектронов и передачуихна кислород на 4-мкомплексе дыхательной цепи. Это приводит к «сбрасыванию»электроновна кислород на более раннихэтапах,т.к. удругих дыхательныхферментовимеетсябольшеесродствоккислороду,котороевнормепроявляетсяслабо.

Наиболее чувствителен к окислению кислородом оказываетсяубихинон(коэнзим Q).Его промежуточная,неполностьювосстановленнаяформа(семихинон),окисляетсякакпривысокой концентрациикислорода,такипринизкойегоконцентрации(влияниегипоксии).

Образованиесупероксиданион-радикала в дыхательной цепи

Важно отметить, что в норме генерация АФК в митохондриях является хорошоконтролируемым процессом. Так, семейство митохондриальныхбелков-разобщителей(UCP) играет важную рольв снижении уровня АФК в клетке через «принудительное» движение электронов вдоль дыхательной цепи. В результате такого контроля поток электронов в цепи не замедляется слишком сильно, т.к. он необходим для восполнения электро-химического градиента.

2. НекотороеколичествоАФКсинтезируетсясучастиемцитохромов

Р450иb5вмикросомальном окислении. Это окисление происходит в мембранах эндоплазматического ретикулума всехтканей, кроме мышечной, и используется при синтезе и метаболизме ряда веществ (желчныхкислот, эйкозаноидов, холестерола, стероидныхгормонов ит.п.),илидляокисленияксенобиотиковприихобезвреживании.Воднойизреакцийпроисходит спонтанная передача электрона на присоединившийся кислород и образуетсясупероксиданион-радикал.

Образованиесупероксиданион-радикала в реакциях микросомального окисления

3. В эритроцитах основным неферментативным источником супероксид анион-радикала являетсяокислениегемоглобинаприучастиивключеннойвгеммолекулыжелеза.Сам гемоглобин при этом превращается вметгемоглобин.

Образованиесупероксиданион-радикала

вреакцииспонтанногоокислениягемоглобина

4. Приспонтаннойдисмутациидвухсупероксиданион-радикаловвозможнообразование синглетного кислорода и пероксида водорода.

Образованиесинлетногокислорода

придисмутациисупероксиданион-радикала

5. Радиолиз воды. При действииионизирующегоизлучения, например, альфа-излучения, молекула воды ионизируется, теряя электрон. Высвобожденный электрон в состоянии присоединиться к соседней молекуле воды. Обе ионизированные молекулы воды могут разлагаться на ионы H^{+и HO–и на свободные радикалы. Все образуемые частицы быстро рекомбинируют}другсдругом,получаяиотдаваяэлектроны,образуяновыерадикалыилиионы.

Образованиегидроксил-радикалаприрадиолизеводы

Активныерадикалымогутобразоватьсяспециально

Некоторые ферменты при осуществлении своей реакции производят активные формы кислорода.Приэтомсвободныерадикалымогутбытькакцелевымипродуктами,например,

дляНАДФ-оксидазы,миелопероксидазы,NO-синтазы,такипоявлятьсякакобязательный,новсе-такипобочный продуктреакции

(моноаминоксидаза,лизилоксидаза,ксантиноксидаза,циклоксигеназы,липоксигеназы,оксидазы D- и L-аминокислот).

ОбразованиеАФКкакглавногопродуктареакции

1. НАДФН-оксидазав основном локализуется на плазматической мембране моноцитов и гранулоцитов и играет роль прифагоцитозе. Она представляет собой собой мультикомпонентнуюсистему,включающуюцитозольныеимембрано-связанныесубъединицы, в том числе флавоцитохром. При стимуляции фагоцитов происходит быстрая самосборка цитозольных и мембранных компонентов в НАДФН-оксидазный комплекс.

ОкисляяНАДФНвнутриклетки,НАДФН-оксидазаодновременносвязываетвнеклеточныйO2и восстанавливает его досупероксид анион-радикала, чем обеспечивает бактерицидный эффектпри фагоцитозе.

Реакция,катализируемаяНАДФН-оксидазой

2. Миелопероксидаза– гемсодержащий фермент нейтрофилов, содержится в азурофильных гранулахисекретируетсяиз нихприфагоцитозе. Также фермент содержитсявслюне, обеспечиваяеемикробициднуюактивность.Образованныйвреакциигипохлорит-ионявляется сильным окислителем, по агрессивности он сопоставим с ОН-радикалом.

Реакция, катализируемая миелопероксидазойГипохлорит-ионреагируетсаминогруппамимембранныхбелковбактерийс

образованиемхлораминов.Кромеэтого,гипохлорит-ионыспособныгенерироватьгидроксил- радикалы в реакции с супероксид-анионом.

Взаимодействиесупероксиданионаигипохлорнойкислоты

3. NO-синтаза– группа НАДФН-зависимых изоферментов, катализирующих сложную многоходовую реакцию окисления аргинина с образованиемоксида азота(NO). Выделяют нейрональную,эндотелиальнуюииндуцируемую(всердечно-сосудистойииммуннойсистемах) формыфермента.

Оксидазотаворганизмевыполняетмножествофункций,отрегуляциитонусасосудовдо бактерицидного эффекта.

Реакция,катализируемаяNO-синтазой

ПослеобразованиямолекулаNO привзаимодействииссупероксиданион-радикаломможет превращаться в сильный окислительпероксинитрит-анион.

Образованиепероксинитрит-аниона

9.Антиоксидантная система организма.Антиоксиданты неферментативной природы. Ферментные системы антиоксидантной защиты. Агрессивностьсвободныхрадикаловнадоконтролировать

Длязащиты от свободныхрадикалов клетками быливыработаны эффективные механизмы молекулярныхреакцийликвидацииАФК,называемыесистемойантиоксидантнойзащиты.

1. Полокализацииантиоксидантыможноразделить

• плазмыкрови–аскорбиноваякислота,билирубин,мочеваякислота,трансферрин, церулоплазмин, β-каротин,

• мембранные–токоферол,убихинон,каротиноиды,

• внутриклеточные–супероксиддисмутаза,каталаза,глутатионпероксидаза,глутатион-S- трансфераза, глутатион, ферритин, металлотионеины, пероксиредоксины, тиоредоксины, аскорбиновая кислота.

2. Поприродеидействиювыделяютферментативныеинеферментативныеантиоксиданты:

Ферментативные	Неферментативные
Супероксиддисмутаза Каталаза Глутатионпероксидаза Глутатион-S-трансфераза Лактопероксидаза Тиреопероксидаза	Белкиипептиды трансферрин, ферритин, металлотионеины, тиоредоксины,глутатион. Нутриенты

7.Пероксиредоксины 8.Церулоплазмин

витамины – аскорбиновая кислота, токоферол, каротиноиды – β-каротин, ликопин, биофлавоноиды – кверцетин, ресвератрол,проантоцианиды, селен. 3.Метаболиты билирубин,мочеваякислота,убихинон.

Антиоксидантныебелки

1. Тиоредоксины–семействонебольшихбелков,содержащихрасположенныерядомостатки цистеина (—Цис-Гли-Про-Цис—). В отношении антиоксидантной защиты ихфункция сходна с таковой у глутатиона и частично с ней перекрывается. С помощью HS-

групптиоредоксинывыполняютфункции:

• восстановление активности некоторых ферментов (пероксиредоксины,метионин- сульфоксид-редуктаза),

• кофакторредуктаз,используемыхприсинтезедезоксирибонуклеотидови приреактивации витамина К,

• восстановлениедисульфидныхсвязейвбелках.

Участиетиоредоксинавантиоксидантнойзащитеиеговосстановление

2. Металлотионеины–небольшие,богатыецистеином(до30%отсостава) белки,способные связыватьионыметаллов переменнойвалентности,такиекакжелезо,цинкимедь,тяжелые металлы(например,кадмийиртуть).Врезультатедействияэтихбелковметаллы,способные отдаватьэлектронынакислород(например,вреакцииФентона),"выходятиз игры"ине способствуют образованию свободных радикалов.

3. Другие белки проявляют антиоксидантную активность благодаряспособностисвязывать ионыжелезаипредотвращатьреакциюФентона.Например,ионыFe^3+вкровисвязываются странсферрином,а внутри клетки – сферритином.

Небелковыеантиоксиданты

Неферментативныенебелковыеантиоксиданты–этосоединения,имеющиетакойатом водорода, связь которого гораздо слабее, чем связь C–H в другой молекуле, например,

вполиненасыщеннойжирнойкислоте.Посколькуразрывсвязивмолекулеантиоксиданта требуетменьшеэнергии,тоонлегкоотдает этот атомводорода,нейтрализуясвободный

радикал.Самантиоксидантприэтомпереходитврадикальнуюформу,новслабо

активную,химическиинертную,посколькувзаимодействиесмолекулойжирнойкислотыдля нее энергетически невыгодно. Более вероятно взаимодействие этого радикалас другими свободными радикалами.

1. Природными"целенаправленными" антиоксидантами являютсятокоферол(витаминЕ),каротиноиды(например,ликопин, и в намного меньшей

степениретинол),аскорбиноваякислота(витаминС),липоеваякислота(витаминN).

Участиетокоферолавнейтрализацииперекисныхрадикалов

Восстановлениеокисленноготокоферола

2. Целыйрядвеществссовершенноинойфункцией илиметаболиты иныхпроцессовмогут выступать в ролиловушексвободных радикалов –

этобензойнаяимочеваякислоты,билирубин,биофлавоноиды,одно-имногоатомныеспирты,мелатонин,эстрогены. Их химическая структура позволяет

восстанавливать АФК, и далее их малоактивные радикальные формы либо взаимодействуют междусобой, либометаболизируютсвоимобычнымобразом,либонейтрализуютсяприроднымиантиоксидантами.

Биофлавоноиды– это класс растительных полифенолов, обладающих многочисленными функциями и составляющих группувитамина P. Антиоксидантное действие они проявляют благодаряспособностизахватыватьсвободныерадикалы.Наиболееизвестными являютсякверцетин,рутин,ресвератрол.Внастоящеевремябиофлавоноидыотносят кнезаменимым факторампитания.

10.Физиологическоезначениесвободно-радикального окисления. Фагоцитоз и воспаление.

Свободныерадикалымогутприноситьпользу

Положительнойсторонойсвободнорадикальногоокисленияявляетсяважноезначениедля обновлениясоставаиподдержаниифункциональныхсвойствбиомембран,энергетических процессов,клеточногоделения,синтезабиологическиактивныхвеществ,внутриклеточнойсигнализации.

1. Регуляциясосудистойсистемы

Однаизактивныхмолекул,оксидазотаNO,участвуетвфизиологическихреакцияхорганизма. Являясь нейромедиатором, он регулирует сосудистый тонус, расслабляя гладкую мускулатуру сосудов, и поэтомуназывается"эндотелиальный фактор релаксации сосудов". Также NO снижаетагрегациютромбоцитов,адгезиюнейтрофилов к эндотелию.

2. Участиевреакцияхвоспаления

Кроме бактерицидного эффекта, супероксид анион-радикал принимает участие в выработкехемотаксинови вцитокин-опосредованных реакциях. Вместе с указанными эффектамиеговзаимодействиесоксидом азотаNOприводиткдвумважнымследствиям:

• снижениеконцентрацииNOи,такимобразом,повышениеадгезиинейтрофиловк эндотелию в зоне поражения,

• образованиепероксинитритаOONO^–,являющегосяагрессивноймолекулойи повреждающего клеточные белки.

3. Ускорениеобновлениябелковыхструктур

Такжеокислениемакромолекулявляетсяестественныминеобходимымэлементом

всамообновленииклеток. Окислительнаямодификация аминокислотявляется одним из механизмовмаркировкибелкадляпротеолиза.Ктомужепротеазыклеткибыстреегидролизуют окисленныйбелок, чтосокращаетсрок жизни и ускоряетсамообновление клеточныхструктур.

4. Регуляциявязкостииобновлениеклеточныхмембран

Перекисное окисление липидов поддерживаетмикровязкость мембранна определенном уровне, усиливаясь,например, при накоплении холестерина, уплотняющего фосфолипидный бислой.Перекисилипидовявляютсяпромежуточнымпродуктомприбиосинтезеэйкозаноидов, участвуют в регуляции мембранныхферментов. Таким образом,реакции ПОЛв организме играют роль нетолько повреждающего,но ирегулирующего фактора.

5. РегуляциявнутриклеточногометаболизмаВ малых количествах АФК

усиливаютрегенерацию,дифференцировку,пролиферациюклеток.Существуетмеханизм передачи сигнала,называемыйАФК-зависимый сигналинг,этим образом АФК участвуют в клеточномросте,делениииапоптозе.МеханизмырецепцииипередачиАФК-сигналовописаны пока толькосхематически.Основнымикомпонентамиэтихсхем являютсяАФК-чувствительные протеинкиназы и протеинфосфатазы, АФК-чувствительные транскрипт-факторы, белки теплового шока, редокс-регулируемые ионные каналы. Антиоксидантные белки (тиоредоксины,пероксиредоксины), изменяя степень окисления сигнальныхбелкови ферментов, также участвуют во всех этих процессах.

6. Ферментативныереакции

Некоторыеферментынуждаютсявактивныхформахкислородадляосуществлениясвоей реакции, например,лактопероксидаза, тиреопероксидаза.

7. Участиевреакцияхиммунитета

Проявляясвойстварадикала,синтезируемыйфагоцитамиNOможетоказыватьцитотоксический и бактерицидный эффект, хотя бóльшую роль в этом играет его производное –

пероксинитрит(ONOO–). Образование NOс участиеминдуцибельнойNO-синтазыв иммунных клеткахиграетважнуюрольвобразовании интерлейкиновидругихиндуктороввоспаления.

Свободнорадикальноеокислениеучаствуетв

реакцияхспецифическогоинеспецифическогоиммунитета.Яркимпроявлениемроли свободных радикалов в иммунитете являетсяфагоцитоз.

Фагоцитозкакпримериспользованиясвободно-радикальногоокисления

Фагоцитозосуществляетсямикро-имакрофагами:нейтрофилами,моноцитами,тканевыми макрофагами,купферовскимиклетками,остеокластами,клеткамимикроглии.Ведущуюроль играет генерация этимиклеткамикислородныхрадикалов(супероксид анион-радикал) и оказываемый имбактерицидныйэффект.

После того как микробсвяжется с рецепторами фагоцитирующихклеток, начинается образованиепищеварительнойвакуоли,илифагосомы.Вскоресфагосомойсливаются лизосомы, в нейтрофилах их роль выполняют азурофильные гранулы. Микроорганизм разрушается, непереваренные остатки выбрасываются наружу.

Узнавание микроба резко изменяет метаболизм фагоцита, происходит его активация, выражающаяся в усилении поглощения кислорода. Это явление получило название "дыхательного"или"респираторного"взрыва.Потреблениекислородаклеткойвозрастаетв 20-40раз.Приэтом90%потребляемогоклеткойкислородабыстропревращаетсявсупероксид анион-радикалподдействием мембранного ферментаНАДФН-оксидазы(NOX) ивыделяется во внеклеточное пространство(цитотоксический эффект) или внутрь фаголизосомы (бактерицидный эффект).

Большаячастьсупероксиданион-радикалавнеклеткиспонтаннопревращаетсявпероксид водорода. Другая часть супероксида превращается в H2O2при

участиисупероксиддисмутазы(СОД),постоянно присутствующей в межклеточномпространстве, или бактериальной супероксиддисмутазы.

Одновременно, дегрануляциянейтрофиласопровождаетсявысвобождением вфагосомуеще одного фермента –миелопероксидазы(МПО), который с участием хлорид-иона атакует перекись водорода H2O2, образуягипохлорную кислоту(HOCl) игипохлорит-ион(ClO^–).

Рольферментоввантимикробнойактивностифагоцита

При наличии в среде H2O2и ионов Fe^{2+может происходить}реакция Фентонас образованием чрезвычайноактивногогидроксил-радикала.Наличиеодновременножелеза,H2O2исупероксид- анион-радикала запускаетреакцию Хабера-Вайса.

Кроменазванныхкислородныхактивныхформ,фагоцитывсостоянииатаковатьбактерийпри помощиоксида азотаипероксинитрита.

Для постоянного образования непрерывно распадающихся АФК требуется непрерывный притокНАДФН,ресинтезкоторогосвязансокислениемглюкозывпентозофосфатномпути. Таким образом, для полноценного фагоцитоза требуется, чтобыклетка активно дышала (респираторный взрыв) иполучала достаточное количество глюкозы.

Естественно,чтоатакующиебактерийАФКспособныповредитьисобственныеклетки.Дляэтого в лейкоцитах присутствует глутатионоваяантиоксидантная система,

включающаяглутатионпероксидазуиглутатионредуктазу.

Врезультатеописанныхсобытийпроисходитокислительнаядеградацияпоглощеннойчастицыи облегчение фагоцитоза и переваривания.

Обменуглеводов

• Источникамиуглеводовслужат преимущественнорастительные продукты,особенно мучные изделия, крупы, сладости. Вбольшинстве продуктовуглеводыпредставленыввидекрахмалаивменьшейстепениввидедисахаридов(молоко,сахарнаясвекла,фруктыиягоды).Длялучшегоусвоения углеводов необходимо, чтобыбольшая их часть поступала в организм в виде крахмала.

Суточнаяпотребностьвуглеводахувзрослыхсоставляет400–500г,авдетском возрасте –10 –15 г на1кг массы.

Крахмалпостепеннорасщепляетсявжелудочно-кишечномтрактедоглюкозы,котораяпоступаетвкровьнебольшимипорциями,что улучшаетее утилизациюиподдерживаетпостоянныйуровеньсахаравкрови. При введениисразубольших количествСахаровконцентрацияглюкозывкрови резко возрастает, и она начинается выделятьсяс мочой. Наиболееблагоприятными считаются такиеусловия, когда 64% углеводов потребляютсяв виде крахмала, а 36% - ввиде Сахаров.

• Нормапотребленияуглеводовзависит отинтенсивноститруда. При физическойработеуглеводытребуютсявбольшемколичестве.Всреднемна 1кгмассытелатребуется4-6-8гуглеводоввсутки,т.е.примернов4раза больше, чем белков и жиров.

• Избыточное потребление углеводовможет приводить к тучности и излишней перегрузке ЖКТ, т.к. растительная пища, богатая углеводами, обычно более объемистая, вызывает чувство тяжести, ухудшает общуюусвояемостьпродуктов питания.

• Недостаток углеводовв пище также нежелателен из-за опасности развитиягипогликемическихсостояний.Углеводнаянедостаточность,какправило, сопровождается общей слабостью, сонливостью, снижением памяти, умственнойифизическойработоспособности, головнойболью, снижением усвояемости белков, витаминов, ацидозоми др. В связи с этим количество углеводов всуточномрационе недолжнобыть меньше 300г.

2.Структураифункциипредставителейуглеводов:моносахаридов, дисахаридов, гомополисахаридов.

Строениеуглеводов

Посвоемустроениюуглеводыявляютсямногоатомнымиспиртамисальдегиднойиликетоновой группой(полигидроксиальдегидыиполигидроксикетоны).Наиболее известные углеводы (крахмал,глюкоза,гликоген) обладают эмпирическойформулой (CH2O)6.Другиепредставителя класса не соответствуют данномусоотношению, и даже могут включать атомыазота, серы,фосфора.

Классификацияуглеводов

Согласносовременнойклассификацииуглеводыподразделяютсянатриосновные группы:моносахариды,олигосахаридыиполисахариды.

Классификацияуглеводов

Моносахаридыподразделяютсянаальдозыикетозывзависимостиотналичияальдегидной или кетогруппы. Альдозыи кетозы, в свою очередь,разделяются в соответствии с числом атомовуглеродавмолекуле:триозы,тетрозы,пентозы,гексозыит.д.

Олигосахаридыделятсяпочислумоносахаридоввмолекуле:дисахариды,трисахаридыит.д.

Полисахаридыподразделяютнагомополисахариды,т.е.состоящиеизодинаковых моносахаров, игетерополисахариды, состоящие из различных моносахаров.

Моносахариды-этоструктурнаяединицалюбыхуглеводов

Моносахариды–этоуглеводы,которыенемогутбытьгидролизованыдоболеепростыхформуглеводов.

Классификациямоносахаридов

Всвоюочередьониподразделяются:

• настереоизомерыпоконформацииасимметричныхатомовуглерода–например,L- иD-формы,

• взависимостиотконформацииНО-группыпервогоатомауглерода–α-иβ-формы,

• взависимостиотчисласодержащихсявихмолекулеатомовуглерода–

триозы,тетрозы,пентозы,гексозы,гептозы,октозы,

• взависимостиотприсутствияальдегидной иликетоновойгруппы –кетозыиальдозы.

Производныемоносахаридов

Вприродесуществуютмногочисленныепроизводныекакперечисленныхвышемоносахаров,так и других. К ним, например, относятся:

Уроновые кислоты–дериватыгексоз, имеющиев6положениикарбоксильныегруппы, например,глюкуроновая,галактуроновая,идуроновая,аскорбиноваякислоты.Оничастовходят в составпротеогликанов.

Строениенекоторыхпроизводныхмоносахаридов

Аминосахара–производныемоносахаров,содержащиеаминогруппы,например,глюкозамин или галактозамин. Эти производные обязательно входят в состав дисахаридных компонентов гетерополисахаридов.Рядантибиотиков(эритромицин,карбомицин)содержатвсвоемсоставеаминосахара.

СиаловыекислотыявляютсяN-илиO-ацилпроизводныминейраминовойкислоты,которую можно рассматривать как производное глюкозы. Они,нарядус аминосахарами, входят в составгликопротеиновигликолипидов(ганглиозидов).

Гликозиды– соединения, образующиеся путем конденсации моносахарида (свободного или в составеполисахарида)сгидроксильнойгруппойдругогосоединения,которымможетбытьлюбой моносахарид или вещество неуглеводной природы(агликон), например, метанол, глицерол, стерол, фенол.

Дисахаридычастоприсутствуютвпище

Дисахариды–этоуглеводы,которыепригидролизедаютдвеодинаковыеилиразличные молекулы моносахарида и связаны друг с другом гликозидной связью..

Сахароза–пищевойсахар, вкоторойостаткиα-глюкозыиβ-фруктозысвязаныα1,2-гликозиднойсвязью. Присутствует в большинствефруктов, в ягодахи в некоторыховощах, в наибольшем количествесодержится в сахарной свекле и сахарном тростнике, в моркови, ананасах, сорго.

Мальтоза–промежуточныйпродуктгидролизакрахмалаигликогена,внейдваостаткаα- глюкозысвязаныα1,4-гликозидной связью,содержится в солоде, проросткахзлаков.

Строениемальтозыиизомальтозы

Строениесахарозы

Лактоза–молочныйсахар,остатокβ-галактозысвязансα-илиβ-глюкозойβ1,4-гликозидной связью. В некоторыхситуациях (например, беременность) может появляться в моче.

Целлобиоза–промежуточныйпродуктгидролизацеллюлозывкишечнике,вкоторомостаткиβ-глюкозы связаны β1,4-гликозидной связью. Здоровая микрофлора кишечника способна гидролизовать часть поступающей сюда целлюлозы до свободной глюкозы, которая либо потребляется самими микроорганизмами, либо всасывается в кровь.

Строениелактозыицеллобиозы

Уполисахаридовструктурнаяирезервнаяфункция

Выделяют гомополисахариды, состоящие из одинаковых остатков моносахаров (крахмал,гликоген, целлюлоза) и гетерополисахариды(гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты),включающие разные моносахара.

Гомополисахариды

Крахмал–гомополимерα-D-глюкозы.Находитсявзлаках,бобовых,картофелеинекоторых других овощах. Синтезировать крахмал способны почти все растения.

Двумя основными компонентами крахмала являются амилоза (15-20%) и амилопектин (80- 85%).Амилозапредставляетсобойнеразветвленнуюцепьсмолекулярноймассойот5до500 кДа,вкоторойостаткиглюкозы соединеныисключительноα-1,4-гликозидными

связями.Амилопектинсодержитα-1,4-иα-1,6-гликозидныесвязи,имеетмассунеменее1млн Даиявляетсяразветвленноймолекулой,причемветвлениепроисходитзасчетприсоединения небольшихглюкозныхцепочеккосновнойцепипосредствомα-1,6-гликозидныхсвязей.Каждая ветвьимеетдлину24-30остатковглюкозы,веточкивозникают примерночерез 14-16 остатков глюкозы в цепочке.

Общеестроениекрахмалаигликогена

Гликоген–резервныйполисахаридживотных,находитсявцитоплазмемногихтиповклеток,но внаибольшеймерев гепатоцитахимиоцитах. Структурно онсхожс амилопектином, но, во- первых, длинаветочекменьше –11-18остатков глюкозы,иво-вторых, он более разветвлен – черезкаждые8-10остатков.Засчет этихособенностейгликогенболеекомпактно уложен, что немаловажно для животной клетки.

Целлюлозасостоит из остатков β-глюкозы,единственнойсвязью в нейявляетсяβ-1,4- гликозидная связь. Она является наиболее распространенным органическим соединением биосферы, около половины всего углерода Земли находится в ее составе. В отличие от предыдущихполисахаридовцеллюлозаявляетсявнеклеточноймолекулой,имеетволокнистую структуру и абсолютно нерастворима в воде. .

Строениецеллюлозы

Гетерополисахариды

Большинство гетерополисахаридов характеризуется наличием повторяющихся дисахаридных остатков.Этидисахаридывключаютвсебяуроновуюкислотуиаминосахар.Дублируясь,они образуют олиго- и полисахаридные цепи –гликаны.В биохимии используютсясинонимы –кислые гетерополисахариды(так как имеют многокислотных

групп),гликозаминогликаны(производныеглюкозы,содержатаминогруппы).

Гликозаминогликанывходятвсоставпротеогликанов(мукополисахаридов)–сложныхбелков, функциейкоторыхявляетсязаполнениемежклеточногопространстваиудержаниездесьводы, чтообеспечиваеттургортканейиэластичность хрящей,такжеонивыступаюткаксмазочныйи структурныйкомпонентсуставов,хрящей,кожи.Вчастности,гиалуроноваякислотанаходитсяв стекловидном теле глаза, всиновиальной жидкости, вмежклеточном пространстве.

Основнымипредставителямигетерополисахаридов(гликозаминогликанов) являютсягиалуроновая

кислота,хондроитинсульфаты,кератансульфатыидерматансульфаты,гепарин.

Строениегиалуроновойихондроитинсернойкислот

Функции

Резервно-энергетическая–глюкозаспособнаоткладыватьсяввидекрахмала(растительные клетки)иливвидегликогена(животныеклетки). Большоепреимуществомоносахаридов (по сравнениюсжирнымикислотами)состоитвихспособностиокислятьсякакваэробных,такив анаэробных условиях (гликолиз).

Запаснымполисахаридомрастенийтакжеявляетсяинулин-полисахаридфруктозы.

Защитно-механическая–основноевеществотрущихсяповерхностейсуставов,находятсяв сосудахи слизистыхоболочках(гиалуроновая кислотаи другие гликозаминогликаны),

Опорно-структурная–целлюлозаврастениях,гликозаминогликанывсоставепротеогликанов, например,хондроитинсульфатв соединительной ткани,

Гидроосмотическаяиионрегулирующая–гетерополисахаридыобладают высокой гидрофильностью,отрицательнымзарядоми,такимобразом,удерживаютН2О,ионыСа²⁺,Mg²⁺, Na^+вмежклеточномвеществе,обеспечиваюттургоркожи, упругостьтканей,

Кофакторная–гепаринявляетсякофакторомлипопротеинлипазыплазмыкрови(участиев обменелипопротеинов) иферментаантикоагулянтнойсистемы крови–антитромбинаIII.

Углеводылегкоусваиваются

Потребностьвуглеводахвзрослогоорганизмасоставляет350-400гвсутки,приэтомцеллюлозы и другихпищевыхволокон должно быть не менее 30-40г.

Спищейвосновномпоступаюткрахмал,гликоген,целлюлоза,сахароза,лактоза,мальтоза, глюкоза и фруктоза, рибоза.

Перевариваниеуглеводоввжелудочно-кишечномтракте

Ротоваяполость

Сослюнойсюдапоступаеткальций-содержащийферментα-амилаза.ОптимумеерН7,1-7,2, активируетсяионамиCl^–.Являясьэндоамилазой,онабеспорядочнорасщепляетвнутренние α1,4-гликозидные связи и не влияет надругиетипы связей.

Вротовойполостикрахмалигликогенспособнырасщеплятьсяα-амилазойдодекстринов– разветвленных(сα1,4-иα1,6-связями)инеразветвленных(сα1,4-связями)олигосахаридов. Некоторая часть декстринов может расщепляться до мальтозы и изомальтозы, но эти дисахариды ничем не гидролизуются.

Желудок

Из-занизкойрНамилазаинактивируется,хотянекотороевремярасщеплениеуглеводов продолжается внутри пищевого комка.

Кишечник

Вполоститонкогокишечникаработаетпанкреатическаяα-амилаза,гидролизующаявкрахмале и гликогене внутренние α1,4-связи с образованием мальтозы, мальтотриозы и декстринов.

Кромеполостного,имеетсяещеипристеночноепищеварение,котороеосуществляют:

• сахаразо-изомальтазныйкомплекс(рабочееназваниесахараза) –втощейкишкегидролизует α1,2-, α1,4-,α1,6-гликозидные связи, расщепляет сахарозу, мальтозу, мальтотриозу, изомальтозу,

• β-гликозидазныйкомплекс (рабочее названиелактаза) –гидролизует β1,4-гликозидныесвязивлактоземеждугалактозойиглюкозой.Удетейактивностьлактазыоченьвысокаужедо рождения и сохраняется на высоком уровне до 5-7 лет, послечегоснижается,

• гликоамилазныйкомплекс– находитсявнижнихотделахтонкого кишечника, расщепляетα1,4-гликозидныесвязииотщепляетконцевыеостаткиглюкозыволигосахаридах с восстанавливающего конца.

Рольцеллюлозывпищеварении

Целлюлоза ферментами человека не переваривается, т.к. не образуются соответствующие ферменты.Новтолстомкишечникеподдействиемферментовмикрофлорынекотораячасть ее может гидролизоватьсяс образованием целлобиозы и глюкозы. Глюкоза частично используетсясамоймикрофлоройиокисляетсядоорганическихкислот(масляной,молочной), которые стимулируют перистальтику кишечника. Малая часть глюкозы может всасыватьсявкровь.

Основнаяроль целлюлозыдлячеловека:

• стимулированиеперистальтикикишечника,

• формированиекаловыхмасс,

• стимуляцияжелчеотделения,

• абсорбцияхолестеролаидругихвеществ,чтопрепятствуетихвсасыванию.

• Особенностиперевариванияуглеводовудетей

• Удетейпервогогода жизнииз-за недостаточной кислотностижелудкаслюнная α- амилазаспособнапопадать втонкую кишкуи участвовать впищеварении. Поэтому, несмотря на то, что активность α-амилазы поджелудочной железы уноворожденных довольнонизкая,младенцыудовлетворительноспособныперевариватьполисахариды,в томчислеимолочныхсмесей.Кконцупервогогодажизниактивностьпанкреатической α-амилазывозрастает в 25 раз, к периодуполовой зрелости – в 50 раз.

• Интересной особенностьюперевариванияуглеводов умладенцев являетсяразная скорость гидролизаα-лактозыиβ-лактозы.

• β-Лактоза, присутствующаяв женском молоке,неполностью гидролизуетсявтонкой кишкеиневызываетбыстройгипергликемии.Частьеедостигаетнижнихотделовтонкого кишечникаи толстойкишкии предопределяет, вчиследругихдостоинствгрудного вскармливания, развитиеоптимальной кишечной микрофлоры.

• Вкоровьеммолокепреобладаетα-лактоза,котораялегкорасщепляетсяужевверхних отделахтонкогокишечникаиполученныемоносахарабыстровсасываются,чтоприводит после едык более высокойгипергликемии.Поэтому"искусственники" более склонны к ожирению, чем младенцы со здоровым грудным питанием.

4.НАРУШЕНИЕ ПЕРЕВАРИВАНИЯ И ВСАСЫВАНИЯ УГЛЕВОДОВ: СИНДРОМ МАЛЬАБСОРБЦИИ: БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ, МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ И ПОСЛЕДСТВИЯ, МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ ВЕДУЩИХ ТИПОВЫХ СИМПТОМОВ.НЕПЕРЕНОСИМОСТЬ САХАРОЗЫ И ЛАКТОЗЫ:БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ, ПОСЛЕДСТВИЯ, МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ ХАРАКТЕРНЫХ СИМПТОМОВ.

Мальабсорбция-этонарушениеперевариванияивсасывания

К часто встречающимся формам нарушенияперевариваниядисахаридов относятся – дефектлактазы(β-гликозидазного комплекса) исахаразы(сахаразо-изомальтазногокомплекса),которыеназываютсякакинтолерантностьилинепереносимостьлактозы или сахарозы.

Непереносимостьлактозыисахарозы

Приобретеннаянедостаточность

Приобретенныеформынедостаточностиперевариванияуглеводоввозникаютврезультате заболеваний стенок ЖКТ: когда нарушается образование ферментов и ихразмещение на щеточной каемке энтероцитов. К тому же ухудшается всасывание моносахаров.

Наследственнаянедостаточность

При наследственной (первичной) патологиилактазысимптомы проявляются после первых кормлений. Ее недостаточность может проявляться не только у младенцев, но зачастую развиваетсяуподростковивзрослыхврезультатеестественногоснижениясинтезаферментавонтогенезе.

Патологиясахаразыумладенцевобнаруживаетсяпривведенииврационсладкого(соки,фрукты).

Лактазаявляетсяадаптивнымферментом,т.е.егоактивностьизменяетсявзависимостиот

рациона. А человек является единственным млекопитающим на Земле, которое потребляетмолоко во взрослом возрасте.Примерно у 10-12% людей белой расылактазаперестает синтезироваться уже в детском (3-5 лет)ивмолодомвозрасте,ивозникаетнепереносимостьмолока.Очень широконедостаточность лактазыраспространена среди взрослых монголоидов и негроидов (80-90% и выше).

Поболееточнымоценкамчастотанепереносимостилактозысоставляет

Детиввозрасте2-3лет,6лети9-10летсоответственно:

Взрослые:

Патогенез

Отсутствие гидролиза соответствующихдисахаридов приводитк осмотическому эффектуи задержкеводывпросветекишечника.Кромеэтого,сахараактивнопотребляютсямикрофлорой толстого кишечникаиметаболизируют с образованиемкороткихорганическихкислот (масляная, молочная) и газов.

Врезультатеуказанныхпроцессовсимптомамилактазнойилисахаразной

недостаточностиявляютсядисбактериоз,диарея,срыгивания,метеоризм,вспучиваниеживота, его спазмы и боли.

Из-зачастогораздраженияпродуктамиброженияцелостностьэпителиякишечниканарушается и появляется высокая вероятность развития атопического дерматита.

Диагностика

Диагнозферментативнойнедостаточностиставитсянаоснованиианамнеза,симптомов заболевания и анализа кала.

Дифференциальная диагностика нарушений переваривания и всасывания заключается в контроле уровня глюкозы крови после раздельного приемадисахаридов (тест абсорбциидисахаридов) и эквивалентного количества моносахаридов. Незначительный подъем концентрацииглюкозыкровивпервомслучаеуказываетнанехваткуферментов,вовтором–на нарушение всасывания.

Основылечения

Прилактазнойнедостаточности:умладенцев–использованиебезлактозныхмолочныхсмесей и препаратов, содержащихферментлактазу. Взрослые исключают молоко из рациона или используют ферментные препараты.

Приснижении активности сахаразы – удаление из рациона продуктов с добавлением сахара.Подробно о лактазной недостаточности можно посмотретьlaktazar.ru В качестве примера нарушения всасывания можно привести синдром мальабсорбции фруктозы.

Мальабсорбцияфруктозы

Причина

Первичнаяиливторичная(энтериты,целиакия) недостаточностьтранспортногобелкаГлюТ-5дляфруктозынаапикальноймембране клеток тонкого кишечника.

Патогенез

Накоплениефруктозы впросветекишечникаприводитк осмотическому эффектуизадержкеводы.Кроме этого, фруктоза активно потребляетсямикрофлорой толстого кишечникаи метаболизируетс образованием короткихорганическихкислот (масляная,молочная) игазов.

Врезультатеуказанныхпроцессовсимптомамиявляютсядисбактериоз,диарея,тошнота,рвота, метеоризм, вспучивание живота, его спазмы и боли.

Лечение

ТРАНСПОРТ.	ТРАНСПОРТЁРЫ	ГЛЮКОЗЫ:	ВИДЫ,
ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ, ЗАВИСИМЫЕТРАНСПОРТЕРЫ.		ФУНКЦИИ.	ИНСУЛИН-

Для переноса моносахаридов через мембраны требуются белки-транспортеры

Прииспользовании углеводов,как впрочем идругихвеществ,перед организмомстоитдве задачи–всасываниеизкишечникавкровьитранспортизкровивклеткитканей.Влюбом случае необходимо преодолевать мембрану.

Транспорт моносахаровчерезмембраны

Всасываниевкишечнике

После переваривания крахмала и гликогена, после расщепления дисахаридов в полости кишечниканакапливаетсяглюкозаидругиемоносахариды,которыедолжныпопастьвкровь. Дляэтого имнеобходимо преодолеть, как минимум, апикальную мембрануэнтероцита иего базальную мембрану.

Вторично-активныйтранспорт

Помеханизму вторичного активного транспортаиз просветакишечникапроисходит всасываниеглюкозыигалактозы.Такоймеханизмозначает,чтозатратаэнергииприпереносе сахаровпроисходит,нотратитсяонаненепосредственнонатранспортмолекулы,анасоздание

градиентаконцентрациидругоговещества.Вслучаемоносахаридовтакимвеществом являетсяион натрия.

Аналогичный механизм транспорта глюкозы присутствует в эпителииканальцевпочек,которыйреабсорбирует ее из первичной мочи.Только наличиеактивноготранспорта позволяет перенести из внешней среды внутрь клеток практически всю глюкозу.

ФерментNa⁺,К⁺-АТФазапостоянно,вобменнакалий,выкачиваетионынатрияизклетки,именно этоттранспорттребуетзатратэнергии.Впросветекишечникасодержаниенатрияотносительно высоко и он связывается со специфическим мембранным белком, имеющим два центра связывания: один для натрия, другой для моносахарида. Примечательно то, что моносахарид связываетсяс белком только после того, как с ним свяжется натрий. Белок-транспортер свободно мигрирует в толще мембраны. При контакте белка с цитоплазмой натрий быстро отделяется от него по градиенту концентрации и сразу отделяется моносахарид. Результатом является накопление моносахарида в клетке, а ионы натрия выкачиваютсяNa⁺,К⁺-АТФазой.

Выходглюкозыизклеткивмежклеточноепространствоидалеекровьпроисходитблагодаря облегченной диффузии.

Вторично-активныйтранспортглюкозыигалактозычерезмембраны энтероцитов

Пассивныйтранспорт

Вотличие от глюкозы и галактозы,фруктозаи другиемоносахара всегда транспортируются белками-транспортерами,независящимиотградиентанатрия,т.е.облегченнойдиффузией. Так,наапикальноймембране энтероцитов находится транспортный белокГлюТ-5,через который фруктоза диффундирует в клетку.

Дляглюкозывторично-активныйтранспорт используетсяпри еенизкихконцентрацияхвкишечнике.Есликонцентрацияглюкозывпросветекишечникавелика,тоонатакжеможеттранспортироватьсявклеткупутемоблегченной диффузииприучастии белкаГлюТ-5.

Скорость всасывания моносахаридов из просвета кишечника в эпителиоцит не одинакова. Так, если скорость всасывания глюкозы принять за 100%, то относительная скорость переноса галактозысоставит 110%,фруктозы –43%, маннозы– 19%.

Транспортизкровичерезмембраныклеток

Послевыходавкровь,оттекающуюоткишечника,моносахаридыдвижутсяпососудамворотной системы в печень, частичнозадерживаютсяв ней, частично выходятв большойкруг кровообращения. Следующей ихзадачей стоит проникновение в клетки органов.

Изкровивнутрьклетокглюкозапопадает припомощиоблегченной диффузиипоградиенту концентрациисучастиембелков-переносчиков(глюкозныхтранспортеров–"ГлюТ").Всего

выделяют12типовтранспортеровглюкозы,отличающихсялокализацией,сродствомкглюкозеи способностью к регулированию.

ГлюкозныетранспортерыГлюТ-1имеютсянамембранахвсехклетокиответственнызабазовый транспорт глюкозы в клетки,требуемый для поддержания жизнеспособности.

ОсобенностямиГлюТ-2являетсяспособностьпропускатьглюкозувдвух

направленияхинизкоесродствокглюкозе.Переносчикпредставлен,впервуюочередь,

вгепатоцитах,которыепослеедызахватываютглюкозу,авпостабсорбтивныйпериодипри голоданиипоставляютеевкровь.Такжеприсутствуетэтоттранспортернабазолатеральной мембранеэпителия кишечникаипочечных канальцев. Присутствуя на мембранахβ- клетокостровковЛангерганса, ГлюТ-2переносит глюкозувнутрь при увеличенииее

концентрациисвыше5,5ммоль/ливыпускаетизклеткинаружуприснижении.Благодаряэтому осуществляется тонкая регуляция сигнала для увеличениясекреции инсулина.

Глют-3обладаетвысокимсродствомкглюкозеипредставленвнервнойткани.Поэтому нейроныспособныпоглощатьглюкозудажепри низкихееконцентрацияхвкрови.

Вскелетныхмышцах,миокардеижировойтканинаходитсяГлюТ-4,толькоэтитранспортеры являютсячувствительнымиквлияниюинсулина.Придействииинсулинанаклеткуонивыходят на поверхность мембраны и переносят глюкозувнутрь.Указанные ткани получили

названиеинсулинзависимых.

Некоторыетканисовершеннонечувствительныкдействиюинсулина,их

называютинсулиннезависимыми. К нимотносятсянервнаяткань,стекловидное тело,хрусталик,сетчатка,клубочковыеклеткипочек, эндотелиоциты,семенникииэритроциты.

ГлюТ-5,какужебылосказано,находитсянаапикальноймембранеэнтероцитов,также представлен в зрелыхсперматозоидах и в яичках. В первую очередь он отвечает за облегченную диффузию фруктозы.

В существенно меньших количествах ГлюТ-5 присутствует в почках, мозге, мышцах и жировой тканивзрослого человека. Физиологическое значение ГлюТ-5 в этихтканяхнеизвестно

Поскольку в кишечнике всасываются все поступающие с пищей моносахариды (фруктоза, галактоза,маннозаит.п.),топередорганизмомвстаетзадачапревратитьполученныегексозыв глюкозу для ее дальнейшего использования в реакциях метаболизма –

происходитпревращениесахаров.Придефектесоответствующихферментоввозникает накопление моносахаридов в крови –галактоземияифруктоземия.

Превращениемоносахаров

Цельэтогопроцеса–созданиетолькоодногосубстратадляреакцийметаболизма,аименноα- D-глюкозы, что позволяет сэкономить ресурсы, не образовывать множество ферментов для каждоговида моносахарида. Реакции образования свободной глюкозы протекают в

эпителиикишечникаи,восновном,вгепатоцитах.

У детей некоторое время после рождения, даже при гипогликемии, в крови отмечается относительный избыток других моносахаридов, например, фруктозы и галактозы, что обычно связано с функциональной незрелостью печени.

Превращениегалактозы

Галактоза сначала подвергается фосфорилированию по 1-му атому углерода. Отличительной особенностьюявляетсяпревращениевглюкозуненапрямую,ачерезсинтезУДФ-галактозыиз

галактозо-1-фосфата. Источником УМФ является УДФ-глюкоза, имеющаяся в клетке. ОбразованнаяУДФ-галактозавпоследствии изомеризуетсявУДФ-глюкозуидалее еесудьбаразлична.

Онаможет:

• участвоватьвреакциипереносаУМФнагалактозо-1-фосфат,

• превращатьсявсвободнуюглюкозуивыходитьвкровь,

• отправлятьсянасинтезгликогена.

Превращениегалактозывглюкозу

(обратимостьобеихуридил-трансферазныхреакцийнепоказана)

Биохимическоеусложнениевродебыпростойреакцииэпимеризациивызвано,видимо,синтезом УДФ-галактозыизглюкозывмолочнойжелезедляполучениялактозыприобразованиимолока. Также галактоза используется при синтезе соответствующихгексозаминоввгетерополисахаридах.

Нарушенияпревращениягалактозы

Нарушенияобменагалактозымогутбытьвызваныгенетическимдефектомодногоизферментов:

• галактокиназы,частотадефекта1:500000,

• галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазы,частотадефекта1:40000,

• эпимеразы,частотадефектаменее1:1000000.

Заболевание,возникающееприэтихнарушениях,получилоназваниегалактоземия.

Диагностика.Детиотказываютсяотеды.Концентрациягалактозы вкровивозрастаетдо11,1- 16,6ммоль/л(норма0,3-0,5ммоль/л),вкровипоявляетсягалактозо-1-фосфат.Клабораторным

критериямотносятсятакже билирубинемия, галактозурия, протеинурия,гипераминоацидурия,накопление гликозилированного гемоглобина.

Патогенез. Избытокгалактозы превращаетсяв спиртгалактитол(дульцитол), накапливающийся в хрусталикеи осмотически привлекающийсюдаводу.Изменяется солевой состав, нарушается конформация белков хрусталика, что приводит ккатарактев молодом возрасте.Катарактавозможнадажеуплодовматерейсгалактоземией,употреблявшихмолоко во время беременности.

При дефекте галактозо-1-фосфат-уридил-трансферазы АТФ постоянно расходуется на фосфорилирование галактозы и дефицит энергии угнетает активность многихферментов, "токсически"действуянанейроны,гепатоциты,нефроциты.Как результатвозможнызадержка психомоторногоразвития,умственнаяотсталость,некрозгепатоцитовициррозпечени.Впочках и кишечнике избыток галактозы и ееметаболитов ингибирует всасывание аминокислот.

Основы лечения.Исключениеиз рациона молокаидругихисточниковгалактозыпозволяет предотвратитьразвитиепатологическихсимптомов.Однакосохранностьинтеллектаможетбыть достигнутатолько при ранней, не позднее первых2месяцев жизни,диагностике ивовремя начатомлечении.

Превращениефруктозы

В целом переход фруктозы в глюкозу осуществляется по двум направлениям.Сначала происходитактивацияфруктозыпосредствомфосфорилированиялибо6-гоатомауглеродапри участиигексокиназы, либо1-го атома при участиифруктокиназы.

Впечениимеются оба фермента, однако гексокиназа имеет гораздо более низкое сродство к фруктозеиэтотпуть превращенияслабовыражен.Образованныйеюфруктозо-6-фосфатдалее изомеризуетсяиглюкозо-6-фосфатазаотщепляетужененужныйфосфатсполучениемглюкозы.

Если работает фруктокиназа, то образуется фруктозо-1-фосфат, под действием соответствующей альдолазы он превращается в глицеральдегид и диоксиацетонфосфат. Глицеральдегид фосфорилируется до глицеральдегидфосфата и вместе с диоксиацетонфосфатомонивдальнейшихреакцияхлибоиспользуютсявгликолизе,либов реакцияхглюконеогенезапревращаются в фруктозо-6-фосфат и далее в глюкозу.

Особенностьюмышцявляетсяотсутствиефруктокиназы, поэтому фруктоза в них превращаетсясразувфруктозо-6-фосфатипоступаетвреакциигликолизаилисинтезагликогена.

Путиметаболизмафруктозыиеепревращениевглюкозу

Нарушенияметаболизмафруктозы

Эссенциальнаяфруктозурия

Генетическийдефектфруктокиназыприводитк доброкачественнойэссенциальнойфруктозурии, протекающей безо всяких отрицательных симптомов.

Наследственнаяфруктозурия

Заболевание формируется вследствие наследственных аутосомно-рецессивных дефектов других ферментов обмена фруктозы. Частота 1:20000.

Дефектфруктозо-1-фосфатальдолазы,котораявнормеприсутствует впечени,кишечникеикорковом веществе почек, проявляетсяпосле введенияв рацион младенца сокови фруктов, содержащихфруктозу.

Патогенезсвязан со снижением мобилизации гликогена из-за ингибирования гликогенфосфорилазыфруктозо-1-фосфатомиослаблениемглюконеогенеза,т.к.дефектный фермент способен участвовать в реакциях аналогично фруктозо-1,6-дифосфат-альдолазе.

Проявляетсязаболеваниеснижениемконцентрациифосфатоввкрови,гиперфруктоземией, тяжелойгипогликемией.Отмечаетсявялость, нарушениясознания, почечный канальцевыйацидоз.

Диагнозставится исходя из "непонятного" заболевания печени, гипофосфатемии,гиперурикемии,гипогликемиии фруктозурии.Дляподтвержденияпроводяттесттолерантностикфруктозе.Лечениевключает диету с ограничением сладостей, фруктов, овощей.

Дефектфруктозо-1,6-дифосфатазыпроявляетсясходноспредыдущим,нонетактяжело.

Гексокиназа-первыйферментметаболизмаглюкозы

Наличиеглюкозывклеткеобеспечивается,впервуюочередь,облегченнойдиффузиейееиз крови в цитозоль при участии специальныхтранспортныхбелков -глюкозных

транспортеров(ГлюТ).

Активацияглюкозы

Послеперемещениячерезмембраныглюкозавцитозоле

немедленнофосфорилируетсяферментомгексокиназой,всвязисчемферментобразно называют "ловушка глюкозы".Фосфорилирование глюкозы решает несколько задач:

• фосфатныйэфирглюкозы невсостояниивыйтиизклетки, таккак молекула отрицательнозаряженаиотталкиваетсяотфосфолипиднойповерхностимембраны,

• наличиезаряженнойгруппыобеспечиваетправильнуюориентациюмолекулывактивном центре фермента,

• уменьшаетсяконцентрациясвободной(нефосфорилированной)глюкозывклетке,что способствует диффузии новых ее молекул из крови.

Дефосфорилированиеглюкозы осуществляетсяглюкозо-6-фосфатазой. Этот фермент есть тольковпечениипочках.Вэпителииканальцевпочекработаферментасвязанасреабсорбцией глюкозы.Вгепатоцитахферментнеобходим,когдапеченьподдерживаетконцентрациюглюкозы в крови при гипогликемии.

Реакциифосфорилированияидефосфорилированияглюкозы

Кромевнешнейсреды(крови)источникомглюкозыдляклетокявляютсязапасыгликогена, который используется как внутриклеточный резерв.

Вместесэтим,гепатоцитыиканальцевыйэпителийпочекобладают

способностьюсинтезироватьглюкозуизнеуглеводныхкомпонентов(глюконеогенез).Новданномслучае глюкозауходит изэтихклетокв кровь ииспользуетсядругимиклетками.

Особенностиглюкокиназы

Существуют принципиальныеотличия метаболизма глюкозы в печени от другихтканей. Это объясняется рядом причин и, в частности, наличиемв тканяхразличных изоферментов гексокиназы.Дляпечени характерен особый изоферментгексокиназа IV, получивший собственноеназвание–глюкокиназа.Отличиямиэтогоферментаотгексокиназдругихтканейявляются:

• низкоесродствокглюкозе(в1000разменьше),чтоведеткзахватуглюкозыпеченью только при ее высокой концентрации в крови (послееды),

• продуктреакцииглюкозо-6-фосфатнеингибируетфермент,втовремякаквдругих тканяхгексокиназачувствительнактакомувлиянию.Этопозволяетгепатоцитувединицу времени захватывать и фосфорилировать глюкозы больше, чем он может сразу жеутилизовать,

• чувствительностькдействиюинсулина–ферментактивируетсяэтимгормоном.

Благодарятакимотличиямгепатоцитможетэффективнозахватыватьглюкозупослееды, накапливать и впоследствии метаболизировать ее в любом направлении:

• синтезгликогена(гликогеногенез),

• получениерибозо-5-фосфата(пентозофосфатныйпуть),

• окислениедоацетил-SКоАисинтезизнегожирныхкислотихолестерина.

Гликоген-этолегкоиспользуемыйрезервэнергии

Мобилизациягликогена(гликогенолиз)

Резервыгликогенаиспользуютсяпо-разномувзависимостиотфункциональныхособенностейклетки.

Гликогенпеченирасщепляетсяприсниженииконцентрацииглюкозывкрови,преждевсего прикраткомголоданиимеждуприемами пищи.Через12-18 часовголоданиязапасыгликогенав печениполностью истощаются.Также распад гликогена в печенипроисходит

примышечнойнагрузкеподвлияниемадреналинаи,еслиразвиваетсярабочаягипогликемия,глюкагона.

Вмышцахколичествогликогенаснижаетсяобычнотольково времяфизической нагрузки – длительной и/или напряженной. Гликоген здесь используется для обеспечения глюкозой самих миоцитов.Такимобразом,мышцы,каквпрочемиостальныеорганы,используютгликогентолько для собственных нужд.

Мобилизация(распад) гликогена илигликогенолизактивируетсяпри недостатке свободной глюкозывклетке,азначитивкрови(голодание,мышечнаяработа).Приэтомуровеньглюкозы крови"целенаправленно"поддерживает толькопечень, вкоторойимеетсяглюкозо-6- фосфатаза, гидролизующая фосфатный эфир глюкозы. Образуемая в гепатоците свободная глюкоза выходит через плазматическую мембрану в кровь.

Вгликогенолизенепосредственноучаствуюттрифермента:

1. Фосфорилазагликогена(коферментпиридоксальфосфат)–расщепляетα-1,4-гликозидные связис образованием глюкозо-1-фосфата. Фермент работает до техпор, пока до точки ветвления (α1,6-связи) не останется 4 остатка глюкозы.

Рольфосфорилазыпримобилизациигликогена

2. α(1,4)-α(1,4)-Глюкантрансфераза– фермент, переносящий фрагмент из трех остатков глюкозынадругуюцепьсобразованиемновойα1,4-гликозиднойсвязи.Приэтомнапрежнем месте остаетсяодин остаток глюкозы и "открытая" доступная α1,6-гликозиднаясвязь.

3. Амило-α1,6-глюкозидаза,("деветвящий"фермент)–гидролизуетα1,6-гликозиднуюсвязьсвысвобождениемсвободной(нефосфорилированной)глюкозы.Врезультатеобразуетсяцепь без ветвлений, вновь служащая субстратом для фосфорилазы.

Рольферментовврасщеплениигликогена

Такимобразом,примобилизациигликогенаобразуетсясвободнаяглюкозаиглюкозо-1-фосфат (изомеризующийся в глюкозо-6-фосфат), иихсудьба различна в зависимости от органа.

Синтезгликогена

Гликоген способен синтезироваться почти во всехтканях, но наибольшие запасы гликогена находятсявпечениискелетныхмышцах.Накоплениегликогенавмышцахотмечаетсявпериод восстановленияпосле нагрузки, особенно при приеме богатой углеводами пищи.В

печенисинтез гликогена происходит только после еды, пригипергликемии. Это объясняется особенностямипеченочнойгексокиназы(глюкокиназы), котораяимеетнизкоесродство к глюкозеиможетработатьтолькоприеевысокихконцентрациях,принормальныхконцентрациях глюкозыв крови ее захват печенью не производится.

Непосредственносинтезгликогенаосуществляютследующиеферменты:

1. Фосфоглюкомутаза–превращаетглюкозо-6-фосфатвглюкозо-1-фосфат;

2. Глюкозо-1-фосфат-уридилтрансфераза–фермент, осуществляющийключевуюреакцию синтеза. Необратимость этойреакцииобеспечиваетсягидролизом образующегосядифосфата;

РеакциисинтезаУДФ-глюкозы

3. Гликогенсинтаза–образуетα1,4-гликозидныесвязииудлиняетгликогеновуюцепочку,присоединяя активированныйС^{1УДФ-глюкозы к}С^{4концевого остатка}гликогена;

Химизмреакциигликогенсинтазы

4. Амило-α1,4-α1,6-гликозилтрансфераза,"гликоген-ветвящий" фермент – переносит фрагментс минимальнойдлиной в 6 остатков глюкозына соседнюю цепь с образованием α1,6- гликозидной связи.

Рольгликогенсинтазыи гликозилтрансферазывсинтезегликогена

Синтези распадгликогенареципрокны

Метаболизмгликогенавпечени,мышцахидругихклеткахрегулируетсянесколькимигормонами, одниизкоторыхактивируютсинтезгликогена,адругие–распадгликогена.Приэтомв одной клеткенемогутидтиодновременносинтезираспадгликогена–этопротивоположныепроцессы с совершенно с разными задачами.Синтез и распад исключают друг друга или, по-другому,

ониреципрокны.

Активностьключевыхферментовметаболизма

гликогенагликогенфосфорилазыигликогенсинтазыизменяетсяв зависимостиналичияв

составеферментафосфорнойкислоты–ониактивнылибовфосфорилированной,либо вдефосфорилированнойформе.

Присоединениефосфатовкферментупроизводятпротеинкиназы,источникомфосфата являетсяАТФ:

• фосфорилазагликогенаактивируетсяпослеприсоединенияфосфатнойгруппы,

• синтазагликогенапослеприсоединенияфосфатаинактивируется.

Скорость фосфорилирования указанных ферментов повышается после воздействия на клеткуадреналина,глюкагонаинекоторыхдругихгормонов.Врезультатеадреналини глюкагон вызываютгликогенолиз, активируя фосфорилазугликогена.

Например,

• во время мышечной работыадреналинвызывает фосфорилирование ферментов обменагликогена в мышцахи в печени. В результате фосфорилаза гликогена активируется, синтазаинактивируется.Вмышцеипеченипроисходитраспадгликогена,образуетсяглюкоза для обеспечения энергией мышечного сокращения.

• приголоданиивответнаснижениеглюкозы кровииз поджелудочнойжелезы секретируетсяглюкагон. Он воздействует на гепатоциты и вызывает фосфорилированиеферментовобменагликогена,чтоприводиткгликогенолизуиповышениюглюкозывкрови.

Изменениеактивностиферментовобменагликогенавзависимостиотусловий

Способыактивациисинтазыгликогена

Аллостерическаяактивациягликогенсинтазыосуществляетсяглюкозо-6-фосфатом.

Ещеоднимспособомизмененияееактивности

являетсяхимическая(ковалентная)модификация. При присоединении фосфата гликогенсинтазапрекращаетработу,т.е.онаактивнавдефосфорилированномвиде.Удаление фосфата от ферментов осуществляютпротеинфосфатазы, которые активируются при действии наклеткуинсулина–врезультате он повышаетсинтезгликогена.

Вместесэтим,инсулиниглюкокортикоидыускоряютсинтезгликогена, увеличиваяколичество молекулгликогенсинтазы.

Способыактивациифосфорилазыгликогена

Скоростьгликогенолизалимитируетсятолькоскоростьюработыфосфорилазыгликогена.Ее активность может изменяться тремя способами:

• ковалентнаямодификация,

• кальций-зависимаяактивация,

• аллостерическаяактивацияспомощьюАМФ.

Ковалентнаямодификацияфосфорилазы

Придействиинекоторыхгормоновнаклеткупроисходитактивацияфермента

черезаденилатциклазныймеханизм,которыйявляетсятакназываемымкаскадным регулированием. Последовательность событий в данном механизме включает:

1. Молекулагормона(адреналин,глюкагон)взаимодействуетсосвоимрецептором;

2. Активныйгормон-рецепторныйкомплексвоздействуетнамембранныйG-белок;

3. G-белокактивируетферментаденилатциклазу;

4. АденилатциклазапревращаетАТФвциклическийАМФ(цАМФ)–вторичныйпосредник(мессенджер);

5. цАМФаллостерическиактивируетферментпротеинкиназуА;

6. ПротеинкиназаАфосфорилируетразличныевнутриклеточныебелки:

   • однимизэтихбелковявляетсясинтазагликогена,ееактивностьугнетается,

   • другимбелком–киназафосфорилазы,котораяприфосфорилированииактивируется;

7. Киназафосфорилазыфосфорилируетфосфорилазу "b"гликогена,последняяв результате превращается в активную фосфорилазу "а";

8. Активнаяфосфорилаза "а"гликогенарасщепляетα-1,4-гликозидныесвязивгликогенесобразованием глюкозо-1-фосфата.

Аденилатциклазныйспособактивациифосфорилазыгликогена

Кромегормонов,влияющихнаактивностьаденилатциклазычерезG-белки,существуютиные способы регуляции этого механизма. Например, после воздействияинсулинаактивируется ферментфосфодиэстераза, которая гидролизует цАМФ, прерывает каскад активации ферментов и, следовательно,снижаетактивностьгликоген-фосфорилазы.

Кальций-зависимаяактивация

Некоторые гормоны влияют на углеводный обмен посредством кальций-фосфолипидного механизма. Активация ионами кальция заключается в активации киназы фосфорилазы не протеинкиназой,аионамиCa²⁺икальмодулином.Этотпутьработаетприинициациикальций-фосфолипидного механизма. Такой способ оправдывает себя, например, при мышечной нагрузке, еслигормональные влияния через аденилатциклазунедостаточны, но в цитоплазму под влиянием нервных импульсов поступают ионы Ca²⁺.

Суммарная схемаспособовактивациифосфорилазы

Аллостерическая(метаболическая)активация

ТакжесуществуетактивациягликогенолизаспомощьюАМФ–такаяаллостерическаяактивация происходит благодаря присоединению АМФ к молекулефосфорилазы "b".

10.Генетические нарушения синтеза (агликогеноз) и распада гликогена (печеночные, мышечные и смешанные гликогенозы). Агликогенозы

Агликогенозы–состояния,связанныесотсутствиемгликогена.Вкачествепримераагликогеноза можно привести наследственный аутосомно-рецессивныйдефицит гликоген-синтазы.

Симптомами является резкая гипогликемия натощак, особенно утром, появляется рвота, судороги,потерясознания.Врезультатегипогликемиинаблюдаетсязадержкапсихомоторного развития, умственная отсталость. Болезнь несмертельна при адекватном лечении (частое кормление), хотя и опасна.

Гликогеновыеболезни–этонаследственныезаболевания,обусловленныенедостаточностью каких-либо ферментов, отвечающих за метаболизм гликогена. Могут быть нарушены обе стороны обмена:как синтез гликогена, так и его распад.Средняя частота встречаемости составляет 1:40000.

Гликогенозы

Синдромгликогенозавозникаетврезультатедефектаферментасинтезаилимобилизациигликогена, чтоприводиткнакоплениюилиизменениюструктурыгликогенавразныхтканях,чащевпечениимышцах.Следуетотметить,чтопригликогенозахколичествогликогенане всегда изменено, изменения могут быть только в структуре его молекулы.

Всегоизвестно12типовгликогенозов.Попатогенетическомупризнакугликогенозыделят:

• печеночные–0,I,III,IV,VI,VIII,IX,Х,ХIтипов,

• мышечные–VиVIIтипов,

• смешанные–IIтипа.

Печеночныегликогенозы

Самый частыйгликогеноз I типаили болезньфон Гирке(частота 1: 50000-100000 новорожденных) обусловлен аутосомно-рецессивным дефектомглюкозо-6-фосфатазы. Из-за того,чтоэтотферментестьтольковпечениипочках,преимущественнострадаютэтиорганы,и болезньноситещеодноназвание–гепаторенальныйгликогеноз.Дажеуноворожденныхдетей наблюдаютсягепатомегалия инефромегалия, обусловленныенакоплением гликогенане только вцитоплазме, ноивядрахклеток.Кромеэтого,активируетсясинтезлипидовсвозникновением стеатоза печени. Так как фермент необходим для дефосфорилирования глюкозо-6-фосфата с последующим выходом глюкозыв кровь, у больныхотмечаетсягипогликемияи, какследствие, ацетонемия, метаболический ацидоз, ацетонурия.

Гликогеноз III типаили болезньФорбса-Кориилилимит-декстриноз –этоаутосомно- рецессивныйдефектамило-α1,6-глюкозидазы,"деветвящего"фермента,гидролизующегоα1,6- гликозидную связь. Болезнь имеет более доброкачественное течение, и частота ее составляет примерно 25% от всехгликогенозов. Для больных характерна гепатомегалия, умеренная задержка физического развития, в подростковом возрасте возможна небольшая миопатия.

Пригликогенозе IVтипа(болезньАндерсена,1%всехгликогенозов),связанногос дефектомветвящегофермента,образуетсягликогенсмалымколичествомветвлений,что резко уменьшает скорость гликогенолиза.

ГликогенозVIтипа(болезньХерса,25%всехгликогенозов),связансдефицитомпеченочной фосфорилазыгликогена. При этом отсутствует мобилизация гликогена, развивается гепатомегалия и гипогликемия.

Мышечныегликогенозы

Дляэтойгруппыгликогенозовхарактерныизмененияферментовмышечнойткани.Этоприводиткнарушениюэнергообеспечениямышцприфизическойнагрузке,кболям вмышцах,судорогам.

ГликогенозVтипа(болезньМак-Ардля)–отсутствиемышечнойфосфорилазы.Притяжелой мышечнойнагрузкевозникаютсудороги,миоглобинурия,хотялегкаяработаневызываеткаких- либо проблем.

Схематичноерасположениедефектныхферментовприразличныхгликогенозах

Смешанныегликогенозы

Этизаболеваниякасаютсяипечени,имышц,идругихорганов.

Гликогеноз IIтипа(болезньПомпе,10%всехгликогенозов)– поражаютсявсе гликогенсодержащиеклеткииз-заотсутствиялизосомальной (кислой) α-1,4-глюкозидазы, поэтомуданная болезнь относится клизосомным болезням накопления. Происходит накопление гликогена в лизосомах и в цитоплазме. Заболевание составляет почти 10% всех гликогенозовиявляетсянаиболеезлокачественным.Больныеприотсутствиилеченияумирают в раннем возрасте из-за кардиомегалии и тяжелой сердечной недостаточности.

11.ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССА ГЛИКОЛИЗА:ЛОКАЛИЗАЦИЯИ УСЛОВИЯ ПРОТЕКАНИЯ ПРОЦЕССА, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РЕАКЦИЙ И ФЕРМЕНТЫ, КОНЕЧНЫЕ ПРОДУКТЫ, УЧАСТИЕ АДЕНИЛОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ, НЕОБРАТИМЫЕ РЕАКЦИИ ГЛИКОЛИЗА, РЕАКЦИИ ГЛИКОЛИЗА, СОПРЯЖЕННЫЕ С ПОТРЕБЛЕНИЕМ АТФ, РЕАКЦИИ СУБСТРАТНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ, ИХСУЩНОСТЬ И ЗНАЧЕНИЕ, ГЛИКОЛИТИЧЕСКАЯОКСИДОРЕДУКЦИЯ ЕЕ СУЩНОСТЬ И ЗНАЧЕНИЕ.

Бескислородноеокислениеглюкозывключаетдваэтапа

Ванаэробном процессепировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты (лактата),поэтомувмикробиологиианаэробныйгликолизназываютмолочнокислымброжением. Лактат далее ни во что не превращается,единственнаявозможность утилизовать лактат – это окислить его обратно в пируват.

Многиеклеткиорганизмаспособны канаэробномуокислениюглюкозы.Дляэритроцитовон является единственным источником энергии. Клеткискелетной мускулатурыза счет бескислородного расщепления глюкозы способны выполнять мощную, быструю, интенсивную работу,как, например, бег накороткиедистанции,напряжениев силовыхвидахспорта. Вне физическихнагрузокбескислородноеокислениеглюкозывклеткахусиливаетсяпригипоксии–

приразличногородаанемиях,принарушениикровообращениявтканяхнезависимоотпричины.

Гликолиз

Анаэробноепревращениеглюкозылокализуетсявцитозолеивключаетдваэтапаиз11 ферментативныхреакций.

Первыйэтапгликолиза

Первыйэтапгликолиза–подготовительный,здесьпроисходитзатратаэнергииАТФ,активация глюкозы и образование из неетриозофосфатов.

Первая реакциягликолизасводитсяк превращению глюкозыв реакционно-способное соединениезасчетфосфорилирования6-го,невключенноговкольцо,атомауглерода.Эта реакция является первой в любом превращенииглюкозы, катализируетсягексокиназой.

Вторая реакциянеобходимадлявыведенияещеодногоатомауглеродаизкольцадляего последующего фосфорилирования (ферментглюкозофосфат-изомераза). В результате образуетсяфруктозо-6-фосфат.

Третья реакция– ферментфосфофруктокиназафосфорилирует фруктозо-6-фосфат с образованием почти симметричноймолекулыфруктозо-1,6-дифосфата.Этареакцияявляется главной в регуляции скорости гликолиза.

Вчетвертойреакциифруктозо-1,6-дифосфатразрезаетсяпополамфруктозо-1,6-дифосфат-альдолазойс образованием двух фосфорилированных триоз-изомеров –

альдозыглицеральдегида(ГАФ)икетозыдиоксиацетона(ДАФ).

Пятая реакцияподготовительного этапа – переход глицеральдегидфосфата и диоксиацетонфосфата друг в друга при участиитриозофосфатизомеразы. Равновесие реакции сдвинуто в пользу диоксиацетонфосфата, его доля составляет 97%, доля глицеральдегидфосфата–3%.Этареакция,привсейеепростоте,определяетдальнейшую судьбуглюкозы:

• принехваткеэнергиивклеткеиактивацииокисленияглюкозыдиоксиацетонфосфат превращаетсявглицеральдегидфосфат,которыйдалееокисляетсянавторомэтапегликолиза,

• придостаточномколичествеАТФ,наоборот,глицеральдегидфосфатизомеризуетсяв диоксиацетонфосфат, и последний отправляется на синтез глицеррол-3-фосфата

дляобразованияфосфатиднойкислотыидалеетривцилглицеролов.

Второйэтапгликолиза

Второйэтапгликолиза–этоосвобождениеэнергии,содержащейсявглицеральдегидфосфате, и запасание ее в формеАТФ.

Шестая реакциягликолиза(ферментглицеральдегидфосфат-дегидрогеназа)–окислениеглицеральдегидфосфата до кислоты и присоединение к нейфосфорной кислоты приводит к образованию макроэргического соединения 1,3-дифосфоглицериновой кислоты и НАДН.

Вседьмой реакции(ферментфосфоглицераткиназа) энергия фосфоэфирной связи, заключенная в 1,3-дифосфоглицерате тратится на образование АТФ. Реакция получиладополнительноеназвание–реакция субстратного фосфорилирования,чтоуточняет источникэнергиидля получениямакроэргическойсвязив АТФ(отсубстрата реакции) в отличие

отокислительногофосфорилирования(использованиеэнергииэлектрохимическогоградиента ионов водорода на мембране митохондрий).

Восьмаяреакция–синтезированныйвпредыдущейреакции3-фосфоглицератпод влияниемфосфоглицератмутазыизомеризуется в 2-фосфоглицерат.

Девятаяреакция–ферментенолазаотрываетмолекулуводыот2-фосфоглицериновой кислоты и приводит к образованию макроэргической фосфоэфирной связи в составефосфоенолпирувата.

Десятая реакциягликолиза–ещеоднареакция субстратного фосфорилирования– заключаетсяв переносепируваткиназоймакроэргическогофосфатас фосфоенолпируватана АДФ с образованием пировиноградной кислоты и АТФ.

Последняя реакция бескислородного окисления глюкозы,одиннадцатая– образование молочнойкислотыизпируватаподдействиемлактатдегидрогеназы.Важното,чтоэтареакция осуществляетсятолькованаэробныхусловиях. Этареакциянеобходимаклетке,таккакНАДН, образующийся в 6-йреакции, в отсутствие кислорода не может окислятьсяв митохондриях.

Приналичиикислородапировинограднаякислотапереходитвмитохондрию
и	превращается	вацетил-S-КоА.

Анаэробныйгликолиз-самодостаточныйпроцесс

Длястабильногопротеканиягликолизавбескислородныхусловияхнеобходимырядпростыхусловий:

• поступлениеглюкозы,

• наличиеминимальныхколичествАТФдляактивациипроцессанапервомэтапеиАДФ как акцептора для фосфатов на втором этапе,

• пополнениезапасовокисленногоНАДдляшестойреакции.

Еслипервыедва условия подразумеваютсясами собой, тодлятретьего условиясуществует специальное решение:

• ванаэробныхусловияхобразуемыйвшестой(глицеральдегидфосфат-дегидрогеназной) реакции НАДН используется водиннадцатойреакции для восстановления пирувата до лактата. Образуемый таким образом НАД опять возвращается в шестую реакцию. Следовательно, клетке не нужны дополнительные источники НАД и дополнительныеспособы уборки НАДН!Процесс поддерживается самостоятельно.

ПроцессциклическоговосстановленияиокисленияНАДвреакцияханаэробногоокисления глюкозы получил названиегликолитическая оксидоредукция.

Схемагликолитическойоксидоредукции НАД-НАДН

Ваэробныхусловияхгликолитическойоксидоредукциинепроисходит,НАДНотдаетсвои атомыводорода начелночныесистемыдляихпередачивдыхательную цепьмитохондрий.

14.Судьба продуктов гликолиза в аэробных условиях.Глицеролфосфатная и малатаспартатнаячелночные системы. Энергетический выход аэробного окисления глюкозы.

Глюкозакрайневажнадляэнергетикиклеток

Глюкоза–этосубстратдляполученияэнергии

Энергетикалюбойклеткинашегоорганизмаосновананаокисленииглюкозы.Окислениеглюкозы происходит по двум направлениям:

1. Окислениесобразованиемпентоз:рибозы, рибулозы, ксилулозы. Этот путь

называетсяпентозофосфатныйшунтинесвязанс получением энергии

2. Окислениесполучениемэнергии.

Второйпуть,т.е.тотпокоторомуглюкозаокисляетсядля полученияэнергии,называетсягликолиз(греч.glykos— сладкий и греч.lysis— растворение). Конечным продуктом гликолиза являетсяпировиноградная кислота(пируват).

В зависимости от дальнейшей судьбы пирувата различаютаэробноеианаэробноеокислениеглюкозы. ЦельюобоихтиповокисленияявляетсяполучениеАТФ.

Ваэробномпроцессепировинограднаякислота превращается в ацетил-SКоА(реакции ПВК-

Путиметаболизмапируватавприсут- ствии и в отсутствии кислорода

дегидрогеназы)идалеесгораетвреакцияхциклатрикарбоновыхкислотдоСО2(реакцииЦТК). Общее уравнение аэробного окисления глюкозы:

C6H12O6+6O2+32АДФ+32Фнеорг→6CO2+44H2О+32АТФ

Ванаэробномпроцессепировинограднаякислотавосстанавливаетсядомолочнойкислоты (лактата). Лактат являетсяметаболическимтупикомидалее ни во чтоне превращается, единственная возможность утилизовать лактат – это окислитьего обратно в пируват. В микробиологии анаэробный гликолиз называютмолочнокислым брожением.

Суммарноеуравнениеанаэробногогликолизаимеетвид:

C6H12O6+2АДФ+2Фнеорг→2Лактат+2H2O+2АТФ

Глюкоза –этоисточникоксалоацетата

Послетогокакпируватсинтезировался,оннеобязательнопревращаетсявацетил-SКоАили молочную кислоту. Существенное значение имеет его способность карбоксилироваться

воксалоацетат,особенноэтареакцияактивнавпечени.Наличиеизбыткаоксалоацетата "подталкивает"реакциициклатрикарбоновыхкислот(доступностьсубстрата),ускоряет связывание ацетильной группы, ее окисление и производство энергии.

Приголоданииотсутствиеглюкозывклеткахиактивацияглюконеогенезавгепатоцитах,ухудшение окисленияглюкозыдо пирувата присахарном диабетевлечетза

собойнедостаточноеколичествооксалоацетата.Этосопровождаетсягипоэнергетическим состоянием клетки и активацией синтезакетоновыхтелв печени.

НадНгликолизамогутдоставлятьсявмитохондрии

МолекулыНАДН,образованныевшестойреакциигликолиза,взависимостиотналичия кислородаимеют, как минимум, два пути своего дальнейшего превращения:

• либоостатьсявцитозолеивступитьводиннадцатуюреакциюгликолиза (анаэробныеусловия),

• либопроникнутьвмитохондриюиокислитьсявдыхательнойцепи(аэробныеусловия).

Челночныесистемы

Так как сама молекула НАДН через мембрану не проходит, то существуют специальные системы,принимающиеатомыводородаотНАДНвцитоплазмеиотдающиеихвматриксе митохондрий. Эти системы получили названиечелночные системы.

Определеныдвеосновныечелночныесистемы–глицеролфосфатнаяималат-аспартатная.

На основании наличия алкогольдегидрогеназы во многих тканях, в том числе и в нервной, дискутируетсявопрососуществованииэтанол-ацетальдегидной челночной системы,однако однозначных экспериментальных доказательств пока не получено.

Глицеролфосфатныйчелночныймеханизм

Главными ферментами глицеролфосфатного челнока являются изоферментыглицерол-3- фосфат-дегидрогеназы–цитоплазматическийимитохондриальный.Ониотличаютсясвоими коферментами: у цитоплазматической формы – НАД, умитохондриальной – ФАД.

Вцитозолеметаболитыгликолиза–диоксиацетонфосфатиНАДНобразуютглицерол-3- фосфат, поступающий в митохондрии. Там он окисляется с образованием ФАДН2.Далее ФАДН2направляется в дыхательную цепь и используется для получения энергии. Таким образом,в результатедействийчелнока цитозольныйНАДН+H^+какбы"превращается"в митохондриальныйФАДН2.

В действительности цитозольный глицерол-3-фосфат не проникает в матрикс, так как митохондриальнаяглицерол-3-фосфат-дегидрогеназарасположенанавнешнейстороне внутренней митохондриальной мембраны.Она обеспечивает перенос атомов водорода от глицерол-3-фосфата на ФАДН2и дальнейшую передачу их на коэнзим Q дыхательной цепи.

Схемаработыглицерол-фосфатнойчелночнойсистемы

Этот челнок активенв печени, в белыхскелетныхмышцахи в буройжировойткани. Однаков гепатоцитевсостояниипокояипослеедычастьглицерол-3фосфатавмитохондриюнепойдет, а будет использоваться в цитозоле для синтезафосфолипидов и триацилглицеролов.

Малат-аспартатныйчелночныймеханизм

Главными ферментами этого челнока являются изоферментымалатдегидрогеназы– цитоплазматическийимитохондриальный.Онявляетсяраспространеннымповсемтканям.

Этотмеханизмболеесложен:постоянноидущиевцитоплазмеприучастии

ферментааспартатаминотрансферазы(АСТ) реакциитрансаминированияаспарагиновой кислотыс α-кетоглутаратом поставляютоксалоацетат, который под действием цитозольного пуламалатдегидрогеназыизасчет"гликолитического"НАДНвосстанавливаетсядояблочной кислоты(малата).

Последняя антипортом с α-кетоглутаратом проникает в митохондрии и, являясь метаболитом ЦТК, окисляется в оксалоацетат с образованием НАДН. Так как мембрана митохондрий непроницаема для оксалоацетата, то он при помощи аспартатаминотрансферазы трансаминируетсядоаспарагиновойкислоты,котораявобменнаглутаматвыходитвцитозоль.

Такимобразом, атомыводородаотцитозольногоНАДНперемещаютсяв составмитохондриальногоНАДН.

Схемаработымалат-аспартатнойчелночнойсистемы

ДлярасчетаколичестваАТФ,образованнойприокисленииглюкозынеобходимоучитывать:

1. Реакции,идущиесзатратойилиобразованиемАТФиГТФ,

2. Реакции,продуцирующиеНАДНиФАДН2ииспользующиеих,

3. Таккакглюкозаобразуетдветриозы,товсесоединения,образующиесянижеГАФ- дегидрогеназнойреакции,образуютсявдвойном(относительноглюкозы)количестве.

РасчетАТФприанаэробномокислении

На подготовительном этапе на активацию глюкозызатрачивается2 молекулы АТФ, фосфат каждойизкоторыхоказываетсянатриозе–глицеральдегидфосфатеидиоксиацетонфосфате.

В следующий второй этап входят две молекулы глицеральдегидфосфата, каждая из которых окисляетсядо пирувата с образованием 2-хмолекул АТФ вседьмойидесятойреакциях– реакцияхсубстратногофосфорилирования.Такимобразом,суммируя,получаем,чтонапутиот глюкозы до пирувата в чистом виде образуется 2 молекулы АТФ.

Однако надо иметьв видуишестую,глицеральдегидфосфат-дегидрогеназную,реакцию, из которойвыходитНАДН.Еслиусловияанаэробные,тоониспользуетсявлактатдегидрогеназной реакции, где окисляетсядля образованиялактатаи в получении АТФне участвует.

Расчет энергетическогоэффектаанаэробногоокисленияглюкозы

Аэробноеокисление

Есливклеткеимеетсякислород,тоНАДНизгликолизанаправляетсяв

митохондрию(челночныесистемы),напроцессыокислительногофосфорилирования,итамего окисление приносит дивиденды в виде 2,5 молей АТФ.

Образовавшийся в гликолизе пируват в аэробных условиях превращается вПВК-дегидрогеназномкомплексевацетил-S-КоА,приэтомобразуется1молекулаНАДН.

Ацетил-SКоА вовлекается вЦТКи, окисляясь, дает 3 молекулы НАДН, 1 молекулу ФАДН2, 1 молекулуГТФ.МолекулыНАДНиФАДН2движутсявдыхательную цепь,где приихокислениив суммеобразуется9молекулАТФ.ВцеломприсгоранииоднойацетогруппывЦТКобразуется10 молекул АТФ.

Расчет энергетического эффекта аэробного окисления глюкозыСуммируя результаты окисления"гликолитического" и "пируватдегидрогеназного" НАДН,

"гликолитический"АТФ,энергетическийвыходЦТКиумножаявсена2,получаем32молекулыАТФ.

17.Глюкозо-лактатный цикл (цикл кори), его значение при физической работе. Источники молочной кислоты в организме. Глюкозо-аланиновый цикл, его значение при физической работе и голодании.

Печеньумеетсинтезироватьглюкозу

Вклеткахорганизмавсегдасуществуетпотребностьвглюкозе:

• дляэритроцитовглюкозаявляетсяединственнымисточникомэнергии,

• нервнаятканьпотребляетоколо120гглюкозывсуткииэтавеличинапрактическинезависит от интенсивности ее работы. Только в экстремальныхситуациях(длительное голодание)онаспособнаполучатьэнергиюизнеуглеводныхисточников(кетоновыетела),

• глюкозаиграетвесомуюрольдляподдержаниянеобходимыхконцентраций метаболитовциклатрикарбоновыхкислот(впервуюочередьоксалоацетата).

Такимобразом,приопределенныхситуациях–принизкомсодержанииуглеводоввпище, голодании, длительнойфизической работе,т.е.когда глюкоза крови расходуется и наступаетгипогликемия,организмдолжен иметь возможность синтезировать глюкозуи

нормализоватьееконцентрациювкрови.Этодостигаетсяреакциямиглюконеогенеза,идущими в печени.

Поопределению,глюконеогенез–этосинтезглюкозыизнеуглеводныхкомпонентов:лактата, пирувата,глицерола,кетокислот циклаКребса идругихкетокислот, из аминокислот.

Необходимостьглюконеогенезаиегозначениедляорганизмадемонстрируютдвацикла–

глюкозо-лактатныйиглюкозо-аланиновый.

Глюкозо-лактатныйцикл(циклКори)

Глюкозо-лактатный цикл–это циклический процесс, объединяющийреакцииглюконеогенеза иреакции анаэробного гликолиза. Глюконеогенез происходит в печени,субстратомдлясинтеза глюкозыявляетсялактат, поступающийв основномизэритроцитовилимышечной ткани.

Вэритроцитахмолочнаякислотаобразуетсянепрерывно,таккакдляниханаэробныйгликолиз является единственным способом образования энергии.

Вскелетных мышцахвысокое накопление молочной кислоты (лактата) является следствием гликолиза при очень интенсивной, субмаксимальноймощности, работе, при этом внутриклеточныйрНснижаетсядо6,3-6,5.Нодажеприработенизкойисреднейинтенсивности в скелетной мышце всегда образуется некоторое количество лактата.

Убрать молочную кислоту можно только одним способом – превратить ее в пировиноградную кислоту. Однако сама мышечная клетка ни при работе, ни во время отдыха не способна превратить лактат в пируват из-заособенностейизофермента лактатдегидрогеназы-5. Зато клеточная мембрана высоко проницаема для лактата, он движется по градиенту концентрации наружу.ипереноситсякроаьювпечень.Поэтомувовремяипосленагрузки(привосстановлении) лактат легко удаляется из мышцы. Это происходит довольно быстро, всего через 0,5-1,5 часа в мышце лактата уже нет. Малая часть молочной кислоты выводитсяс мочой.

Большая часть лактата крови захватывается гепатоцитами, окисляется в пировиноградную кислотуивступаетнапутьглюконеогенеза.Глюкоза,образованнаявпечени,используется самим гепатоцитом или возвращается обратно в мышцы, восстанавливая во время отдыха запасы гликогена. Также она может распределиться по другим органам.

Глюкозо-лактатный(выделенжелтым)иглюкозо-аланиновыйциклы

Глюкозо-аланиновыйцикл

Цельюглюкозо-аланиновогоциклатакжеявляетсяуборкапирувата,нокромеэтогорешается еще одна немаловажная задача – доставкааминного азотаиз мышцы в печень.

Примышечнойработеивпокоевмиоцитераспадаютсябелкииобразуемые

аминокислотытрансаминируютсясα-кетоглутаратомиполученныйглутаматвзаимодействуетс пируватом.Образующийсяаланинявляетсятранспортнойформойаминного(аминокислотного) азотаипируватаизмышцыв печень.Вгепатоцитеидетобратнаяреакциятрансаминирования, аминогруппачерезглутаматпередаетсянасинтезмочевины,пируватиспользуетсядлясинтезаглюкозы.

Кромемышечнойработы,глюкозо-аланиновыйциклактивируетсявовремяголодания,когда белки мышц и другихтканей распадаютсяи многие аминокислоты используются в качестве источника энергии, а ихазот необходимо доставить в печень.

ЗНАЧЕНИЕПЕНТОЗОФОСФАТНОГОПУТИ

1. Значение первого этапа пентозофосфатного пути заключается в синтезе НАДФН. ОбразованныйНАДФНиспользуется:oдлясинтезажирныхкислот,oдлясинтеза холестерола и других стероидов (например, желчных кислот), o для синтеза глутаминовой кислоты из α-кетоглутаровой кислоты (реакция восстановительного аминирования), o для синтеза дезоксирибонуклеотидов, o для систем защиты клетки от свободно-радикального окисления (антиоксидантные системы), o для деятельности цепи микросомального окисления (цитохромР450),oдлявосстановленияжелеза(III)метгемоглобинавжелезо(II) нормального гемоглобина, o для реактивации фолиевой кислоты и витамина К.

2. Значение второго этапа двояко: o либо в первой реакции образуется рибозо-5-фосфат, который используется при синтезе рибонуклеотидов и остальные пентозы стекаются в эту реакцию.Рибозо-5-фосфатнеобходимдлясинтезапуриновыхипиримидиновых нуклеотидов и нуклеиновых кислот, o либо образуемые пентозо-5-фосфаты превращаются во фруктозо-6-фосфат и глицер– альдегид-3-фосфат и вливаются в путь гликолиза. При определенных условиях разные клетки могут выключать или подключать второй неокислительный этап.

Вразныхклеткахпентозофосфатныйпутьидетпо-разному

Метаболизм глюкозо-6-фосфата в пентозофосфатном пути может идти по различным вариантам.Судьбаметаболитовпентозофосфатногопутизависитотситуации, потребностей клетки и ее типа.

Растущиеиделящиесяклетки

Есликлеткарастетиделится,тоейнеобходимыНАДФНирибозо-5-фосфат.Вэтомслучае2-й этапидтинебудет,весьобразуемыйна1-мэтаперибулозо-5-фосфатпревратитсяврибозо-5- фосфат. Последний далее фосфорилируется вфосфорибозилдифосфати используется для синтеза как пуриновых, так и пиримидиновыхнуклеотидов.НАДФНбудет расходоваться

насинтездезоксирибонуклеотидов.

Прираспаденуклеотидовобразуемыйрибозо-5-фосфатчерезвторойэтапспособен превратиться в фруктозо-6-фосфат и окисляться с получением энергии.

ОсобенностьпентозофосфатногошунтаприактивномсинтезеРНКиДНК

Адипоциты

Если потребность вНАДФНзначительно превышает потребность в рибозо-5-фосфате, как, например,вадипоцитахипечениприсинтезежирныхкислот,топоокислительнымреакциям пентозофосфатного пути образуются НАДФН и рибулозо-5-фосфат. Далее, под действием ферментов 2 этапа, рибулозо-5-фосфат превращается в другие пентозо-5-фосфаты и далее в метаболиты гликолиза (фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат).

Эти метаболиты превращаются впируватиацетил-SKoAи, в основном, используютсядлясинтезажирныхкислотиобразованияхолестерина.Одновременноглицеральдегид-3-

фосфатможетпревращатьсявглицерол-3-фосфатиуходитьвбиосинтезтриацилглицеролов.

Особенностьпентозофосфатногошунтавадипоците

Эритроциты

Вслучае,когдапотребностьвНАДФНвысока,апотребностьврибозо-5-фосфатеотсутствует, как в эритроците, где НАДФН активно используется для восстановления

антиоксидантаглутатионаферментомглутатионредуктазой,последовательноидутобаэтапа ПФП. Глюкозо-6-фосфат превращается в рибозо-5-фосфат и далее во фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат, которые "проваливаются" в гликолиз с образованием лактата. В конечном результате происходит одновременное генерирование НАДФН и АТФ.

Особенностьпентозофосфатногошунтавэритроците

Нарушенияпентозофосфатногопутиестьумногихлюдей

Изнарушенийпентозофосфатногошунтанаиболеечастовстречаетсянедостаточностьпервого фермента –глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы. Дефектглюкозо-6-фосфат-

дегидрогеназыявляетсярецессивнымисвязансX-хромосомой.

Взападныхстранахдефектвстречаетсяпримерносчастотой1:100.НаЗемлеимеетсяоколо

400 млн человек с этим заболеванием и особенно оно распространено в некоторых частях Африки,Азии,СредиземноморьяиБлижнегоВостока(частота1:60).По частотевстречаемостив мире этот дефект стоит на втором месте после дефекта ацетальдегид-дегидрогеназы.

Следствием ферментного дефекта являетсяснижение синтеза НАДФНв клетке. Особенно существенно этовлияет наэритроциты, в которых окислительный этап пентозофосфатного циклаявляетсяединственнымисточникомНАДФН.ИзразнообразныхфункцийНАДФНвданном случае имеет значение одна – участие в работе антиоксидантной системы. Данная система необходимадлянейтрализацииактивныхформкислорода, постояннообразующихсявклетке.В частности, перекись водорода восстанавливаетсяселен-зависимой пероксидазойдо воды с помощьюглутатиона.Восстановление глутатиона обратно в работоспособное состояние производит ФАД-содержащий ферментглутатионредуктазапри участии НАДФН, поставляемого пентозофосфатным шунтом.

РольНАДФНвантиоксидантной системеклетки

Внормальныхусловияхуносителейдефектногоферментасрокжизниэритроцитасокращен,но гемолизианемияобычноневозникают,т.е.дефектнепроявляется.Триггеромдляпроявления патологии являются лекарства и токсины, обладающие окислительными свойствами:

• лекарственные препараты(до80 наименований) – сульфаниламиды, антибиотики, нитрофураны, анальгетикииантипиретики(парацетамол,аспирин, феназопиридин),противомалярийные препараты(примахин, памахин), антитуберкулезные (тубазид, изониазид),

• контактснафталиномихной,использованиеметиленовогосинего,

• бактериальныеивирусныеинфекции,

• метаболическийацидоз,

• поступлениетоксиновсрастительнымипродуктами-конскиебобы(Viciafava,отсюда терминфавизм),папоротникмужской,голубика,черника,

• такжеотмеченыподобныенарушенияприпотреблениипрепаратоваскорбиновой кислоты и витамина К.

Непосредственнойпричинойгемолизаэритроцитовявляетсято,чтовклеткахактивируются процессы свободно-радикального окисления (внутриклеточныйокислительный

стресс).Здороваяклетка,иэритроцитвтомчисле,обычноуверенносправляетсяспоявлением свободных радикалов. При дефекте глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы и снижении

содержанияНАДФНактивностьантиоксидантных системослабевает, перекись водорода накапливаетсявэритроците,усиливаетсяповреждениеегомембранипроисходитгемолиздо 20% и более эритроцитов.

К концу жизни эритроцита активность глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы снижается примерно наполовину. Поэтому в эритроцитах, содержащих дефектный фермент, эта активность становится ниже критического значения раньше, чем в здоровых, т.к. она изначально ужеснижена.

Гемолитический криз развивается за несколько часов с момента действия окислителя, могут возникать гемоглобинурия и шок. Однако обычно происходит разрушение только старых эритроцитов, более молодые (большинство) остаются жизнеспособными.

Обменлипидов

Классификация липидов сложна, так как в класс липидов входят вещества весьма разнообразныепосвоемустроению.Ихобъединяеттолькоодносвойство–гидрофобность.

Поотношениюкгидролизувщелочнойсредевселипидыподразделяютнадве большие группы:омыляемыеинеомыляемые.

Срединеомыляемыхопределенабольшаягруппастероидов,всоставкоторой

входятхолестеролиегопроизводные:стероидныегормоны,стероидныевитамины,желчныекислоты.

Средиомыляемыхлипидовсуществуютпростыелипиды,т.е.состоящиетолькоизспиртаи жирныхкислот–воска,триацилглицеролы(триглицериды),эфирыхолестерола,

исложныелипиды,включающие,кромеспирта ижирныхкислот,веществаиногостроения–

фосфолипиды,гликолипиды,сфинголипиды.

Функции липидовтесносвязанысихстроением

Липиды являютсятретьим классом органических веществ изкоторыхсостоит живой организм. Правильный качественный и количественный состав липидов клетки определяет ее возможности,активностьивыживаемость.Жирнокислотныйсоставмембранныхфосфолипидов, недостаток или избытокхолестеролав мембране неизбежно влияет на деятельность мембранных белков – транспортеров, рецепторов, ионныхканалов. Все это влечет за собой изменениеработыклетоки, конечно,функцийвсегооргана,какнапример,

приинсулиннезависимом сахарном диабете. Существуют наследственные болезни накоплениялипидов–липидозы,сопровождающиесятяжелыминарушениямиворганизме.

Необходимостьизучениястроения,свойствивидовлипидовкроетсявмногообразиииз функций. Функции липидов существенно зависят от ихвида.

Резервно-энергетическаяфункция

Триацилглицеролыподкожного жира являются основнымэнергетическим резервом организмапри голодании. В адипоцитахжиры могут составлять 65-85% веса.Дляпоперечно-полосатой мускулатуры, печении почек ониявляются основнымисточником энергии.

Структурнаяфункция

Мембраныклетоксостоятизфосфолипидов,обязательнымкомпонентом

являютсягликолипидыихолестерол.Основнымкомпонентомсурфактанталегкихявляется фосфатидилхолин (и содержащий две пальмитиновые кислоты).

Т.к. активность мембранныхферментов зависит от состояния и текучести мембран, то жирнокислотныйсоставиналичиеопределенныхвидовфосфолипидов,количествохолестерола влияет на активность мембранных липидзависимых ферментов (например,аденилатциклаза, Nа⁺,К⁺-АТФаза,цитохромоксидаза).

Сигнальнаяфункция

Гликолипидывыполняют рецепторные функции и задачи взаимодействия с другими клетками.Фосфатидилинозитолнепосредственно принимает участие впередачегормональныхсигналоввклетку.Производныежирныхкислот–эйкозаноиды–являются "местными(тканевыми) гормонами",обеспечивая регуляцию функций клеток.

Защитнаяфункция

Подкожныйжирявляетсяхорошимтермоизолирующимсредством,наряду

сбрыжеечнымжиромонобеспечиваетмеханическуюзащитувнутреннихорганов.

Фосфолипидныйфакторактивациитромбоцитовучаствуетвагрегациитромбоцитов,играет роль как медиатор воспаления и в патогенезе анафилактического шока.

2. ПЕРЕВАРИВАНИЕ ЛИПИДОВ. ПИЩЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЛИПИДОВ, СУТОЧНАЯ ПОТРЕБНОСТЬ ДЕТЕЙ И ВЗРОСЛЫХ В ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ЖИРАХ. ЭТАПЫ ПЕРЕВАРИВАНИЯ ЛИПИДОВ В ЖКТ. СОСТАВ ЖЕЛЧИ ИЕЕ РОЛЬ ДЛЯ ОРГАНИЗМА И В ПЕРЕВАРИВАНИИ ЛИПИДОВ. ВИДЫ ЖЕЛЧНЫХ КИСЛОТ, ИХ ФУНКЦИИ, СТРОЕНИЕ. ПРИЧИНЫ И ПОСЛЕДСТВИЯ НАРУШЕНИЯ ЖЕЛЧЕОБРАЗОВАНИЯ И СЕКРЕЦИИ ЖЕЛЧИ.ФЕРМЕНТЫ, ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИЕ ПЕРЕВАРИВАНИЕ ТРИАЦИЛГЛИЦЕРОЛОВ, ФОСФОЛИПИДОВ И ЭФИРОВ ХОЛЕСТЕРИНА В ТОНКОМ КИШЕЧНИКЕ. МЕСТО ОБРАЗОВАНИЯ И СПОСОБ АКТИВАЦИИ ЭТИХ ФЕРМЕНТОВ. РОЛЬ ФОСФОЛИПАЗ А2 И С.

Пищевыеисточники

Посколькужирныекислотыопределяютсвойствамолекул,всоставкоторыхонивходят,тоони находятся в совершенно разных продуктах.

Источникомнасыщенныхимононенасыщенныхжирныхкислотявляютсятвердые жиры–сливочное масло,сыр и другие молочные продукты, свиноесало и говяжий жир.

Полиненасыщенныеω6-жирныекислотывбольшомколичествепредставлены

врастительныхмаслах(кромеоливковогоипальмового)–подсолнечное,конопляное,льняное масло. В небольшом количестве арахидоновая кислота имеется также в свином жире имолокопродуктах.

Наиболеезначительнымисточникомω3-жирныхкислотслужитжиррыбхолодныхморей–в первую очередь жир трески. Исключением является α-линоленовая кислота, имеющаяся в конопляном, льняном, кукурузном маслах.

Рольжирныхкислот

1. Именносжирнымикислотамисвязанасамаяизвестнаяфункциялипидов–энергетическая. Благодаряокислениюнасыщенныхжирныхкислоттканиорганизмаполучаютболееполовины всейэнергии(β-окисление),толькоэритроцитыи нервныеклеткине используют ихвэтом качестве. Как энергетический субстрат используются, как

правило,насыщенныеимононенасыщенныежирныекислоты.

2. Жирныекислотывходятвсоставфосфолипидовитриацилглицеролов.

Наличиеполиненасыщенныхжирныхкислотопределяетбиологическую

активностьфосфолипидов,свойствабиологическихмембран,взаимодействиефосфолипидов с мембранными белкамии ихтранспортную и рецепторную активность.

3. Длядлинноцепочечных(С22,С24)полиненасыщенныхжирныхкислотустановлено участиев механизмах запоминания и поведенческих реакциях.

4. Еще одна, и очень важнаяфункцияненасыщенныхжирныхкислот, а именно тех, которые содержат20углеродныхатомовиформируютгруппуэйкозановых кислот(эйкозотриеновая (С20:3), арахидоновая(С20:4),тимнодоновая(С20:5)), заключается втом, чтоониявляются субстратом для синтезаэйкозаноидов(перейти) – биологически активныхвеществ, изменяющихколичество цАМФ и цГМФ вклетке, модулирующихметаболизм и активностькак самойклетки,такиокружающихклеток.Иначеэтивеществаназываютместныеилитканевыегормоны.

Вниманиеисследователейкω3-кислотампривлекфеноменэскимосов(коренныхжителейГренландии)икоренныхнародовроссийскогоЗаполярья.Несмотрянавысокоепотребление

животногобелкаижираиоченьнезначительноеколичестверастительныхпродуктовуних

отмечалосьсостояние,котороеназвалиантиатеросклероз. Этосостояниехарактеризуется рядом положительных особенностей:

1. Вэкспериментахпоизучениюпатогенезасахарногодиабета1типаукрысбылообнаружено, чтопредварительноеприменение ω-3 жирных кислот снижало у экспериментальных крыс гибель β-клеток поджелудочной железы при использовании токсичного соединения аллоксан (аллоксановый диабет).

2. Показаниякприменениюω-3жирныхкислот:

3. Возможные причины нарушения переваривания и всасывания пищевого жира. Причины гиповитаминозов и стеатореи при нарушении переваривания липидов. Особенности переваривания липидов у детей.

Перевариваниелипидовможетлегконарушиться

Любоенарушениевнешнегообменалипидов(проблемыперевариванияиливсасывания) проявляется увеличением содержания жирав кале – развиваетсястеаторея.

Причинынарушенийперевариваниялипидов

1. Снижениежелчеобразованияврезультатенедостаточногосинтезажелчныхкислоти фосфолипидов при болезнях печени, гиповитаминозах.

2. Снижениежелчевыделения(обтурационнаяжелтуха, билиарныйцирроз,желчнокаменная болезнь).Удетейчастопричинойможетбытьперегибжелчногопузыря,которыйсохраняетсяи во взрослом состоянии.

3. Снижениеперевариванияпринедостаткепанкреатическойлипазы,которыйвозникаетпри заболеванияхподжелудочнойжелезы(острыйи хроническийпанкреатит, острыйнекроз, склероз).Можетвозникатьотносительнаянедостаточностьферментаприсниженномвыделениижелчи.

4. Избытоквпищекатионовкальцияимагния,которыесвязываютжирныекислоты,переводят их в нерастворимое состояние и препятствуют их всасыванию. Эти ионы также связывают желчные кислоты, нарушая их работу.

5. Снижениевсасыванияприповреждениистенкикишечникатоксинами,антибиотиками(неомицин, хлортетрациклин).

6. Недостаточностьсинтезапищеварительныхферментовиферментовресинтезалипидовв энтероцитах при белковой и витаминной недостаточности.

Нарушениежелчевыделения

Нарушениежелчеобразованияижелчевыделениячащевсегосвязанысхроническим избытком ХСворганизмевообщеив желчивчастности,таккакжелчь

являетсяединственнымспособомеговыведения.

Избыток ХС в печени возникает при увеличении количестваисходного материала для его синтеза(ацетил-SКоА)ипринедостаточномсинтезежелчныхкислотиз-засниженияактивности 7α-гидроксилазы (гиповитаминозы С и РР).

Причинынарушенияформированияжелчиивозникновенияхолелитиаза

ИзбытокХСвжелчиможетбытьабсолютнымврезультатеизбыточногосинтезаипотребления илиотносительным.Так как соотношение желчныхкислот, фосфолипидов и холестерола должно составлять 65:12:5, то относительный избыток холестерина возникает

принедостаточномсинтезежелчных кислот(гиповитаминозыС,В3,В5)

и/илифосфатидилхолина(недостаток полиненасыщенныхжирныхкислот,витаминов В6,В9, В12).В результатенарушениясоотношенияобразуетсяжелчь, из которой холестерол,как плохо растворимоесоединение,кристаллизуется.Далееккристалламприсоединяютсяионыкальция и билирубин, что сопровождается образованиемжелчных камней.

Застойвжелчномпузыре,возникающийпринеправильномпитании,приводитксгущению желчииз-за реабсорбции воды. Недостаточноепотребление водыили длительный

приеммочегонныхсредств(лекарства,кофеин-содержащиенапитки,этанол)существенно усугубляет эту проблему.

Удетейсвоипричуды Особенностиперевариванияжираудетей

Умладенцевклеткамислизистойкорняязыкаиглотки(железыЭбнера)присосании секретируетсялингвальная липаза, продолжающая свое действие и в желудке.

У грудныхмладенцев и детей младшего возрасталипаза желудкаболее активна, чем у взрослых,таккаккислотностьвжелудкедетейоколо5,0.Помогаетито,чтожиры молока эмульгированы.Жирыумладенцевдополнительноперевариваютсязасчетлипазыженского молока, в коровьем молоке липаза отсутствует. Благодаря таким преимуществам у детей грудного возраста в желудке происходит 25-50% всего липолиза.

Вдвенадцатиперстнойкишкегидролизжирадополнительноосуществляетсяпанкреатической липазой.До7летактивностьпанкреатическойлипазыневысока,чтоограничиваетспособности ребенкак перевариванию пищевогожира, ееактивность достигает максимуматолькок8-9 годам.Но,темне менее, это не мешает ребенку уже в первые месяцыжизни гидролизовать почти 100% пищевого жира и иметь 95% всасывания.

Вгрудномвозрастесодержаниежелчныхкислотвжелчипостепенноувеличиваетсяпримерно в три раза, позднее этот рост замедляется.

4. Ресинтез липидов в энтероцитах, его роль. Реакции ресинтеза триацилглицеролов, эфиров холестерина и фосфолипидов в стенке кишечника. Транспорт ресинтезированных триацилглицеролов ворганизме.

5. Характеристика синтеза жирных кислот из глюкозы: локализация и условия протекания процесса, схемаобразования ацетил-SКоАиз глюкозы, роль цитрата в переносе ацетильной группы в цитозоль, его дальнейшие превращения, реакциясинтезамалонил-SКоА,рольвитаминаН,егохарактеристика. Строение мультиферментного синтазного комплекса, химизм реакций, происходящих в комплексе, конечный продукт синтеза, регуляция процесса.

6. Реакции синтеза глицерол-3-фосфата из глюкозы. Локализация и роль процесса.Реакциисинтезафосфатиднойкислотыизжирныхкислоти глицерол-3-фосфата: локализация в клетке, источники глицерол-3-фосфата, жирных кислот и энергии, последовательность реакций, связь с обменом углеводов, дальнейшие пути использования фосфатидной кислоты.

7. Реакции синтеза триацилглицеролов (липогенез). Жирно-кислотный состав триацилглицеролов. Связь синтеза триацилглицеролов с обменом углеводов. Сходство и отличие биосинтеза триацилглицеролов в жировой ткани и печени.

8. Липолиз: локализация и условия протекания процесса, последовательность реакций и ферменты, конечные продукты, гормональная регуляция процесса, транспорт и использование свободных жирных кислот, образующихся при липолизе. Особенности обмена триацилглицеролов при некоторых физиологических состояниях (потребление пищи, голодание, мышечнаяактивность).

9. Реакции синтеза кетоновых тел. Условия, локализация и роль процесса. Реакции утилизации кетоновых тел в тканях. Причины кетоацидоза при голодании и сахарном диабете. Роль дефицита оксалоацетата для активациикетогенеза.

10. Химическое строение и биологическая роль холестерола. Пищевые источники холестерола. Пути и продукты метаболизма холестерола. Выведение холестерола из организма. Синтез холестерола. Локализация, источники углерода и водорода, этапы синтеза. Реакции синтеза мевалоновой кислоты. Схема дальнейших этапов синтеза холестерола. Связь синтеза холестерола с обменом углеводов. Регуляция синтеза. Гормональный и аллостерический механизмы регуляции. Лекарственная регуляция синтеза холестерола.

11. Липопротеины крови: классификация, строение, этапы формирования. Апобелки: классификация, функции.

12. Транспорт пищевых триацилглицеролов в организме. Характеристика хиломикронов: липидный состав, соотношение липидных фракций, значение, функции. Основные апобелки, их функция. Схема строения хиломикрона. Где и когда образуются хиломикроны? Утилизация хиломикронов в тканях. Рольлипопротеинлипазы.

13. Характеристика липопротеинов очень низкой плотности: их липидный состав, значение, функция. Схема строения ЛПОНП. Основные апобелки, их функция. Схема строения ЛПОНП. Условия, при которых образуются эти липопротеины. Утилизация ЛПОНП в тканях. Роль липопротеинлипазы.

14. Локализация и роль апо В100 рецептора. Значение рецептор- опосредованного эндоцитоза ЛПНП и пути метаболизма их компонентов после эндоцитоза. Роль ацилSКоА:холестерол-ацилтрансферазы (АХАТ).

15. Характеристика транспорта свободного холестерола и его эфиров в плазме крови. Состав и строение липопротеинов низкой и высокой плотности. Типы апобелков, их функции. Метаболизм ЛПНП и ЛПВП в плазме крови. Реакция, катализируемая лецитин:холестерол-ацилтрансферазой (ЛХАТ).

16. Характеристика атеросклероза (по стадиям). Роль модифицированных ЛПНП в инициации атеросклероза, причины их появления. Участие нейтрофилов и моноцитов в патогенезе атеросклероза.

Обменбелковинуклеиновыхкислот

Количествобелкавпищенеобходимопросчитывать

Во всехклеткахорганизма постоянно идут процессыанаболизма икатаболизма. Также как и любые другие молекулы, белковые молекулы в организме непрерывно распадаются и синтезируются, т.е. идет процесс самообновления белков. В здоровом организме мужчины массой70кгвеличинаскоростираспадасоответствуетскоростисинтезаиравна500гбелкавсутки.

Еслискоростьсинтезабелковравнаскоростиихраспада,наступаетазотистоеравновесие, или, подругому,этосостояние,когда количество выводимого азота равно количеству получаемого (Vпоступ= Vвывод).

Еслисинтезбелковпревышаетскоростьихраспада,токоличествовыводимогоазотаснижается и разность между поступающим азотом и выводимым (Vпоступ– Vвывод) становится положительной. Вэтом случае говорят оположительном азотистом балансе.Положительный азотистый баланс наблюдается у здоровых детей, при нормальной беременности, выздоравливающих больных, спортсменов при наборе формы, т.е. в техслучаях, когда усиливаетсясинтез структурных и функциональных белков в клетках.

Привозрастаниидоливыводимогоазотанаблюдаетсяотрицательныйазотистыйбаланс. Отрицательный баланс отмечается у больных и голодающих.

Всемирнаяорганизацияздравоохранениярекомендуетприниматьнеменее42гполноценного белкавсутки–этофизиологическийминимум.Тольковэтомслучаеворганизменаступает азотистое равновесие.

Для выяснения обоснованных величин потребления белка добровольцы в течение 10 дней находились на искусственной безбелковой диете. При определении азота вмочевыявлена его концентрацияоколо3700мг/сут,тогдакаквконтрольнойгруппеэтивеличиныбылиот30до400 мг/сут.Количествоазота3700мгсоответствуетпримерно23г белка(16%отмассы белка),т.е. такое количество белка распадалось у испытуемых в сутки. Величина 23 г белка в сутки получила названиекоэффициент изнашивания.

Выявленныепотериазотаскалом–12мг/кгвеса(всреднемсоответствует840мг/70кгили13,6 гбелка/сут),сдыханием–2мг/кг(140мг/70кгили2,28гбелка/сут),сэпителиемкожи–3мг/кг (210мг/70кгили3.4г белка/сут).Всуммесоставляет19,3г белкавсутки.

При приеме 23 г белка с пищей у добровольцев наблюдался отрицательный азотистый баланс, т.е. продолжали преобладать процессы распада белков. Равновесие наступало только при приеме42гполноценногобелкавсутки(23+19,3=42,3г),этавеличинаполучила названиефизиологический минимум.

Но есть и противоположные данные: для достижения азотистого равновесия достаточно 20 г яичногобелка(примерно2яйца)или28гбелка мяса(150-200гмяса)или28гмолочногобелка (около1лмолока)или67грастительногобелка(около1кг хлеба,1буханка=600г).

Чтозначитполноценныйбелок?

Вреальностинормыпотреблениябелкаустанавливаются, исходяизпредставленийобелковом составепищевыхпродуктов,осоотношенииполноценныхинеполноценныхбелковврационе.В России нормы суточного поступления пищевого белка установлены

• длявзрослыхнауровне100-120г,

• длядетей1годажизни–2-3гнакгвесатела,

• устаршихдетей–около1,5-2г/кгвеса.

Животныхбелковдолжнобытьнеменее60%отобщегоколичества.

Основнойтрудностьюприрасчетенормативовпотреблениябелковявляетсяразнообразиеих аминокислотного состава и неодинаковая потребность организма в разныхаминокислотах. В связи с этим введеныкритерии качества белка:

• соотношениезаменимыхинезаменимыхаминокислот–вбелкедолжнобытьнеменее 32% незаменимых аминокислот,

• близостьаминокислотногосоставабелкакаминокислотномусоставуусредненногобелка тела человека,

• легкостьперевариваниявЖКТ.

Существуетпонятиеоптимальногоповсемпараметрамидеального белка,кнемунаиболее близок белоккуриного яйца.Растительные белки считаютсянеполноценными, таккакв их составемалонезаменимыхаминокислот, идолятехилииныхаминокислот врастительном белке резко отличается от таковой животного белка.

Так как все аминокислотынеобходимы в определенном соотношении, то возникает понятие "лимитирующей аминокислоты",т.е.поступающей в минимальном и недостаточном количестве.Отсутствиеэтойаминокислотыпрепятствуетиспользованию(включениювсостав белка) других аминокислот, которых может быть достаточно.

У детей при недостатке белкав пище задерживается рост, отстает физическое и умственное развитие, изменяетсясостав костной ткани, снижается активность иммунной системы и сопротивляемостьк заболеваниям, тормозится деятельность эндокринныхжелез. Выраженным нарушениемпотреблениябелковявляетсяквашиоркор–нехваткабелков,особенноживотных, в пище. В результате возникает дисбаланс аминокислотногосостава пищи и недостаток незаменимыхаминокислот.Заболевание наиболее характерно дляслаборазвитыхстран Азии и Африкииегоначалосовпадаетс отнятиемребенкаотгруди матери(1,5-3годика),когдаон лишается полноценного белка и переходит на скудное растительное питание взрослых. У больныхнаблюдаетсяистощение,остановкароста,отечность,анемия,нарушениеинтеллектаи памяти, умственная отсталость, гипопротеинемия и аминоацидурия.

Строение некоторых белков снижает или даже исключает их усвоение: например, плохо перевариваетсяколлаген, белок волос и шерстикератинвообще не гидролизуется в ЖКТ, т.к. содержит очень много дисульфидных (S-S) связей, для расщепления которых у животных нетферментов.

Указанные 32% незаменимых аминокислот должны поступать в определенном соотношении, чтобы обеспечить синтез белка:

Триптофан Треонин

Лизин Валин Изолейцин

Фенилаланин Лейцин Метионин

1доля 2доли 3доли 4,5долей

Суточнаясбалансированнаяпотребностьваминокислотах:

Аланин – 3 гФенилаланин -2-4 гВалин – 4 г

Глутаминовая кислота – 16 г Серин – 3 г

Пролин–5г

Триптофан – 1 г Изолейцин– 3-4г Тирозин – 3-4 г Лейцин – 4-6 г

Аспарагиновая кислота – 6 г Треонин – 2-3 г

Цистин ицистеин – 2-3 г Аргинин – 5-6 г Метионин – 2-4 г

Лизин – 3-5 г Глицин – 3 г Гистидин –2г

Вмясеимолокеколичествофенилаланинаиметионинаотносительномало.Взлакахмало триптофана и лизина.

Существует понятие оптимального по всем параметрам идеального белка, к нему наиболее близок белок куриного яйца. Растительные белки считаются неполноценными, так как в их составе мало незаменимых аминокислот, и также доля тех или иных аминокислот в растительном белке резко отличается от такового животного белка.

Так как аминокислоты необходимы в определенном соотношении, то возникает понятие "лимитирующей аминокислоты", т.е. поступающей в минимальном и недостаточном количестве. Отсутствие этой аминокислоты препятствует использованию (включению в состав белка) других аминокислот, которых может быть достаточно.

При недостатке белка в пище задерживается рост у детей, отстает физическое и умственное развитие, изменяется состав костной ткани, снижается активность иммунной системы и сопротивляемость к заболеваниям, тормозится деятельность эндокринных желез.

Выраженным нарушением потребления белков является квашиоркор – нехватка белков, особенно животных, в пище. В результате возникает дисбаланс аминокислотного состава пищи и недостаток незаменимых аминокислот. Заболевание наиболее характерно для слаборазвитых стран Азии и Африки и его начало совпадает с отнятием ребенка от груди матери (1,5-3 годика), когда он лишается полноценного белка и переходит на скудное растительное питание взрослых. У больных наблюдается истощение, остановка роста, отечность, анемия, нарушение интеллекта и памяти, умственная отсталость, гипопротеинемия и аминоацидурия.

Перевариваниебелковначинаетсявжелудке

Расщепление белков до аминокислот начинается в желудке, продолжается в двенадцатиперстной кишке и заканчивается в тонком кишечнике. Внекоторыхслучаяхраспад белковипревращенияаминокислотмогутпроисходитьтакжевтолстомкишечникеподвлияниеммикрофлоры.

Протеолитическиеферментыподразделяютпоособенностиихдействиянаэкзопептидазы, отщепляющиеконцевые аминокислоты, иэндопептидазы, действующие на внутренние пептидные связи.

Вжелудкепищаподвергаетсявоздействиюжелудочногосока,включающегосолянуюкислотуи ферменты. К ферментам желудка относятсядве группы протеаз с разным оптимумом рН, которые упрощенно называютпепсинигастриксин. У грудныхдетей основным ферментом являетсяреннин.

Регуляцияжелудочногопищеварения

Регуляция осуществляется нервными (условные и безусловные рефлексы) и гуморальными механизмами.Кгуморальнымрегуляторамжелудочнойсекрецииотносятсягастринигистамин.

ГастринсекретируетсяспецифичнымиG-клеткамипилорическогоотдела:

• вответнараздражениемеханорецепторов,

• вответнараздражениехеморецепторов(продуктыпервичногогидролизабелков),

• подвлияниемn.vagus.

Далеегастринчерез системный кровоток достигает истимулирует главные, обкладочные и добавочные клетки, что вызывает секрецию желудочного сока, в большей мересоляной кислоты.Такжеонобеспечиваетсекрециюгистамина,влияянаECL-клетки(enterochromaffin- like cells, англ. энтерохромаффиноподобные клетки).

Гистамин, образующийся в энтерохромаффиноподобных клетках слизистой оболочки желудка(фундальныежелезы),выходитвкровоток,взаимодействуетсН2-рецепторамина обкладочныхклеткахи увеличивает внихсинтез исекрециюсоляной кислоты.

Закислениежелудочногосодержимого(pH 1,0)помеханизмуобратной отрицательнойсвязиподавляетактивностьG-клеток,снижаетсекрециюгастринаижелудочногосока.

Солянаякислота

Однимизважнейшихкомпонентовжелудочногосокаявляетсясолянаякислота.Вобразовании соляной кислоты принимают участие париетальные (обкладочные) клеткижелудка, секретирующие ионы Н⁺. Источником ионов Н^{+является угольная}кислота, образуемая ферментомкарбоангидразой. При ее диссоциациии , кроме ионов водорода, образуются карбонат-ионыНСО3^–.ОнипоградиентуконцентрациидвижутсявкровьвобменнаионыСl^–.В полостьжелудкаионыН^{+попадают}энергозависимымантипортомсионамиК⁺⁽Н⁺,К⁺-АТФаза), хлорид-ионы перекачиваются в просвет желудка такжес затратой энергии.

Н⁺,К⁺-АТФаза (протонная помпа) является мишенью действия лекарственных препаратов "ингибиторов протонной помпы"–омепразол, пантопразол и др., используемых для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, связанных с повышенной кислотностью (гастриты, язвы желудка и 12-перстнойкишки, дуоденит).

ПринарушениинормальнойсекрецииHClвозникаютгипоацидныйилигиперацидныйгастрит, отличающиеся друг от друга по клиническим проявлениям, последствиям и требуемой схемелечения.

Синтезсолянойкислоты

Функциисолянойкислоты

1. Денатурациябелковпищи.

2. Бактерицидноедействие.

3. Высвобождениежелезаизкомплексасбелками,чтонеобходимодляеговсасывания. Аналогично высвобождаются и другие металлы.

4. Высвобождение различныхорганическихмолекул, прочно связанныхс белковой частью (гем,коферменты-тиаминдифосфат,ФАД,ФМН,пиридоксальфосфат,кобаламин,биотин),что позволяет витаминам впоследствии всасываться.

5. Превращениенеактивногопепсиногенавактивныйпепсин.

6. СнижениерНжелудочногосодержимогодо1,5-2,5исозданиеоптимумарНдляработыпепсина.

7. Послепереходав12-перстнуюкишку–стимуляциясекрециикишечныхгормонови, следовательно, выделения панкреатического сока и желчи.

Изменениекислотностив желудке

Гипоацидноесостояниеразвиваетсяприсниженииактивностии/иликоличестваобкладочных клеток,синтезирующихHCl.Врезультатемогут развиватьсясамые разнообразныепоследствия, прямо иликосвенно связанные сневыполнениемсоляной кислотой еефункций:

• снижениеперевариваниябелковкаквжелудке,такивкишечнике,

• активацияпроцессов брожениявжелудке,запахизорта,

• активацияпроцессагниениябелковвтолстойкишке,бурлениевкишечникеиметеоризм,

• проникновениенедопереваренныхпродуктоввкровьи, какследствие,аллергические реакции,

• уменьшениевысвобожденияотбелковивозникновениедефицитаминеральныхвеществ (железо,медь,магний,цинк,йоди др),

• снижениевысвобожденияотбелковивсасываниярядаводорастворимыхвитаминов– развитиегиповитаминозов(B1, B2, B6, B12, H),

• снижениесинтезаобкладочнымиклеткамивнутреннегофактораКаслаиснижение всасывания витаминаB12,

• снижениесекрециикишечныхгормонови,как

следствие,уменьшениевыделенияжелчиипанкреатическогосока,

• нарушениеперевариванияивсасываниялипидови,какследствие,развитие гиповитаминозов пожирорастворимымвитаминам.

Гиперацидное состояниеразвиваетсяприповышеннойактивности обкладочныхклеток. Можетприводитьк клиническимпроявлениямввидевоспалениястенки желудка, эрозии и язвенной болезни желудка и двенадцатипеперстной кишки.

Пепсин

ОптимумрНдляработыпепсина1,5-2,0.

Пепсинявляетсяэндопептидазой,тоестьонрасщепляетвнутренниепептидныесвязив молекулахбелков и пептидов. Синтезируется в главныхклеткахжелудка в виденеактивногопроферментапепсиногена,вкоторомактивныйцентр"прикрыт"N-концевымфрагментом.Приналичии солянойкислотыконформация пепсиногенаизменяется таким образом,что"раскрывается"активныйцентрфермента,которыйотщепляетостаточный

пептид(N-концевойфрагмент),т.е.происходитаутокатализ.Врезультатеобразуетсяактивный пепсин, активирующий и другие молекулы пепсиногена.

ПревращениепепсиногенавпепсинПепсин обладает невысокой специфичностью,

• восновномонгидролизуетпептидныесвязи,образованные

аминогруппамиароматическихаминокислот(тирозина,фенилаланина,триптофана),

• меньшеимедленнее–аминогруппамиикарбоксигруппамилейцина,глутаминовой кислоты и т.д.

Связи,расщепляемыепепсином

Гастриксин

Гастриксинпосвоимфункциямблизоккпепсину,егоколичествовжелудочномсокесоставляет 20-50%от количества пепсина. Синтезируется главными клетками желудка в

видепрогастриксина(профермент) и активируетсясоляной кислотой.Оптимум рН гастриксинасоответствует 3,2-3,5 и значение этот фермент имеет при питании молочно- растительной пищей, слабее стимулирующей выделение соляной кислоты и одновременно нейтрализующейеевпросветежелудка.Гастриксинявляетсяэндопептидазойигидролизует связи, образованные карбоксильными группамидикарбоновыхаминокислот.

В течениесутоксинтезируетсяоколо2гпепсина.Объемработыпепсинасоставляетпримерно

10%отвсехпептидныхсвязейбелков,попадающихвжелудок.

Наличиевжелудкедвухпротеаз,действующихприразличныхpH,позволяет организмупепсиномперевариватьбелкимяснойпищи,стимулирующейсекрециюHCL,агастриксином– белки растительно-молочной пищи.

Втонкомкишечникебелкидолжныполностьюрасщепиться

Покинувжелудок,пищаподвергаетсядействиюпанкреатическогосока,кишечногосокаижелчи.

Сок поджелудочнойжелезысодержитпроферменты–

трипсиноген,химотрипсиноген,прокарбоксипептидазы,проэластазу. Проферменты впросвете кишечника активируются, соответственно,до трипсина, химотрипсина, карбоксипептидаз и эластазы способомограниченного протеолиза. Указанные ферменты осуществляют основную работу по перевариванию белков.

Вкишечномсокеактивныферментыщеточнойкаймы–дипептидазыиаминопептидазы.Они заканчивают переваривание белков.

Трипсин,химотрипсин,эластазаявляютсяэндопептидазами.Карбоксипептидазыи аминопептидазы –экзопептидазы.

Регуляциякишечногопищеварения

Вкишечнике подвлиянием соляной кислоты, поступающей из желудка всоставепищевого комка,начинается секрециягормонасекретина, которыйс током кровидостигает поджелудочной железы истимулируетвыделениежидкойчасти панкреатическогосока, богатогокарбонат-ионами(HCO3^–).ВрезультатерНхимусавтонкойкишкеповышаетсядо7,2- 7,5 или, при усиленной секреции, до 8,5.

Благодаряработежелудочныхферментоввхимусеимеетсянекотороеколичествоаминокислот, вызывающих освобождениехолецистокинина-панкреозимина. Он стимулирует секрецию другой,богатойпроферментами,частиподжелудочногосока, исекрециюжелчи.

Нейтрализациякислогохимусавдвенадцатиперстнойкишкепроисходиттакжепри

участиижелчи.Формированиежелчи(холерез)идетнепрерывно,непрекращаясьдажеприголодании.

Трипсин

Синтезируемыйподжелудочнойжелезойтрипсиногенвдвенадцатиперстнойкишкеподвергается частичному протеолизу под действием ферментаэнтеропептидазы, секретируемой клетками кишечного эпителия. От профермента отделяется гексапептид (Вал-Асп-Асп-Асп-Асп-Лиз), что приводит к формированию активного центра трипсина.

Трипсинспецифиченкпептиднымсвязям,образованнымсучастиемкарбоксильных

групплизинаиаргинина,может осуществлятьаутокатализ,т.е.превращениепоследующих молекултрипсиногенавтрипсин,такжеонактивируетостальныепротеолитическиеферменты панкреатическогосока–химотрипсиноген,проэластазу,прокарбоксипептидазу.

Параллельнотрипсин участвует вперевариваниипищевыхлипидов,активируяфермент перевариванияфосфолипидов–фосфолипазуА2,иколипазупанкреатическойлипазы, отвечающей за гидролиз триацилглицеролов.

Втакихпродуктах,как бобовые(соя,горох,фасоль) содержитсяпептид –ингибитор трипсина,снижающий переваривание белков этихпродуктов в сыром,термическинеобработанном, виде.

Схемаактивациитрипсина Схемаактивациихимотрипсина

Химотрипсин

Образуетсяизхимотрипсиногенаприучастиитрипсина,которыйрасщепляетпептиднуюсвязь междуаргинином-15иизолейцином-16собразованиемужеактивныхпромежуточныхформπ- химотрипсинаиδ-химотрипсина,которые аутолизисом удаляют два дипептида из собственных цепей. Три образованныхфрагмента удерживаются друг с другом посредством дисульфидных связей, формируя стабильныйα-химотрипсин.

Ферментспецифиченкпептиднымсвязям,образованныхсучастиемкарбоксильныхгрупп ароматических аминокислот –фенилаланина,тирозинаитриптофана.

Эластаза

Активируется в просвете кишечника трипсином из проэластазы. Гидролизует связи, образованныекарбоксильнымигруппамималыхаминокислот–аланина,пролина,глицина.

Карбоксипептидазы

Карбоксипептидазыявляютсяэкзопептидазами,онигидролизуютпептидныесвязисС-конца пептидной цепи. Различают два типакарбоксипептидаз –карбоксипептидазы А и карбоксипептидазы В.Карбоксипептидазы Аотщепляют с С-конца

остаткиалифатическихиароматическихаминокислот,карбоксипептидазыВ–остаткиосновныхаминокислот – лизина и аргинина.

Аминопептидазы

Являясь экзопептидазами, аминопептидазы отщепляют N-концевые аминокислоты. Представителями аминопептидаз являютсяаланин-аминопептидазаилейцин- аминопептидаза,обладающиеширокойспецифичностью.Например,лейцин-аминопептидаза отщепляет с N-конца белкане только лейцин, но иароматические аминокислотыигистидин.

Дипептидазы

Дипептидазыгидролизуютдипептиды,визобилииобразующиесявкишечникеприработедругихферментов.

Лизосомыэнтероцитов

Малоеколичестводипептидовипептидовпиноцитозомпопадаютвэнтероцитыиздесь гидролизуются лизосомальными протеазами.

ПризаболеванияхЖКТ инарушениипереваривания,принедостаточностисолянойкислоты,при желудочномиликишечномкровотечении,привысокобелковойдиетечастьпептидов,неуспевая расщепиться,достигаеттолстогокишечникаи потребляетсяживущимитаммикроорганизмами– развиваетсягниение белков в кишечнике.

Удетейсвоипричуды Особенностиперевариваниябелковудетей

Желудок

Сразупосле рожденияребенкакислотностьжелудочногосока почтинейтральна исоставляет примерно6,0,после чего втечение6-12часовснижаетсядо1-2 единицрН.Однако кконцу первой недели жизни рН вновь повышается до5,0-6,0и сохраняется на высоком уровне продолжительноевремя, постепенноснижаясь довеличинырН 3,0-4,0 кконцупервогогода жизни. Существенной особенностью грудного возраста является то, что кислотность желудочногосокаобеспечиваетсявосновноммолочнойкислотой,анесоляной.Ввозрасте4- 7 лет показатель общей кислотности не превышает 40 ммоль/л (норма увзрослых40-60 ммоль/л), величина рН в среднем составляет 2,5, в дальнейшем онаснижается до величины взрослых1,5-2,0.

Вцеломпротеолитическая активностьжелудочногосокакконцупервогогодажизнивозрастает в 3 раза, но остается вдвое ниже, чем увзрослых.

Из-засниженнойкислотностижелудкавгрудномвозрасте(заисключениемпервыхднейжизни) пепсин не играет существенной ролив переваривании белка. Основным ферментом желудка грудныхдетей являетсяреннин(химозин). Его активность обнаруживается еще в антенатальном периоде, являясь максимальной к моменту рождения и не меняясь до 10 дня жизни.Синтезируетсяреннинглавнымиклеткамижелудкаввидепрофермента(прореннина)и активируется при рН менее5,0. Оптимальная кислотность среды для реннина 3,0-4,0.

Реакцииосажденияказеина

Реннин имеет значение для переваривания молочного белкаказеина. Отщеплениегликопептида от казеина превращает последний впараказеин, которыйсвязывает ионы кальция, створаживается и образует нерастворимую соль. Благодаря этому молочный белок задерживаетсявжелудкеиподвергаетсячастичномуперевариваниюгастриксином.Увзрослых функцию реннина берет на себясоляная кислота, денатурирующаяказеин.

Кишечник

Враннемгрудномвозрастеактивностьподжелудочнойжелезыотносительнонизка,однакокконцупервогогодажизнисекрецияпанкреатическихферментоввозрастаетот2до10раз,

перевариваниебелковпроисходитпрактическиполностьюикзавершениюгрудноговозраста всасывается до 98% поступившихаминокислот.

Низкаякислотность желудкаи"слабая"протеолитическаяактивностьЖКТ впервыечасы,днии месяцыжизниобеспечиваютформирование пассивного иммунитетамладенца,т.к.антитела молозива и грудного молокавсасываются не повреждаясь ине перевариваясь. Благодаря этому дети, находящиеся на грудном вскармливании, менее подвержены детским болезням, перенесенными матерью в ее детстве, и взрослым инфекциям.

ПроблемыЖкТвлияютнавесьорганизм

Уменьшениепереваривания белков из-занизкой протеолитической активностивжелудке (пониженнаякислотность)иливкишечнике(хроническиепанкреатиты),нарушениецелостности стенкикишечноготрактавследствиегельминтозовилинеполной нейтрализациисолянойкислоты(гиперацидный гастрит, нарушение желчевыделения) приводит к последствиям, которыеотражаются на деятельности всего организма.

Пищевыеаллергии

Враннемпостнатальномпериоде(уноворожденныхидо2-3месяцев) проницаемостьстенки кишечникаудетейдажевнормеповышена.Такаяособенностьобеспечиваетпроникновение антител молозива и материнского молока в кровь ребенкаи создает младенцупассивный иммунитет. Молозиво также содержитингибитор трипсина,предохраняющий иммуноглобулины от быстрого гидролиза.

Однакоприналичиинеблагоприятных обстоятельств(гиповитаминозы, индивидуальные особенности,неправильноепитание)проницаемостькишечнойстенкивозрастаетисоздается повышенный потокв кровь младенца пептидов коровьегомолока (приискусственном вскармливании), пептидов и веществ, присутствующихв материнском молоке –

развиваетсяпищевая аллергия.Аналогичнаяситуацияможетнаблюдатьсяустаршихдетейи взрослыхпри нарушенияхжелчевыделения, при гельминтозах, дисбактериозах, поражении слизистой оболочки кишечника токсинами и т.п.

Целиакия

Целиакия – аутосомно-доминантное прогрессирующее заболевание, с разной степенью выраженности,с частотойдо0,5-1%. Приводиткизменениямвтощейкишке:воспалениюи сглаживаниюслизистойоболочки,исчезновению ворсинокиатрофиищеточнойкаемки,к появлению кубовидныхэнтероцитов. Причиной являетсяврожденнаянепереносимость белка клейковинызлаков(глютена),илиточнее–егорастворимойфракцииглиадина.Заболевание проявляется после введения в рацион младенца глиадин-содержащих продуктов (пшеница, рожь, ячмень), в первую очередь манной каши.

Патогенеззаболеваниядосихпорневыяснен,имеютсягипотезао

прямомтоксическомвоздействиинастенкукишечникаигипотезаиммунногоответанабелокв стенке кишки.

Катаболизмаминокислотвтолстомкишечнике

Внекоторыхситуациях,аименно:

• приухудшениивсасыванияаминокислот,

• приизбыткебелковойпищи,

• принарушениидеятельностипищеварительныхжелез,

• присниженииперистальтики кишечника (запоры)

аминокислотыинедопереваренныефрагментыбелковдостигаюттолстогокишечника,гдеподвергаютсявоздействиюкишечноймикрофлоры.Такойпроцессполучилназваниегниение белков в кишечнике. При этом образуются продукты разложенияаминокислот, представляющие собой

• токсины(аммиак, кадаверин,путресцин,крезол,фенол,скатол,индол,пиперидин,пирролидин, сероводород (H2S), метилмеркаптан (СН3SН) и другие),

• нейромедиаторы(серотонин,гистамин,октопамин,тирамин,триптамин).

Всасываясь в кровь, эти вещества вызывают общую интоксикацию, колебания артериального давления, головныеболи, понижениеаппетита,понижение болевой чувствительности, анемии, миокардиодистрофии,нарушениежелудочнойсекреции,втяжелыхслучаяхвозможныугнетение дыхания, сердечной деятельности и кома.

Реакциипревращениятирозинаитриптофана

Реакциипрвращениялизинаиаргинина

Детоксикацияпродуктовгниения

Обезвреживаниетоксическихвеществ,поступающихизтолстого кишечника,происходитвпеченис помощью двух систем:

• системамикросомальногоокисления,

• системаконъюгации.

Цельработысистемымикросомальногоокислениязаключается

• вувеличенииреакционнойспособностимолекулыиеевозможностивступитьвреакциюконъюгации,

• вприданиигидрофильностимолекуле,чтоспособствуетеевыведениюсмочойи отсутствию накопления в нервной и жировойткани.

Цельработысистемыконъюгациизаключается

• вмаскировкереакционноспособныхитоксичныхгрупп(например,вфенолеэтоОН-группа).

ГНИЕНИЕБЕЛКОВВКИШЕЧНИКЕ

При ухудшении всасывания аминокислот, при избытке белковой пищи, при нарушении деятельности пищеварительных желез недопереваренные фрагменты белков достигают толстого кишечника, где подвергаются воздействию кишечной микрофлоры. Этот процесс получил название гниение белков в кишечнике. При этом образуются продукты разложения аминокислот, представляющие собой как токсины (кадаверин, путресцин, крезол, фенол, скатол, индол, пиперидин, пирролидин, сероводород (H2S), метилмеркаптан (СН3SН)), так и нейромедиаторы (серотонин, гистамин, октопамин, тирамин).

Гниениебелковтакжеактивируетсяприсниженииперистальтикикишечника(запоры).

Cеротонин влияет на мозговое кровообращение, изменяя тонус сосудов, и участвует в патогенезе мигрени. Октопамин вызывает изменения на ЭЭГ, хлопающий тремор, извращение сна. Тирамин способен провоцировать гипертензию.

5.ТРАНСПОРТ	АМИНОКИСЛОТ	ЧЕРЕЗ	КЛЕТОЧНЫЕ
МЕМБРАНЫ.	ИСТОЧНИКИ И	ПУТИ	ПРЕВРАЩЕНИЙ
АМИНОКИСЛОТВТКАНЯХ.ОСОБЕННОСТИМЕТАБОЛИЗМА ГЛЮКОГЕННЫХИКЕТОГЕННЫХАМИНОКИСЛОТ.

ТРАНСПОРТАМИНОКИСЛОТЧЕРЕЗМЕМБРАНЫ

Перенос аминокислот через мембраны клеток, как в кишечнике, так и в других тканях, осуществляется при помощи двух механизмов: вторичный активный транспорт и глутатионовая транспортная система.

1. Транспорт с использованием градиента концентрации натрия – вторичный активныйтранспорт.

Внастоящеевремявыделяют5транспортныхсистем:

• длякрупныхнейтральных,втомчислеалифатическихиароматическихаминокислот,

• длямалыхнейтральных–аланина,серина,треонина,

• дляосновныхаминокислот–аргининаилизина,

• длякислыхаминокислот–аспартатаиглутамата,

• длямалыхаминокислот–глицина,пролинаиоксипролина.

Вторичный активный транспорт основан на использовании низкой концентрации натрия внутри клеток, создаваемой Na+ ,K+ -АТФазой. Специфический белок-транспортер связывает на апикальной поверхности энтероцитов аминокислоту и ион натрия. Используя движение натрия по градиенту концентрации, белок переносит аминокислоту в цитозоль.

2. Транспорт аминокислот в комплексе с глутатионом при помощи фермента γ-глутамилтрансферазы.

Переносчиком некоторых аминокислот (обычно нейтральных) по этой схеме является трипептид глутатион (γ-глутамил-цистеил-глицин). При взаимодействии глутатиона с аминокислотой на внешней стороне клеточной мембраны при участии глутамилтрансферазы.γ-глутамильный остаток связываетаминокислоту и происходит ее перемещение внутрьклетки. Глутатион при этом распадается на составляющие. После отделения аминокислоты происходит ресинтез глутатиона.

СУДЬБААМИНОКИСЛОТВКЛЕТКЕ

Существуют три источника аминокислот в клетке – поступление из крови, распад собственных внутриклеточных белков и синтез заменимых аминокислот.

Путь дальнейшего превращения аминокислот зависит от вида и функции клетки, условий ее существования и гормональных влияний.

ПРЕВРАЩЕНИЕАМИНОКИСЛОТПОРАДИКАЛУ

Ворганизмеприсутствует20протеиногенныхиещебольшенепротеиногенных аминокислот. Соответственно, существует аналогичное количество специфических путей для их метаболизма.

При определенных условиях (голодание, длительная физическая нагрузка) углеродны скелет аминокислот не сгорает полностью, а может участвовать в синтезе углеводов в печени (глюкогенные аминокислоты) и липидов (кетогенные аминокислоты).

К глюкогенным относятся аминокислоты (их большинство), при распаде которых образуются пируват и метаболиты ЦТК, например, оксалоацетат, фумарат или α-кетоглутарат.

Этиметаболитыспособнывключатьсявсинтезглюкозы,например,приголодании.

Кетогеннымиявляются лизини лейцин,при их окислении образуетсятолькоацетилSКоА.Он в состоянии принять участие в синтезе кетоновых тел,жирных кислот и холестерола.

Также выделяют небольшую группу смешанных аминокислот, из них образуется пируват, метаболиты ЦТК и ацетил-SКоА (фенилаланин, тирозин, изолейцин, триптофан).

При направлении аминокислот на катаболизм пути их обмена сходятся к 6 продуктам, которые вступают в ЦТК и полностью окисляются до углекислого газа и воды с выделением энергии. Из общего количества энергии, образующейся в организме, на долю аминокислот приходится около 10%.

6.ДЕЗАМИНИРОВАНИЯ АМИНОКИСЛОТ (ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ, ГИДРОЛИТИЧЕСКОЕ,ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНОЕ, ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ). ПРЯМОГО И НЕПРЯМОЕ ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ. ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ АМИНИРОВАНИЕ.

ПРЕВРАЩЕНИЕАМИНОКИСЛОТСУЧАСТИЕМАМИНОГРУППЫ

Превращение аминокислот с участием NH2-группы сводится к ее отщеплению от углеродного скелета – происходят реакции дезаминирования.

ТИПЫДЕЗАМИНИРОВАНИЯ

1. Внутримолекулярное–собразованиемненасыщеннойжирнойкислоты

ИТАМИНВ3(РР,НИАЦИН,АНТИПЕЛЛАГРИЧЕСКИЙ)

Название дано от итальянского выражения preventive pellagra – предотвращающийпеллагру.

Источники

Хорошим источником являются печень,мясо, рыба, бобовые,гречка,черныйхлеб,в молоке и яйцах витамина мало. Также синтезируется в организме из триптофана – 60 мг триптофана равноценны примерно 1 мг никотинамида.

Суточная потребность 15-25 мг.

Строение

Витамин существует в виде никотиновой кислоты или никотинамида. Его коферментными формами являются никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и фосфорилированная по 2'- атому рибозы форма – никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ).

2. НАДН выполняет регулирующую функцию, поскольку является ингибитором некоторых реакций окисления, например, в цикле трикарбоновых кислот.

3. Защита наследственной информации – НАД является субстратом поли-АДФ- рибозилирования в процессе сшивки хромосомных разрывов и репарации ДНК.

4. Защита от свободных радикалов – НАДФН является необходимым компонентом антиоксидантной системы клетки (см раздел "Окислительный стресс").

5. НАДФН участвует в реакциях синтеза тетрагидрофолиевой кислоты (см ниже) из фолиевой, например, после синтеза тимидилмонофосфата, восстановлении тиоредоксина при синтезедезоксирибонуклеотидов.

Гиповитаминоз

Причина.Пищеваянедостаточностьниацинаитриптофана.

Клиническая картина. Проявляется заболеванием пеллагра (итал.: pelle agra – шершавая кожа). Проявляется как синдром трех Д: деменция (нервные и психические расстройства, слабоумие), дерматиты (фотодерматиты), диарея (слабость, расстройство пищеварения, потеря аппетита). При отсутствии лечения заболевание кончается летально.

У детей при гиповитаминозе наблюдается замедление роста, похудание, анемия.Антивитамины

Фтивазид, тубазид, ниазид – лекарства, используемые для лечения туберкулеза. По одной из гипотез, механизм действия ниазида – замена никотиновой кислоты в реакциях синтеза никотинамидаденин-динуклеотида (изо-НАД вместо НАД) и невозможность протекания окислительно-восстановительных реакций.

Лекарственныеформы-Никотинамидиникотиноваякислота

7. РЕАКЦИИ ТРАНСАМИНИРОВАНИЯ. РОЛЬ ВИТАМИНА В6. ЗНАЧЕНИЕ РЕАКЦИЙ ТРАНСАМИНИРОВАНИЯ. РЕАКЦИИ, КАТАЛИЗИРУЕМЫЕ АСПАРТАТАМИНОТРАНСФЕРАЗОЙ (АСТ) И АЛАНИНАМИНОТРАНСФЕРАЗОЙ (АЛТ).

крови.

РОЛЬТРАНСАМИНИРОВАНИЯИТРАНСДЕЗАМИНИРОВАНИЯ

Реакциитрансаминирования:

• активируются в печени, мышцах и других органах при поступлении в клетку избыточного количества тех или иных аминокислот – с целью оптимизации ихсоотношения

• обеспечивают синтез заменимых аминокислот в клетке при наличии их углеродного скелета (кетоаналога)

• необходимы после прекращения использования аминокислот на синтез азотсодержащих соединений (белков, креатина, фосфолипидов, пуриновых и пиримидиновых оснований) – с целью дальнейшего катаболизма безазотистого остатка аминокислот и выработки энергии

• необходимы при внутриклеточном голодании, например, при гипогликемиях различного генеза – для использования безазотистого остатка аминокислот в печени для кетогенеза и глюконеогенеза, в других органах для его прямого вовлечения в реакции ЦТК

• при патологиях (сахарный диабет, гиперкортицизм) обусловливают наличие субстратов для глюконеогенеза и способствуют патологической гипергликемии.

Продукт трансаминирования – глутаминовая кислота: 1) является одной из транспортных форм аминного азота в гепатоциты, 2) способна реагировать со свободным аммиаком, обезвреживая его (см "Связывание аммиака").

Процесстрансдезаминированияидетворганизменепрерывно:

• сопряженные реакции трансаминирования и дезаминирования создают поток аминного азота из периферических клеток в печень для синтеза мочевины и в почки для синтеза аммонийных солей.

ВИТАМИНВ2(РИБОФЛАВИН,ВИТАМИНРОСТА)

Источники

Достаточное количество содержат мясные продукты, печень, почки, молочные продукты, дрожжи. Также витамин образуется кишечными бактериями.

Суточная потребность 2,0-2,5 мг.

Гиповитаминоз

Причина. Пищевая недостаточность, хранение пищевых продуктов на свету, фототерапия, алкоголизм и нарушения ЖКТ.

Клиническая картина. В первую очередь страдают высокоаэробные ткани – эпителий кожи и слизистых. Проявляется как сухость ротовой полости, губ и роговицы; хейлоз, т.е. трещины в уголках рта и на губах ("заеды"), глоссит (фуксиновый язык), шелушение кожи в районе носогубного треугольника, мошонки, ушей и шеи, конъюнктивит и блефарит.

Сухость конъюнктивы и ее воспаление ведут к компенсаторному увеличению кровотока в этой зоне и улучшению снабжения ее кислородом, что проявляется как васкуляризацияроговицы.

АнтивитаминыВ2

1. Акрихин (атебрин) – ингибирует функцию рибофлавина у простейших. Используется при лечении малярии, кожного лейшманиоза, трихомониаза, гельминтозов (лямблиоз, тениидоз).

2. Мегафен – тормозит образование ФАД в нервной ткани, используется как седативноесредство.

3. Токсофлавин – конкурентный ингибитор флавиновых дегидрогеназ. Лекарственные формы

Свободныйрибофлавин,ФМНиФАД(коферментныеформы).

9. ОСНОВНЫЕ ПУТИ ОБРАЗОВАНИЯ АММИАКА В ТКАНЯХ. ТОКСИЧНОСТЬ АММИАКА. ТРАНСПОРТНЫЕ ФОРМЫ АММИАКА В КРОВИ (ГЛУТАМИН, АСПАРАГИН, АЛАНИН). РЕАКЦИИ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ.

Появлениеаммиакавклеткахнепрерывно

Аммиак постояннообразуется во всех органахи тканях организма. Наиболее активными его продуцентамивкровьявляютсяорганысвысокимобменомаминокислотибиогенныхаминов– нервная ткань, печень, кишечник, мышцы.

Основнымиисточникамиаммиакаявляютсяследующие реакции:

• внутримолекулярноедезаминированиегистидина,катаболизмнекоторыхаминокислот (серина,треонина,глицина) – впечени,

• окислительноедезаминированиеглутаминовойкислотывовсехтканях(кроме мышечной), особенно в печени и почках,

• дезаминированиеамидовглутаминовойиаспарагиновойкислот–впечениипочках,

• катаболизмбиогенныхаминов–вовсехтканях,внаибольшейстепенивнервнойткани,

• жизнедеятельностьбактерийтолстогокишечника,

• распадпуриновыхипиримидиновыхоснований–вовсехтканях.

Сначалааммиактребуетсяобезвредить

Дляудаленияаммиакаизорганизмаиспользуетсявключениеегов

составмочевинывпечениивыведениееесмочой,иудалениепочкамиввидеаммонийныхсолей.

Однако,таккакаммиакявляетсячрезвычайнотоксичнымсоединением,топредварительнов тканях(!)происходятреакцииегообезвреживания(временногосвязывания)дляпереносав печень ипочки. –синтезглутаминовойкислотыиглутамина,синтезаспарагина:

• синтезглутаминовойкислоты(восстановительноеаминирование)–взаимодействие α-кетоглутарата с аммиаком. Реакция по

сутиобратнареакцииокислительного дезаминирования, однако в качестве кофермента используется НАДФН. Происходит практически во всехтканях, кроме мышечной, но имеет небольшоезначение,т.к.дляглутаматдегидрогеназыпредпочтительнымсубстратомявляется глутаминовая кислота и равновесие реакциисдвинуто всторону α-кетоглутарата,

Реакциясинтезаглутаминовойкислоты

• синтез глутамина– взаимодействие глутамата с аммиаком. Является главным способомуборкиаммиака,наиболееактивнопроисходитвнервнойимышечнойтканях,в почках, сетчатке глаза, печени. Реакция протекает в митохондриях.

Реакциясинтезаглутамина

Образование большого количества глутамина обеспечивает высокие концентрации его в крови (0,5-0,7 ммоль/л).

Таккакглутаминпроникаетчерезклеточныемембраныпутемоблегченнойдиффузии,тоон

легко попадает не только в гепатоциты, но и в другие клетки, где естьпотребность в аминогруппах. Азот, переносимый глутамином, используется клетками длясинтезапуриновогокольцаи гуанозинмонофосфата (ГМФ), синтезацитидинтрифосфата(ЦТФ), аспарагина, глюкозамино-6-фосфата (предшественник всех остальныхаминосахаров).

• синтез аспарагина–взаимодействиеаспартата саммиаком.Являетсявторостепенным способомуборкиаммиака,энергетическиневыгоден,т.к.приэтомтратятся2макроэргическиесвязи,

Реакциясинтезааспарагина

Связанныйаммиакпереноситсявпеченьипочки

Транспортаммиака

Транспортнымиформамиаммиакаизтканейвпеченьявляютсяглутаминиаланин,вменьшей степениаспарагиниглутамат,некотороеколичествоаммиаканаходитсявкровивсвободном виде. Глутамин и аланин являются наиболее представленными, их доля среди всех аминокислоткровисоставляетдо50%.Большаячастьглутаминапоступаетотмышцинервной ткани, аланин переноситаминный азототмышцистенкикишечника.

Глюкозо-аланиновыйцикл

Вмышцахосновнымакцепторомлишнегоаминногоазотаявляетсяпируват.Прикатаболизме белков в мышцах происходят реакции трансаминирования аминокислот, образуется глутамат, которыйдалеепередаетаминоазотнапируватиобразуетсяаланин.Измышцскровьюаланин переноситсявпечень, где в обратной реакции передает свою аминогруппу наглутамат.

Образующийсяпируватиспользуетсякаксубстратвреакцияхсинтезаглюкозы(глюконеогенез), а глутаминовая кислотадезаминируетсяи аммиак используется в синтезе мочевины.

Реакцииглюкозо-аланиновогоцикла(выделенрамкой).

Реакции,связанныестранспортнымиформамиаммиака

Целевымиорганамидлятранспортааммиакаявляютсяпечень,почкиикишечник. Впечени:

1. аспарагиниглутаминдезаминируютсясоответственноаспарагиназойиглутаминазой, образующийся аммиак используется длясинтезамочевины,

2. аланинвступаетвреакциитрансаминированиясα-кетоглутаратом,

3. глутаминоваякислотаподвергаетсяокислительномудезаминированию.

Вкишечникечасть глутамина дезаминируетсяглутаминазой. После этого образованный аммиаквыделяетсявпросветкишечника(неболее5%)иличерезкровьворотнойвеныуходитв печень, а глутамат вступает втрансаминирование с пируватом, в результате чего аминоазот переходит на аланин и с ним также поступает в печень,

Впочкахидетобразованиеаммонийныхсолейсиспользованиемглутамата,глутаминаиаспарагина.

10.ОРНИТИНОВЫЙ ЦИКЛ СИНТЕЗА МОЧЕВИНЫ, ЛОКАЛИЗАЦИЯ, ФЕРМЕНТЫ, ЗНАЧЕНИЕ. СВЯЗЬ С ЦТК. НАЗОВИТЕ НОРМЫ КОНЦЕНТРАЦИИ МОЧЕВИНЫ В МОЧЕ И СЫВОРОТКЕ КРОВИ ИУКАЖИТЕ КЛИНИКО-ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЕЕОПРЕДЕЛЕНИЯ. ГИПЕРАММОНИЕМИИ, ИХ ПРИЧИНЫ ИПОСЛЕДСТВИЯ.НОРМАЛЬНЫЙИПРЕДЕЛЬНОДОПУСТИМЫЙ УРОВЕНЬ КОНЦЕНТРАЦИИ АММИАКА В КРОВИ. ПРИЧИНЫ ТОКСИЧНОСТИ АММИАКА.

Дляудаленияаммиакаестьдваспособа

Практическивесьаммиакудаляетсяизорганизма:

1. смочойввидемочевины,котораясинтезируетсявпечени,

2. ввидеобразующихсявэпителииканальцевпочексолейионааммония.

Вклеткипечениипочекаммиакпопадаетвсоставеглутаминаиаспарагина,глутаминовой кислоты,аланинаивсвободномвиде. Кроме этого, приметаболизме он образуетсяв большом количестве и в самих гепатоцитах.

Вклеткеглутаминиаспарагиндезаминируются

соответственноглутаминазойиаспарагиназойсобразованиемаммиака(точнее,ионааммония).

Реакциядезаминированияглутамина

Аланинвступаетвреакциютрансаминирования.Образованныйврезультатереакциипируват идет вглюконеогенезили энергетический обмен. Параллельнообразуетсяглутаминоваякислота.

Вцеломглутаминовая кислотавгепатоцитеможетпоявлятьсятремяпутями:1)изкрови,2) придезаминированииглутамина,3)притрансаминированииα-кетоглутаратасаспартатомили аланином.Происхождение идальнейшаяеесудьба зависитот конкретныхконцентраций всех задействованныхвеществ. Обычнодалееглутаматдезаминируетсяглутаматдегидрогеназойс образованиемаммиака.

Синтезмочевины

В печени весь удаляемый аммиак используется для синтеза мочевины. Увеличение синтеза мочевины наблюдается при распаде тканевых белков и азотистыхсоединений (голодание, воспалительные процессы, сахарный диабет) или при избыточном белковом питании. У младенцевидетейсинтезмочевиныможетбытьсниженподвумпричинам:незрелостьпечении активныйсинтезбелковинуклеиновыхкислотприростеорганизма.Определениеконцентрации мочевины в крови является ценнымдиагностическим показателем.

Реакциисинтезамочевиныявляютсяциклическимпроцессомиполучили

названиеорнитиновый цикл.Синтез мочевины начинается в митохондриях(первая ивторая реакции),оставшиесятриреакцииидутвцитозоле.Дляпереносацитруллинаиорнитиначерез митохондриальную мембрану существуют специальные переносчики.

В образовании одной молекулы мочевины участвует 1 молекула NH4⁺, 1 молекула CO2, аминогруппа1молекулыаспарагиновойкислоты,затрачивается4макроэргическихсвязитрех молекул АТФ.

Реакциясинтезакарбамоилфосфатаиорнитиновыйцикл

Какпобочныйпродукторнитиновогоциклаобразуетсяфумароваякислота,переносимаяобратно в митохондрии. Здесь в реакциях ЦТК из нее образуется оксалоацетат,

которыйтрансаминируетсясглутаматомдоаспартата,выходитвцитозольивновьреагируетсцитруллином.

Впротивоположностьаммиакумочевинаявляетсянетоксичныминейтральнымсоединением.Прихроническойпочечнойнедостаточности,когдапродуктыазотистогообменане выводятся из организма, токсичное действие на организм оказывает совсем не мочевина, а совокупность более чем 200 других веществ.

Синтезаммонийныхсолей

Непосредственный синтез аммонийныхсолей илиаммониегенезпроисходитв просвете канальцев почекиз секретируемыхсюда аммиака и ионов водорода и фильтрующихся органическихинеорганическиханионовпервичноймочи.Около10%всегоаммиакавыводится почками в виде аммонийных солей.

Частьглутаминакрови,незадержавшаясявпечени,достигаетпочек.Вэпителиальныхклетках почечных канальцев, в основном в дистальныхканальцах, имеется ферментглутаминаза, гидролизующая амидную группу с образованием глутамата. Глутамат, в свою очередь,

дезаминируетсяглутаматдегидрогеназойи полученныйα-кетоглутарат сгораетв ЦТК.Также,особенно при голодании, α-кетоглутарат вовлекается в синтез глюкозы.

Параллельно в эпителии происходят процессы клеточного дыхания, сопровождающиеся образованиемугольнойкислоты,котораядиссоциируетнаионН^+икарбонат-ионНСО3⁻.Ионы водородасекретируются в первичную мочу, карбонат-ионы– в кровь.

Выделяемыйаммиак

• либодиффундируетвпросветканальца,гдесоединяетсясиономН⁺,образуяионы аммония NH4⁺. Они связываютсяс неорганическими (фосфаты, хлориды, сульфаты) или с органическими анионами (уксусной, щавелевой, молочной кислот),

• либосвязываетсясиономиономН^+всамой клетке,образуяионыаммонияNH4⁺, который секретируется в обмен на ионы Na⁺.

Реакциисинтезааммонийныхсолей

Присдвигахкислотно-основногоравновесияпроисходитадаптивноеизменениеактивностиглутаминазы.Приацидозе(закислениикрови)необходимостьвыведенияионов Н⁺вызывает увеличение синтеза фермента и возрастание экскреции солей аммония. При алкалозе (защелачивании крови) активность глутаминазы снижается и ионы Н⁺сберегаются ворганизме.

Аммиактоксичендляорганизма

Аммиак являетсятоксичнымсоединением, находящимся в крови в относительно небольших концентрациях(11,0-32,0 мкмоль/л). Симптомы аммиачного отравления проявляются при превышенииэтихпределоввсегов2-3раза.Предельнодопустимыйуровеньаммиакавкрови60 мкмоль/л. Приповышении концентрации аммиака(гипераммониемия) допредельныхвеличин

можетнаступитькомаисмерть.Прихроническойгипераммониемииразвиваетсяумственнаяотсталость.

Гипотезытоксичностиаммиака

Токсичностьаммиакаобусловленаследующимиобстоятельствами:

1. Связываниеаммиакаприсинтезеглутаматавызываетоттокα-кетоглутаратаизциклатрикарбоновыхкислот, при этом понижается образование энергии АТФ и ухудшается деятельность клеток.

2. Аммиак вызываетзащелачиваниеплазмы крови. При этом повышается сродство гемоглобинаккислороду(эффектБора),гемоглобиннеотдаеткислородвкапиллярах,в результате наступает гипоксия клеток.

3. НакоплениесвободногоионаNH4^+вцитозолевлияетнамембранныйпотенциалиработу внутриклеточныхферментов – он конкурирует с ионныминасосами для Na^{+и K+}.

4. Продуктсвязыванияаммиакасглутаминовойкислотой–глутамин–являетсяосмотически активнымвеществом.Этоприводиткзадержкеводывклеткахиихнабуханию,чтовызывает отек тканей.В случае нервнойткани это может вызватьотекмозга,комуисмерть.

5. Использованиеα-кетоглутаратаиглутаматадлянейтрализацииаммиакавызываетснижение синтеза γ-аминомасляной кислоты(ГАМК), тормозного медиатора нервнойсистемы.

Наследственныеиприобретенныеформыгипераммониемий

Приобретенныеформы

Приобретенная(вторичная)гипераммониемияразвиваетсявследствиезаболеваний

печениивирусныхинфекций.Вкрайнетяжелыхслучаяхонапроявляетсякактошнота,рвота, судороги, нечленораздельная речь, затуманивание зрения, тремор, нарушение координациидвижений.

Например, на фоне избыточного содержания белка в пище или при кишечном кровотечении (появление белка в нижних отделах кишечника) микрофлора кишечника активно продуцирует аммиак, который способен переходить в кровь воротной системы. Если у больного имеется сопутствующий цирроз печени (при котором развиваются коллатералимеждуворотной веной и большим кругом кровообращения), то развивается гипераммониемия.

Вирусные инфекции могут приводить к снижению синтеза ферментов орнитинового цикла и, в результате, к гипераммониемии.

Наследственныеформы

Наследственные формы гипераммониемии вызваны генетическим дефектом любого из пяти ферментовсинтезамочевины.Соответственно ферментузаболевание делитсянапятьтипов. Первичными признакамигипераммониемий являются сонливость, отказ от пищи, рвота, беспокойство, судороги,нарушениекоординациидвижений, тахипноэ,дыхательныйалкалоз. Могут развиться печеночная недостаточность, легочные ивнутричерепныекровоизлияния.

Наиболее частой являетсягипераммониемия типа II, связанная с недостаткоморнитин- карбамоилтрансферазы. Заболевание сцеплено с Х-хромосомой, встречается с частотой от 1:14000до1:50000(поразнымданным).Уматеритакжеможетнаблюдатьсягипераммониемияи отвращение к белковым продуктам. При полном дефекте фермента наследственные гипераммониемии имеют раннее начало (в период до 48 часов после рождения).

Лабораторнымкритериемгипераммониемийявляетсянакоплениеглутамина(в20иболеераз) и аммиака в крови, ликворе и моче.

Основалечениягипераммониемийсводитсякограничениюбелкавдиете,ужеэтопозволяет предотвратить многие нарушения мозговой деятельности.

Такжеиспользуютглутамат(связывающийаммиак)ифенилацетат,образующийсглутамином

водорастворимыйкомплекс,которыйвыводится смочой.Учитывая, чточастьаммиакаспособна вступать в синтез глицина, также используют бензойную кислоту, образующую с глицином гиппуровую кислоту,которая также выводится с мочой.

Заболевание	Дефект фермента	Типнаследо- вания	Клинические проявления	Метаболиты
				кровь	моча
Гипераммони-емия, тип I	Карбамоил- фосфат- синтетазаI	Аутосомно- рецессивный	В течение24-48 ч после рождения кома,смерть	Глн,Ала,NH3	Оротат
Гипераммони-емия, тип II	Орнитин- карбамоил- трансфераза	Сцепленныйс X-хромо-сомой	Гипотония, снижениетолерантностикбелкам	Глн,Ала,NH3	Оротат
Цитруллин-емия	Аргинино- сукцинат- синтетаза	Аутосомно- рецессивный	Тяжелая гипераммониемия уново-рожденных	Цитруллин,NH3	Цитруллин
Аргинино- сукцинатурия	Аргинино- сукцинат- лиаза	Аутосомно- рецессивный	Гипераммониемия,атаксия, судороги, выпадение волос	Аргинино- сукцинат,NH3	Аргинино- сукцинат,Глн, Ала, Лиз
Гипер- аргининемия	Аргиназа	Аутосомно- рецессивный	Гипераргининемия	Аргинино- сукцинат,NH3	Лиз,Арг,Орнитин

Строениепиримидиновыхоснованийинуклеозидов

Кпиримидиновымазотистымоснованиямотносяттимин,цитозиниурацил.

Строениепиримидиновыхоснований

Наосновеазотистыхоснованийсинтезируютсянуклеозиды,представляющиесобой комбинацию азотистого основания и рибозы (или дезоксирибозы).

Строениепиримидиновыхнуклеозидов

Строениенуклеотидов

Присоединениемодного,двухилитрехостатковфосфорнойкислотыкнуклеозидудостигается образованиесоответственно нуклеозид(моно-, ди-, три)фосфатов –нуклеотидов.

СтроениепиримидиновыхнуклеотидовнапримереЦТФ

Синтезпиримидиновыхнуклеотидовлинейный

Синтез пиримидиновыхоснований происходит во всехклеткахорганизма. Вреакцияхсинтеза участвуетаспарагиноваякислота,глутамин,СО2,затрачивается2молекулыАТФ.Вотличиеот разветвленного синтеза пуринов этот синтез происходитлинейно, т.е. пиримидиновые нуклеотиды образуются последовательно, друг за другом.

Условноможновыделить3общихэтапасинтезаиреакциисинтезаУТФиЦТФ:

1. Образованиекарбамоилфосфата

Образованиекарбамоилфосфата вотличиеотсинтезамочевиныпроисходит вцитозолебольшинства клеток организма.

2. Образованиепиримидиновогокольца

Формированиепиримидиновогокольцапроисходитпослеприсоединенияаспартатаиреакций дегидратациииокисления.Первымпиримидиновымоснованиемявляетсяоротоваякислота.

3. Синтезоротидинмонофосфатаиуридинмонофосфорнойкислоты

Вреакциисфосфорибозилдифосфатом(ФРДФ)коротовойкислотеприсоединяетсярибозо- 5-фосфатиобразуетсяоротидилмонофосфат,придекарбоксилированиипревращающийсяв уридинмонофосфат (УМФ).

Источникомфосфорибозилдифосфата является перваяиздвухреакцийсинтезафосфорибозиламинапри образовании пуринов.

Синтезуридинмонофосфата

4. Синтезуридинтрифосфата

СинтезУТФосуществляетсяизУМФв2 стадиипосредством переноса макроэргических фосфатных группот АТФ.

СинтезУТФ

5. Синтезцитидинтрифосфата

Образованиецитидинтрифосфата(ЦТФ)происходитизУТФсзатратойэнергииАТФпри участииглутамина, являющегося донором NH2-группы.

СинтезЦТФ

Синтездезоксирибонуклеотидовпроисходитвтриреакции

Особенностьюобменапуриновипиримидиновявляетсято,чтоонимогутобразовыватьне только рибонуклеотиды, но и дезоксирибонуклеотиды.

ДезоксирибонуклеозидтрифосфатынеобходимыклеткедлясинтезаДНК.Ихобразование протекает в триреакции, первая итретьяреакциипросты и понятны. Главные события происходят во второй реакции.

Всетриреакциисинтезадезоксирибонуклеотидов

1. Реакциядефосфорилирования

Всамом началепроцесса происходит потеря рибонуклеозидтрифосфатами однойфосфатной группы и образуются АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ.

2. Реакциявосстановления

Вовторойреакцииферментрибонуклеозид-редуктазавосстанавливаетАДФ,ГДФ,ЦДФ,УДФ додезоксирибонуклеозиддифосфатов dАДФ, dГДФ, dЦДФ, dУДФ.Донором водородадля восстановления рибозы является белоктиоредоксин, его SH-группы окисляются кислородом рибозы и образуется вода. Последующее восстановление тиоредоксина в рабочее состояние обеспечивается за счет НАДФН.

Механизмреакциисинтезадезоксирибонуклеотида

3. Реакцияфосфорилирования

ПослеобразованияdАДФ,dГДФ,dЦДФфосфорилируются,а dУДФиспользуется длясинтезатимидиловогонуклеотида.

Пуриновыеоснованиясодержатдвойнойцикл Строениепуриновыхоснованийинуклеозидов

Кпуриновымазотистымоснованиямотносятаденинигуанин.Гипоксантин,ксантинимочевая кислотаявляютсяконечнымипродуктамиобменапуриновворганизмечеловекаибольшинства млекопитающих и птиц.

Строениепуриновыхоснований

Наосновеазотистыхоснованийсинтезируютсянуклеозиды,представляющиесобой комбинацию азотистого основания и рибозы (или дезоксирибозы).

Строениепуриновыхнуклеозидов

Наосновеазотистыхоснованийсинтезируютсянуклеозиды,представляющиесобой комбинацию азотистого основания и рибозы (или дезоксирибозы).

Строениенуклеотидов

Присоединениемодного,двухилитрехостатковфосфорнойкислотыкнуклеозидудостигается образованиесоответственно нуклеозид(моно-, ди-, три)фосфатов –нуклеотидов.

СтроениепуриновыхнуклеотидовнапримереАТФ (два варианта написания структуры)

Синтезпуриновыхнуклеотидовдовольносложен

Синтезпуриновыхоснованийпроисходитво всех клетках организма, главным образомв печени.Исключениесоставляютэритроциты,полиморфноядерныелейкоциты,лимфоциты.

Условновсереакциисинтезаможноразделитьна4этапа:

1. Синтез5'-фосфорибозиламина

ПерваяреакциясинтезапуриновзаключаетсявактивацииуглеродавположенииС1рибозо-5- фосфата,этодостигается синтезом5-фосфорибозил-1-дифосфата(ФРДФ).Фосфорибозил- дифосфат является тем якорем, на основе которого синтезируетсясложный пуриновый цикл.

Вторая реакция– это перенос NH2-группыглутамина на активированный атом С1с образованием5'-фосфорибозиламина.УказаннаяNH2-группафосфорибозиламинауже принадлежит будущему пуриновому кольцу и ее азот будет атомом номер 9.

Реакциисинтеза5'-фосфорибозиламина

Параллельно фофорибозилдифосфат используется присинтезе пиримидиновых нуклеотидов.Он реагирует с оротовой кислотой и рибозо-5-фосфат связывается с ней, образуяоротидилмонофосфат.

2. Синтезинозинмонофосфата

5-фосфорибозиламин вовлекается в девять реакций, и в результате образуется первыйпуриновыйнуклеотид –инозинмонофосфорная кислота(ИМФ). В этихреакцияхисточникамиатомов пуринового кольца являютсяглицин,аспартат, еще одна

молекулаглутамина,углекислыйгазипроизводныететрагидрофолиевойкислоты(ТГФК).В целом на синтез пуринового кольца затрачивается энергия 6 молекул АТФ.

Источникиатомовпуриновогокольца

3. Синтезаденозинмонофосфатаигуанозинмонофосфата

1. Гуанозинмонофосфат(ГМФ)образуетсявдвухреакциях–сначалаИМФ

окисляетсяИМФ-дегидрогеназойдо ксантозилмонофосфата, источником кислорода является вода, акцептором водорода – НАД. После этого работаетГМФ-синтетаза, она использует универсальныйклеточныйдонорNH2-групп–глутамин,источникомэнергиидляреакциислужитАТФ.

2. Аденозинмонофосфат(АМФ)такжеобразуетсявдвухреакциях,новкачестведонора NH2-группы выступает аспарагиноваякислота.В первой,аденилосукцинат-синтетазной, реакции на присоединение аспартата используется энергия распада ГТФ, во второй

реакцииаденилосукцинат-лиазапроизводитудалениечастиаспарагиновойкислотыввидефумарата.

РеакциисинтезаАМФиГМФ

4. ОбразованиенуклеозидтрифосфатовАтФиГтф.

Синтез ГТФ осуществляется в 2 стадии посредством переноса макроэргических фосфатных группотАТФ.СинтезАТФпроисходитнесколькоиначе.АДФизАМФобразуетсятакжезасчет макроэргическихсвязейАТФ.ДлясинтезажеАТФизАДФвмитохондрияхестьферментАТФ- синтаза, образующий АТФ в реакцияхокислительного фосфорилирования.

РеакциисинтезаАТФиГТФ

Пуриныраспадаютсясобразованиеммочевойкислоты

Наиболееактивнокатаболизм пуринов идетвпечени,тонкомкишечнике(пищевыепурины)и почках.

Реакциикатаболизмапуринов

Реакциираспадапуриновможноусловноразделитьна5стадий:

1. ДефосфорилированиеАМФиГМФ–фермент5'-нуклеотидаза.

2. ГидролитическоеотщеплениеаминогрупыотС6ваденозине– ферментдезаминаза. Образуется инозин.

3. Удалениерибозыотинозина(собразованиемгипоксантина)игуанозина(собразованием гуанина) с ее одновременным фосфорилированием – ферментнуклеозидфосфорилаза.

4. Окисление С2пуринового кольца: гипоксантин приэтом окисляетсядо ксантина (ферментксантиноксидаза),гуаниндезаминируетсядоксантина–ферментдезаминаза.

5. ОкислениеС8вксантинесобразованиеммочевойкислоты–

ферментксантиноксидаза(описаниеферментасмздесь).Около20%мочевойкислоты удаляетсясжелчьючерезкишечник,где она разрушаетсямикрофлоройдоCO2иводы. Остальная часть удаляется через почки.

Реакциикатаболизмапуриновыхнуклеотидов

Конечным продуктом распада пуринов мочевая кислота является у человека, приматов, большинства млекопитающих и птиц. У остальных живых организмов мочевая кислота превращается в аллантоин.

Пуриновыеоснованиядолжныиспользоватьсяповторно

Реутилизацияпуриновыхоснований–этопроцессповторногоихиспользования.Онпроисходит во всехтканях, но особенно актуален в быстрорастущихтканях

(эмбриональная,регенерирующая,опухолевая),когдаактивноидетпроцесссинтезануклеиновых кислот и недопустима потеря их предшественников.

А.Первый способреутилизациизаключаетсявприсоединениирибозо-5-фосфатаксвободным основаниямаденину,гуанинуилигипоксантинуcобразованиемАМФ,ГМФилиИМФ. Эту реакцию осуществляют соответствующие трансферазы. Наиболее характерным примером является реутилизация гипоксантинаи гуанина под влиянием ферментагипоксантин-гуанин-фосфорибозил-трансферазы.

Вкачествеисточникарибозo-5-фосфатаиспользуетсяфосфорибозилдифосфат.

Реакцииреутилизации гуанинаи гипоксантина

Б. Вовторомспособе реутилизируются пуриновые рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды. Дляэтогосуществуютферментысгрупповойспецифичностьюаденозинкиназа(дляаденозина, гуанозина,инозина и ихдезоксиформ) идезоксицитидинкиназа, котораяфосфорилирует дезоксигуанозин и дезоксиаденозин с образованием dГМФ и dАМФ, и дезоксицитидин доdЦМФ (реутилизация пиримидинов).

Накоплениемочевойкислотыбьетпосуставамипочкам

Самым частым нарушением обмена пуринов являетсяповышенное образование мочевой кислотыс развитием гиперурикемии. Особенностью является то, что растворимость солей мочевойкислоты(уратов)вплазмекровиневеликаиприпревышениипорогарастворимостив плазме (около 0,7 ммоль/л) они кристаллизуются впериферическихзонахс пониженнойтемпературой.

Взависимостиотдлительностиитяжестигиперурикемияпроявляется:

1. Появлениетофусов(греч.tophus–пористый камень,туф)–отложение уратных кристалловвкожеиподкожныхслоях,вмелкихсуставахногирук,всухожилиях,хрящах, костях и мышцах.

2. Нефропатииврезультатекристаллизациимочевойкислотыспоражениемпочечных канальцев имочекаменная болезнь.

3. Подагра– поражениемелкихсуставов.

Длядиагностикинарушенийиспользуютопределениеконцентрациимочевойкислотывкровиимоче.

Нарушенияобменапуринов

Подагра

Когдагиперурикемияпринимает хронический характер,говоряторазвитииподагры(греч.poclos–нога,agra–захват,дословно–"ногавкапкане").

В крови мочевая кислотанаходится в форме ее солей –уратов натрия. Из-занизкой растворимости ураты способны оседать в зонахс пониженной температурой, например, в мелкихсуставахстоп и пальцев ног. Накапливающиеся в межклеточном веществе ураты некотороевремяфагоцитируются,нофагоцитынеспособныразрушитьпуриновоекольцо.В результате это приводит к гибели самих фагоцитов, к выходу лизосомальныхферментов, активации свободнорадикального окисления и развитию острой воспалительной реакции – развиваетсяподагрический артрит. В 50-75% случаев первым признаком заболевания является мучительная ночная боль в больших пальцах ног.

Длительное время подагру считали "болезнью гурманов", однако затем внимание исследователей переместилось кнаследственномуизменениюактивностиферментов метаболизма пуринов:

• увеличениеактивностиФРДФ-синтетазы–приводиткизбыточномусинтезупуринов,

• уменьшениеактивностигипоксантин-гуанин-фосфорибозил-трансферазы–из-заэтогоФРДФнеиспользуетсядляреутилизациипуриновыхоснований,аучаствуетвпервой реакции ихсинтеза. В результате возрастает количество разрушающихся пуринов и одновременно повышается их образование.

Оба ферментативныхнарушениярецессивны исцеплены с X-хромосомой.Подагрой страдает 0,3-1,7%взрослого населения земногошара, соотношениезаболевшихмужчин и женщин составляет 20 : 1.

ЕщеГиппократомбылозамечено,чтоболезньпоражаетсостоятельныхграждан,и былазаподозрена связь между недугом и чрезмерным употреблением мясной, жирной пищи и вина. По этой причине подагра получила название болезнь аристократов, болезнь изобилия, болезнь мушкетеров, королевская болезнь.

Основылечения

Диета–снижениепоступленияпредшественниковмочевойкислотыспищейиуменьшениеее образования в организме.Для этого из рациона исключаются продукты,содержащихмного пуриновыхоснований– пиво, кофе,чай,шоколад,мясные продукты,печень,красноевино.

Предпочтениеотдаетсявегетарианскойдиетесколичествомчистойводынеменее2лвсутки.

Клекарственным средствамлечения подагры относяталлопуринол, по структуре схожий с гипоксантином. Ксантиноксидаза окисляет аллопуринол валлоксантин, и последний остается прочно связанным с активным центром фермента и ингибирует его. Фермент осуществляет, образно говоря,самоубийственныйкатализ.Какследствие, ксантин не превращается в мочевую кислоту, ипосколькугипоксантиниксантинлучшерастворимыв

воде,тоониболеелегковыводятсяизорганизмасмочой.

Реакцияпревращенияаллопуринола

Гиперурикемия – необходимое, но недостаточное условие для развития подагры (уратной микрокристаллической болезни). Иными словами, гиперурикемия – отличный от подагры клинический синдром.

Мочекаменнаяболезнь

Мочекаменнаяболезньзаключаетсявобразованиисолевыхкристаллов(камней)разной природы в мочевыводящих путях. Непосредственно образованиемочекислых

камнейсоставляетоколо15%отвсехслучаевэтойболезни.Мочекислыекамнив мочевыводящихпутяхоткладываютсяпримерноуполовиныбольныхподагрой.

ДвепереходныеформымочевойкислотыприpH5,75

Наиболеечастотакиекамнипредставленывдистальныхканальцахисобирательныхтрубочках. Причиной отложениякристаллов мочевой кислотыявляетсягиперурикемияи повышенное выведение уратов натрия с мочой. Главным провоцирующим фактором кристаллизации являетсяувеличение кислотности мочи.При понижениирН мочи ниже5,75 ураты(енольная форма) переходят в менее растворимуюкетоформуикристаллизуютсяв почечныхканальцах.

Основылечения

Также,какприподагре,лечениесводитсякбеспуриновойдиетеи

использованиюаллопуринола.Вдополнениерекомендуетсярастительнаядиета,приводящая к защелачиванию мочи, что увеличивает в моче долю более растворимой в водеенольной формымочевойкислоты. Вместе с этим, уже имеющиеся кристаллы мочевойкислоты (а также кристаллы оксалатов) способны растворяться при подщелачивании мочи.

Лекарственноелечениенепременнодолжносопровождатьсясоблюдениембеспуриновой диетысбольшим количеством чистой воды,впротивномслучаенеизбежно появление ксантиновыхкристаллов в тканяхиксантиновых камнейв почках.

СиндромЛеша-Нихана

БолезньЛеша-Нихана(частота1:300000)–этополноеврожденноеотсутствие

активностигипоксантин-гуанин-фосфорибозил-трансферазы,фермента,отвечающего

зареутилизациюпуриновыхоснований.ПризнакрецессивныйисцепленсХ-хромосомой. Впервыеегоописалив1964гвСШАстудент-медикМайклЛешипедиатрУильямНихан.

Детирождаютсяклиническинормальными,толькок4-6месяцуобнаруживаютсяотклоненияв развитии,аименно–отставаниефизическогоразвития(струдомдержитголову),повышенная возбудимость, рвота, периодическое повышение температуры. Выделение мочевой кислоты можнообнаружитьещераньшепооранжевойокраскепеленок.Кконцупервогогодажизни симптомынарастают, развиваетсянарушениекоординациидвижений, хореоатетоз,корковый паралич, спазм мышцног. Наиболее характерный признак заболевания проявляетсяна 2-3-м годужизни –аутоагрессияили самокалечение – неодолимое стремление детей кусать себе губы, язык, суставы пальцев на рукахиногах.Агрессия больныхраспространяетсятакже на неживые предметы и окружающихлюдей. Нарушенияинтеллекта выражены, егоснижение может быть до IQ≈60.

Лечение основано на беспуриновой диете с большим количеством чистой воды и с использованиемаллопуринола.Производитсяконтрольдеятельностипациентаспомощью физических ограничений и психологической терапии.

Связьобменасерина,глицина,метионинаицистеина

Образованный в реакции превращениясерина до глицинаN5,N10-метилен-тетрагидрофолат (активнаяформавитаминаВ9)приучастииферментаметилен-ТГФК-редуктазыпревращается вN5-метил-ТГФК. Его метильный остаток участвует вметионин-

синтазнойреакцииреметилированиягомоцистеинавметионин.

Взаимосвязьобменасерина,глицина,метионинаицистеина

Метионинвпоследствииприсоединяетаденозильныйостатокипревращаетсявактивнуюформуметионина–S-аденозилметионин, участвующийво многихреакцияхметилирования,в частности, при синтезекреатина,карнитина,фосфатидилхолина,адреналина. В результате перемещенияметильнойгруппыиотщепленияаденозинаостаетсягомоцистеин,имеющийдва путиметаболизма при нарушении которых развиваетсягомоцистеинемия:

Первыйпутьпревращениягомоцистеина–реметилированиедометионинаивновьучастиев реакциях метилирования и синтезе веществ.

Второйпуть–взаимодействиессериномприучастиицистатионин-синтазы,превращениев цистатионин с последующим распадом в цистеин и α-кетобутират.

Нарушениеобменаметионинаицистеина Гомоцистеинемия

В настоящее времячастым и очень актуальнымнарушением является гомоцистеинемия – накоплениегомоцистеинавкровииз-занарушенияегометаболизмавметионинилицистеин.

Референсныевеличиныгомоцистеинавсывороткекрови

Дети около5мкмоль/л

Подростки 6-7мкмоль/л

Взрослые 5,0-15,0мкмоль/л

Повышениеуровняразделяютналегкое(16-30),среднее(31-100)итяжелое(>100мкмоль/л).

Концентрации около 10 мкмоль/л были признаны ВОЗ пограничными при диагностике заболеваний,т.е.свышеэтихпоказателейулюдей,входящихвгруппуриска,можноутверждать о наличии патологии!

Этиология

Всепричиныгомоцистеинемииделят,какминимум,надвегруппы:

1. Самойраспространеннойпричинойявляетсянедостаточность

витаминовВ12(цианкобаламин),В6(пиридоксин), В9(фолиеваякислота), которые взаимодействуютсферментамиметионин-синтаза,цистатионин-синтаза,метилен-ТГФК- редуктаза, играющими центральную роль вметаболизме метионина и гомоцистеина.

2. Наследственныйдефектуказанныхвышеферментов:

• гомозиготный(аутосомно-рецессивно) дефектцистатионин-синтазы(пиридоксин-зависимаягомоцистинурия),частота1:100000,наблюдаетсяповышениеуровняобщего гомоцистеина натощак до 40 раз.

Клиническиепроявлениявключают дислокациюхрусталикаидругиеглазные осложнения,проблемы с интеллектом примерно в 50% случаев, деформации скелета,

раннийатеросклерозисосудистые(атеротромботические)осложнения.

Примерно уполовинынелеченыхгомозиготсосудистыеосложнениянаблюдаютсядо30летнего

возраста. Гетерозиготная форма (примерно 1 на 150 человек в популяции) часто связана с нормальным базальным уровнем гомоцистеина, и пока не ясно, связана ли гетерозиготность с дополнительным риском сосудистых осложнений.

• чаще причиной наследственной гипергомоцистеинемии является гомозиготный дефицитметилен-тетрагидрофолат-редуктазы(пиридоксин-резистентная гомоцистинурия),прикоторойферментимеетполовиннуюактивностьотнормы(умереннаягомоцистеинемия).

Вбелойпопуляции10-13%людейявляютсягомозиготамипоэтоймутации,и принедостаточномпотреблениивитамина В9у них повышается уровень общего гомоцистеина до 1,5 раз от нормы.

• нарушенная активностьметионинсинтазы. Описано всего несколько случаев такого дефекта.Предполагается,чтодефектнымявляетсяферменткобаламин-редуктаза,работа которого предшествуетобразованиюдезоксиаденозил-кобаламинаи метилкобаламина, т.к. одновременно наблюдается повышение концентрации метилмалоновой кислоты (симптом дефицита витамина B12).

Патогенез

Гомоцистеин, растворенный в плазме, провоцируетперекисное окислениелипидов в липопротеинахкровииповреждениеапобелковитемсамымвызываетнарушениесвязывания ихс рецепторамии задержкуихвкрови.Особенноэто яркопроявляетсядляЛПНП,окисление которыхприводитк ихпоглощению макрофагами винтиме ик активацииатеросклероза.

Параллельно гомоцистеин ускоряетагрегацию тромбоцитови вызывает повреждениеэндотелиясосудов,чтоинтенсифицируетразвитиетромбозов.

Сопутствующиезаболевания

Гомоцистеинемия считаетсянезависимымфактором риска атеросклероза коронарных, периферическихи мозговыхсосудов (т.е.независимо от курения, уровня холестерина и артериальнойгипертензии).Онаобнаруживаетсяв30%случаеватеросклероза,тромбозови ишемической болезни сердца. Также выявляется при болезниАльцгеймера,

нарушенияхбеременности– невынашивание,мертворождения.

Основылечения

Придефектецистатионин-синтазыприменяетсялечениевитаминомВ6вдозе250-500мг/день. Придефектеметилен-тетрагидрофолат-редуктазыуровеньгомоцистеинаможетбытьснижен благодаря употреблению фолиевой кислоты по 5 мг/день. Витамин В12также оказывает положительное влияние.

Одновременноназначаетсядиетасосниженнымсодержаниемметионина,чтодостигается специальным подбором продуктов, бедных этой аминокислотой.

Повышенную склонность к гипергомоцистеинемиии имеюткурящие. Выкуривание 20 сигарет в деньприводитк увеличению концентрациигомоцистеинана 20 %.

Потребление больших количествкофеявляется одним из самых мощных факторов, способствующих повышению уровня гомоцистеина в крови. У лиц, выпивающих более 6 чашек кофе вдень, уровеньгомоцистеинана 2-3 мкмоль/л выше (на 20-30 %), чем уне пьющихкофе. Предполагается, что негативное действие кофеина на уровень гомоцистеина связано с изменением функции почек.

Каждое повышение уровня гомоцистеина на 5 мкмоль/л сопровождается увеличением риска патологии мозговых артерий в1,5 разаи периферических артерий в6,8 раз.Увеличение концентрациигомоцистеинавкровиболее22мкмоль/лсвязанос4-кратнымповышениемриска возникновения тромбоза глубоких вен.

У мужчин с уровнем ГЦ всего на 12% превышающим норму наблюдаетсятройноеувеличение риска сердечного приступа.

Уровень гомоцистеина часто повышается при сидячем образе жизни. Умеренные физические нагрузки способствуют снижению его концентрации при гипергомоцистеинемии. Потребление небольших количеств алкоголя может снижать уровень гомоцистеина, а большие количества спиртного способствуют его росту в крови.

Обменфенилаланинаитирозина

Фенилаланинотноситсякнезаменимымаминокислотам,посколькутканиживотныхнеобладают способностью синтезировать его бензольное кольцо.

Ворганизмефенилаланиниспользуетсятольковсинтезе белков,весьнеиспользованныйзапас аминокислоты превращается в тирозин. В этом непосредственно участвует

ферментфенилаланин-4-монооксигеназа(фенилаланингидроксилаза),обеспечивающий

окислениеароматическогокольца.Коферменттетрагидробиоптеринвреакцииокисляетсядо дигидроформы. Восстановление кофермента осуществляетдигидробиоптерин-редуктазасо своим коферментом НАДФН.

Реакция превращения фенилаланина в тирозинТирозин,помимоучастиявсинтезебелков,являетсяпредшественникомгормона

надпочечниковадреналина,медиаторовнорадреналинаидофамина,гормоновщитовидной железытироксина и трийодтиронинаи пигментамеланина.

Путипревращениятирозина

Фенилкетонурия-самоеяркоенарушениеобменааминокислот

Прилюбыхнарушенияхпревращенияфенилаланинавтирозинразвиваетсяфенилкетонурия.

ПоMcKusickвыделяетсянесколькотиповфенилкетонурии:классическая(1типа),вариантная(2 типа), 3 типа и материнская.

Фенилкетонурия1типа(классическая)

Фенилкетонурия1типаявляетсянаиболеераспространеннойаминоацидопатией.ЧастотаФКУ среди новорожденных по данным массового скрининга в различныхстранахсоставляет в среднем1:10000, однакозначительноварьирует взависимости от популяции: от1:4560 в Ирландии, до 1:100000 в Японии.

Этиология

Заболевание наследуетсяаутосомно-рецессивно ивызваномутацией, котораявызывает снижение активности ферментафенилаланин-4-монооксигеназы, обеспечивающей превращение фенилаланина в тирозин.Фермент имеетсятолько в печени, почках, поджелудочной железе.

Патогенез

ВпатогенезеФКУимеютзначениемногиеобстоятельства,вчастности:

• значительноенакоплениевтканяхижидкостяхбольногоорганизмафенилаланинаиего производных (фенилпировиноградная, фенилмолочная (миндальная), фенилуксусная, гиппуровая кислоты, фенилэтиламин, фенилацетилглютамин) и вызванный имиацидоз,

• прямоетоксическое действиеуказанныхвеществ на центральную нервную систему, которое заключается вторможениифенилаланиномактивностирядаферментов,в том числепируваткиназы(окислениеглюкозы),тирозиназы(синтезмеланина),тирозин- гидроксилазы(синтезкатехоламинов)инарушениесинтезамоноаминовыхнейромедиаторов –тирамина,октопамина,

• нарушениесинтеза серотонина,т.к. фенилаланин-4-монооксигеназатакжевовлеченавгидроксилирование триптофана до 5-гидрокситриптофана, предшественника серотонина,

• конкурентноеснижениефенилаланиномтранспортавклеткиароматических аминокислот – триптофана и тирозина,

• нарушениесинтезапростыхисложныхбелковвтканях,чтовызываеттяжелые повреждения мозга инарушение функции печени у большинства больных.

Превращениефенилаланинаприфенилкетонурии

Клиническаякартина

Ребеноксфенилкетонуриейвыглядитприрожденииздоровым. МанифестацияФКУпроисходит напервомгодужизни,обычноввозрасте2-6мес.Первымсимптомомзаболеванияможетстать рвота. Другими ранними проявлениями болезни служат вялость ребенка, чрезмерная сонливость, отсутствие интересак окружающему, иногда повышенная раздражительность, беспокойство,плаксивость,такжеотмечаютсясрыгивания,нарушениемышечноготонуса(чаще мышечная гипотония), судороги.

Характернымпризнакомявляетсяповышеннаяпотливость,отмочиипотаисходитнеобычный запахфенилуксусной кислоты, который характеризуют как заплесневелый, мышиный иливолчий.

Детиотстаютвфизическоминервно-психическомразвитии.

Всвязисвысокойчастотойфенилкетонурии,тяжестьюеепроявленийивозможностью

профилактического лечения в России принято неонатальное обследованиедетей в роддомах в возрасте 4-5 дней.

У больных детей задержка психического и речевого развития может происходить постепенно и статьочевиднойлишьчерезнесколькомесяцев.Нелеченныйребеноктеряетоколо50балловIQ к концу первого года жизни. Только 4-5% остаются на стадии дебильности, остальные имеют коэффициент интеллекта <60 и являются имбецилами или идиотами.

В старшем возрасте нелеченные дети становятся гиперактивными, осуществляют бесцельные движения,ритмические покачивания, унихопределяетсяатетоз (мучительные непроизвольные движения кистей рук, языка, лицаи др.).Дети имеют глубокую задержкумоторного развития – 30% не ходит, 60% не говорит.

Основылечения

Вовремяначатоелечение(диетотерапия)обеспечиваетхорошийклиническийэффект, нормальную продолжительность жизни.

Единственнымметодом лечения являетсядиетотерапия–исключениеиз питания больного высокобелковыхпродуктовпитаниясвысокимколичествомфенилаланина(мясо,рыба,яйцо, молоко, крупы). Вместо натурального белка используют специальные гидролизаты белка, частично или полностью лишенные фенилаланина.

Однакобольнойдолженполучатьспищейопределенныеколичествафенилаланина,

покрывающиеминимальнуюсуточнуюпотребность,чтосоставляет50-60мг/кгдлядетейпервого года жизни и 15-40 мг/кг для детей более старшего возраста. Это количество фенилаланина поступаетзасчетовощей,фруктовидругихпродуктов.Нельзяполностьюисключатьизрациона новорожденного материнское молоко, так как оно обеспечивает иммунитет ребенка в первые 6 месяцев жизни.

Строгоеограничениебелковживотногопроисхождениятребуетсянапротяжениипервых2-3лет жизни иликакминимумдо6лет, 5-10лет, илидо периода половогосозревания(поразным данным). Во время беременности больные женщины должны возвращатьсяк диете, чтобы не допустить развития у ребенка умственной отсталости.

Больныенуждаютсявдополнительномвведениивитаминов,особенногруппыВ,минеральных веществ и микроэлементов.

Фенилкетонурия2типа

Этиология

Аутосомно-рецессивныйдефектдигидробиоптеринредуктазы.

В результате недостаточности фермента нарушаетсявосстановлениеактивной формы тетрагидробиоптерина,участвующеговкачествекофакторагидроксилазфенилаланинаи

триптофана.Вследствиеэтогонарушаетсяпревращениефенилаланинавтирозин,триптофана в 5-гидрокситриптофан.

Патогенез

Отмечаетсяснижениеуровняфолатоввсывороткекрови,эритроцитахицереброспинальной жидкости.Этообъясняетсятеснойвзаимосвязьюобменафолатовибиоптерина, вчастности участием дигидробиоптеринредуктазы в метаболизме тетрагидрофолиевой кислоты.

Клиническаякартина

В клиническойкартине преобладает тяжелая умственная отсталость, судороги, признаки повышеннойвозбудимости,сухожильнаягиперрефлексия,мышечнаядистонияигипотония, хореиформные движения (непроизвольные трясущиеся движения головы, лица или конечностей), спастический тетрапарез.

Течение болезни прогрессирующее и нередко приводит к смерти в 2-З-летнем возрасте. Появлениеклиническойсимптоматики,какправило,развиваетсявначалевторогополугодия жизни, не смотря на диетотерапию.

Основылечения

Вотличиеотклассическойформыэтотвариантнеподдаетсялечениюраннимограничением содержания фенилаланина в пище

Лечениететрагидробиоптериномнеэффективно,таккаконнепроникает через гематоэнцефалический барьер. Заместительная терапияL-ДОФАи 5-гидроокситриптофаномчастичнообходитблоквсинтезедофаминаисеротонина.

Фенилкетонурия3типа

Этиология

Заболевание наследуется аутосомно-рецессивно исвязаноснедостаточностью6-пирувоил- тетрагидроптеринсинтазы, участвующей в процессе синтеза тетрагидробиоптерина издигидронеоптерин-трифосфата.

Патогенез

Ключевуюрольвпатогенезеиграетнарушениесинтезатетрагидробиоптерина.Развивающиеся при этом расстройства сходны с нарушениями, наблюдаемыми при ФКУ II.

Клиническаякартина

Неврологические нарушения, в частности мышечнаягипотония изадержка двигательного развития, появляютсяраньше, чем приклассическойФКУ. Дажеприадекватномснижении уровня фенилаланина вкрови с помощью диеты, нарастание клинической симптоматики не прекращается.ВотличиеотбольныхФКУ-IIуэтихбольныхсудорогнеотмечается(причинанеясна).

Основылечения

Лечениететрагидробиоптериномнеэффективно, таккак оннепроникает через гематоэнцефалическийбарьер.ЗаместительнаятерапияL-ДОФА и5-гидроокситриптофаном частично обходит блок в синтезе дофамина и серотонина. Диета неэффективна.

ДругиевариантыФКУ

ТакжеизвестныдругиеформыатипичнойФКУ,связанныесдефицитомтетрагидробиоптерина.

Недостаточностьгуанозинтрифосфат-циклогидролазыописана покрайней мере упяти больных.ЭтотферменткатализируетпервуюступеньсинтезатетрагидробиоптеринаизГТФи при его дефиците в моче обнаруживаетсякрайне низкаяконцентрация всехптеринов.

МатеринскаяФКУ

Этиология

Появление умственнойотсталостисредипотомстваженщинсФКУ,несоблюдающихдиетув зрелом возрасте, получило наименованиематеринской ФКУ.

Патогенез

Патогенез патологии малоизучен, однако предполагается, что он сходен с патогенезом остальныхформФКУ.Тяжестьпораженияплодакоррелируетсуровнемфенилаланинавплазме крови матери. Ив связи с накоплением этой аминокислоты в плаценте ее содержание в организме плода оказывается выше, чем у матери.Тем не менее, прямое токсическое действие фенилаланина точно не подтверждено.

Гормоны

Гормоны(греч.hormao–привожувдвижение)–этовещества,кпризнакамкоторыхотносятся:

• синтезвспециализированных клетках,

• регулированиеобменавеществвотдельныхорганахивовсеморганизмевцелом,

• высокаяспецифичностьдействия(влияниенаконкретныеорганы-мишенилибона определенные метаболические процессы),

• высокаябиологическаяактивностьвоченьмалыхколичествах,

• большаядлительностьдействия(посравнению.снервнойсистемой),

• дистантныйхарактердействия(удаленностьмишениотместасинтезагормона),

• действуютчерезрецепторы,изменяяактивностьферментативныхсистем.

С нарушением гормонального обмена связан ряд наследственных и приобретенных заболеваний,сопровождающихсясерьезнымипроблемамивразвитииижизнедеятельностиорганизма

(карликовостьигигантизм,сахарныйинесахарныйдиабет,микседема,бронзоваяболезньи др).

Гормоныможноклассифицироватьпо

химическомустроению,растворимости,локализацииихрецепторов,влияниюнаобменвеществи по общимфункциональным признакам.

Классификацияпостроению

	Адреналин
Гормоны–производныеаминокислот	Норадреналин Тироксин Трийодтиронин

Белково-пептидные гормоны	Адренокортикотропный гормон (АКТГ) Соматотропный гормон (СТГ) Тиреотропный гормон (ТТГ) Лактотропный гормон (пролактин, ПЛГ) Лютеинизирующий гормон (ЛГ) Фолликулостимулирующийгормон(ФСГ)Меланоцитстимулирующийгормон(МСГ) Антидиуретическийгормон(АДГ, вазопрессин) Окситоцин Кальцитонин Паратгормон Инсулин Глюкагон
Стероидныегормоны	Кортизол Альдостерон Эстрадиол Прогестерон Тестостерон Кальцитриол

Классификацияповлияниюнаобменвеществ

Белковыйобмен	Инсулин,СТГ,АКТГикортизол,ТТГитироксин
Липидно-углеводный обмен	Инсулин,СТГ,АКТГикортизол,ТТГитироксин, адреналин,глюкагон
Водно-солевойобмен	Альдостерон,АДГ
Обменкальцияифосфора	Кальцитонин,паратгормон,кальцитриол
Репродуктивная функция	Гонадотропные гормоны и эстрадиол, эстриол,прогестерон,тестостерон,пролактин,окситоцин

Классификацияпоместусинтеза

Гипоталамус	Кортиколиберин,тиреолиберин,гонадолиберин,соматолиберин, меланолиберин, фоллиберин,пролактолиберин. Пролактостатин,соматостатин,меланостатин. АДГ (вазопрессин), окситоцин.
Гипофиз	СТГ (соматотропин), АКТГ (кортикотропин), ЛТГ(лактотропин),ТТГ(тиреотропин),МСГ(меланотропин),ФСГ (фоллитропин), ЛГ (лютеотропин).
Периферические железы	Инсулин,глюкагон,кортизол,тироксин,адреналин,альдостерон, эстрадиол, эстриол, тестостерон, кальцитонин, паратгормон.
Эпифиз	Мелатонин.Серотонин.

Классификацияпофункциональномупризнаку

Эффекторные

Действующие на орган-мишень (инсулин, глюкагон, кортизол,тироксин,адреналин,альдостерон,эстрадиол, эстриол, тестостерон, кальцитонин, паратгормон).

Тропные	Стимулирующиесинтезисекрециюэффекторных гормонов (СТГ, АКТГ, ЛТГ, ТТГ, МСГ, ФСГ, ЛГ).
Рилизинг-факторы	Регулирующиесинтезисекрецию тропныхгормонов либерины(кортиколиберин,тиреолиберин,гонадолиберин, соматолиберин, меланолиберин, фоллиберин, пролактолиберин), статины(пролактостатин,соматостатин, меланостатин).
Тканевыегормоны (гистогормоны)	Обширная группа веществ разнообразного строения, локализации и функций. Cинтезируются клетками различных тканей и регулируют их деятельность на местномуровне(аутокринныйипаракринныйэффект), реже оказывают дистантное действие эйкозаноиды(простагландины,лейкотриены, тромбоксаны), гормоны пептидной природы (гормоны ЖКТ,эритропоэтин,кинины,ангиотензинII,Na-уретические пептиды), биогенныеамины(гистамин,серотонин),цитокины (факторы роста).

Для регуляции деятельности клетки с помощью гормонов, находящихся в плазме крови, необходимообеспечитьвозможностьклеткивосприниматьиобрабатыватьэтотсигнал.Эта задача усложняется тем, что сигнальные молекулы

(нейромедиаторы,гормоны,эйкозаноиды)имеютразнуюхимическуюприроду,реакцияклетокнасигналыдолжнабытьразличнойпонаправленностииадекватнойповеличине.

Всвязи с этим, эволюционносформировались дваосновныхмеханизма действия сигнальныхмолекулполокализациирецептора:

1. Мембранный–рецепторрасположеннамембране.Дляэтихрецептороввзависимостиот способа передачи гормонального сигнала в клетку выделяют три вида мембраносвязанных рецепторов и, соответственно,три способа передачи сигнала. По данномумеханизму работают пептидные и белковые гормоны, катехоламины, эйкозаноиды.

2. Цитозольный–рецептор расположенвцитозоле.

Видымембраносвязанныхрецепторов

1. Рецепторы,обладающиеферментативнойактивностью–привзаимодействиилигандас рецептором активируется внутриклеточная часть (домен) рецептора,

имеющийкаталитическую(тирозинкиназную или тирозинфосфатазную илигуанилатциклазную)активность. По этомумеханизмудействуютСТГ, инсулин, пролактин, интерлейкины, ростовые факторы, интерфероны α, β, γ.

Тримеханизмапередачисигналавзависимостиотвидамембранныхрецепторов

2. Каналообразующие рецепторы– присоединениелиганда к рецепторувызывает открытие ионногоканала на мембране. Таким образом действуют нейромедиаторы –ацетилхолин(Na⁺-каналы),глициниГАМК(Cl¯-каналы),серотонин(Na+-иK⁺-каналы),глутамат(каналыдляNa+,Ca+и K+), вторичный мессенджеринозитолтрифосфат(Ca⁺-каналы).

3. Рецепторы, связанные с G-белками– передача сигнала отгормона происходит при посредстве особого G-белка. G-белок влияет на ферменты, образующиевторичные мессенджеры(посредники),которыеужепередаютсигналнавнутриклеточныебелки.К третьемувидуотносятсяаденилатциклазныйикальций-фосфолипидныймеханизмы.По данному механизму действуют большинство белковыхи пептидныхгормонов, некоторые медиаторы (серотонин, гистамин).

Схемамеханизма,связанногосG-белками

ЦиклическийАМФ (циклоАМФ, цАМФ) образуется в клетке,когда действуют гормоныгипофиза (ТТГ,ЛГ,МСГ,ФСГ.АКТГ),кальцитонин,соматостатин,глюкагон,паратгормон,адреналин(через α2- и β-адренорецепторы), вазопрессин (через V2-рецепторы).

МеханизмнаработкицАМФсвязансактивацией ферментааденилатциклазыи называетсяаденилатциклазный механизм:.

Общаясхемааденилатциклазногомеханизмадействиягормонов

Этапыпередачисигнала

Этапыпередачисигналавыглядятследующимобразом:

1. Взаимодействиелигандасрецепторомприводиткизменениюконформациипоследнего.Это изменение передается наG-белок(GTP, ГТФ-зависимый), который состоит из трехсубъединиц (α, β и γ), α-субъединица связана с ГДФ.

ВсоставеG-белковα-субъединицыбываютдвухтиповпоотношениюк аденилатциклазе:активирующиеαsиингибирующиеαi.

Например, вслучаедействияадреналинасактивирующейсубъединицейαsвзаимодействуютβ- адренорецепторы, с ингибирующей – α2-адренорецепторы.

2. Врезультатевзаимодействиясрецепторомβ-иγ-субъединицыотщепляются,одновременно наα-субъединице ГДФ заменяется наГТФ.

3. Активированнаятакимобразомαs-субъединицастимулируетаденилатциклазу,которая начинаетсинтезцАМФ.Есливдействобылавовлеченаαi-субъединица,тоонаингибирует аденилатциклазу, все останавливается.

4. Циклический АМФ(циклоАМФ, цАМФ) – вторичный мессенджер – в свою очередь связывается с регуляторными (R) субъединицамипротеинкиназы Аи вызывает их диссоциациюоткаталитических.Врезультатекаталитические(C)субъединицыстановятсяактивными.

ПротеинкиназаА(ПКА)фосфорилируетрядферментов,средикоторыхкиназа фосфорилазыгликогена,гликогенсинтаза,гормончувствительная липаза, транскрипционныйфакторCREB(cAMP-response element-binding protein).

5. НаработкацАМФпродолжаетсянекотороевремя,покаα-субъединица,котораяявляетсяГТФ- азой, отщепляет фосфат от ГТФ.

6. КактолькоГТФпревратилсявГДФ,тоα-субъединицаинактивируется,теряетсвоевлияние на аденилатциклазу, обратно соединяется с β- и γ-субъединицами.

7. Все возвращаетсяв исходноеположение.

Гормонотрываетсяотрецептораещераньше:

• есликонцентрациягормонавкровивелика,тоследующаяегомолекулаприсоединится крецепторучерезмалыйпромежуток времени и повторныйзапуск АЦ-механизмапроизойдет быстро – в клетке активируются соответствующие процессы.

• еслигормонавкровимало–дляклеткинаступаетнекотораяпауза,изменения метаболизманет.

ОстановкаАЦ-механизма

Очевидно,чтонаходящийсявцитозолецАМФдолженсвоеременноудаляться,чтобы гормональный сигнал не оказывал избыточное воздействие. Для ликвидации цАМФ

(ициклоГМФ) вклеткахприсутствуютразличныефосфодиэстеразы,"открывающие"созданныйфосфатом цикл.

Снижениеактивности цАМФ-фосфодиэстеразы вызываетсяглюкокортикоидами, что усиливает действие адреналина при стрессе, икофеином, что обусловливает его адреналиноподобныеэффекты,аименногипергликемию,ино-ихронотропныйэффектна сердце, расширение сосудов скелетных мышц и головного мозга.

Активацияфосфодиэстеразы вызываетсяинсулином, также быстро и обратимо обеспечиваетсяионамиCа^2+либонепосредственно,либочерезгуанилатциклазныймеханизм.

Клеточные фосфодиэстеразы отличаются друг от друга внутриклеточной и органной локализацией, структурой и молекулярной массой, сродством к цГМФ и цАМФ. В связи с этим выделяют 11 типов фосфодиэстераз, среди них, например, Са2+-зависимые, цГМФ- регулируемые, цАМФ- и цГМФ-специфичные.

Поэтомумеханизму,которыйполучилназваниекальций-фосфолипидныймеханизм, действуютвазопрессин(через V1-рецепторы),адреналин(через α1-адренорецепторы),ангиотензин II.

Принципработы этого механизмасовпадаетсаденилатциклазным,номишеневымферментом для α-субъединицы G-белка служитфосфолипаза С(ФЛ С). Фосфолипаза С расщепляет мембранный фосфолипидфосфатидилинозитолдифосфат(ФИФ2) до вторичных мессенджеровинозитолтрифосфата(ИФ3)идиацилглицерола(ДАГ).(посмотретьреакцию)

Общаясхемакальций-фосфолипидногомеханизмадействиягормонов

Этапыпередачисигнала

Этапыпередачисигналавыглядятследующимобразом:

1. Взаимодействиегормонасрецепторомприводиткизменениюконформациипоследнего.

2. ЭтоизменениепередаетсянаG-белок(GTP,ГТФ-зависимый)которыйсостоитизтрех субъединиц (αP, β и γ), α-субъединица связана с ГДФ.

3. Врезультатевзаимодействиясрецепторомβ-иγ-субъединицыотщепляются, одновременно наαP-субъединице ГДФ заменяется наГТФ.

4. АктивированнаятакимобразомαP-субъединицастимулируетфосфолипазуС,которая начинает расщепление ФИФ2до двух вторичных мессенджеров –ИФ3иДАГ.

5. Инозитолтрифосфатоткрываеткальциевыеканалывэндоплазматическомретикулуме, что вызывает увеличение концентрацииионов Cа²⁺.Диацилглицеролсовместнос ионами Са^{2+активирует протеинкиназу}С.Кроме этого, диацилглицерол имеет идругую сигнальную функцию: онможет распадаться на1-моноацил-глицеролиполиеновую жирную

кислоту(например,арахидоновую),изкоторойобразуютсяэйкозаноиды.

6. ПротеинкиназаСфосфорилируетрядферментовивцеломучаствуетвпроцессах клеточной пролиферации. Накоплениеионов Са^{2+в цитоплазме вызывает активацию определенных кальций-связывающих белков}

(например,кальмодулина,аннексина,тропонинаС).

7. ГидролизФИФ2продолжаетсянекотороевремя,покаαP-субъединица,которая являетсяГТФ-азой, отщепляет фосфат от ГТФ.

8. КактолькоГТФпревратилсявГДФ,тоαP-субъединицаинактивируется,теряетсвое влияние на фосфолипазу C, обратно соединяется с β- и γ-субъединицами.

Всевозвращаетсяв исходноеположение.

9. Гормонотрываетсяотрецептораещераньше:

   • есликонцентрациягормонавкровивелика,тоследующаяегомолекулаприсоединится к рецептору через малыйпромежуток времени и повторный запуск механизма произойдет быстро – в клетке активируются соответствующие процессы.

   • еслигормонавкровимало–дляклеткинаступаетнекотораяпауза,изменения метаболизма нет.

Аннексины–семействоCa²⁺-зависимыхфосфолипид-связывающихбелковнавнутренней

поверхности плазматической мембраны, связаны с цитоскелетом. Ониучаствуют в разнообразных процессах внутри и вне клеток: ингибирование свертывания крови, снижение активности фосфолипазы A2 и синтеза эйкозаноидов, регуляция функции лейкоцитов и др. Такжеиграют роль в эндо- и экзоцитозе, пролиферации и дифференцировке клеток, регуляции тока ионов через мембрану и др.

У многоклеточныхсуществ всегда стоит задача обеспечения взаимосвязи разныхорганов и балансаихактивностидляадаптации кизменяющимсяусловиям внешнейсреды.Решениеэтой задачи происходит при участиигормонов. Дляконтролясекрециигормонов используются нервныевлияния, вещества, находящиеся вкровотоке, илидругие, "контролирующие"

гормоны(рилизинг-факторыитропныегормоны).

Регуляциягипоталамусомигипофизом

Частьгормональныхсистемрегулируютсявсоответствиисиерархическойлестницей.У высших животныхверхнюючастьлестницызанимаетсистемагормоновгипоталамуса,контролируемая центральной нервной системой. Сигналы, получаемые от органов, принимаютсяи обрабатываются, после чего клетки гипоталамуса отвечают при помощи специфических сигнальныхмолекул –рилизинг-факторов. На стимулирующие или тормозящие стимулы из ЦНСсекретируются стимулирующие или ингибирующие рилизинг-факторы, которые носят названиелибериныилистатинысоответственно. Эти нейрогормоны с кровотоком

достигаютаденогипофиза,гделибериныстимулируютилистатиныингибируютбиосинтези секрецию тропных гормонов.

Тропныегормонывоздействуютнапериферическиежелезы,стимулируявыделение соответствующихпериферическихгормонов. К подобнымсистемам относятсягруппы гормоновтиреоиднойфункции,глюкокортикоиднойфункции и

профильполовыхгормонов. Регуляция этихсистем осуществляется по принципуобратной отрицательной связи,т.е.накоплениегормонов периферическихжелезтормозитсекрецию рилизинг-факторовгипоталамусаитропныхгормоновгипофиза.Наиболееклиническизначимо это проявляется в отношении регуляциистероидныхгормонов.

Гипоталамо-гипофизарнаярегуляциягормональныхсистем

Регуляцияклеточнымответом

Регулирущеедействиенаактивностьэндокринныхжелезможетоказыватьиконечныйответ клеток-мишеней, как вслучаес регуляциейсекреции из поджелудочной

железыинсулинаиглюкагона, когда изменение метаболизмаглюкозыв органах-мишеняхуказанныхгормоновменяетконцентрацию глюкозывкрови,чтоирегулируетсекрециюданных гормонов.

Такжеклеточнымответом,аименноконцентрациейионовкальциявкрови,

регулируютсягормоныобменакальция–паратгормон,секретируемыйизпаращитовидной железы, икальцитонин, выделяемый С-клетками щитовидной железы.

Секрецияминералокортикоидаальдостероназависитотконцентрацииионовкалиявкровии влиянияангиотензина II. В свою очередь ренин-ангиотензиноваясистема чувствительна к концентрации натрия в моче и сдвигам артериального давления.

Регуляциянервнойсистемой

Секрециякатехоламинаадреналинаизмозговоговеществанадпочечниковконтролируется симпатической нервной системой. При этом никакие сдвиги метаболизма, вызванные адреналином, не влияют на его секрецию.

Гормоныгипофизарно-надпочечниковойсистемы

К гормонам гипофизарно-надпочечниковой системыотносятадренокортикотропныйгормон(АКТГ),регулирующий активностькоркового слоя надпочечников,

иглюкокортикоиды(кортикостероиды),синтезируемыевэтомкорковомслое.Определение количествагормонов этой системы используется длядиагностикипричин и понимания патогенеза различных заболеваний.

Проопиомеланокортинпредставляет собой пептид, включающий 254 аминокислоты. При егогидролизевклеткахпереднего ипромежуточного гипофиза образуетсяряд гормонов:α-,β-,γ-меланоцитстимулирующиегормоны, адренокортикотропныйгормон, β-, γ-липотропины, эндорфины,мет-энкефалин.

Адренокортикотропныйгормон

Строение

Представляетсобойпептид,включающий39аминокислот.

Регуляциясинтезаисекреции

Активируют:кортиколиберин,синтезируемыйпристрессе(тревога,страх,боль)подвлиянием нервныхсигналовотструктурголовногомозга,вазопрессин,ангиотензинII,катехоламины.

УАКТГтакжеимеетсясобственнаясуточнаяритмичность-максимальнаяконцентрациявкрови достигается в утренние часы, минимальная в полночь.

Уменьшают:глюкокортикоиды(обратнаяотрицательнаясвязь).

Механизмдействия

Аденилатциклазныйактивирующий.

Мишенииэффекты

Вжировойтканистимулируетлиполиз.

Внадпочечниках(главнымобразом,всетчатойипучковойзонах)стимулирует образованиебелкаинуклеиновых кислотдля роста ихткани,активирует

синтезхолестеролаdenovoиегополучениеизэфиров,усиливаетсинтезпрегненолона.

Патология

Гипофункция

Возможнапригипофизарнойнедостаточности,сопровождаетсяснижениемактивностикорынадпочечников.

Гиперфункция

ПроявляетсяболезньюИценко-Кушинга–симптомыгиперкортицизма(смниже)и специфичные симптомы:

• активациялиполиза,

• увеличениепигментациикожииз-зачастичногомеланоцитстимулирующегоэффекта, благодаря чему появился термин "бронзовая болезнь".

Глюкокортикоиды

Строение

Глюкокортикоидыявляютсяпроизводнымихолестеролаиимеютстероиднуюприроду. Основным гормоном у человека является кортизол.

Строениеглюкокортикоидов

Синтез

Осуществляется в сетчатой и пучковой зонахкоры надпочечников. Образованный из холестеролапрогестеронподвергаетсяокислению17-гидроксилазойпо17атомууглерода. После этого в действие последовательно вступают еще два значимых фермента:21- гидроксилазаи11-гидроксилаза. В конечном итоге образуетсякортизол.

Схемасинтезастероидныхгормонов(полнаясхема)

Регуляциясинтезаисекреции

Активируют:АКТГ,обеспечивающийнарастаниеконцентрациикортизолавутренниечасы,к концуднясодержаниекортизоласноваснижается.Кромеэтого,имеетсянервнаястимуляция секреции гормона.

Уменьшают:кортизолпомеханизмуобратнойотрицательнойсвязи.

Механизмдействия

Цитозольный.

Мишенииэффекты

Мишеньюявляетсялимфоидная,эпителиальная(слизистыеоболочкии кожа),жировая,костнаяимышечнаяткани,печень.

Белковыйобмен

• значительноеповышениекатаболизмабелковвлимфоидной,эпителиальной, мышечной, соединительной и костной тканях,

• впеченивцеломстимулируетанаболизмбелков(например,ферменты трансаминирования и глюконеогенеза),

• стимуляция реакцийтрансаминированиячерез синтезаминотрансфераз, обеспечивающихудалениеаминогруппотаминокислотиполучениеуглеродногоскелетакетокислот,

Углеводныйобмен

Вцелом вызываютповышениеконцентрацииглюкозыкрови:

• усилениемощностиглюконеогенезаизкетокислот(полученныхизаминокислот)засчет увеличения синтезафосфоенолпируват-карбоксикиназы,

• увеличениесинтезагликогенавпеченизасчетактивациифосфатази дефосфорилированиягликогенсинтазы.

• снижениепроницаемостимембран дляглюкозы винсулинзависимыхтканях.

Липидныйобмен

• стимуляциялиполизавжировойтканиблагодаряувеличениюсинтезаТАГ-липазы,что усиливает эффект АКТГ,СТГ,глюкагона,катехоламинов, т.е. кортизол

оказываетпермиссивноедействие(англ.permission-позволение).

Водно-электролитныйобмен

• слабыйминералокортикоидныйэффектнаканальцыпочеквызываетреабсорбцию натрия и потерю калия,

• потеряводыврезультатеподавлениясекрециивазопрессинаиизлишняязадержка натрияиз-за увеличения активностиренин-ангиотензин-альдостероновой системы.

Противовоспалительноеииммунодепрессивноедействие

• увеличениеперемещениялимфоцитов,моноцитов,эозинофиловибазофиловв лимфоидную ткань,

• повышениеуровнялейкоцитоввкровизасчетихвыбросаизкостногомозгаитканей,

• подавлениефункцийлейкоцитовитканевыхмакрофагов

черезснижениесинтезаэйкозаноидовпосредствомуменьшениятранскрипции ферментовфосфолипазы А2ициклооксигеназы.

Другиеэффекты

Повышаетчувствительностьбронховисосудовккатехоламинам,чтообеспечиваетнормальное функционирование сердечно-сосудистой и бронхолегочной систем.

Инактивациякортизола

Деактивациякортизола,какидругихстероидныхгормонов,происходитвпечени.Сутьреакцийзаключается

• ввосстановлениидвойнойсвязивА-кольцеиоксогруппыв3-мположении,

• вотщеплениирадикалаот17-гоатомауглерода,

• вконъюгацииОН-группссернойилиглюкуроновойкислотамисобразованием гидрофильныхсоединений.

Врезультатедеактивацииобразуютсяразнообразныесоединениясрезкопониженной гормональной активностью или совсем лишенные таковой.

Патология

Гипофункция

Причинойпервичнойнедостаточности(болезнь Аддисона,бронзовая болезнь) являетсяразрушениекорынадпочечниковприкровоизлиянииилитравмах,аутоиммунныепроцессы, туберкулез, гемохроматоз. Гипокортицизм проявляется как:

• гипогликемия,

• повышенная чувствительность кинсулину,

• анорексияиснижениевеса,

• слабость,

• гипотензия,

• гипонатриемияигиперкалиемия,

• усилениепигментациикожиислизистых(компенсаторноеувеличениеколичестваАКТГ, обладающего небольшим меланотропным действием).

ВторичнаянедостаточностьвозникаетпридефицитеАКТГилисниженииегоэффектана надпочечники –возникают всесимптомыгипокортицизма,кромепигментации.

Гиперфункция

Первичнаягиперфункция(синдром Кушинга,синдромгиперкортицизма,стероидныйдиабет)возникает при доброкачественныхили злокачественныхопухоляхкорынадпочечников. Он проявляется как:

• снижениетолерантностикглюкозе–аномальнаягипергликемияпослесахарнойнагрузки или после еды,

• гипергликемияиз-заактивацииглюконеогенеза,

• ожирение лица и туловища (связано с повышенным влиянием инсулина пригипергликемиинажировуюткань)–буйволиныйгорбик,фартучный(лягушачий)живот,лунообразное лицо,

• глюкозурия,

• повышениекатаболизмабелковиповышениеазотакрови,

• остеопорозиусилениепотерькальцияифосфатовизкостнойткани,

• снижениеростаиделенияклеток–лейкопения,иммунодефициты,истончениекожи, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки,

• нарушениесинтезаколлагенаигликозаминогликанов,

• гипертонияблагодаряактивацииренин-ангиотензиновойсистемы.

Вторичнаягиперфункция(болезньИценко-Кушинга)связанасизбыточнымсинтезомАКТГпри микроаденоме гипофиза и проявляется схоже с первичной формой.

Гормонытиреоиднойфункции Тиреотропныйгормон

Строение

Представляетсобойгликопротеинсмолекулярноймассой30кДа,состоитиздвухсубъединицα- и β, α-субъединица схожа с таковой гонадотропныхгормонов, β-субъединица специфична дляТТГ.

Синтез

Осуществляетсявбазофильныхтиреотрофахгипофиза.

Регуляциясинтезаисекреции

Активируют:тиреолиберин,охлаждение(закаливание,обливаниехолоднойводой);такжеусиливается в вечернее время суток.

Уменьшают:соматостатин,кортизол,тироксинитрийодтиронин(помеханизмуобратнойотрицательной связи).

Механизмдействия

Аденилатциклазный,связанныйсингибированиемGI-белкаинакоплениемцАМФ,икальций- фосфолипидныймеханизм с образованием инозитол-трифосфата, диацилглицерола и комплекса кальций-кальмодулин.

Мишенииэффекты

Тиреотропныйгормонвщитовиднойжелезе:

1. Обеспечиваетжизнедеятельностьщитовиднойжелезы

• стимулирует углеводныйобмен(гликолиз,ПФП),синтезгетерополисахаридов,

• повышаетсинтезбелков,фосфолипидовинуклеиновыхкислот,

• стимулируетваскуляризациющитовиднойжелезы,

• стимулируетростипролиферациютиреоидныхклеток,

2. Стимулируетгормональнуюактивностьщитовиднойжелезы

• активируетнатрий-йодидныйтранспортернабазолатеральноймембранетиреоцита,что повышает захват йода,

• активируетанион-транспортныйбелокнаапикальноймембранетиреоцита,что увеличивает переход йода в фооликулярное пространство,

• активируетвсестадииобразованиятрийодтиронинаитироксина,втом числе увеличивает экспрессию гена тиреопероксидазы.

Патология

Приуменьшениивыработкиизменяетсямассатела,повышаетсяутомляемость,возникают симптомы гипотиреоза (см ниже).

Йодтиронины

Строение

Кгормонамсамойщитовиднойжелезыотносятсятироксинитрийодтиронин,которые представляют собой йодированные производные аминокислоты тирозина.

Строениегормоновщитовиднойжелезы

Синтез

Осуществляется в фолликулярных клетках щитовидной железы. Йодиды поступают через базолатеральную мембрану в фолликулярную клетку симпортом с ионами Na⁺, градиент последнихсоздаетсяNa⁺,K⁺-АТФазой,далееперемещаются капикальноймембранеи выходят изклетки вфолликулярное пространствопри участиианион-транспортного белка.

Наапикальноймембранеклетокселен-зависимаягемсодержащаятиреопероксидаза:

• йодируетостаткитирозинавтиреоглобулинесобразованиеммоно-идийодпроизводных (МИТ, ДИТ) тирозина,

• конденсируетчастьМИТиДИТдойодтиронинов,приэтомдолятрийодтиронина(Т3)и тетрайодтиронина (тироксин, Т4) составляет около 30% от всехйодпроизводных.

Схемареакцийсинтезатиреоидныхгормонов

Йодированный тиреоглобулин хранится в виде коллоида в просвете фолликула, при тиреотропнойстимуляциипиноцитируетсяфолликулярнымиклетками,сливаетсяслизосомами игидролизуется.Далее три- итетрайодтиронинсекретируются вкровь. Вкровигормоны транспортируются специфическим глобулином, а также альбумином.

Неиспользованные моно- и дийодтирозины удерживаются в клетке и дейодируются йодтирозиндегалогеназой.Высвобожденныййодидвновьиспользуетсядлясинтезагормонов щитовидной железы.

Регуляциясинтезаисекреции

Активируют:тиреотропиннаэтапахпоглощенияйода,синтезатиреоглобулина,эндоцитозаи секреции Т3и Т4в кровь.

Уменьшают:тироксинитрийодтиронин(помеханизмуобратнойотрицательнойсвязи).

Синтезгормоновтакжеподавляютстрессы,инфекции,травмы,высокиеконцентрациийода (бесконтрольный прием препаратов KJ), соединения фтора, токсины(пестициды, кадмий, свинец, ртуть).

Механизмдействия

Цитозольный.

Мишенииэффекты

Рецепторыкйодтиронинамимеютвсетканиорганизма.Вклетках-мишенях,особенновпечени, тироксин дейодируетсяиактивнойформой являетсятрийодтиронин(3,5,3'-производное).

Превращениетироксинавактивный3,5,3'-трийодтиронинпроисходитприучастиидеиодиназы2 типа и нуждается в ионахцинкаиселена. Эта реакция ослаблена у плода, новорожденных ипрестарелых.

Деактивация тироксина внеактивный3,3',5'-трийодтиронин (reverse T3, rT3) происходит при участиидеиодиназы(тип3).Этот процесс увеличиваютстресс,травмы,низкокалорийнаядиета. воспалительные процессы (цитокины), инфекции, дисфункция печени и почек, токсины и некоторые лекарства.

Тиреоидные гормоны увеличивают скоростьбазального метаболизма. Главным эффектом являетсяповышениеактивностиNa⁺,K⁺-АТФазы,чтоприводиткбыстромурасходованиюАТФи помеханизмудыхательного контролязапускаеткатаболизмуглеводов илипидов. В митохондрияхувеличивается количествоАТФ/АДФ-транслоказыипотребление кислорода. Сопутствующим эффектом усиления катаболизма являетсятермогенез(наработка тепла).

Увзрослыхдействиетиреоидныхгормоноввотношенииуглеводовилипидовв основномкатаболическое:

Углеводный обмен:Увеличиваетгликогенолиз(индукциягликогенфосфорилазы)и аэробноеокислениеглюкозы.

Липидный обмен: Стимулируетлиполиз(индукциягормон-чувствительнойлипазы),β-окисление жирных кислот, подавляет стероидогенез.

Белковый обмен: Усиливаеттранспортаминокислотвклетки.Активируетсинтез дифференцировочныхбелковвЦНС,гонадах,костнойтканииобусловливаетразвитиеэтихтканей.

Удетейдействиетиреоидныхгормоноввцеломанаболическое,т.к.трийодтиронинусиливает выделениесоматолиберина, что стимулирует секрециюгормона роста. Одновременно

онсинергичендругимметаболическимэффектамСТГ,чтоиявляетсяпричинойнизкорослости при гипотиреозе.

Нуклеиновыйобмен:Активируетначальныестадиисинтезапуриновисинтезапиримидинов, стимулирует дифференцировочный синтез РНК и ДНК.

Такжетрийодтиронинвнадпочечникахподавляетсинтезкатехоламинов,хотявцелом чувствительность тканей к адреналину повышается.

Инактивациятиреоидныхгормонов

Деактивациятиреоидныхгормонов происходит втканях-мишеняхпри действии дейодиназ, последовательно удаляющихот молекулы йод. Далее реакции катаболизма включают дезаминирование или декарбоксилирование боковой цепи или расщеплениеэфирной связис образованиемнеактивныхсоединений. Впеченидейодированныеметаболитысвязываютсяс глюкуроновой или серной кислотой и удаляются с желчью.

Патология

Гипофункция

Причина.Развиваетсяприснижениисинтезатиреоидныхгормоновврезультатенедостаточной стимуляции со стороны гипофиза и/или гипоталамуса, при заболевании самой железы, при нехватке необходимыхвеществ (селен, железо, йод, аминокислоты). Часто

причинойвыраженногогипотиреозаявляетсяболезнь Хашимото,прикоторойвырабатываютсяблокирующие антиантителак рецепторам.

Клиническаякартина

Симптомамисубклиническогогипотиреоза,зачастуюнеспецифическими,могутбыть

• отечностьлица,сухостькожииволос,ломкостьногтей,увеличениемассы тела, бледность, скованность мышц,

• галактореяуженщинвконцецикла,

• брадикардия,понижениесистолическогодавления,

• психическаяинертность,депрессия,апатия,вялость,сонливость,утомляемость,запоры,

• снижениеутреннейтемпературытеладо36,0°-35,5°Синиже.

Уподростковотмечаетсяотставаниевфизическомразвитии,позднееполовоесозревание, функциональнаядебильность,т.е.замедлениемышления,снижениеуспеваемостившколе, неспособность к творческой деятельности, утрата чувства юмора.

Приналичиивыраженногогипотиреоза:

• уплодов,новорожденныхидетеймладшеговозрастаразвиваетсякретинизм,

• увзрослыхотмечаетсямикседема,уженщин–бесплодиеигалакторея(смрегуляциясинтеза и секрециипролактина),

• уобоихполов–деменция,психоз.

Прилечениииспользуютзаместительнуютерапиюлевотироксином(L-тироксин).

Гиперфункция

Причина.Большинствослучаеввыраженногогипертиреозавызваноналичиемактивирующихантиантителк рецепторам . В этом случае заболевание носит названиеболезнь фон

Базедова(вотечественнойиевропейскойлитературе)илиболезньГрейвса(вамериканскойлитературе).

Клиническаякартина.

Симптомамисубклиническогогипертиреозаявляются

• трудностьзасыпания,эмоциональнаялабильностьинервозность(плаксивость),

• выпадениеволос,сухиеногти,

• неизменностьвесанафонеповышенияаппетита,

• тахикардия,мышечнаяслабость,потливость,влажные ладони.

Приболеевыраженнойформеотмечаетсясубфебрильнаятемпература(до37,5°С),особеннок вечеру, нервное возбуждение, экзофтальм, тремор,диарея, похудание, уженщин бесплодие и скудость месячных.

Прилечениииспользуюттиреостатическиепрепараты,которыеингибируюттиреопероксидазу(мерказолил,пропилтиоурацил),радиойодтерапиюихирургическоеиссечениеучасткажелезы.

6. Глюкагон: биологическое значение, регуляция синтеза и секреции, механизм действия,органы-мишени, влияние на обмен веществ – регулируемые ферменты и процессы.

Глюкагон–представляетсобойпептид,состоящий из29 аминокислот.Биосинтезглюкагона происходит в α–клетках островков Лангерганса поджелудочной железы, атакжевнейроэндокринныхклеткахкишечника.

Подобно инсулину, глюкагон образуется в α-клетках поджелудочной железы путемпротеолиза изпрогормона,который, всвоюочередь,входитвсоставеще более крупного препрогормона

ВскорепослесинтезапрепрогормонавшероховатомЭПСпрепоследовательность отщепляется с образованием прогормона .Далее прогормонвновь подвергается ограниченномупротеолизуиобразуетсяактивныйглюкагон.

Глюкагон накапливается и пакуется в секреторных гранулах, где хранится в видеплотно упакованных кристаллов.

Биосинтез и секреция глюкагона регулируются главным образом концентрациейглюкозывкровипопринципуобратнойсвязи.Повышениеконцентрации аминокислотвкрови(особенноаланинаиаргинина)стимулируетсекрециюглюкагона в кровь. Поступление глюкагона в кровь возрастает при значительнойфизическойнагрузке(вследствиенаступающейаминоацидемии)инейрогенной стимуляцииегосекреции.Приголоданиисодержаниеглюкагонарезко увеличивается, в основном за счет замедления его клиренса.

Механизм действия глюкагона – мембранно-внутриклеточный; вторичные посредники - цАМФ.

Основными клетками–мишенями глюкагона являются клетки печени и жировойклетчатки.

Действуя на клетки печени, глюкагон усиливает, главным образом, распад гликогена, что приводит к повышению уровня глюкозы в крови. Гипергликемический эффект глюкагона обусловлен не только распадом гликогена.

Глюкагонусиливаетглюконеогенезклетокпечени

Адреналин-катехоламин,являетсяпроизводнымаминокислотытирозина.

Синтез: образуется в клетках мозгового слоя надпочечников (80% всего адреналина), синтез норадреналина (80%) происходит такжевнервных синапсах.

Регуляциясинтеза:

• активирует-стимуляциячревногонерва,стресс;

• ингибирует-гормоныщитовиднойжелезы.

Реакциисинтезакотехоламинов

Регуляциясекрециикатехоламинов

Механизмдействия(зависитотрецептора):

1. Аденилатциклазныймеханизм:

   • α2-адренорецептор-ингибируетаденилатциклазу;

   • при задействовании β1- и β2-адренорецепторов аденилатциклазаактивируется.

2. Кальций-фосфолипидныймеханизм

При возбуждении α1- адренорецепторов. Конечный эффект гормонов зависит отпреобладаниятипарецепторовнаклеткеиконцентрациигормонавкрови.

Вцеломкатехоламиныотвечаютзареакцииадаптациикострымстрессам–

"борьбаилибегство":

• продукцияжирныхкислотдлямышечнойактивности;

• гипергликемиядляповышенияустойчивостиЦНС;

• снижениеанаболических процессовчерезуменьшениесекрецииинсулина.Более отчетливоадаптацияпрослеживается вфизиологических реакциях:

1. Мозг–усилениекровотокаистимуляцияобменаглюкозы;

2. Сердечно-сосудистаясистема–увеличениесилыичастотысокращениймиокарда;

3. Легкие – расширение бронхов, улучшение вентиляции и потреблениякислорода;

4. Мышцы–стимуляциягликогенолиза,усилениесократимости;

5. Печень – увеличение продукции глюкозы за счет глюконеогенеза игликогенолиза;

6. Жироваяткань–усилениелиполиза;

7. Кожа–снижениекровотока;

8. Лимфоидная ткань – активация протеолиза (гидролиз белков и пептидов при участии ферментов-протеаз).

Ткани-мишенииметаболизмвних

1. При возбужденииα1-адренорецепторов(печень, сердечно-сосудистая имочеполоваясистемы):

   • активациягликогенолиза;

   • сокращениегладкихмышцкровеносныхсосудовимочеполовойсистемы.

2. При возбужденииα2-адренорецепторов(жировая ткань, поджелудочная железа, почки):

   • подавлениелиполиза,секрецииинсулина,секрецииренина

3. Привозбужденииβ1-адренорецепторов(естьвовсехтканях):

   • активациялиполиза;

   • увеличениесилыичастотысокращениймиокарда.

4. Привозбужденииβ2-адренорецепторов(естьвовсехтканях):

   • стимуляциягликогенолизавпечениимышцах,иглюконеогенезавпечени;

   • расслаблениегладкихмышцбронхов,кровеносныхсосудов,мочеполовой системы и желудочно-кишечного тракта.

В жировой ткани α2-адренорецепторы возбуждаются принизких концентрацияхадреналина– в результате снижается липолиз.

Привысокихконцентрацияхадреналинастимулируютсяβ1-β2-β3-адренорецепторы и липолиз активируется.

Патология

Гиперфункция.Опухольмозгового веществанадпочечниковфеохромоцитома.Еедиагностируюттолькопослепроявлениягипертензииилечатудалениемопухоли.

Механизмдействия:Адреналин–Рецептор-G-белок-Аденилатциклаза–цАМФ- протеинкиназа- фосфорилированиеферментов –изменениеактивностиферментов –метаболическийответ.Еслионвзаимодействуетсв-рецепотрамито,активируется аденилатциклазныймеханизм,еслиса-рецепторами,тоинозитолфосфатныймеханизм.

8. ИНСУЛИН: БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СИНТЕЗА, РЕГУЛЯЦИЯ СЕКРЕЦИИ, МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ИНСУЛИНА: МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ И МИТОГЕННЫЙ ПУТЬ. ОЧЕНЬ БЫСТРЫЕ, БЫСТРЫЕ, МЕДЛЕННЫЕ И ОЧЕНЬ МЕДЛЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ. ГЛЮКОЗНЫЕ ТРАНСПОРТЕРЫ, ИХ ВИДЫ И ТКАНЕВАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ. ВЛИЯНИЕ НА ОБМЕН УГЛЕВОДОВ, ЛИПИДОВ И БЕЛКОВ.

Строение

Инсулинпредставляетсобойбелок,состоящийиздвухпептидныхцепейА(21аминокислота) иВ(30 аминокислот), связанныхмеждусобой дисульфидными мостиками. Всего в зрелом инсулине человека присутствует 51 аминокислотаи его молекулярная масса равна5,7 кДа.

Синтез

Инсулинсинтезируетсявβ-клеткахподжелудочнойжелезыввидепрепроинсулина,наN-конце которого находится концеваясигнальнаяпоследовательность из 23 аминокислот, служащая проводником всей молекулы в полость эндоплазматической сети. Здесь концевая последовательность сразу отщепляется и проинсулин транспортируется в аппарат Гольджи.

НаданномэтапевмолекулепроинсулинаприсутствуютА-цепь,В-цепьиС-

пептид(англ.connecting–связующий). В аппаратеГольджипроинсулин упаковываетсяв секреторныегранулы вместе сферментами, необходимымидля"созревания" гормона. Помере перемещения гранул к плазматической мембране образуются дисульфидные мостики, вырезаетсясвязующийС-пептид(31аминокислота)иформируетсяготоваямолекулаинсулина. В готовыхгранулах инсулин находится в кристаллическом состоянии в виде гексамера, образуемого с участием двух ионов Zn²⁺.

Схемасинтезаинсулина

Около 15% молекул проинсулина поступает в кровоток. Проинсулин обладает более слабой активностью (около 1:10), но большим периодом полувыведения (около 3:1), по сравнению с инсулином. Поэтому повышение его уровня может вызывать гипогликемические состояния, что наблюдается при инсулиномах.

Регуляциясинтезаисекреции

Секрецияинсулинаиз β-клетокпроисходит постоянно, ивысвобождениеоколо50% инсулина никакнесвязаносприемомпищиилиинымивлияниями.Втечениесутокподжелудочнаяжелеза выделяет примерно 1/5 от запасов имеющегося в ней инсулина.

Главным стимуляторомсекрецииинсулина являетсяповышение концентрацииглюкозы в кровивыше5,5ммоль/л,максимумасекрециядостигаетпри17-28ммоль/л.Особенностьюэтой стимуляции является двухфазное усиление секреции инсулина:

• перваяфазадлится5-10минутиконцентрациягормонаможет10-кратновозрастать, после чего его количество понижается,

• вторая фазаначинается примерночерез15 минутот началагипергликемиии продолжаетсянапротяжениивсегоеепериода,приводякувеличениюуровнягормонав15-25раз.

Чемдольшевкровисохраняетсявысокаяконцентрацияглюкозы,тембольшеечислоβ-клеток подключается к секреции инсулина.

Индукция синтезаинсулинапроисходитотмоментапроникновенияглюкозы вклеткудо трансляции инсулиновоймРНК. Она регулируется повышением транскрипции гена инсулина, повышениемстабильности инсулиновоймРНК иувеличениемтрансляцииинсулиновой мРНК.

Активациясекрецииинсулина

1. После проникновенияглюкозы в β-клетки(черезГлюТ-1иГлюТ-2) онафосфорилируетсягексокиназойIV(глюкокиназа,обладаетнизкимсродствомкглюкозе),

2. Далееглюкозааэробноокисляется,приэтомскоростьокисленияглюкозылинейнозависитот ее количества,

3. ВрезультатенарабатываетсяАТФ,количествокотороготакжепрямозависитотконцентрации глюкозы в крови,

4. НакоплениеАТФстимулируетзакрытиеионныхK⁺-каналов,чтоприводиткдеполяризациимембраны,

5. Деполяризациямембраныприводиткоткрытиюпотенциал-зависимыхCa²⁺-каналовипритоку ионов Ca^{2+в клетку,}

6. ПоступающиеионыCa^{2+активируют}фосфолипазуCизапускаюткальций-фосфолипидный механизм проведения сигнала с образованием ДАГ и инозитол-трифосфата (ИФ3),

7. ПоявлениеИФ3вцитозолеоткрываетCa²⁺-каналывэндоплазматическойсети,чтоускоряет накопление ионов Ca^{2+в цитозоле,}

8. Резкое увеличение концентрации в клетке ионов Ca^{2+приводит к перемещению секреторных гранул}кплазматическоймембране,ихслияниюснейиэкзоцитозукристалловзрелогоинсулинанаружу,

9. Далеепроисходитраспадкристаллов,отделениеионовZn^2+ивыходмолекулактивного инсулина в кровоток.

Схема внутриклеточнойрегуляциисекрецииинсулинаприучастииглюкозы

Описанныйведущиймеханизмможеткорректироватьсявтуилиинуюсторонуподдействием рядадругихфакторов,такихкакаминокислоты, жирныекислоты, гормоныЖКТидругие гормоны,нервная регуляция.

Изаминокислотнасекрециюгормонанаиболеезначительновлияютлизиниаргинин.Носами посебеонипочтинестимулируютсекрецию,ихэффектзависитотналичиягипергликемии,т.е. аминокислоты только потенциируют действие глюкозы.

Свободныежирныекислотытакжеявляютсяфакторами,стимулирующимисекрецию инсулина, нотоже только в присутствии глюкозы.

Логичнойявляетсяположительнаячувствительностьсекрецииинсулинакдействиюгормонов желудочно-кишечноготракта–инкретинов(энтероглюкагонаиглюкозозависимого инсулинотропногополипептида),холецистокинина,секретина,гастрина,желудочного ингибирующего полипептида.

Клиническиважнымивкакой-томереопаснымявляетсяусилениесекрецииинсулинапри длительном воздействиисоматотропного

гормона,АКТГиглюкокортикоидов,эстрогенов,прогестинов.Приэтомвозрастаетриск истощения β-клеток, уменьшение синтеза инсулинаи возникновение инсулинзависимого сахарногодиабета.Такоеможетнаблюдатьсяприиспользованииуказанныхгормоноввтерапии или при патологиях, связанныхс ихгиперфункцией.

Нервнаярегуляцияβ-клетокподжелудочнойжелезы

включаетадренергическуюихолинергическуюрегуляцию.Любыестрессы(эмоциональные и/илифизическиенагрузки,гипоксия,переохлаждение,травмы,ожоги)повышаютактивность симпатической нервной системы и подавляют секрецию инсулина за счет активации α2- адренорецепторов.С другой стороны,стимуляцияβ2-адренорецепторов приводит к усилениюсекреции.

Такжевыделениеинсулинаповышаетсяn.vagus,всвоюочередьнаходящегосяподконтролем гипоталамуса, чувствительногок концентрацииглюкозыкрови.

Мишени

Рецепторы инсулинанаходятся практическина всехклеткахорганизма, кроме нервных, но в разномколичестве.Нервныеклеткинеимеютрецепторовкинсулину,т.к.последнийпростоне проникает через гематоэнцефалический барьер.

Наибольшая концентрация рецепторов наблюдается на мембране гепатоцитов (100-200 тыс на клетку) и адипоцитов (около 50 тыс на клетку), клетка скелетной мышцы имеет около 10 тысяч рецепторов, а эритроциты - только 40 рецепторов на клетку.

Механизмдействия

После связывания инсулина с рецептором активируетсяферментативный доменрецептора. Таккаконобладаеттирозинкиназнойактивностью,тофосфорилируетвнутриклеточныебелки- субстраты инсулинового рецептора. Дальнейшее развитие событий обусловлено двумя направлениями:MAP-киназныйпуть иФИ-3-киназныймеханизмыдействия(подробно).