Особенностью мышц является отсутствие фруктокиназы, поэтому фруктоза в них превращается сразув фруктозо -6-фосфат и поступает в реакции гликолиза или синтеза гликогена.

Пути метаболизма фруктозы и ее превращение в глюкозу

Особенностью метаболизма фруктозы является то, что фермент фруктокиназа является инсулин -независимым . В результате превращение фруктозы в пировиноградную кислоту и ацетил-SКоА происходит быстрее , чем для глюкозы. Это объясняется "игнорированием" лимитирующей реакции метаболизма глюкозы, катализируемой фосфофруктокиназой. Дальнейший метаболизм ацетил -SКоА в данном случае может привести к избыточному образованию жирных кислот и триацилглицеролов.

Нарушения метаболизма фруктозы

Эссенциальная фруктозурия

Генетический дефект фруктокиназы приводит к доброкачественной эссенциальной фруктозурии , протекающей безо всяких отрицательных симптомов.

Наследственная фруктозурия

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

Дефект фруктозо-1-фосфатальдолазы, которая в норме присутствует в печени, кишечнике и корковом веществе почек, проявляется после введения в рацион младенца соков и фруктов, содержащих фруктозу.

Патогенез связан со снижением мобилизации гликогена из -за ингибирования гликогенфосфорилазы фруктозо-1-фосфатом и ослаблением глюконеогенеза, т.к. дефектный фермент способен участвовать в реакциях аналогично фруктозо -1,6-дифосфат- альдолазе. Проявляется заболевание снижением концентрации фосфатов в крови,

гиперфруктоземией, тяжелой гипогликемией. Отмечается вяло сть, нарушения сознания,

почечный канальцевый ацидоз.

Диагноз ставится исходя из "непонятного" заболевания печени, гипофосфатемии, гиперурикемии, гипогликемии и фруктозурии. Для подтверждения проводят тест толерантности к фруктозе . Лечение включает диетус ограничением сладостей, фруктов, овощей.

Дефект фруктозо-1,6-дифосфатазы проявляется сходно с предыдущим, но не так тяжело.

Одним из путей метаболизма глюкозы является ее превращение в сорбитол и фруктозу в метаболическом пути, получившим название полиоловый путь. Для обеспечения реакций полиолового пути в клетках присутствует фермент альдозоредуктаза , которая превращает глюкозу в сорбитол. Обычно в данную реакцию попадает не более 1% г люкозы, и она используется для получения фруктозы в процессе синтеза глюкозаминов.

Полиоловый путь превращения глюкозы

Отдельное значение путь имеет в семенных пузырьках , которые синтезируют фруктозу для семенной жидкости. Сперматозоиды, находящиеся здесь, используют фруктозув качестве основного энергетического субстрата, но при переходе в женские половые пути переключаются на глюкозу. Считается, что использование фруктозы повышает стабильность и предотвращает преждевременное разрушение акросомы спермия.

Клиническая значимость полиолового пути проявляется в инсулиннезависимых тканях, в которые глюкоза поступает неконтролируемо по градиенту концентрации – эндотелий , хруста лик глаза, клетки клубочков почек , но в первую очередь, нейроны . Путь активируется при гипергликемиях, когда поток глюкозы в клетки увеличивается и скорость синтеза сорбитола резко возрастает.

Накопление сорбитола в нейронах подавляет синтез циклического с пирта инозитола , входящего в состав фосфолипидов и используемого при передаче гормонального сигнала , и снижает активность Na+,K+-АТФазы , что нарушает проведение нервного импульса. Избыток в клетке осмотически активных сорбитола и фруктозы удерживает воду, измен яет форму клеток и их функциональную активность.

Избыточная работа альдозоредуктазы приводит к расходованию НАДФН в клетках, что подавляет ряд процессов, например

● восстановление глутатиона, используемого в антиоксидантной системе клеток и в метаболических процессах,

●реакцию синтеза вазодилататора оксида азота (NO),

●нейтрализация аммиака в реакции восстановительного аминирования α- кетоглутарата,

●микросомальное окисление.

Превращ ение галактозы

Галактоза сначала подвергается фосфорилированию по 1 -му атому углерода. Отличительной особенностью является превращение в глюкозу не напрямую, а через синтез УДФ-галактозы из галактозо-1-фосфата. Источником УМФявляется УДФ -глюкоза, имеющаяся в клетке. Обр азованная УДФ-галактоза впоследствии изомеризуется в УДФ - глюкозуи далее ее судьба различна.

Она может:

●участвовать в реакции переноса УМФна галактозо -1-фосфат,

●превращаться в свободную глюкозу и выходить в кровь,

●отправляться на синтез гликогена.

Превращение галактозы в глюкозу

(обратимость обеих уридил-трансферазных реакций не показана)

Биохимическое усложнение вроде бы простой реакции эпимеризации вызвано, видимо, синтезом УДФ-галактозы из глюкозы в молочной железе для получения лактозы при образовании молока. Также галактоза используется при синтезе соответствующих гексозаминов в гетерополисахаридах.

Нарушения превращения галактозы

Нарушения обмена галактозы могут быть вызваны генетическим дефектом одного из ферментов:

●галактокиназы , частота дефекта 1:500000,

●галактозо -1-фосфат -уридилтрансферазы , частота дефекта 1:40000,

●эпимеразы , частота дефекта менее 1:1000000.

Заболевание, возникающее при этих нарушениях, получило название галактоземия.

Диагностика. Дети отказываются от еды. Концентрация галактозы в крови в озрастает до 11,1-16,6 ммоль/л (норма 0,3-0,5 ммоль/л), в крови появляется галактозо -1-фосфат. К лабораторным критериям относятся также билирубинемия, галактозурия, протеинурия, гипераминоацидурия, накопление гликозилированного гемоглобина.

Патогенез. Избыток галактозы превращается в спирт галактитол (дульцитол), накапливающийся в хрусталике и осмотически привлекающий сюда воду. Изменяется солевой состав, нарушается конформация белков хрусталика, что приводит к катаракте в молодом возрасте. Катаракта возмож на даже уплодов матерей с галактоземией, употреблявших молоко во время беременности.

При дефекте галактозо -1-фосфат-уридил-трансферазы АТФпостоянно расходуется на фосфорилирование галактозы и дефицит энергии угнетает активность многих ферментов, "токсически" действуя на нейроны, гепатоциты, нефроциты. Как результат возможны задержка психомоторного развития, умственная отсталость, некроз гепатоцитов и цирроз печени. В почках и кишечнике избыток галактозы и ее метаболитов ингибирует всасывание аминокислот.

Основы лечения. Исключение из рациона молока и других источников галактозы позволяет предотвратить развитие патологических симптомов. Однако сохранность интеллекта может быть достигнута только при ранней, не позднее первых 2 месяцев жизни, диагностике и вовремя начатом лечении.

Вопрос 14

У высших организмов обмен углеводов подвержен сложным механизмам регуляции, в которых участвуют гормоны, метаболиты и коферменты. Представленная здесь схема относится к печени, которая занимает в углеводном метаболизме центральное место. Некоторые из представленных механизмов не действуют в других тканях.

Инсулин индуцирует синтез de novo гликоген-синтазы, а также некоторых ферментов гликолиза. Одновременно инсулин подавляет синтез ключевых ферментов глюконеогенеза (репрессия). Глюкагон как антагонист инсулина действует

впротивоположном направлении:

●индуцирует ферменты глюконеогенеза

●репрессирует пируваткиназу,

●ключевой фермент гликолиза.

Другие аффекты глюкагона основаны на взаимопревращении ферментов и опосредованы вторичным мессенджером цАМФ (сАМР). По этому механизму тормозится синтез гликогена и активируется расщепление гликогена.

Подобным образом действует и адреналин. Торможение пируваткиназы глюкагоном также обусловлено взаимопревращением ферментов.

Глюкокортикоиды, прежде всего кортизол, индуцируют все ключевые ферменты глюконеогенеза. Одновременно они индуцируют ферменты деградации аминокислот и обеспечивают тем самым глюконеогенез исходными соединениями.

Глюкагон повышает содержание глюкозы в крови за счет стимуляции процессов мобилизации гликогена в печени. Он стимулирует процесс глюконеогенеза, за счет повышения активности одного из фермента глюконеогенеза: фруктоза-1,6-бисфосфотазу.

Глюкагон выделяется a-клетками островков Лангерганса при снижении концентрации глюкозы в крови. Поскольку ответная реакция на повышение содержания глюкагона в крови базируется на изменении активности уже имеющихся в клетках ферментов, наблюдается быстрое повышение концентрации глюкозы в крови. Глюкагон не оказывает не оказывает влияние на скорость расщепления гликогена в мышцах, поскольку мышцы не имеют рецепторов к этому гормону.

Адреналин. Он секретируется в кровь мозговым вещ-вом надпочечников в экстремальных ситуациях.

В первую очередь адреналин стимулирует расщепление гликогена в мышцах и таким образом обеспечивает миоциты энергетическим топливом. Однако в мышцах нет фермента глюкоза-6- фосфотазы, поэтому при расщеплении гликогена в мышцах свободной глюкозы образуется и она не поступает в кровь, т.е. за счет усиления скорости распада гликогена поддерживается энергетика самих мышц. В то же время адреналин способен ускорять расщепление гликогена в печени за счет активации фосфорилазы. Образующаяся глюкоза поступает из гепатоцитов в кровь, что приводит к повышению ее концентрации, поэтому все ситуации сопровождающиеся выбросом адреналина или введением адреналина естественно сопровождается повышением концентрации глюкозы в крови. Это повышение содержания глюкозы развивается очень быстро, поскольку как и в случае глюкагона обусловлено повышением активности имеющихся в гепатоцитах ферментов.

Кортизол. Как и другие глюкокортикоиды вызывает повышение содержания глюкозы в крови за счет 2 основных эффектов:

●тормозит поступление глюкозы из крови в клетки ряда перефирических тканей (мышечная соединительная)

●является основным стимулятором глюконеогенеза. Причем стимуляция глюконеогенеза является главным механизмом ответственным за увеличение концентрации глюкозы при выбросе кортизола или при его введении.

Эффект кортизола развивается медленно содержание глюкозы в крови начинает повышаться через 4-6 часов после введения или выброса и достигает максимума примерно через сутки. Повышение содержания глюкозы в крови при действии кортизола сопровождается одновременно увеличением содержания гликогена в печени. В то же время при введении глюкагона содержание гликогена в печени снижается.

Инсулин - гормон снижающий содержание глюкозы в крови. Выделяется в кровь b-клетками в ответ на повышение содержание глюкозы в крови.

ПОДРОБНЕЕ ПРО ИНСУЛИН МОЖНО ПРОЧИТАТЬ В ВОПРОСЕ 28

Физиологические и патологические гипер- и гипогликемии: причины возникновения.

Вопрос 15

Классификация липидов сложна, так как в класс липидов входят вещества весьма разнообразные по своему строению. Их объединяет только одно свойство – гидрофобность.

По отношению к гидролизу в щелочной среде все липиды подразделяют на две большие группы:

омыляемые и неомыляемые.

Синтезированная пальмитиновая кислота при необходимости поступает в эндоплазматический ретикулум. Здесь с участием малонил-S-КоА и НАДФН цепь удлиняется до С18 или С20. Присоединение углеродов идет по карбоксильной группе (С1).

Удлиняться могут и ненасыщенные жирные кислоты (олеиновая, линолевая, линоленовая) с образованием производных эйкозановой кислоты (С20). Но двойная связь животными клетками вводится не далее 9 атома углерода, поэтому ω3- и ω6-полиненасыщенные жирные кислоты синтезируются только из соответствующих предшественников. Например, арахидоновая кислота может образоваться в клетке только при наличии γ-линоленовой или линолевой кислот. При этом линолевая кислота (18:2, Δ9,12) дегидрируется до γ-линоленовой (18:3, Δ6,9,12) и удлиняется до эйкозотриеновой кислоты (20:3, Δ8,11,14), последняя далее вновь дегидрируется до арахидоновой кислоты (20:4, Δ5,8,11,14). Так формируются жирные кислоты ω6-ряда.

Для образования жирных кислот ω3-ряда, например, тимнодоновой, необходимо наличие α- линоленовой кислоты (18:3, Δ9,12,15), которая дегидрируется (18:4, Δ6,9,12,15), удлиняется (20:4, Δ8,11,14,17) и опять дегидрируется с получением тимнодоновой кислоты (20:5, Δ5,8,11,14,17).

Витамин F (полиненасыщенные жирные кислоты)

Источники. Растительные масла (кроме пальмового и оливкового).

Суточная потребность - 5-10 г.

Строение Витамин F представляет собой группу незаменимых полиненасыщенных жирных кислот. Так как все эти жирные кислоты имеют двойную связь возле 6-го атома углерода с последнего метильного углерода, то они также называются ω-6-жирные кислоты (омега-6).

●линолевая (С18:2, Δ9,12),

●линоленовая (С18:3, Δ6,9,12),

●арахидоновая (С20:4, Δ5,8,11,14).

●витамин F омега-6 полиненасыщенные жирные кислоты Строение жирных кислот группы витамина F

Биохимические функции ПНЖК Полиненасыщенные жирные кислоты обладают весьма широкими функциями:

1.Структурная - являются составной частью фосфолипидов клеточных мембран и транспортных липопротеинов.

2.Предшественники регуляторных соединений, носящих название эйкозаноиды – простагландинов (в том числе простациклинов), тромбоксанов, лейкотриенов. Простациклины, тромбоксаны, лейкотриены являются "местными гормонами", т.е. после синтеза действуют только на соседние клетки.

●Функцией простагландинов является регуляция тонуса гладких мышц сосудов, ЖКТ, бронхолегочной системы, мочеполовой системы.

●Функция простациклинов – уменьшение агрегации тромбоцитов и расширение мелких сосудов.

●Функция тромбоксанов – усиление агрегации тромбоцитов и сужение мелких сосудов.

●Функция лейкотриенов – активация лейкоцитов, увеличение их подвижности, а также регуляция тонуса гладких мышц сосудов и бронхов.

Гиповитаминоз F

Причина

Пищевая недостаточность, нарушение желчеотделения, ухудшение переваривания и всасывания жиров.

Клиническая картина

Единственным четко доказанным проявлением нехватки витамина F является фолликулярный гиперкератоз.

Фолликулярный гиперкератоз – процесс, локализующийся в области волосяных фолликулов. Здесь возникают изолированные мелкие покрытые роговыми чешуйками узелки, в центре которых часто находятся скрученные волоски. При поглаживании создается впечатление терки.

Также с недостатком полиненасыщенных жирных кислот в настоящее время связываются воспалительные поражения кожи (возникновение некротических очагов, экзема, выпадение волос), поражение почек, потеря способности к размножению, жировая инфильтрация печени, атеросклероз, иммунодефициты, затягивание и хроническое течение воспалительных заболеваний.

Лекарственные формы Гепатопротекторы и антиатерогенные препараты: эссенциале, линетол, линол.

Триацилглицеролы

— это запас энергии. Триацилглицеролы (ТАГ, триглицериды, триацилглицерины, нейтральные жиры) являются наиболее распространенными липидами в организме человека. В среднем их доля составляет 16-23% от массы тела взрослого.

Функции триацилглицеролов

Резервно-энергетическая – у среднего человека запасов подкожного жира хватает на поддержание жизнедеятельности в течение 40 дней полного голодания,

В составе подкожной и брыжеечной жировой ткани механическая защита тела и внутренних органов.

Теплосберегающая – за счет толщины подкожного жира,

Триацилглицеролы плода и новорожденных отличаются бóльшим содержанием насыщенных жирных кислот. Они являются основным источником энергии и тепла для новорожденных, т.к. запасы гликогена у младенцев малы и зачастую имеется "незрелость" ферментативного окисления глюкозы. Недостаточное развитие жировой прослойки повышает требования к уходу за младенцами, особенно за недоношенными. Их необходимо чаще кормить, принимать дополнительные меры против переохлаждения.

В состав ТАГ входит трехатомный спирт глицерол и три жирные кислоты. Жирные кислоты преобладают насыщенные (пальмитиновая, стеариновая) и мононенасыщенные (пальмитолеиновая, олеиновая). По строению можно выделить простые и смешанные ТАГ. В простых ТАГ все жирные кислоты одинаковые, например, трипальмитилглицерол, тристеарилглицерол. В смешанных ТАГ жирные кислоты отличаются, например, дипальмитилстеарилглицерол, пальмитилолеилстеарилглицерол.

Показателем числа двойных связей в жирнокислотных остатках ТАГ является йодное число. Для человека оно равно 64, у сливочного маргарина 63, в конопляном масле – 150.

Пищевые источники

Триацилглицеролы преобладают в практически любом жире, используемом в пищу – любые растительные масла, свиной, говяжий и другой животный жир, жир молочных продуктов и сливочное масло.

Суточная потребность в нейтральных жирах принята на уровне 80-100 г, растительных масел должно быть около 30% (но не менее 20 г) от общего количества жира. Однако в связи с изменением образа жизни в развитых странах (переедание, гиподинамия) в последние годы появилась тенденция к пересмотру рекомендуемых величин потребления ТАГ в сторону снижения

– до 30-40 г/сут.

Прогоркание жиров – это бытовое определение широко распространенного в природе явления. Выделяют два типа прогоркания:

●биологическое – начинается с бактериального гидролиза ТАГ и накопления свободных жирных кислот. Их дальнейшее ферментативное окисление приводит к накоплению короткоцепочечных жирных кислот, β-кетокислот, гидроксикислот, эпоксидов, альдегидов и кетонов, которые и являются причиной изменения вкуса и запаха пищевого жира.

●химическое (перекисное окисление липидов, ПОЛ) – результат окисления жиров под действием О2 воздуха или под действием активных форм кислорода с образованием гидроперекисей (L- OOH), вторичных и третичных продуктов ПОЛ (малоновый диальдегид, диеновые конъюгаты).

В организме перекисному окислению противодействуют антиоксидантные системы, включающие витамины Е, А, С, трипептид глутатион, разнообразные белки и ферменты (каталаза, пероксидаза, супероксиддисмутаза).

У фосфолипидов преобладает структурная функция

Фосфолипиды (ФЛ, фосфатиды) представляют собой соединение спирта глицерола или сфингозина с высшими жирными кислотами и фосфорной кислотой. В их состав также входят азотсодержащие соединения холин (витамин B4), этаноламин, серин, циклический шестиатомный спирт инозитол (витамин В8).

Пищевые источники фосфолипидов

Доля фосфолипидов в пищевом жире невелика (не более 10%), это фосфолипиды клеточных мембран и жировых эмульсий. Источниками фосфолипидов является практически любой жир, используемый в пищу – любые растительные масла,свиной, говяжий и другой животный жир, жир молочных продуктов и сливочное масло. В результате фосфолипидов поступает около 8-10 г в сутки.

Глицерофосфолипиды

Жирные кислоты, входящие в состав этих фосфолипидов, неравноценны. Ко второму атому углерода присоединена, как правило, полиненасыщенная жирная кислота. При углероде С1 находятся любые кислоты, чаще мононенасыщеннные или насыщенные.

Наиболее простым глицерофосфолипидом является фосфатидная кислота (ФК) – промежуточное соединение для синтеза ТАГ и ФЛ.

Фосфатидилсерин (ФС), фосфатидилэтаноламин (ФЭА, кефалин), фосфатидилхолин (ФХ, лецитин) – структурные ФЛ, они вместе с холестерином формируют липидный бислой клеточных мембран, обеспечивают активность мембранных ферментов, вязкость и проницаемость мембран.

Кроме этого, дипальмитоил-фосфатидилхолин, являясь поверхностно-активным веществом, служит основным компонентом сурфактанта легочных альвеол. Его недостаток в легких недоношенных младенцев приводит к развитию синдрома дыхательной недостаточности.

Также фосфатидилхолин, являясь одним из важнейших компонентов желчи, поддерживает находящийся в ней холестерин в растворенном состоянии и, таким образом, препятствует образованию желчных камней.

Мембранные фосфолипиды

Фосфатидилинозитол (ФИ) – играет ведущую роль в кальций-фосфолипидном механизме передачи гормонального сигнала в клетку.

Лизофосфолипиды – продукт гидролиза фосфолипидов фосфолипазой А2, образуются при определенных стимулах, вызывающих в клетке синтез эйкозаноидов (простагландинов, лейкотриенов).

Гораздо более редкимявляется кардиолипин

– структурный фосфолипид в мембране митохондрий.

Плазмалогены при С1 содержат высший спирт вместо жирной кислоты. Они участвуют в построении структуры мембран, составляют до 10% фосфолипидов мозга и мышечной ткани.

Неосновные фосфолипиды

Сфингофосфолипиды

Основным представителем у человека являются сфингомиелины – основное их количество расположено в сером и белом веществе головного и спинного мозга, в оболочке аксонов периферической нервной системы, есть в печени, почках, эритроцитах и других тканях. В качестве жирных кислот выступают насыщенные и мононенасыщенные, которые присоединены к спирту сфингозину.

В нервной ткани сфингомиелин участвует в передаче нервного сигнала по аксонам, активно изучается роль сфинголипидов в регуляции внутриклеточныхпроцессоввкачествеисточника вторичного мессенджера церамида.

Переваривание липидов. Пищевые источники липидов, суточная потребность детей и взрослых в жидких и твердых жирах. Этапы переваривания липидов в ЖКТ.

Переваривание жиров включает 5 этапов

Потребность в липидах взрослого организма составляет 80-100 г в сутки, из них растительных (жидких) жиров должно быть не менее 30%. С пищей в основном поступают триацилглицеролы, фосфолипиды и эфиры ХС.

Переваривание липидов осложняется тем, что их молекулы полностью или частично гидрофобны. Для преодоления этой помехи используется процесс эмульгирования, когда гидрофобные молекулы (ТАГ, эфиры ХС) или гидрофобные части молекул (жирные кислоты в составе ФЛ, циклическая структура ХС) погружаются внутрь мицеллы, а гидрофильные остаются на поверхности, обращенной к водной фазе.

Условно внешний обмен липидов можно подразделить на следующие этапы:

1.Эмульгирование жиров пищи – необходимо для того, чтобы ферменты ЖКТ смогли начать работу.

2.Гидролиз триацилглицеролов, фосфолипидов и эфиров ХС под влиянием ферментов ЖКТ.

3.Образование мицелл из продуктов переваривания (жирных кислот, МАГ, холестерола).

4.Всасывание образованных мицелл в эпителий кишечника.

5.Ресинтез триацилглицеролов, фосфолипидов и эфиров ХС в энтероцитах.

После ресинтеза липидов в кишечнике они собираются в транспортные формы – хиломикроны (в основном) и липопротеины высокой плотности (ЛПВП) (малое количество) – и разносятся по организму.

Переваривание жиров идет в кишечнике

Эмульгирование и гидролиз липидов

Первые два этапа переваривания липидов, эмульгирование и гидролиз, происходят практически одновременно. Вместе с этим, продукты гидролиза не удаляются, а оставаясь в составе липидных капелек, облегчают дальнейшее эмульгирование и работу ферментов.

Переваривание в ротовой полости

У взрослых в ротовой полости переваривание липидов не идет, хотя длительное пережевывание пищи способствует частичному эмульгированию жиров.

Переваривание в желудке

Собственная липаза желудка у взрослого не играет существенной роли в переваривании липидов из-за ее небольшого количества и того, что ее оптимум рН 4,5-5,5. Также влияет отсутствие эмульгированных жиров в обычной пище (кроме молока).

Тем не менее, у взрослых теплая среда и перистальтика желудка вызывает некоторое эмульгирование жиров. При этом даже низко активная липаза расщепляет незначительные количестважира,чтоважнодлядальнейшегоперевариванияжиров в кишечнике,т.к.наличиехотя бы минимального количества свободных жирных кислот облегчает эмульгирование жиров в двенадцатиперстной кишке и стимулирует секрецию панкреатической липазы.

Переваривание в кишечнике

Под влиянием перистальтики ЖКТ и составных компонентов желчи пищевой жир эмульгируется. Образующиеся при переваривании лизофосфолипиды также являются хорошим поверхностно-активным веществом, поэтому они способствуют дальнейшему эмульгированию пищевых жиров и образованию мицелл. Размер капель такой жировой эмульсии не превышает 0,5 мкм.

Гидролиз эфиров ХС осуществляет холестерол-эстераза панкреатического сока.

Роль колипазы в действии липазы

Переваривание ТАГ в кишечнике осуществляется под воздействием панкреатической липазы с оптимумом рН 8,0-9,0. В кишечник она поступает в виде пролипазы, для проявления ее активности требуется колипаза, которая помогает липазе расположиться на поверхности липидной капли.

Колипаза, в свою очередь, активируется трипсином и затем образует с липазой комплекс в соотношении 1:1. Панкреатическая липаза отщепляет жирные кислоты, связанные с С1 и С3 атомами углерода глицерола. В результате ее работы остаются 2-моноацилглицеролы (2-МАГ), которые всасываются в составе мицелл или превращаются моноглицерол-изомеразой в 1-МАГ. Последний гидролизуется до глицерола и жирной кислоты. Примерно 3/4 ТАГ после гидролиза остаются в форме 2-МАГ и только 1/4 часть ТАГ гидролизуется полностью.

активность фосфолипазы С и лизофосфолипазы.

Действие фосфолипазы А2 и лизофосфолипазы на примере фосфатидилхолина

В кишечном соке также имеется активность фосфолипазы А2 и фосфолипазы С.

Для работы всех указанных гидролитических ферментов в кишечнике необходимы ионы Са2+, способствующие удалению жирных кислот из зоны катализа.

Точки действия фосфолипаз

Образование мицелл

В результате воздействия на эмульгированные жиры ферментов панкреатического и кишечного соков образуются 2-моноацилглицеролы, свободные жирные кислоты и

свободный холестерол, формирующие структуры мицеллярного типа (размер уже около 5 нм). Свободный глицерол всасывается напрямую в кровь.

компоненты диффундируют в клетки и попадают в гладкую эндоплазматическую сеть. Желчные

кислоты почти не всасываются и остаются в просвете кишечника. Далее желчные кислоты достигают подвздошной кишки и всасываются там (Кишечно-печеночная циркуляция).

Триацилглицериды содержатся в большом количестве в пищевых жирах — сале, сливочном и растительных маслах, где на их долю приходится от 80 до 98 % от общей массы. Источник триацилглицеридов также мясо. Содержание жиров в нем составляет от 3 (курица) до 40% (свинина). Богатый источник жиров — куриное яйцо, особенно желток (до 31 %). Фосфатидами и холес-теролом богаты желток куриного яйца, икра, печень, мозги. Потребность в жирах изменяется от 50 до 100гв зависимости от характера питания и рода деятельности. Оптимальное потребление — 50-60 г/сут

Желчь

Без желчи липиды не переварятся

Желчь представляет собой сложную жидкость со щелочной реакцией. В ней выделяют сухой остаток – около 3% и воду – 97%. В сухом остатке обнаруживается две группы веществ:

●попавшие сюда путем фильтрации изкрови натрий, калий, бикарбонат-ионы (HCO3¯), креатинин, холестерол (ХС), фосфатидилхолин (ФХ),

●активно секретируемые гепатоцитами билирубин и желчные кислоты.

Внорме между основными компонентами желчи Желчные кислоты: Фосфатидилхолин : Холестерин выдерживается соотношение равное 65 : 12 : 5.

Всутки образуется около 10 мл желчи на кг массы тела, таким образом, у взрослого человека это составляет 500-700 мл. Желчеобразование идет непрерывно, хотя интенсивность на протяжении суток резко колеблется.

Роль желчи

1.Наряду с панкреатическим соком нейтрализация кислого химуса, поступающего из желудка. При этом ионы HCO3¯ взаимодействуют с НСl, выделяется углекислый газ и происходит разрыхление химуса, что облегчает переваривание.

2.Обеспечивает переваривание жиров:

●эмульгирование для последующего воздействия липазой, необходима комбинация [желчные кислоты+жирные кислоты+моноацилглицеролы],

●уменьшает поверхностное натяжение, что препятствует сливанию капель жира,

●образование мицелл, способных всасываться.

3. Благодаря п.п.1 и 2 обеспечивает всасывание жирорастворимых витаминов (витамин A, витамин D, витамин K, витамин E).

4.Усиливает перистальтику кишечника.

5.Экскреция избытка ХС, желчных пигментов, креатинина, металлов Zn, Cu, Hg, лекарств. Для холестерина желчь – единственный путь выведения, с ней может выводиться 1-2 г/сут.

Формирование желчи (холерез) идет непрерывно, не прекращаясь даже при голодании. Усиление холереза происходит под влиянием n.vagus и при приеме мясной и жирной пищи. Снижение – под влиянием симпатической нервной системы и повышения гидростатического давления в желчных путях.

Желчевыделение (холекинез) обеспечено низким давлением в двенадцатиперстной кишке, усиливается под влиянием n.vagus и ослабляется симпатической нервной системой. Сокращение

желчного пузыря стимулируется бомбезином, секретином, инсулином и холецистокинин- панкреозимином. Расслабление вызывают глюкагон и кальцитонин.

Синтез желчных кислот

Образование желчных кислот идет в эндоплазматическом ретикулуме при участии цитохрома Р450, кислорода, НАДФН и аскорбиновой кислоты. 75% холестерина, образуемого в печени, участвует в синтезе желчных кислот.

Реакции синтеза желчных кислот на примере холевой кислоты

В печени синтезируются первичные желчные кислоты:

●холевая (3α, 7β, 12α, гидроксилирована по С3, С7, С12),

●хенодезоксихолевая (3α, 7α, гидроксилирована по С3, С7).

Затем они образуют парные желчные киcлоты – конъюгаты с глицином (гликопроизводные) и с таурином (тауропроизводные), в соотношении 3:1 соответственно.

Строение желчных кислот

В кишечнике под действием микрофлоры эти желчные кислоты теряют OH-группу при С7 и превращаются во вторичные желчные кислоты:

● холевая в дезоксихолевую (3α, 12α, гидроксилирована по С3 и С12), ● хенодезоксихолевая в литохолевую (3α, гидроксилирована только по С3) и 7-

кетолитохолевую (7α-ОН-группа преобразуется в кетогруппу) кислоты.

Также выделяют третичные желчные кислоты. К ним относятся

●образованная из литохолевой кислоты (3α) – сульфолитохолевая (сульфонирование по C3),

●образованная из 7-кетолитохолевой кислоты (3α, 7-кето) при восстановлении 7-кетогруппы до ОН-группы – урсодезоксихолевая (3α, 7β).

Урсодезоксихолевая кислота является действующим компонентом лекарственного препарата "Урсосан" и используется в терапии заболеваний печени как гепатопротекторное средство. Также она оказывает желчегонное, холелитолитическое, гиполипидемическое, гипохолестеринемическое и иммуномодулирующее действие.

Регуляция синтеза

Регуляторным ферментом является 7α-гидроксилаза. Имеются два способа регуляции

1. Коваалентная модификация путем фосфорилирования-дефосфорилирования. Глюкагон, по аденилатциклазному механизму, ведет к фосфорилированию и активации фермента. инсулин оказывает противоположный эффект.

2. Генетическая регуляция, т.е. изменение количества фермента:

●она может быть гормональной: тиреоидные гормоны индуцируют транскрипцию и повышают синтез фермента, эстрогены репрессируют и подавляют синтез этого фермента.

●при участии метаболитов: холестерол увеличивает, а желчные кислоты снижают синтез фермента.

Кишечно-печеночная циркуляция

Циркуляция желчных кислот заключается в их непрерывном движении из гепатоцитов в просвет кишечника и реабсорбция большей части желчных кислот в подвздошной кишке, что сберегает ресурсы холестерола. В сутки происходит 6-10 таких циклов. Таким образом, небольшое количество желчных кислот (всего 3-5 г) обеспечивает переваривание липидов, поступающих в течение суток. Потери в размере около 0,5 г/сут соответствуют суточному синтезу холестерола de novo.

Кишечно-печеночная рециркуляция желчных кислот

Недостаточное поступление желчи в кишечник называется гипохолией, а полное прекращение ее поступления - ахолией. Это возможно при закупорке общего желчного протока камнем, реже глистами, вследствие воспаления или сдавления опухолью, увеличенными лимфатическими узлами, рубцовой тканью ворот печени. При гипохолии, особенно ахолии, нарушается переваривание и всасывание жиров. Липаза панкреатического сока при отсутствии желчи малоактивна, жиры не эмульгированы, и их контакт с липолитическими ферментами затруднен. Страдает процесс всасывания жирных кислот, так как для этого необходимо образование водорастворимых комплексов с желчными кислотами. Нарушается также всасывание холестерина и жирорастворимых витаминов, так как они всасываются, как и пищевые жиры. Нарушение переваривания жиров проявляется стеатореей (stear, atos - сало, жир; rhoe - течение) - избыточным содержанием жиров в кале. С калом при этом выводится до 70-80% съеденных жиров. В кишечнике нерасщепленные жиры обволакивают пищевой химус и затрудняют действие амилолитических и протеолитических ферментов дуоденального сока, активность которых при недостаточном поступлении желчи в кишечник снижается. Сорбционные свойства кишечного эпителия также страдают из-за недостатка желчных кислот, нарушается пристеночное пищеварение. Это влечет за собой нарушения пищеварения и всасывания белков и углеводов. Неусвоение жиров способствует потере через кишечник жирорастворимых витаминов. Развиваются гиповитаминозы. Вследствие гиповитаминоза А возникает дерматит, замедляется рост, снижается зрение вплоть до слепоты (ксероофтальмия). Недостаток витамина К ведет к нарушению свертывания крови и повышенной кровоточивости, витамина D, регулирующего всасываниеCa2+втонкойкишке,- крахитуиостеомаляции,адефицитвитаминаEкнарушениям со стороны нервной системы (в виде мозжечковых расстройств).

Фосфолипазы С (PLCs) представляют собой прототипы ферментов метаболизма сигнальных липидов. Изоформы PLC катализируют гидролиз фосфолипидов между 3-sn-гидроксильной и фосфатной группами, что приводит к образованию диацилглицерина и фосфорного эфира. В клетках животных и у грибов, PLC, специфичные по отношению к фосфатидилинозитол-4,5- дифосфату (PIP2), гидролизуют его, образуя два вторичных мессенджера: 1,2-sn-диацилглицерин (DAG) и инозитол-1,4,5-трифосфат (IP3). PIP2, который является субстратом PLC, сам является важнейшим регуляторным лигандом, который контролирует активность нескольких ионных каналов, переносчиков и ферментов. Таким образом, PLC изменяет концентрацию трех вторичных мессенджеров, и его суммарный эффект определяется скоростью оборота субстрата и продуктов. Вероятно, DAG является наиболее хорошо известным вторичным мессенджером липидной природы: гид-рофобность ограничивает его функционирование мембранами. DAG активирует

некоторые изоформы проте-инкиназы С (РКС), контролирует активность некоторых катионных каналов, и активирует, по крайней мере, еще одну из протеинкиназ. При дальнейшем гидролизе DAG дает арахидоновую кислоту, которая может регулировать некоторые ионные каналы. Арахидоновая кислота также служит предшественником таких продуктов окисления, как простагландины и тромбоксаны, которые являются мощными внеклеточными генераторами сигналов. Для активации РКС, наряду с DAG, необходимо их взаимодействие с ионами кальция и с такими кислыми фосфолипидами, как фосфатидилсерин. Таким образом, для активации РКС необходимо совпадение нескольких входных сигналов, приводящих как к генерации DAG, так и к увеличению внутриклеточной концентрации Са2+. Известно более десяти РКС, которые на основании наличия консервативной последовательности в их каталитическом домене относятся к одной группе. Также известны три подгруппы РКС, для которых характерно наличие общей последовательности, но которые проявляют различные регуляторные свойства. Эти киназы иллюстрируют многообразие путей регуляции, характерных для остальных протеинкиназ млекопитающих.

Первая из этих групп, канонические РКС, обычно представляет собой растворимые, или слабо связанные с мембранами ферменты. Их связь с мембранами остается слабой до того момента, пока не появится DAG. Последний приводит к упрочению их связывания с мембранами и к активации при связывании с другими регуляторами. Для второй группы РКС необходимы близкие по структуре липиды, но не обязательно наличие ионов Са2+. Для ферментов третьей группы необходимы другие липиды, однако для активации не требуются DAG и ионы Са2+. N-концевой участок РКС содержит псевдосубстрат-ный домен, представляющий собой последовательность, напоминающую таковую типичного субстрата, за исключением замены Ser на Ala. Псевдосубстратный домен связывается с активным сайтом, чтобы ингибировать активность киназы. Активаторы смещают псевдосубстратный домен с активного сайта. Подобно многим другим протеинкиназам, обладающим отдельными аутоингибиторными доменами, РКС также активируются за счет протеолиза. Протеазы отщепляют гибкий участок молекулы, что приводит к утрате регуляторного домена и последующей активации киназы.

Фосфолипазы А2 и D (PLA2 и PLD) также гидролизуют фосфолипиды глицерина в мембранах клетки, образуя при этом важнейшие компоненты системы передачи сигналов. PLA2 гидролизует жирную кислоту, которая во многих фосфолипидах находится в положении sn2. При этом образуется близкий по структуре фосфолипид, и свободная жирная, обычно ненасыщенная, кислота.Чащевсегоэтоарахидоноваякислота,котораяявляетсяпредшественникомвнеклеточных сигнальных молекул. Биологическая роль свободных фосфолипидов до конца не выяснена, однако она, по-видимому, связана с их влиянием на структуру мембранного бислоя. PLD катализирует реакцию аналогично PLC, однако при действии D-формы гидролизуется фосфодиэфирная связь со стороны замещения у фосфатной группы; при этом образуется 3-sn-фосфатидная кислота. Клеточные PLD действуют на многочисленные фосфолипиды, однако фосфатидилхолин, вероятно, представляет собой субстрат, в наибольшей степени имеющий отношение к сигнальным функциям. Функции фосфатидной кислоты, которая также образуется при фосфорилировании DAG, выяснены пока недостаточно, однако, вероятно, она играет определенную роль в процессах секреции и слияния внутриклеточных мембран.

Источник: https://meduniver.com/Medical/genetika/lipidi_kak_signalnie_molekuli.html MedUniver

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

Причины нарушений переваривания липидов

1.Снижение желчеобразования в результате недостаточного синтеза желчных кислот и фосфолипидов при болезнях печени, гиповитаминозах.

2.Снижение желчевыделения (обтурационная желтуха, билиарный цирроз, желчнокаменная болезнь). У детей часто причиной может быть перегиб желчного пузыря, который сохраняется и во взрослом состоянии.

3.Снижение переваривания при недостатке панкреатической липазы, который возникает при заболеванияхподжелудочнойжелезы(острыйихроническийпанкреатит,острыйнекроз,склероз). Может возникать относительная недостаточность фермента при сниженном выделении желчи.

4.Избыток в пище катионов кальция и магния, которые связывают жирные кислоты, переводят их в нерастворимое состояние и препятствуют их всасыванию. Эти ионы также связывают желчные кислоты, нарушая их работу.

5.Снижение всасывания при повреждении стенки кишечника токсинами, антибиотиками (неомицин, хлортетрациклин).

6.Недостаточность синтеза пищеварительных ферментов и ферментов ресинтеза липидов в энтероцитах при белковой и витаминной недостаточности.

Нарушение желчевыделения

Нарушение желчеобразования и желчевыделения чаще всего связаны с хроническим избытком ХС в организме вообще и в желчи в частности, так как желчь является единственным способом его выведения.

Избыток ХС в печени возникает при увеличении количества исходного материала для его синтеза (ацетил-SКоА) и при недостаточном синтезе желчных кислот из-за снижения активности 7αгидроксилазы (гиповитаминозы С и РР).

Причины нарушения формирования желчи и возникновения холелитиаза

Избыток ХС в желчи может быть абсолютным в результате избыточного синтеза и потребления или относительным. Так как соотношение желчных кислот, фосфолипидов и холестероладолжно составлять65:12:5,тоотносительныйизбытокхолестеринавозникаетпри недостаточномсинтезе желчных кислот (гиповитаминозы С, В3, В5) и/или фосфатидилхолина (недостаток полиненасыщенных жирных кислот, витаминов В6, В9, В12). В результате нарушения соотношения образуется желчь, из которой холестерол, как плохо растворимое соединение, кристаллизуется. Далее к кристаллам присоединяются ионы кальция и билирубин, что сопровождается образованием желчных камней.

Застой в желчном пузыре, возникающий при неправильном питании, приводит к сгущению желчи из-за реабсорбции воды. Недостаточное потребление воды или длительный прием мочегонных средств (лекарства, кофеин-содержащие напитки, этанол) существенно усугубляет эту проблему.

Особенности переваривания жира у детей

Умладенцев клетками слизистой корня языка и глотки (железы Эбнера) при сосании секретируется лингвальная липаза, продолжающая свое действие и в желудке.

Угрудных младенцев и детей младшего возраста липаза желудка более активна, чем у взрослых, так как кислотность в желудке детей около 5,0. Помогает и то, что жиры молока эмульгированы. Жиры у младенцев дополнительно перевариваются за счет липазы женского молока, в коровьем

молоке липаза отсутствует. Благодаря таким преимуществам у детей грудного возраста в желудке происходит 25-50% всего липолиза.

Вдвенадцатиперстной кишке гидролиз жира дополнительно осуществляется панкреатической липазой. До 7 лет активность панкреатической липазы невысока, что ограничивает способности ребенка к перевариванию пищевого жира, ее активность достигает максимума только к 8-9 годам. Но, тем не менее, это не мешает ребенку уже в первые месяцы жизни гидролизовать почти 100% пищевого жира и иметь 95% всасывания.

Вгрудном возрасте содержание желчных кислот в желчи постепенно увеличивается примерно в три раза, позднее этот рост замедляется.

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

В стенке кишечника происходит ресинтез жира

Всасывание липидов

После расщепления полимерных липидных молекул полученные мономеры всасываются в верхнем отделе тонкого кишечника в начальные 100 см. В норме всасывается 98% пищевых липидов.

1. Короткие жирные кислоты (не более 10 атомов углерода) всасываются и переходят в кровь без каких-либо особенных механизмов. Этот процесс важен для грудных детей, т.к. молоко содержит в основном коротко- и среднецепочечные жирные кислоты. Глицерол тоже всасывается напрямую.

2. Другие продукты переваривания (длинноцепочечные жирные кислоты, холестерол, моноацилглицеролы) образуют с желчными кислотами мицеллы с гидрофильной поверхностью и гидрофобным ядром. Их размеры в 100 раз меньше самых мелких эмульгированных жировых капелек. Через водную фазу мицеллы мигрируют к щеточной каемке слизистой оболочки. Здесь мицеллы распадаются и липидные компоненты диффундируют внутрь клетки, после чего транспортируются в эндоплазматический ретикулум.

Желчные кислоты также здесь могут попадать в энтероциты и далее уходить в кровь воротной вены, однако бóльшая их часть остается в химусе и достигает подвздошной кишки, где всасывается при помощи активного транспорта.

Ресинтез липидов в энтероцитах

поэтому ресинтезированные жиры отличаются от пищевых и более близки по составу к "своим" жирам. Основная задача этого процесса – связать поступившие с пищей средне- и длинноцепочечные жирные кислоты со спиртом – глицеролом или холестеролом. Это, вопервых, ликвидирует их детергентное действие на мембраны и, во-вторых, создает их транспортные формы для переноса по крови в ткани.

Активация жирной кислоты

Поступившая в энтероцит (как и в любую другую клетку) жирная кислота обязательно активируется через присоединение коэнзима А. Образовавшийся ацил-SКоА участвует в реакциях синтеза эфиров холестерола, триацилглицеролов и фосфолипидов.

Реакция активации жирной кислоты

Ресинтез эфиров холестерола

Холестерол этерифицируется с использованием ацил-SКоА и фермента ацил-SКоА:холестерол-

ацилтрансферазы (АХАТ).

Реэтерификация холестерола напрямую влияет на его всасывание в кровь. В настоящее время ищутся возможности подавления этой реакции для снижения концентрации ХС в крови.

Реакция ресинтеза эфиров холестерола

Ресинтез триацилглицеролов

Для ресинтеза ТАГ есть два пути:

Первыйпуть,основной– 2-моноацилглицеридный – происходитприучастииэкзогенных2-МАГ и ЖК в гладком эндоплазматическом ретикулуме энтероцитов: мультиферментный комплекс триацилглицерол-синтазы формирует ТАГ.

Моноацилглицеридный путь образования ТАГ

Поскольку 1/4 часть ТАГ в кишечнике полностью гидролизуется, а глицерол в энтероцитах не задерживается и быстро переходит в кровь, то возникает относительный избыток жирных кислот для которых не хватает глицерола. Поэтому существует второй, глицеролфосфатный, путь в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме. Источником глицерол-3-фосфата служит окисление глюкозы. Здесь можно выделить следующие реакции:

1.Образование глицерол-3-фосфата из глюкозы.

2.Превращение глицерол-3-фосфата в фосфатидную кислоту.

3.Превращение фосфатидной кислоты в 1,2-ДАГ.

4.Синтез ТАГ.

Глицеролфосфатный путь образования ТАГ

Ресинтез фосфолипидов

Фосфолипиды синтезируются также, как и в остальных клетках организма (см "Cинтез фосфолипидов"). Для этого есть два способа:

Первый путь – с использованием 1,2-ДАГ и активных форм холина и этаноламина для синтеза фосфатидилхолина или фосфатидилэтаноламина.

Ресинтез фосфолипидов из ДАГ на примере фосфатидилхолина

Второй путь – на основе синтезируемой in situ фосфатидной кислоты.

Схема ресинтеза фосфолипидов из фосфатидной кислоты

После ресинтеза фосфолипиды, триацилглицеролы, холестерол и его эфиры упаковываются в особые транспортные формы липидов – липопротеины и только в такой форме они способны покинуть энтероцит и транспортироваться в крови. В кишечнике формируются два вида липопротеинов – хиломикроны и липопротеины высокой плотности (ЛПВП), другие типы липопротеинов здесь не образуются.

Вопрос 16

Характеристика синтеза жирных кислот из глюкозы: локализация и условия протекания процесса, схема образования ацетил-SКоА из глюкозы, роль цитрата в переносе ацетильной группы в цитозоль, его дальнейшие превращения, реакция синтеза малонил-SКоА, роль витамина Н, его характеристика. Строение мультиферментного синтазного комплекса, химизм реакций, происходящих в комплексе, конечный продукт синтеза, регуляция процесса.

Путь синтеза жирных кислот длиннее, чем их окисление

Биосинтез жирных кислот наиболее активно происходит в цитозоле клеток печени,

кишечника, жировой ткани в состоянии покоя или после еды .

Условно можно выделить 4 этапа биосинтеза:

1.Образование ацетил-SКоА из глюкозы, других моносахаров или кетогенных аминокислот.

2.Перенос ацетил -SКоАиз митохондрий в цитозоль :

●может быть в комплексе с карнитином , подобно тому как переносятся внутрь митохондрии высшие жирные кислоты, но здесь транспорт идет в другом направлении,

●обычно в составе лимонной кислоты , образующейся в первой реакции ЦТК.

Поступающий из митохондрий цитрат в цитозоле расщепляется АТФ-цитрат -лиазой до оксалоацетата и ацетил -SКоА.

Образование ацетил-SКоАиз лимонной кислоты

Оксалоацетат в дальнейшем восстанавливается до малата, и последний либо переходит в митохондрии (малат-аспартатный челнок), либо декарбоксилируется в пируват малик - ферментом ("яблочный" фермент).

3. Образование малонил-SКоА из ацетил-SКоА.

Карбоксилирование ацетил-SКоАкатализируется ацетил-SКоА-карбоксилазой , мульферментным комплексом из трех ферментов.

Образование малонил-SКоАиз ацетил-SКоА

4. Синтез пальмитиновой кислоты.

Осуществляется мультиферментным комплексом "синтаза жирных кисло т"

(синоним пальмитатсинтаза )в состав которого входит 6 ферментов и ацил -переносящий белок (АПБ).

Ацил-переносящий белок включает производное пантотеновой кислоты – 6- фосфопантетеин (ФП), имеющий HS-группу, подобно HS-КоА. Один их ферментов

комплекса, 3-кетоацил -синтаза , также имеет HS -группув составе цистеина. Взаимодействие этих групп обусловливает начало и продолжение биосинтеза жирной кислоты, а именно пальмитиновой кислоты. Для реакций синтеза необходим НАДФН.

Активные группы синтазы жирных кислот

В первых двух трансферазных реакциях последовательно присоединяются малонилSКоА к фосфопантетеину ацил-переносящего белка и ацетил-SКоА к цистеину 3- кетоацилсинтазы.

3-Кетоацилсинтаза катализирует третью реакцию – перенос ацетильной группы на С2 малонила с отщеплением карбоксильной группы в виде CO2.

Далее 3-кетогруппа в реакциях восстановления ( 3-кетоацил -редуктаза ), дегидратации (дегидратаза )и опять восстановления (еноил-редуктаза )превращается в метиленовую с образованием насыщенного ацила, связанного с фосфопантетеином .

Ацилтрансфераза переносит полученный ацил на цистеин 3-кетоацил -синтазы , к фосфопантетеину АПБ присоединяется малонил-SКоАи цикл повторяется 7 раз. В первом цикле синтеза получается 4 -углеродная (масляная)кислота, во втором - 6-углеродная (капроновая), и так далее до образования остатка пальмитиновой кислоты C 16. После этого пальмитиновая кислота отщепляется шестым ферментом комплекса тиоэстеразой .

В молочной железе тиоэстераза может вступать в действие, не дожидаясь получения пальмитата, образуя среднецепочечные жирные кислоты для триацилглицеринов молока.

Реакции синтеза жирных кислот

Витамин Н (витамин B7, биотин, антисеборейный)

Источники

Из пищевых продуктов витамин содержат печень, почки, горох, соя, цветная капуста, грибы. Также он синтезируется кишечной микрофлорой.

Суточная потребность

150-200 мкг.

Строение

Гетероциклическая часть молекулы состоит из имидазольного и тиофенонового циклов. К последнемуприсоединена валериановая кислота, которая связывается с лизином белковой части молекулы. Биотин-лизиновый конъюгат носит название биоцитин .

Перемещение СООН-группы при ферментативной реакции происходит при участии "рычага", состоящего из в алериановой кислоты и радикала лизина.

Строение биотина

Роль биотина в переносе COOH-группы

Биохимические функции

Биотин участвует в переносе СО2 либо из НСО3– (реакции карбоксилирования ), либо от R- СООН (реакция транскарбоксилирования ). Такая реакция необходима:

● при синтезе оксалоацетата – биотин находится в составе пируваткарбоксилазы , что обеспечивает поддержание активности цикла трикарбоновых кислот и глюконеогенеза,

●в синтезе жирных кислот – биотин находится в составе ацетил-SКоА-

карбоксилазы, ключевого фермента синтеза,

●на последних стадиях утилизации разветвленных углеродных цепей валина, лейцина, изолейцина (катаболизм Вал, Лей, Иле) , треонина, метионина, боковой цепи

холестерола и некоторых жирных кислот, в которых образуется пропио нил-

SKoA. Витамин находится в составе пропионил -SКоА-карбоксилазы , образующей метилмалонил-SКоА.

Пример реакции карбоксилирования с участием биотина

В дальнейшем метилмалонил-SКоАметаболизирует в реакции изомеризации с участием витамина B12.

Гиповитаминоз H

Причина

Дисбактериоз и комплексное нарушение поступления витаминов, например, при длительном парентеральном питании. В эксперименте может быть вызван потреблением больших количеств сырых яиц (12 штук в день)в течение длительного времени (2 недели), т.к. в них содержится гликопротеин авидин – антивитамин, связывающий биотин в ЖКТ и препятствующий его всасыванию.

Клиническая картина

Учеловека практически не встречается. В эксперименте обнаруживаются дерматиты, выделение жира сальными железами кожи (себорея), поражение ногтей, выпадение волос, анемия, анорексия, депрессия, усталость, сонливость.

Реакции синтеза глицерол-3-фосфата из глюкозы. Локализация и роль процесса. Реакции синтеза фосфатидной кислоты из жирных кислот и 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.

Образование глицерол -3-фосфата

Вначале всего процесса происходит образование глицерол -3-фосфата.

Вабсорбтивный период поступающий в печень из кишечника глицерол

фосфорилируется глицеролкиназой . В мышцах, жировой ткани и других тканях глицеролкиназа отсутствует , поэтому здесь глицерол-3-фосфат образуется из диоксиацетонфосфата, метаболита гликолиза. В печени этот второй путь используется тоже.

Реакции синтеза глицерол-3-фосфата

Синтез фосфатидной кислоты

Жирные кислоты, поступающие из крови при распаде ХМ, ЛПО НП или синтезированные в клетке из глюкозы, также должны активироваться. Они превращаются в ацил -SКоА в АТФзависимой реакции.

Реакция активации жирной кислоты

При наличии глицерол-3-фосфата и ацил-SКоА синтезируется фосфатидная кислота.

Реакция синтеза фосфатидной кислоты

В зависимости от вида жирной кислоты, образующаяся фосфатидная кислота может содержать насыщенные или ненасыщенные жирные кислоты. Несколько упрощая ситуацию, можно отметить, что жирнокислотный состав фосфатидной кислоты определяет ее дальнейшую судьбу:

●если используются насыщенные и мононенасыщенные кислоты (пальмитиновая, стеариновая, пальмитолеиновая, олеиновая), то фосфатидная кислота направляется на синтез ТАГ,

●при включении полиненасыщенных жирных кислот (линоленовая, арахидоновая, кислоты ω3-ряда)фосфатидная кислота является предшественником фосфолипидов.

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

Липогенез

В отличие от других макромолекул образование триацилглицеролов зависит только от наличия субстрата и больше никак не регулируется. Отсутствие тормозящего влияния продукта реакции позволяет жировой клетке накапливать жиры практически в любых количествах.

Синтез триацилглицеролов (липогенез )заключается в дефосфорилировании фосфатидной кислоты, полученной из глицерол-3-фосфата, и присоединении ацильной группы.

Реакции синтеза ТАГ из фосфатидной кислоты

Если синтез ТАГ происходил в печени, то они эвакуируются из нее в ткани, имеющие на эндотелии своих капилляров липопротеинлипазу (транспорт ТАГ в крови). Транспортной формой служат ЛПОНП. Строго говоря, клеткам организма нужны только жирные кислоты, все остальные компоненты ЛПОНП не являются необходимыми.

Синтез ТАГ увеличивается при соблюдении хотя бы одного из следующих условий, которые обеспечивают появление избытка ацетил -SКоА:

● наличие и сточника "дешевой" энергии . Например,

1)диета богатая простыми углеводами (глюкоза, сахароза). При этом концентрация глюкозы в печени и адипоцитах после еды резко повышается, она окисляется до ацетил-SКоА и под влиянием инсулина в этих органах активно происходит синтез жиров.

2)наличие этанола, высокоэнергетичного соединения, который окисляется до ацетил-SКоА. "Алкогольный" ацетил используется в печени для синтеза жира при условии нормального питания. Примером может служить "пивное ожирение".

● повышен ие концентрации жирных кислот в крови . Например, при усиленном липолизе в жировых клетках под воздействием каких-либо веществ (фармпрепараты, кофеин и т.п.), при эмоциональном стрессе и отсутствии (!) мышечной активности увеличивается поток жирных кислот в

гепатоциты. Здесь в результате происходит интенсивный синтез ТАГ.

●высокие концентрации инсулина и низкие концентрации глюкагона – после приема высокоуглеводной и жирной пищи.

Рис. 18. Катаболизм глицерола в клетках

Глицерол фосфорилируется и

окисляется до дигидроксиацетонфосфата (ДГАФ),

который вступает в гликолиз, повторяя судьбу глюкозо-6-фосфата. Избыток

последнего заставляет последующие порции ГА-3-Ф отправляться в глюконеогенез (ГНГ).

Окисление глицерола в тканях. Энергетический эффект этого процесса.

При окислении глицерина образуются различные продукты, состав которых

зависит от природы окислителя. Начальными продуктами окисления являются: глицериновый альдегид HOCH2—CHOH—CHO, дигидроксиацетон НОСН2—СО— CН2ОН и конечный продукт (без разрыва углеродной цепи) — щавелевая кислота

НООС—СООН.

Синтезируясь во время и сразу после приема пищи (липогенез) и запасаясь в

жировой ткани, триацилглицеролы являются формой хранения насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот. Распад триацилглицеролов (триглицеридов) по-другому называетсялиполиз или мобилизация жира. Он идет в жировых клетках постоянно и обычно существует равновесие между синтезом и распадом

ТАГ.

Даже в состоянии покоя организма печень, сердце, скелетные мышцы и другие

ткани (кроме эритроцитов и нейроцитов) более 50% энергии получают из окисления жирных кислот, поступающих из жировой ткани благодаряфоновому липолизу. По мере уменьшения резервов глюкозы клетки все больше энергии получают из окисления жирных кислот. Таким образом, насыщенные жирные

кислоты выполняют роль своеобразного буфера энергии в организме.

Мобилизация триацилглицеролов и окисление жирных кислот активируется при

нормальных физиологических стрессовых ситуациях – эмоциональный стресс,мышечная работа, голодание,при патологических

состояниях – сахарный диабет I типа, другие гормональные заболевания (гиперкортицизм, гипертиреоз).В результате липолиза в адипоцитах образуются

свободный глицерол и жирные кислоты.

Глицерол с кровью доставляется в печень и почки, здесь фосфорилируется и окисляется в метаболит гликолиза диоксиацетонфосфат. В зависимости от условий ДАФ может включаться в реакции глюконеогенеза (при голодании,

мышечной нагрузке) или окисляться в гликолизе до пировиноградной кислоты.

Жирные кислоты транспортируются в крови в комплексе с альбуминами

плазмы:при физической нагрузке – в мышцы; в обычных условиях и при голодании

– в мышцы и большинство тканей, однако при этом около 30% жирных кислот захватывается печенью.

При голодании и физической нагрузке после проникновения в клетки жирные

кислоты вступают на путь β-окисления.

2. Ацил-SКоАне способен проходить через митохондриальную мембрану, поэтому существует способ переноса жирной кислоты в комплексе с витаминоподобным веществом карнитином (витамин В11). На наружной мембране митохондрий имеется фермент карнитин -ацилтрансфераза I .

зависимого окисления жирных кислот и аэробного окисления глюкозы. Карнитин необходим для роста головного и спинного мозга, для взаимодействия всех отделов нервной системы, ответственных за движение и взаимодействие мышц. Существуют исследования, связывающие с недостатком карнитина детский церебральный паралич и феномен "смерти в колыбели ".

Дети раннего возраста, недоношенные и дети с малой массой особенно чувствительны к недостаточности карнитина. Эндогенные запасы у них быстро истощаются при различных стрессовых ситуациях (инфекционные заболевания, желудочно-кишечные расстройства, нарушения вскармливания). Биосинтез карнитина недостаточен, а поступление с обычными пищевыми продуктами неспособно поддержать достаточный уровень в крови и тканях.

3.После связывания с карнитином жирная кислота переносится через внутреннюю митохондриальную мембрану транслоказой . На внутренней стороне этой мембраны фермент карнитин-ацилтрансфераза IIвновь образует ацил -SКоА, который вступает на путь β-окисления.

4.Процесс собственно β-окисления состоит из 4-х реакций, повторяющихся циклически. В них последовательно происходит окисление (ацил-SКоА-

дегидрогеназа), гидратирование (еноил-SКоА-гидратаза)и вновь окисление 3-го атома углерода (гидроксиацил-SКоА-дегидрогеназа). В последней, трансферазн ой, реакции от жирной кислоты отщепляется ацетил-SКоА. Коставшейся (укороченной на два углерода) жирной кислоте присоединяется HS-КоА, и она возвращается к первой реакции. Все повторяется до тех пор, пока в последнем цикле не образуются два ацетил -SКоА.

Последовательность реакций β -окисления жирных кислот

Расчет энергетического-окислениябаланса β

Ранее при расчете эффективности окисления коэффициент P/O для НАДH принимался равным 3,0, для ФАДH2 – 2,0.

По современным данным значение коэффициента P/O для НАДH соответствует 2,5, для ФАДH2 – 1,5.

При расчете количества АТФ, образуемого при β -окислении жирных кислот необходимо учитывать:

●количество образуемого ацетил-SКоА – определяется обычным делением числа атомов углерода в жирной кислоте на 2.

●число циклов-окисленияβ . Число циклов β-окисления легко определить исходя из представления о жирной кислоте как о цепочке двухуглеродных звеньев. Число разрывов междузвеньями соответствует числу циклов β -окисления. Эту же величину можно подсчитать по формуле (n/2 -1), где n – число атомов углерода в кислоте.

●число двойных связей в жирной кислоте. В первой реакции β-окисления происходит образование двойной связи при участии ФАД. Если двойная связь в жирной кислоте уже имеется, то необходимость в этой реакции отпадает и ФАДН 2 не образуется. Количество недополученных ФАДН2 соответствует числудвойных связей. Остальные реакции цикла идут без изменений.

●количество энергии АТФ, потраченной на активацию (всегда соответствует двум макроэргическим связям).

Пример. Окисление пальмитиновой кислоты

1.Так как имеется 16 атомов углерода, то при β -окислении образуется 8 молекул ацетил-SКоА. Последний поступает в ЦТК, при его окислении в одном обор оте цикла образуется 3 молекулы НАДН (7,5 АТФ), 1 молекула ФАДН 2 (1,5 АТФ)и 1

молекула ГТФ, что эквивалентно 10 молекулам АТФ. Итак, 8 молекул ацетил -SКоА обеспечат образование 8×10= 80 молекул АТФ.

2. Для пальмитиновой кислоты число циклов-окисленияβ равно 7. В каждом цикле образуется 1 молекула ФАДН 2 (1,5 АТФ)и 1 молекула НАДН (2,5 АТФ). Поступая в дыхательную цепь, в сумме они "дадут" 4 молекулы АТФ. Таким образом, в 7 циклах образуется 7×4=28 молекул АТФ.

3.Двойных связей в пальмитиновой кислоте нет.

4.На активацию жирной кислоты идет 1 молекула АТФ, которая, однако,

гидролизуется до АМФ, то есть тратятся 2 макроэргические связи или две АТФ.

5.Таким образом, суммируя, получаем 80+28-2 =106 молекул АТФобразуется при окислении пальмитиновой кислоты.

Особенности обмена триацилглицеролов при некоторых физиологических состояниях (потребление пищи, голодание, мышечная активность).

Триацилглицеролы нужны при работе

Синтезируясь во время и сразу после приема пищи (липогенез )и запасаясь в жировой ткани, триацилглицеролы являются формой хранения насыщенных и мононенасыщенных жирных кислот. Распад триацилглицеролов (триглицеридов)по-другому называется липолиз или мобилизация жира. Он идет в жировых клетках постоянно и обычно существует равновесие междусинтезом и распадом ТАГ.

Даже в состоянии покоя организма печень, сердце, скелетные мышцы и другие ткани (кроме эритроцитов и нейроцитов)более 50% энергии получают из окисления жирных кислот, поступающих из жировой ткани благодаря фоновому липолизу. По мере уменьшения резервов глюкозы клетки все больше энергии получают из окисления жирных кислот. Таким образом, насыщенные жирные кислоты выполняют роль своеобразного буфера энергии в организме.

Мобилизация триацилглицеролов и окисление жирных кислот активируется

●при нормальных физиологических стрессовых ситуациях – эмоциональный стресс , мышечная работа , голодание ,

●при патологических состояниях – сахарный диабет I типа , другие гормональные заболевания (гиперкортицизм , гипертиреоз ).

Врезультате стимулированного липолиза в адипоцитах образуются

свободный глицерол и жирные кислоты .

Глицерол с кровью доставляется в печень и почки, здесь фосфорилируется и окисляется в метаболит гликолиза диоксиацетонфосфат . В зависимости от условий диоксиацетонфосфат может включаться в реакции глюконеогенеза (при голодании, мышечной нагрузке)или окисляться в реакц иях гликолиза.

Жирные кислоты транспортируются в крови в комплексе с альбуминами плазмы:

● при физической нагрузке – в мышцы ,

●в обычных условиях и при голодании – в мышцы и большинство тканей , однако при этом около 30% жирных кислот захватывается печенью .

При голодании и физической нагрузке после проникновения в клетки жирные кислоты вступают на путь-окисленияβ .

Общая характеристика мобилизации ТАГ

В целом мобилизацию жира можно представить как последовательность следующих событий:

1.Липолиз – гормонзависимый распад ТАГ в жировой ткани или резервных ТАГ в самой клетке.

2.Транспорт жирных кислот из жировой ткани по крови в комплексе с альбумином.

3.Проникновение жирной кислоты в цитозоль клетки-мишени.

4.Активация жирной кислоты через присоединение HS-КоА.

5.Карнитин-зависимое перемещение жирной кислоты в митохондрию .

6.Окисление жирной кислоты с образованием ацетильных групп (в форме ацетил -

SКоА).

7.Сгорание ацетил-SКоА в цикле лимонной кислоты или синтез (только в печени) кетоновых тел.

Общая схема мобилизации ТАГ и использования жирных кислот

Вопрос 18

При состояниях, сопровождающихся снижением глюкозы крови, клетки органов и тканей испытывают энергетический голод. Так как окисление жирных кислот процесс "трудоемкий", а нервные клетки вообще неспособны окислять жирные кислоты, то печень облегчает использование этих кислот тканями, заранее окисляя их до уксусной кислоты и переводя последнюю в транспортную форму – кетоновые тела.

К кетоновым телам относят три соединения близкой структуры – ацетоацетат, 3-гидроксибутират и ацетон.

Строение кетоновых тел Стимулом для образования кетоновых тел служит поступление большого количества жирных

кислот в печень. Как уже указывалось, при состояниях, активирующих липолиз в жировой ткани, не менее 30% образованных жирных кислот задерживаются печенью. К таким состояниям относится голодание, сахарный диабет I типа, длительные физические нагрузки. Так как синтез ТАГ в этих условиях невозможен, то жирные кислоты из цитозоля попадают в митохондрии и окисляются с образованием кетоновых тел.

Для понимания причин развития кетонемии при различных ситуациях необходимо понимать роль оксалоацетата для регуляции цикла трикарбоновых кислот. При голодании соотношение инсулин/глюкагон низкое и поэтому в печени активно идет глюконеогенез, для которого используется оксалоацетат. Поэтому при голодании жирные кислоты, поступающие в большом количестве в печень, не сгорают в ЦТК, а уходят в синтез кетоновых тел. При длительной мышечной нагрузке резервы гликогена в печени истощаются, развивается тенденция к гипогликемии и секретируется глюкагон, который усиливает глюконеогенез, при этом количество оксалоацетата снижается, и жирные кислоты, попавшие в печень, будут окисляться с образованием кетоновых тел.

Кроме отмеченных ситуаций, количество кетоновых тел в крови возрастает при алкогольном отравлении и потреблении жирной пищи. При богатой жирами диете, особенно у детей, жирные

Используются кетоновые тела клетками всех тканей, кроме печени и эритроцитов. Особенно активно, даже в норме, они потребляются миокардом и корковым слоем надпочечников.

Втканяхреакцииутилизациикетоновыхтелвцеломсовпадаютсобратнымнаправлениемреакций синтеза. В цитозоле клеток 3-гидроксибутират окисляется, образующийся ацетоацетат проникает в митохондрии, активируется за счет сукцинил-SКоА и превращается в ацетил-SКоА, который сгорает в ЦТК.

При голодании синтез кетоновых тел ускоряется в 60 раз (повышение в крови до 0,6 г/л при норме менее 0,01 г/л), при сахарном диабете I типа – в 400 (!) раз (до 4 г/л).

При сахарном диабете 1 типа (инсулинзависимом) в гепатоците глюкозы может быть много, т.к. глюкоза проникает в него через ГлюТ-2 без участия инсулина. Однако, точно также как при голодании, соотношение инсулин/глюкагон низкое, и оксалоацетат очень активно уходит на синтез глюкозы, что тормозит ЦТК и отправляет ацетил-SKoA на образование кетоновых тел.

При сахарном диабете 2 типа (инсулиннезависимом) инсулина достаточно и соотношение инсулин/глюкагон велико, поэтому глюконеогенез не активен и оксалоацетата хватает для поддержания ЦТК. Образуемый здесь ацетил-SKoA либо сгорает в ЦТК, либо используется для реакций синтеза холестерина и синтеза жирных кислот (которые стимулируются инсулином). К тому же при наличии инсулина попадающие в печень жирные кислоты будут не окисляться, а вовлекаться в синтез триацилглицеролов и ЛПОНП.

Синтез фосфолипидов

Биосинтез фосфолипидов по сравнению с синтезом ТАГ имеет существенные особенности. Они заключаются в дополнительной активации компонентов ФЛ – фосфатидной кислоты или холина и этаноламина.

1 путь – "спасательный"

Благодаря этому пути холин и этаноламин используются повторно и не катаболизируют. Активация холина (или этаноламина) происходит через промежуточное образование

3 путь – обратное превращение

Между фосфатидилэтаноламином и серином может происходить реакция с образованием в результате реакции фосфатидилсерина и свободного этаноламина.

Липотропные вещества

Все вещества, способствующие синтезу ФЛ и препятствующие синтезу ТАГ, и способные предотращать жировую инфильтрацию печени, называются липотропными факторами. К ним относятся:

1.Структурные компоненты фосфолипидов: полиненасыщенные жирные кислоты, инозитол, серин, холин, этаноламин.

2.Метионин – в виде S-аденозилметионина является донором метильных групп для синтеза

холина и фосфатидилхолина.

3.Витамины:

●пиридоксин (В6), способствующий образованию ФЭА из ФС.

●цианкобаламин (В12) и фолиевая кислота, участвующие в реакциях обмена серина, глицина и метионина при ресинтезе метионина из гомоцистеина. Следовательно они, хотя и не напрямую, но необходимы для синтеза фосфатидилхолина.

При недостатке в организме липотропных факторов начинается жировая инфильтрация печени (жировой гепатоз, стеатоз печени, жировая дистрофия).

Генетические заболевания, при которых происходит неполное расщепление полимерных веществ и их накопление, получили название лизосомные болезни накопления, так как они обусловлены дефектами специфических лизосомальных гидролаз. В случае накопления липидов такие болезни называются липидозы. При липидозах нарушается нормальный катаболизм липидов до соответствующих мономеров.

Липидозы

Болезнь Вольмана – редкое аутосомно-рецессивное заболевание из-за дефекта кислой эстеразы лизосом, что обусловливает накопление эфиров холестерола в лизосомах печени, селезенки, надпочечников, костного мозга и тонкого кишечника. Проявляется в первые недели жизни рвотой, диареей и стеатореей, гепатоспленомегалией и двусторонним кальцинозом надпочечников. Больные умирают в возрасте до 6 мес.

Болезнь Шюллера-Кристиана, аутосомно-рецессивное заболевание, характеризуется отложением в плоских костях, твердой мозговой оболочке и коже холестерола и его эфиров. Характерными являютсядеструктивныеизменениявкостях, остеопороз,мозжечковыерасстройства.Заболевание обычно начинается в возрасте до 10 лет, реже позднее. Мужчины болеют в 2 раза чаще, чем женщины. Течение заболевания прогрессирующее. Дефектный фермент неизвестен.

Болезнь Гоше – отложение цереброзидов в макрофагальных клетках селезенки, печени, лимфатических узлов и костного мозга. Возникает в связи с аутосомно-рецессивным отсутствием гликоцереброзидазы (β-глюкозидазы). Основными симптомами заболевания являются спленомегалия, увеличение печени и селезенки, а также изменения в костях, проявляющиеся в виде остеопороза.

Дефектный фермент при болезни Гоше

При болезни Нимана-Пика наблюдается отложение сфингомиелина в клетках различных органов из-за дефицита сфингомиелиназы. Болезнь наследуется аутосомно-рецессивно, проявляется

Функции холестерола:

1.Структурная – входит в состав мембран, повышая их вязкость и жесткость.

2.Связывание полиненасыщенных жирных кислот и их транспорт между органами и тканями в составе липопротеинов низкой и высокой плотности.

3.Является предшественником желчных кислот, стероидных гормонов (кортизола, альдостерона, половых гормонов) и витамина D.

Источники:

Из пищевых продуктов наиболее богаты холестеролом (в пересчете на 100 г продукта) сметана (0,002 г), сливочное масло (0,03 г), яйца (0,18 г), говяжья печень (0,44 г). В целом за сутки с обычным рационом поступает около 0,4 г.

Выведение из организма

Выведение холестерола из организма происходит в основном через кишечник:

●с фекалиями в виде холестерола, поступающего с желчью, и образованных микрофлорой нейтральных стеролов (до 0,5 г/сут),

●в виде желчных кислот (до 0,5 г/сут),

●около 0,1 г удаляется в составе слущивающегося эпителия кожи и кожного сала,

●примерно 0,1 г превращается в стероидные гормоны (женские и мужские половые гормоны, глюкокортикоиды, минералокортикоиды) и после их деградации выводится с мочой.

Синтез холестерола:

1. Синтез мевалоновой кислоты.

Первые две реакции синтеза совпадают с реакциями кетогенеза, но после синтеза 3-гидрокси-3- метилглутарил-SКоА вступает в действие фермент гидроксиметил-глутарил-SКоА-редуктаза (ГМГ-SКоА-редуктаза), образующая мевалоновую кислоту.

2.Синтез изопентенилдифосфата. На этом этапе при использовании АТФ мевалоновая кислота трижды фосфорилируется. Затем промежуточный продукт декарбоксилируется и дефосфорилируется с получением изопентенилдифосфата.

3.После объединения трех молекул изопентенилдифосфата (если не считать промежуточных превращений) синтезируется фарнезилдифосфат.

4.Синтез сквалена происходит при связывании двух остатков фарнезилдифосфата.

5.После сложных реакций линейный сквален циклизуется в ланостерол.

6.Удаление лишних метильных групп, восстановление и изомеризация молекулы приводит к появлению холестерола.

Связь синтеза холестерола и углеводов

Обмен углеводов и липидов тесно взаимосвязан как в физиологических условиях, так и при патологии. Эта взаимосвязь возможна благодаря наличию общих метаболитов в обмене углеводов

илипидов.

●образуемые в пентозофосфатном пути молекулы НАДФН используются для синтеза жирных кислот и холестерола,

●"глюкозный" и "аминокислотный" ацетил-SКоА способен участвовать в синтезе жирных кислот и холестерола.

Регуляция синтеза

Регуляторным ферментом является гидроксиметилглутарил-SКоА-редуктаза, активность которой может изменяться в 100 и более раз.

1. Метаболическая регуляция – по принципу обратной отрицательной связи фермент аллостерически ингибируется конечным продуктом реакции – холестеролом. Это помогает поддерживать внутриклеточное содержание холестерола постоянным.

2.Регуляция транскрипции гена ГМГ-SКоА-редуктазы (в печени) – холестерол и желчные кислоты подавляют считывание гена и уменьшают количество фермента.

3.Ковалентная модификация при гормональной регуляции:

●Инсулин, активируя протеин-фосфатазу, способствует переходу фермента в активное состояние. Важным следствием такой регуляции является активация кетогенеза при отсутствии инсулина.

●Глюкагон и адреналин посредством аденилатциклазного механизма активируют протеинкиназу А, которая фосфорилирует фермент и переводит его в неактивную форму.

●Кроме указанных гормонов, на ГМГ-SКоА-редуктазу действуют эстрогены и тиреоидные гормоны (повышают активность) и глюкокортикоиды (снижают активность).

Регуляция транскрипции

Считывание гена ГМГ-SКоА-редуктазы (в печени) подавляется холестеролом и желчными кислотами. Изменение транскрипции гена ГМГ-КоАредуктазы (генетическая регуляция) осуществляется стерол-регулируемым элементом в ДНК (SREBP, sterolregulatoryelementbindingprotein) с которым способны связываться белки - факторы SREBP. Эти факторы при достаточном количестве холестерина в клетке закреплены в мембране ЭПР. Когда уровень холестерина падает, факторы SREBP активируются под действием специфичных протеаз комплекса Гольджи, передвигаются в ядро, взаимодействуют на ДНК с участком SREBP и стимулируют биосинтез холестерина.

Классификация желчных кислот Основные типы желчных кислот, циркулирующие в организме:

●Первичные желчные кислоты, которые первично продуцируются печенью (холевая и хенодезоксихолевая)

●Вторичные, образующиеся из первичных желчных кислот в толстой кишке под действием кишечной микрофлоры: дезоксихолевая, литохолевая, аллохолевая и урсодеоксихолевая. Из вторичных кислот в кишечно-печёночной циркуляции в заметном количестве участвует только дезоксихолевая кислота, всасываемая в кровь и секретируемая затем печенью в составе желчи.

●Также выделяют третичные желчные кислоты. К ним относятся образованная из литохолевой кислоты (3α) – сульфолитохолевая (сульфонирование по C3), образованная из 7-кетолитохолевой кислоты (3α, 7-кето) при восстановлении 7-кетогруппы до ОН-группы – урсодезоксихолевая (3α, 7β)

Роль желчи

1.Наряду с панкреатическим соком нейтрализация кислого химуса, поступающего из желудка. При этом ионы HCO3¯ взаимодействуют с НСl, выделяется углекислый газ и происходит разрыхление химуса, что облегчает переваривание.

2.Обеспечивает переваривание жиров:

●эмульгирование для последующего воздействия липазой, необходима комбинация [желчные кислоты+жирные кислоты+моноацилглицеролы],

●уменьшает поверхностное натяжение, что препятствует сливанию капель жира,

●образование мицелл, способных всасываться.

3.Благодаря п.п.1 и 2 обеспечивает всасывание жирорастворимых витаминов (витамин A,

витамин D, витамин K, витамин E).

4.Усиливает перистальтику кишечника.

5.Экскреция избытка ХС, желчных пигментов, креатинина, металлов Zn, Cu, Hg, лекарств. Для

холестерина желчь – единственный путь выведения, с ней может выводиться 1-2 г/сут.

Регуляция синтеза

Регуляторным ферментом является 7α-гидроксилаза. Имеются два способа регуляции

1.Ковалентная модификация путем фосфорилирования-дефосфорилирования. Глюкагон, по аденилатциклазному механизму, ведет к фосфорилированию и активации фермента. Инсулин оказывает противоположный эффект.

2.Генетическая регуляция, т.е. изменение количества фермента:

●она может быть гормональной: тиреоидные гормоны индуцируют транскрипцию и повышают синтез фермента, эстрогены репрессируют и подавляют синтез этого фермента.

●при участии метаболитов: холестерол увеличивает, а желчные кислоты снижают синтез фермента.

Кишечно-печеночная циркуляция

Циркуляция желчных кислот заключается в их непрерывном движении из гепатоцитов в просвет кишечника и реабсорбция большей части желчных кислот в подвздошной кишке, что сберегает ресурсы холестерола. В сутки происходит 6-10 таких циклов. Таким образом, небольшое количество желчных кислот (всего 3-5 г) обеспечивает переваривание липидов, поступающих в течение суток. Потери в размере около 0,5 г/сут соответствуют суточному синтезу холестерола de novo.

Желчнокаменная болезнь (ЖКБ) — это заболевание, при котором в полости желчного пузыря или в желчевыводящих протоках образуются конкременты (камни). Камни образуются в результате осаждения желчных пигментов, холестерина, некоторых типов белков, солей кальция, инфицирования желчи, ее застоя, нарушения липидного обмена.

Косновным факторам риска развития желчнокаменной болезни относятся:

●пожилой и старческий возраст,

●женский пол,

●прием лекарственных препаратов, влияющих на обмен холестерина и билирубина,

●наследственность,

●нарушения питания (избыточная масса тела, резкое снижение веса, длительное голодание), беременность,

●заболевания, связанные с обменом веществ (сахарный диабет, метаболический синдром).

У большинства больных желчнокаменной болезнью активность ГМГ-КоА-редуктазы повышена, следовательно увеличен синтез холестерола, а активность 7-а-гидроксилазы снижена. В результате:

1.Синтез холестерола увеличен

2.Синтез желчных кислот замедлен. Это приводит к диспропорции количества холестерола и желчных кислот, секретируемых в желчь (т.е. меняется их соотношение).

Т.к. пропорции нарушены, то холестерол начинает осаждаться в желчном пузыре, образуя поначалу вязкий осадок, который постепенно твердеет. Иногда он пропитывается билирубином – продуктом распада гема, белками и солями кальция. Камни в желчном пузыре могут состоять:

Только из холестерола (холестериновые камни) – белого цвета.

Из смеси холестерола, билирубина, белков и кальция – коричневого цвета. При перемещении камней из желчного пузыря в желчные протоки, они вызывают спазм желчного пузыря и протоков, что больной ощущает как приступ сильной боли. Если камень перекрывает проток некоторые время, то нарушется поступление желчи в кишечник, желчные пигменты проходят через мембраны гепатоцитов в сторону синусоидов и они попадают в кровь. Это приводит к развитию обтурационной (подпеченочной) желтухи.

Основы лечения:

На начальных стадиях – хенодезоксихолевая кислота. Попадая в желчный пузырь, эта желчная кислота постепенно растворяет остаток холестерола. Однако это медленный процесс, требующий несколько месяцев. При наличие клинических проявлений показано удаление желчного пузыря, как источника формирования конкрементов (камней). Удаление желчного пузыря может быть выполнено из лапаротомного доступа( когда выполняется большой разрез по средней линии живота или в правом подреберье) или из лапароскопического доступа ( на передней брюшной стенки делается 4 маленьких прокола размером до 1 см, через них вводят специальные инструменты и под контролем видеокамеры выполняют удаление желчного пузыря).

СВЯЗЬ ФОСФОЛИПИДОВ С ВЫВЕДЕНИЕМ ХОЛЕСТЕРОЛА Фосфолипиды участвуют в транспорте жиров, жирных кислот и холестерина. Будучи более

гидрофильными, чем холестерин, благодаря наличию в молекуле остатков фосфорной кислоты, фосфолипиды являются своеобразными «растворителями» для холестерина и других высоко гидрофобных соединений. Соотношение холестерин/фосфолипиды в составе липопротеидов плазмы крови наряду с молекулярным весом липопротеидов (ЛПВП, ЛПНП или ЛПОНП) предопределяет степень растворимости холестерина и его атерогенные свойства. Соотношение холестерин/фосфолипиды в составе желчи предопределяет степень литогенности желчи — степень склонности к выпадению холестериновых желчных камней.

ЛИПОТРОПНЫЕ ВЕЩЕСТВА Все вещества, способствующие синтезу фосфолипидов и препятствующие синтезу ТАГ, и

способные предотвращать жировую инфильтрацию печени, называются липотропными факторами. К ним относятся:

1.Структурные компоненты фосфолипидов: полиненасыщенные жирные кислоты, инозитол, серин, холин, этаноламин.

2.Метионин – в виде S-аденозилметионина является донором метильных групп для синтеза холина

ифосфатидилхолина.

3. Витамины: пиридоксин (В6), способствующий образованию ФЭА из ФС. цианкобаламин (В12) и фолиевая кислота, участвующие в реакциях обмена серина, глицина и метионина при ресинтезе метионина из гомоцистеина. Следовательно они, хотя и не напрямую, но необходимы для синтеза фосфатидилхолина.

Вопрос 20

Вопрос 21

Понятие "азотистый баланс" и причины его изменения (равновесие, положительный и отрицательный азотистый баланс). Особенности азотистого баланса у детей. Пищевые источники белка. Суточная потребность организма в белке детей разного возраста и взрослых. Биологическая ценность белков. Проявления белковой недостаточности, квашиоркор.

Во всех клетках организма постоянно идут процессы анаболизма и катаболизма. Также как и любые другие молекулы, белковые молекулы в организме непрерывно распадаются и синтезируются, т.е. идет процесс самообновления белков. В здоровом организме мужчины массой 70 кг величина скорости распада соответствует скорости синтеза и равна 500 г белка в сутки.

Если скорость синтеза белков равна скорости их распада, наступает азотистое равновесие, или, по другому, это состояние, когда количество выводимого азота равно количеству получаемого (Vпоступ= Vвывод).

Если синтез белков превышает скорость их распада, то количество выводимого азота снижается и разность между поступающим азотом и выводимым (Vпоступ – Vвывод) становится положительной. В этом случае говорят о положительном азотистом балансе. Положительный азотистый баланс наблюдается у здоровых детей, при нормальной беременности, выздоравливающих больных, спортсменов при наборе формы, т.е. в тех случаях, когда усиливается синтез структурных и функциональных белков в клетках.

При возрастании доли выводимого азота наблюдается отрицательный азотистый баланс. Отрицательный баланс отмечается у больных и голодающих.

Всемирная организация здравоохранения рекомендует принимать не менее 42 г полноценного белка в сутки – это физиологический минимум. Только в этом случае в организме наступает азотистое равновесие.

В реальности нормы потребления белка устанавливаются, исходя из представлений о белковом составе пищевых продуктов, о соотношении полноценных и неполноценных белков в рационе. В России нормы суточного поступления пищевого белка установлены для взрослых на уровне 100-120 г, для детей 1 года жизни – 2-3 г на кг веса тела, у старших детей – около 1,5-2 г/кг веса.

Животных белков должно быть не менее 60% от общего количества.

Основной трудностью при расчете нормативов потребления белков является разнообразие их аминокислотногосоставаинеодинаковаяпотребностьорганизмавразныхаминокислотах.Всвязи с этим введены критерии качества белка:

соотношение заменимых и незаменимых аминокислот – в белке должно быть не менее 32% незаменимых аминокислот, близость аминокислотного состава белка к аминокислотному составу усредненного белка тела

человека, легкость переваривания в ЖКТ.

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 доля тех или иных аминокислот в растительном белке резко отличается от таковой животного белка.

Так как все 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.

У детей при недостатке белка в пище задерживается рост, 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.

Переваривание белков в желудке и кишечнике. Механизм синтеза и биологическая роль соляной кислоты желудочного сока. Понятия гиперхлоргидрия, гипохлоргидрия, ахлоргидрия, ахилия. Ферменты желудочного сока, панкреатического сока и кишечного сока, участвующие в переваривании белков.

Расщепление белков до аминокислот начинается в желудке, продолжается в двенадцатиперстной кишке и заканчивается в тонком кишечнике. В некоторых случаях распад белков и превращения аминокислот могут происходить также в толстом кишечнике под влиянием микрофлоры.

Протеолитические ферменты подразделяют по особенности их действия на экзопептидазы, отщепляющие концевые аминокислоты, и эндопептидазы, действующие на внутренние пептидные связи.

В желудке пища подвергается воздействию желудочного сока, включающего соляную кислоту и ферменты. К ферментам желудка относятся две группы протеаз с разным оптимумом рН, которые упрощенно называют пепсин и гастриксин. У грудных детей основным ферментом является реннин.

Регуляция желудочного пищеварения

Регуляция осуществляется нервными (условные и безусловные рефлексы) и гуморальными механизмами. К гуморальным регуляторам желудочной секреции относятся гастрин и гистамин. Гастрин секретируется специфичными G-клетками пилорического отдела:

●в ответ на раздражение механорецепторов,

●в ответ на раздражение хеморецепторов (продукты первичного гидролиза белков),

●под влиянием n.vagus.

Далее гастрин через системный кровоток достигает и стимулирует главные, обкладочные и добавочные клетки, что вызывает секрецию желудочного сока, в большей мере соляной кислоты. Также он обеспечивает секрецию гистамина, влияя на ECL-клетки (enterochromaffin-like cells, англ. энтерохромаффиноподобные клетки).

Гистамин, образующийся в энтерохромаффиноподобных клетках слизистой оболочки желудка (фундальные железы), выходит в кровоток, взаимодействует с Н2-рецепторами на обкладочных клетках и увеличивает в них синтез и секрецию соляной кислоты.

Закисление желудочного содержимого (pH 1,0) по механизму обратной отрицательной связи подавляет активность G-клеток, снижает секрецию гастрина и желудочного сока.

Соляная кислота

Одним из важнейших компонентов желудочного сока является соляная кислота. В образовании соляной кислоты принимают участие париетальные (обкладочные) клетки желудка, секретирующие ионы Н+. Источником ионов Н+ является угольная кислота, образуемая ферментом карбоангидразой. При ее диссоциациии , кроме ионов водорода, образуются карбонат-ионы НСО3–. Они по градиенту концентрации движутся в кровь в обмен на ионы Сl–. В полость желудка ионы Н+ попадают энергозависимым антипортом с ионами К+ (Н+,К+-АТФаза), хлорид-ионы перекачиваются в просвет желудка также с 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-перстной кишки, дуоденит).

При нарушении нормальной секреции HCl возникают гипоацидный или гиперацидный гастрит, отличающиеся друг от друга по клиническим проявлениям, последствиям и требуемой схеме лечения.

Синтез соляной кислоты Функции соляной кислоты

1.Денатурация белков пищи.

2.Бактерицидное действие.

3.Высвобождение железа из комплекса с белками, что необходимо для его всасывания. Аналогично высвобождаются и другие металлы.

4.Высвобождение различных органических молекул, прочно связанных с белковой частью (гем, коферменты - тиаминдифосфат, ФАД, ФМН, пиридоксальфосфат, кобаламин, биотин), что позволяет витаминам впоследствии всасываться.

5.Превращение неактивного пепсиногена в активный пепсин.

6.СнижениерНжелудочногосодержимогодо1,5-2,5исозданиеоптимумарНдляработы пепсина.

7.После перехода в 12-перстную кишку – стимуляция секреции кишечных гормонов и, следовательно, выделения панкреатического сока и желчи.

Кислая реакция желудочного сока обусловлена, главным образом, присутствием HCl, гораздо в меньшей степени иона H2PO4-, при патологиях (гипо- и анацидное состояние, онкология) свой вклад может вносить молочная кислота.

Совокупность всех веществ желудочного сока, способных быть донорами протонов, составляет общую кислотность. Соляную кислоту, находящуюся в комплексе с белками, мукополисахаридами слизистой оболочки и продуктами переваривания, называют связанной соляной кислотой, оставшуюся часть - свободной соляной кислотой. Содержание свободной HCl подвержено изменениям, в то же время количество связанной HCl относительно постоянно.

Влияние гастрина и гистамина на обкладочные клетки сводится к усилению работы Н+,К+- АТФазы. Действие гастрина заключается в активации кальций-фосфолипидного механизма передачи сигнала, гистамин действует по аденилатциклазному механизму.

Изменение кислотности в желудке Гипоацидное состояние развивается при снижении активности и/или количества обкладочных

клеток, синтезирующих HCl. В результате могут развиваться самые разнообразные последствия, прямо или косвенно связанные с невыполнением соляной кислотой ее функций:

●снижение переваривания белков как в желудке, так и в кишечнике,

●активация процессов брожения в желудке, запах изо рта,

●активация процесса гниения белков в толстой кишке, бурление в кишечнике и метеоризм,

●проникновение недопереваренных продуктов в кровь и, как следствие, аллергические реакции,

●уменьшение высвобождения от белков и возникновение дефицита минеральных веществ (железо, медь, магний, цинк, йод и др),

●снижение высвобождения от белков и всасывания ряда водорастворимых витаминов – развитие гиповитаминозов (B1, B2, B6, B12, H),

●снижение синтеза обкладочными клетками внутреннего фактора Касла и снижение

всасывания витамина B12,

● снижение секреции кишечных гормонов и, как следствие, уменьшение выделения желчи и панкреатического сока,

●нарушение переваривания и всасывания липидов и, как следствие, развитие гиповитаминозов по жирорастворимым витаминам.

Гиперацидное состояние развивается при повышенной активности обкладочных клеток. Может приводить к клиническим проявлениям в виде воспаления стенки желудка, эрозии и язвенной болезни желудка и двенадцатипеперстной кишки.

Пепсин

Оптимум рН для работы пепсина 1,5-2,0.

Пепсин является эндопептидазой, то есть он расщепляет внутренние пептидные связи в молекулах белков и пептидов. Синтезируется в главных клетках желудка в виде неактивного профермента пепсиногена, в котором активный центр "прикрыт" N-концевым фрагментом. При наличии соляной кислоты конформация пепсиногена изменяется таким образом, что "раскрывается" активный центр фермента, который отщепляет остаточный пептид (N- концевой фрагмент), т.е. происходит аутокатализ. В результате образуется активный пепсин, активирующий и другие молекулы пепсиногена.

Превращение пепсиногена в пепсин Пепсин обладает невысокой специфичностью,

● в основном он гидролизует пептидные связи, образованные аминогруппами ароматических аминокислот (тирозина, фенилаланина, триптофана),

●меньше и медленнее – аминогруппами и карбоксигруппами лейцина, глутаминовой кислоты и т.д.

Связи, расщепляемые пепсином

Гастриксин

Гастриксин по своим функциям близок к пепсину, его количество в желудочном соке составляет 20-50% от количества пепсина. Синтезируется главными клетками желудка в виде прогастриксина (профермент) иактивируется солянойкислотой.ОптимумрНгастриксина соответствует 3,2-3,5 и значение этот фермент имеет при питании молочно-растительной пищей, слабее стимулирующей выделение соляной кислоты и одновременно нейтрализующей ее в просвете желудка. Гастриксин является эндопептидазой и гидролизует связи, образованные карбоксильными группами дикарбоновых аминокислот.

В течение суток синтезируется около 2 г пепсина. Объем работы пепсина составляет примерно 10% от всех пептидных связей белков, попадающих в желудок.

Покинув желудок, пища подвергается действию панкреатического сока, кишечного сока и желчи.

Сок поджелудочной железы содержит проферменты – трипсиноген, химотрипсиноген, прокарбоксипептидазы, п

роэластазу. Проферменты в просвете кишечника активируются, соответственно, до трипсина, химотрипсина, карбоксипептидаз и эластазы способом ограниченного протеолиза. Указанные ферменты осуществляют основную работу по перевариванию белков.

Вкишечном соке активны ферменты щеточной каймы – дипептидазы и аминопептидазы. Они заканчивают переваривание белков.

Трипсин, химотрипсин, эластаза являются эндопептидазами. Карбоксипептидазы и аминопептидазы – экзопептидазы.

Регуляция кишечного пищеварения

Вкишечнике под влиянием соляной кислоты, поступающей из желудка в составе пищевого комка, начинается секреция гормона секретина, который с током крови достигает поджелудочной

железы и стимулирует выделение жидкой части панкреатического сока, богатого карбонатионами (HCO3–). В результате рН химуса в тонкой кишке повышается до 7,2-7,5 или, при усиленной секреции, до 8,5.

Благодаря работе желудочных ферментов в химусе имеется некоторое количество аминокислот, вызывающих освобождение холецистокинина-панкреозимина. Он стимулирует секрецию другой, богатой проферментами, части поджелудочного сока, и секрецию желчи.

Нейтрализация кислого химуса в двенадцатиперстной кишке происходит также при участии желчи. Формирование желчи (холерез) идет непрерывно, не прекращаясь даже при голодании.

Трипсин

Синтезируемый поджелудочной железой трипсиноген в двенадцатиперстной кишке подвергается частичному протеолизу под действием фермента энтеропептидазы, секретируемой клетками кишечного эпителия. От профермента отделяется гексапептид (Вал-Асп-Асп-Асп-Асп-Лиз), что приводит к формированию активного центра трипсина.

молекул трипсиногена в трипсин, также он активирует остальные протеолитические ферменты панкреатического сока – химотрипсиноген, проэластазу, прокарбоксипептидазу.

Параллельно трипсин участвует в переваривании пищевых липидов, активируя фермент переваривания фосфолипидов – фосфолипазу А2, и колипазу панкреатической липазы, отвечающей за гидролиз триацилглицеролов.

В таких продуктах, как бобовые (соя, горох, фасоль) содержится пептид – ингибитор трипсина, снижающий переваривание белков этих продуктов в сыром, термически необработанном, виде.

ма активации трипсина ма активации химотрипсина

Химотрипсин

Образуется из химотрипсиногена при участии трипсина, который расщепляет пептидную связь между аргинином-15 и изолейцином-16 с образованием уже активных промежуточных форм π- химотрипсина и δ-химотрипсина, которые аутолизисом удаляют два дипептида из собственных цепей. Три образованных фрагмента удерживаются друг с другом посредством дисульфидных связей, формируя стабильный α-химотрипсин.

Фермент специфичен к пептидным связям, образованных с участием карбоксильных групп ароматических аминокислот – фенилаланина, тирозина и триптофана.

Эластаза

Активируется в просвете кишечника трипсином из проэластазы. Гидролизует связи, образованные карбоксильными группами малых аминокислот – аланина, пролина, глицина.

Карбоксипептидазы

Карбоксипептидазы являются экзопептидазами, они гидролизуют пептидные связи с С-конца пептидной цепи. Различают два типа карбоксипептидаз – карбоксипептидазы А и

Представителями аминопептидаз являются аланин-аминопептидаза и лейцинаминопептидаза, обладающие широкой специфичностью. Например, лейцин-аминопептидаза отщепляет с N-конца белка не только лейцин, но и ароматические аминокислоты и гистидин.

Дипептидазы

Дипептидазы гидролизуют дипептиды, в изобилии образующиеся в кишечнике при работе других ферментов.

Лизосомы энтероцитов

Малое количество дипептидов и пептидов пиноцитозом попадают в энтероциты и здесь гидролизуются лизосомальными протеазами.

особенностью грудного возраста является то, что кислотность желудочного сока обеспечивается в основном молочной кислотой, а не соляной. В возрасте 4-7 лет показатель общей кислотности не превышает 40 ммоль/л (норма у взрослых 40-60 ммоль/л), величина рН в среднем составляет 2,5, в дальнейшем она снижается до величины взрослых 1,5-2,0.

В целом протеолитическая активность желудочного сока к концу первого года жизни возрастает в 3 раза, но остается вдвое ниже, чем у взрослых.

Из-за сниженной кислотности желудка в грудном возрасте (за исключением первых дней жизни) пепсин не играет существенной роли в переваривании белка. Основным ферментом желудка грудных детей является реннин (химозин). Его активность обнаруживается еще в антенатальном периоде, являясь максимальной к моменту рождения и не меняясь до 10 дня жизни. Синтезируется реннин главными клетками желудка в виде профермента (прореннина) и активируется при рН менее 5,0. Оптимальная кислотность среды для реннина 3,0-4,0.

● ● Реакции осаждения казеина

Реннин имеет значение для переваривания молочного белка казеина. Отщепление гликопептида от казеина превращает последний в параказеин, который связывает ионы кальция, створаживается и образует нерастворимую соль. Благодаря этому молочный белок задерживается в желудке и подвергается частичному перевариванию гастриксином. У взрослых функцию реннина берет на себя соляная кислота, денатурирующая казеин.

Кишечник

В раннем грудном возрасте активность поджелудочной железы относительно низка, однако к концу первого года жизни секреция панкреатических ферментов возрастает от 2 до 10 раз, переваривание белков происходит практически полностью и к завершению грудного возраста всасывается до 98% поступивших аминокислот.

Процесс "гниения белков" в толстом кишечнике, причины и последствия этого процесса. Вещества, образующиеся при гниении белков. Процессы обезвреживания токсичных продуктов в печени: микросомальное окисление и система конъюгации. Реакции образования животного индикана.

аминокислоты и недопереваренные фрагменты белков достигают толстого кишечника, где подвергаются воздействию кишечной микрофлоры. Такой процесс получил название гниение белков в кишечнике. При этом образуются продукты разложения аминокислот, 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, головные боли, понижение аппетита, понижение болевой чувствительности, анемии, миокардиодистрофии, нарушение желудочной секреции, в тяжелых случаях возможны угнетение дыхания, сердечной деятельности и кома.

Реакции превращения тирозина и триптофана

Реакции првращения лизина и аргинина

Детоксикация продуктов гниения Обезвреживание токсических веществ, поступающих из толстого кишечника, происходит

впечени с помощью двух систем:

●система микросомального окисления,

●система конъюгации.

Цель работы системы микросомального окисления заключается

●в увеличении реакционной способности молекулы и ее возможности вступить в реакцию конъюгации,

●в придании гидрофильности молекуле, что способствует ее выведению с мочой и

отсутствию накопления в нервной и жировой ткани. Цель работы системы конъюгации заключается

●в маскировке реакционноспособных и токсичных групп (например, в феноле это ОНгруппа).

Примером сочетанного превращения веществ может служить обезвреживание индола, продукта катаболизма триптофана в кишечнике, в животный индикан. Сначала индол окисляется с участием цитохрома Р450 до индоксила, затем конъюгирует с серной кислотой с образованием индоксилсульфата и далее калиевой соли – животного индикана.

Превращение индола в 1 и 2 фазах биотрансформации При повышенном поступлении индола из толстого кишечника образование индикана в печени

усиливается, далее он поступает в почки и выводится с мочой. По концентрации животного индикана в моче можно судить об интенсивности процессов гниения белка в кишечнике.

Вопрос 22

Транспорт аминокислот через клеточные мембраны. Источники и пути превращений аминокислот в тканях. Особенности метаболизма глюкогенных и кетогенных аминокислот. Судьба α-кетокислот, образовавшихся в процессах дезаминирования на примере пирувата, оксалоацетата, α- кетоглутарата. Расчет энергетической ценности окисления этих аминокислот.

Транспорт аминокислот через мембраны Вторичный активный транспорт

Вторичный активный транспорт – это перенос веществ, в данном случае аминокислот, с использованием градиента концентрации натрия между внутренней и наружной сторонами клеточной мембраны.

Вторичный активный транспорт основан на наличии низкой концентрации ионов натрия внутри клеток, создаваемой мембранным ферментом Na+,K+-АТФазой. Специфический белоктранспортер связывает на апикальной поверхности энтероцитов аминокислоту и ион натрия. Важно то, что в отсутствие натрия аминокислота не в состоянии связаться с белкомпереносчиком.

Затем, изменив свое положение в мембране, белок отдает ион натрия в цитозоль по градиенту концентрации. Сразу после этого аминокислота теряет связь с белком и остается в цитоплазме.

Вторичный активный транспорт аминокислот через мембраны

В настоящее время выделяют 5 транспортных систем:

●для крупных нейтральных, в том числе алифатических и ароматических аминокислот,

●для малых нейтральных – аланина, серина, треонина,

●для основных аминокислот – аргинина и лизина,

●для кислых аминокислот – аспартата и глутамата,

●для малых аминокислот – глицина, пролина и оксипролина.

Глутатионовая система транспорта

Второй способ переноса аминокислот внутрь клетки происходит в комплексе с глутатионом при помощи фермента γ-глутамилтрансферазы.

Транспорт аминокислот при участии глутатиона

Переносчиком некоторых аминокислот (обычно нейтральных) по этой схеме является трипептид глутатион (γ-глутамилцистеилглицин). При взаимодействии глутатиона с аминокислотой на внешней стороне клеточной мембраны γ-глутамильный остаток связывает аминокислоту и происходит ее перемещение внутрь клетки. Глутатион при этом распадается на составляющие. После отделения аминокислоты происходит ресинтез глутатиона.

Строение трипептида глутатиона

Исследование активности γ-глутамилтрансферазы часто проводится в клинико-лабораторной диагностике заболеваний печени и почек.

Превращения α-кетокислот. Образовавшиеся в процессе дезаминиро-вания и

соответствующей аминокислоты. Это так называемый синтетический путь превращения. Опыты с

кетоновых тел и компонентов цикла трикарбоновых кислот (ЦТК). Эти процессы можно представить в виде общей сводной схемы:

Углеродные скелеты аминокислот могут включаться в ЦТК через ацетил-КоА, пируват, оксалоацетат, α-кетоглутарат и сукцинил-КоА. Пять аминокислот (Фен, Лиз, Лей, Трп, Тир)

патологических состояниях, например при сахарном диабете, а также при гиперфункции коркового вещества надпочечников и введении глюкокортикоидов (см. главу 8). Разделение аминокислот на «кетогенные» и «гликогенные» носит, однако, условный характер,

В случае с глутаматом надо учесть, что α-кетоглутарат, образуемый из глутаминовой кислоты, является метаболитом цикла Кребса. Он сразу превращается в сукцинил-SКоА и далее по реакциям ЦТК до оксалоацетата. Для полного окисления оксалоацетата (С4) требуется два оборота ЦТК (2 × 2СО2).

чет энергетического эффекта окисления глутаминовой кислоты

Дезаминирования аминокислот (восстановительное, гидролитическое, внутримолекулярное, окислительное). Прямого и непрямое окислительное дезаминирование. Восстановительное аминирование.

Прямое окислительное дезаминирование

Прямое дезаминирование катализируется одним ферментом, в результате образуется NH3 и кетокислота. Прямое окислительное дезаминирование может идти в присутствии кислорода (аэробное) и не нуждаться в кислороде (анаэробное).

1. Аэробное прямое окислительное дезаминирование катализируется оксидазами D-

аминокислот (D-оксидазы) в качестве кофермента использующими ФАД, и оксидазами L- аминокислот (L-оксидазы) с коферментом ФМН.

Реакция, катализируемая оксидазами D- и L-аминокислот

2. Анаэробное прямое окислительное дезаминирование существует только для глутаминовой кислоты, катализируется только глутаматдегидрогеназой, превращающей глутамат в α- кетоглутарат. Фермент глутаматдегидрогеназа имеется в митохондриях всех клеток организма (кроме мышечных). Этот тип дезаминирования теснейшим образом связан с трансаминированием аминокислот и формирует с ним процесс трансдезаминирования (см ниже).

глутаминовой кислоты

В печени реакция используется для получения аммиака из его транспортной формы глутаминовой кислоты. Далее аммиак входит в реакции синтеза мочевины.

Непрямое окислительное дезаминирование (трансдезаминирование)

Непрямое окислительное дезаминирование включает 2 этапа и активно идет во всех клетках организма.

Первый этап заключается в обратимом переносе NH2-группы с аминокислоты на кетокислоту с

В качестве конечной кетокислоты-акцептора ("кетокислота 2") в организме обычно используется α-кетоглутаровая кислота, которая превращается в глутамат ("аминокислота 2").

Схема реакции трансаминирования

Врезультатетрансаминированиясвободныеаминокислотытеряютα-NH2-группыипревращаются в соответствующие кетокислоты. Далее их кетоскелет катаболизирует специфическими путями и вовлекается в цикл трикарбоновых кислот и тканевое дыхание, где сгорает до СО2 и Н2О.

При необходимости (например, голодание) углеродный скелет глюкогенных аминокислот может использоваться в печени для синтеза глюкозы в глюконеогенезе. В этом случае количество аминотрансфераз в гепатоците увеличивается под влиянием глюкокортикоидов.

Второй этап состоит в отщеплении аминогруппы от аминокислоты 2 – дезаминирование.

Т.к.ворганизмеколлекторомвсехаминокислотныхаминогруппявляется глутаминоваякислота, то только она подвергается окислительному дезаминированию с образованием аммиака и α- кетоглутаровой кислоты. Этот этап осуществляется глутаматдегидрогеназой (перейти вверх к ее реакции), которая имеется в митохондриях всех клеток организма, кроме мышечных.

Учитывая тесную связь обоих этапов, непрямое окислительное дезаминирование называют трансдезаминирование.

Схема обоих этапов трансдезаминирования

Если реакция прямого дезаминирования идет в митохондриях печени, аммиак используется для синтеза мочевины, которая в дальнейшем удаляется с мочой. В эпителии канальцев почек реакция необходима для удаления аммиака в процессе аммониегенеза.

Так как НАДН используется в дыхательной цепи и α-кетоглутарат вовлекается в реакции ЦТК, то реакция активируется при дефиците энергии и ингибируется избытком АТФ и НАДН.

Роль трансаминирования и трансдезаминирования Реакции трансаминирования:

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

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

●начинаются при прекращении использования аминокислот на синтез азотсодержащих соединений (белков, креатина, фосфолипидов, пуриновых и пиримидиновых оснований) – с целью дальнейшего катаболизма их безазотистого остатка и выработки энергии,

●необходимы при внутриклеточном голодании, например, при гипогликемиях различного генеза – дляиспользованиябезазотистогоостаткааминокислотв печени для кетогенеза и глюконеогенеза, в других органах – для его прямого вовлечения в реакции цикла трикарбоновых кислот.

При патологиях (сахарный диабет 1 типа, гиперкортицизм) реакции трансаминирования обусловливают появление субстратов для глюконеогенеза и способствуют патологической гипергликемии.

Продукт трансаминирования глутаминовая кислота:

●является одной из транспортных форм аминного азота в гепатоциты,

●способна реагировать со свободным аммиаком, обезвреживая его (синтез глутамина).

Процесс трансдезаминирования идет в организме непрерывно, потому что:

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

Восстановительное аминирование – метод синтеза -аминокислот из -оксокислот при участии кофермента НАД Н в качестве восстанавливающего реагента.

Реакции трансаминирования. Роль витамина В6. Значение реакций трансаминирования. Реакции, катализируемые аспартатаминотрансферазой (АСТ) и аланинаминотрансферазой (АЛТ).

Для трансаминирования необходим витамин В6

Механизм реакции трансаминирования непрост и протекает по типу "пинг-понг". Катализируют реакцию ферменты аминотрансферазы, Они являются сложными ферментами, в качестве кофермента имеют пиридоксальфосфат (активная форма витамина В6).

В тканях насчитывают около 10 аминотрансфераз, обладающие групповой специфичностью и вовлекающие в реакции все аминокислоты, кроме пролина, лизина, треонина, которые не подвергаются трансаминированию.

Весь перенос аминогруппы совершается в две стадии:

●к пиридоксальфосфату сначала присоединяется первая аминокислота, отдает аминогруппу, превращается в кетокислоту и отделяется. Аминогруппа при этом переходит на кофермент и образуется пиридоксаминфосфат.

●на второй стадии к пиридоксаминфосфату присоединяется другая кетокислота, получает аминогруппу, образуется новая аминокислота и пиридоксальфосфат регенерирует.

Схема реакции трансаминирования

Роль и превращение пиридоксальфосфата сводится к образованию промежуточных соединений

– шиффовых оснований (альдимин и кетимин). В первой реакции после отщепления воды образуется иминовая связь между остатком аминокислоты и пиридоксальфосфатом. Полученное соединение называется альдимин. Перемещение двойной связи приводит к образованию кетимина, который гидролизуется по месту двойной связи. От фермента отщепляется готовый продукт – кетокислота.

при переносе аминогруппы от аминокислоты на кофермент

После отщепления кетокислоты к комплексу пиридоксамин-фермент присоединяется новая кетокислота и процесс идет в обратном порядке: образуется кетимин, затем альдимин, после чего отделяется новая аминокислота.

Реакции полного цикла трансаминирования

Чаще всего аминокислоты взаимодействуют со следующими кетокислотами:

●пировиноградной с образованием аланина,

●щавелевоуксусной с образованием аспартата,

●α-кетоглутаровой с образованием глутамата.

Однако аланин и аспартат в дальнейшем все равно передают свою аминогруппу на α- кетоглутаровую кислоту. Таким образом, в тканях осуществляется поток избыточных аминогрупп на один общий акцептор – α-кетоглутаровую кислоту. В итоге образуется большое количество глутаминовой кислоты.

Далее глутаминовая кислота может вовлекается в процессы связывания аммиака (синтез глутамина) либо в прямое окислительное дезаминирование.

В лабораторной диагностике нашло практическое применение определение активности двух ферментов трансаминирования – аланинаминотрансферазы (АЛТ, АлАТ)

и аспартатаминотрансферазы (АСТ, АсАТ).

Оба фермента обратимо взаимодействуют с α-кетоглутаровой кислотой и переносят на нее аминогруппы от соответствующих аминокислот с образованием глутаминовой кислоты и кетокислот.

и аспартатаминотрансферазой

В настоящее время аминотрансферазы теряют свое диагностическое значение в связи с низкой клинической специфичностью. Представленное ниже описание имеет в основном историческое значение.

Хотя активность обоих ферментов значительно возрастает при заболеваниях сердечной мышцы и печени, при поражении клеток миокарда наибольшая активность в сыворотке крови обнаруживается для АСТ, при нарушении печени (гепатиты различного генеза) – для АЛТ.

Изменение активности АСТ в сыворотке крови после инфаркта миокарда

В клинической практике определение активности АЛТ и АСТ используется для дифференциальной диагностики болезней печени и миокарда, глубины поражения и контроля эффективности их лечения

Вопрос 23

Синтез биогенных аминов (нейромедиаторов) из аминокислот связан с вовлечением в метаболизм α-карбоксильной группы аминокислот или, проще говоря, ее удалением.

Гистамин

Реакция образования гистамина наиболее активно идет в тучных клетках легких, кожи, печени, базофилахиэозинофилах.Внихгистаминсинтезируетсяинакапливаетсявсекреторныхгранулах.

Реакция синтеза гистамина

Вкровь гистамин выделяется приповреждении ткани, при ударе,при электрическом раздражении.

Вклинической практике секреция гистамина обычно связана с аллергиями – при повторном попадании антигена в ранее сенсибилизированный организм развивается аллергическая реакция.

Физиологические эффекты

●расширение артериол и капилляров и, как следствие, покраснение кожи, снижение артериального давления;

●повышение проницаемости стенки капилляров и, как следствие, выход жидкости в межклеточное пространство (отечность), снижение артериального давления;

●если предыдущие пункты имеют место в головном мозге – повышение внутричерепного давления;

●увеличивает тонус гладких мышц бронхов, как следствие – спазм и удушье;

●слабо повышает тонус мышц желудочно-кишечного тракта;

●стимулирует секрецию слюны и желудочного сока.

Серотонин

Серотонин активно синтезируется в тучных клетках кожи, легких, печени, в селезенке, ЦНС.

Реакции синтеза серотонина

Физиологические эффекты

●стимулирует сокращение гладких мышц желудочно-кишечного тракта и, как следствие, повышение перистальтики ЖКТ;

●выражено стимулирует сокращение гладких мышц сосудов, кроме сосудов миокарда и скелетных мышц и, как следствие, повышение артериального давления;

●слабо увеличивает тонус гладких мышц бронхов;

●в центральной нервной системе является тормозным медиатором;

●в периферических нервных окончаниях обусловливает возникновение боли и зуда (например, при укусе насекомых).

Гамма-аминомасляная кислота

●синтез глутамина – взаимодействие глутамата с аммиаком. Является главным способом уборки аммиака, наиболее активно происходит в нервной и мышечной тканях, в почках, сетчатке глаза, печени. Реакция протекает в митохондриях.

Реакция синтеза глутамина

Образование большого количества глутамина обеспечивает высокие концентрации его в крови

(0,5-0,7 ммоль/л).

Так как глутамин проникает через клеточные мембраны путем облегченной диффузии, то он легко попадает не только в гепатоциты, но и в другие клетки, где есть потребность в аминогруппах. Азот, переносимый глутамином, используется клетками для синтеза пуринового кольца и гуанозинмонофосфата (ГМФ), синтеза цитидинтрифосфата (ЦТФ), аспарагина, глюкозамино-6-фосфата (предшественник всех остальных аминосахаров).

●синтез аспарагина – взаимодействие аспартата с аммиаком. Является второстепенным способом уборки аммиака, энергетически невыгоден, т.к. при этом тратятся 2 макроэргические связи,

Реакция синтеза аспарагина

Транспорт аммиака

Транспортными формами аммиака из тканей в печень являются глутамин и аланин, в меньшей степениаспарагиниглутамат,некотороеколичествоаммиаканаходитсявкровивсвободномвиде. Глутамин и аланин являются наиболее представленными, их доля среди всех аминокислот крови составляет до 50%. Большая часть глутамина поступает от мышц и нервной ткани, аланин переносит аминный азот от мышц и стенки кишечника.

Глюкозо-аланиновый цикл

В мышцах основным акцептором лишнего аминного азота является пируват. При катаболизме белков в мышцах происходят реакции трансаминирования аминокислот, образуется глутамат, который далее передает аминоазот на пируват и образуется аланин. Из мышц с кровью аланин переносится в печень, где в обратной реакции передает свою аминогруппу на глутамат. Образующийся пируват используется как субстрат в реакциях синтеза глюкозы (глюконеогенез), а глутаминовая кислота дезаминируется и аммиак используется в синтезе мочевины.

Реакции глюкозо-аланинового цикла (выделен рамкой).

Реакции, связанные с транспортными формами аммиака Целевыми органами для транспорта аммиака являются печень, почки и кишечник.

Впечени:

1.аспарагин и глутамин дезаминируются соответственно аспарагиназой и глутаминазой, образующийся аммиак используется для синтеза мочевины ,

2.аланин вступает в реакции трансаминирования с α-кетоглутаратом,

3.глутаминовая кислота подвергается окислительному дезаминированию.

Вкишечнике часть глутамина дезаминируется глутаминазой. После этого образованный аммиак выделяется в просвет кишечника (не более 5%) или через кровь воротной вены уходит в печень, а глутамат вступает в трансаминирование с пируватом, в результате чего аминоазот переходит на аланин и с ним также поступает в печень,

Впочках идет образование аммонийных солей с использованием глутамата, глутамина и

аспарагина.

Практически весь аммиак удаляется из организма:

1.с мочой в виде мочевины, которая синтезируется в печени,

2.в виде образующихся в эпителии канальцев почек солей иона аммония.

В клетки печени и почек аммиак попадает в составе глутамина и аспарагина, глутаминовой кислоты, аланина и в свободном виде. Кроме этого, при метаболизме он образуется в большом количестве и в самих гепатоцитах.

В клетке глутамин и аспарагин дезаминируются соответственно глутаминазой и аспарагиназой с образованием аммиака (точнее, иона аммония).

Реакция дезаминирования глутамина

При сдвигах кислотно-основного равновесия происходит адаптивное изменение активности глутаминазы. При ацидозе (закислении крови) необходимость выведения ионов Н+ вызывает увеличение синтеза фермента и возрастание экскреции солей аммония. При алкалозе (защелачивании крови) активность глутаминазы снижается и ионы Н+ сберегаются в организме.

Аммиак является токсичным соединением, находящимся в крови в относительно небольших концентрациях (11,0-32,0 мкмоль/л). Симптомы аммиачного отравления проявляются при превышении этих пределов всего в 2-3 раза. Предельно допустимый уровень аммиака в крови 60 мкмоль/л. При повышении концентрации аммиака (гипераммониемия) до предельных величин может наступить кома и смерть. При хронической гипераммониемии развивается умственная отсталость.

Гипотезы токсичности аммиака

Токсичность аммиака обусловлена следующими обстоятельствами:

1.Связывание аммиака при синтезе глутамата вызывает отток α-кетоглутарата из цикла трикарбоновых кислот, при этом понижается образование энергии АТФ и ухудшается деятельность клеток.

2.Аммиак вызывает защелачивание плазмы крови. При этом повышается сродство гемоглобина

к кислороду (эффект Бора), гемоглобин не отдает кислород в капиллярах, в результате наступает гипоксия клеток.

3.Накопление свободного иона NH4+ в цитозоле влияет на мембранный потенциал и работу внутриклеточных ферментов – он конкурирует с ионными насосами для Na+ и K+.

4.Продукт связывания аммиака с глутаминовой кислотой – глутамин – является осмотически активным веществом. Это приводит к задержке воды в клетках и их набуханию, что вызывает отек тканей. В случае нервной ткани это может вызвать отек мозга, кому и смерть.

5.Использование α-кетоглутарата и глутамата для нейтрализации аммиака вызывает снижение синтеза γ-аминомасляной кислоты (ГАМК), тормозного медиатора нервной системы.

Наследственные и приобретенные формы гипераммониемий Приобретенные формы

Приобретенная (вторичная) гипераммониемия развивается вследствие заболеваний печени и вирусных инфекций. В крайне тяжелых случаях она проявляется как тошнота, рвота, судороги, нечленораздельная речь, затуманивание зрения, тремор, нарушение координации движений.

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 коллатерали между воротной веной и большим кругом кровообращения), то развивается гипераммониемия.

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

Наследственные формы

Наследственные формы гипераммониемии вызваны генетическим дефектом любого из пяти ферментов синтеза мочевины. Соответственно ферменту заболевание делится на пять типов. Первичными признаками гипераммониемий являются сонливость, отказ от пищи, рвота, беспокойство, судороги, нарушение координации движений, тахипноэ, дыхательный алкалоз. Могут развиться печеночная недостаточность, легочные и внутричерепные кровоизлияния.

Наиболее частой является гипераммониемия типа II, связанная с недостатком орнитинкарбамоилтрансферазы. Заболевание сцеплено с Х-хромосомой, встречается с частотой от 1:14000 до 1:50000 (по разным данным). У матери также может наблюдаться гипераммониемия и отвращение к белковым продуктам. При полном дефекте фермента наследственные гипераммониемии имеют раннее начало (в период до 48 часов после рождения).

Лабораторным критерием гипераммониемий является накопление глутамина (в 20 и более раз) и аммиака в крови, ликворе и моче.

Основа лечения гипераммониемий сводится к ограничению белка в диете, уже это позволяет предотвратить многие нарушения мозговой деятельности.

Также используют глутамат (связывающий аммиак) и фенилацетат, образующий с глутамином водорастворимый комплекс, который выводится с мочой. Учитывая, что часть аммиака способна вступать в синтез глицина, также используют бензойную кислоту, образующую с глицином гиппуровую кислоту, которая также выводится с мочой.

Вопрос 24

Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды: строение, роль в организме Нуклеотиды (нуклеозидфосфаты) – это сложные эфиры нуклеозидов и фосфорной кислоты.

Нуклеозиды – это органические соединения, молекулы которых состоят из азотистого основания, связанного с углеводным компонентом.

Классификации нуклеотидов:

1.По количеству остатков фосфорной кислоты

2.По входящей в состав пентозе

3.По природе азотистого основания

По количеству остатков фосфорной кислоты нуклеотиды могут быть:

1.Моносодержащими – нуклеозидмонофосфаты

2.Дисодержащими – нуклеозиддифосфаты

3.Трисодержащими – нуклеозидтрифосфаты

По входящей в состав пентозе нуклеотиды делятся на дезоксирибонуклеотиды и рибонуклеотиды:

По природе азотистых оснований нуклеотиды делятся на пуриновые и пиримидиновые:

Биохимические функции нуклеотидов:

1.Нуклеозидтрифосфаты являются субстратами для синтеза ДНК и РНК.

2.Аденозинтрифосфат (АТФ) является универсальным источником энергии во всех биохимических реакциях. Содедржит 2 макроэргические связи: макроэргические связи

— это ковалентные связи, которые гидролизуются с выделением значительного количества энергии: 40 кДж/моль и более

3.Производные нуклеотидов - доноры активных субстратов для синтеза гомо- и

гетерополисахаридов, липидов и белков

Например:

·УДФ-глюкоза – субстрат для синтеза гликогена

·УДФ-галактоза – субстрат для включения галактозы в метаболизм

·УДФ-N-ацетилглюкозамин и ЦМФ-ацетилнейраминовая кислота – субстраты для синтеза гликозаминогликанов

·ЦДФ-холин – субстрат для синтеза фосфолипидов

4.АМФ входит в состав коферментов дегидрогеназ (NAD+, NADP+, FAD, FMN) и ацилтрансфераз (кофермент А).

5.УДФ-глюкуроновая кислота - одно из важнейших соединений, участвующих в процессе детоксикации ксенобиотиков и собственных метаболитов в печени для последующего их выведения из организма.

6.цАМФ и цГМФ - вторичные посредники передачи гормональных сигналов в клетки.

Синтез пуриновых нуклеотидов

Ещё раз: к пуриновых азотистым основаниям относятся аденин и тимин. Аденин входит в состав всех нуклеиновых кислот, и РНК, и ДНК. Тимин же входит в состав только ДНК, в РНК он заменяется урацилом.

Синтез пуриновых оснований происходит во всех клетках и может идти двумя путями: синтез de novo (из низкомолекулярных предшественников) и путём спасения (реутилизации).

Оба пути пуринового биосинтеза требуют участия 5-фосфорибозил-1-дифосфата (ФРДФ или ФРПФ, если назвать соединение 5-фосфорибозил-1-пирофасфат) в качестве «носителя». Пуриновый цикл собирается путём последовательного присоединения необходимых компонентов к ФРДФ.

Этапы синтеза пуриновых оснований

1.Образование ФРДФ

ФРДФ синтезируется из рибозо-5-фосфата под действие фермента ФРДФ-синтетазы. Этот фермент переносит два концевых остатка фосфорной кислоты молекулы АТФ к гидроксилу первого атома углерода рибозо-5-фосфата.

Функции ФРДФ:

●участие в синтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов de novo

●участие в образовании пуриновых нуклеотидов по «запасному» пути

●участие в синтезе нуклеотидных коферментов

Источники рибозо-5-фосфата:

●Пентозофосфатный путь окисления глюкозы

●Катаболизм нуклеотидов, в ходе которого под действием нуклеозидфосфорилазы образуется рибозо-1-фосфат → с помощью мутазы превращается в рибозо-5-фосфат

2.Включение простых предшественников в пуриновое кольцо с образованием ИМФ

3. Превращение ИМФ в АМФ и ГМФ

Превращение ИМФ в аденозинмонофосфат:

1.К ИМФ присоединяется аспартат, образуется аденилосукцинат. Фермент – аденилосукцинатсинтетаза.

2.Затем от аденилосукцината отщепляется фумарат, образуется АМФ. Фермент – аденилсукциназа.

Превращение ИМФ в гуанозинмонофосфат:

1.ИМФ окисляется до ксантин-5-монофосфата. Фермент – NAD-зависимая-ИМФ- дегидрогеназа.

2.Трансаминирование гидроксильной группы ксантозин-5-монофосфата с использованием амидной группы глутамина и энергии АТФ => образование ГМФ. Фермент – ГМФ-синтетаза

4.Образование нуклеозиди- и трифосфатов

Наиболее важный запасной путь синтеза пуриновых нуклеотидов, так как в ней образуется ИМФ, который служит предшественником для синтеза АМФ и ГМФ

Синтез ИМФ и ГМФ из гипоксантина и гуанина:

Гипоксантин + гуанин + ФРДФ → ИМФ + ГМФ

Фермент – гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансфераза

●Синтез АМФ из аденозина: аденозин + АТФ → АМФ + АДФ, фермент –

аденозинкиназа

●Синтез АМФ из аденина: присоединение аденина к ФРДФ с образованием АМФ, фермент –аденинфосфорибозилтрансфераза

Регуляция синтеза пуриновых нуклеотидов

●Количество ФРДФ определяется: 1. Доступностью рибозо-5-фосфата 2. Активностью ФРДФ-синтетазы

●Аллостерический активатор ФРДФ-синтетазы - неорганический фосфат (Pi)

●Аллостерические ингибиторы ФРДФ-синтетазы - пуриновые НМФ, НДФ и НТФ

●Аллостерический активатор амидофосфорибозилтрансферазы - ФРДФ

●Аллостерические ингибиторы амидофосфорибозилтрансферазы - пуриновые нуклеотиды (АМФ и ГМФ)

●Аллостерический ингибитор аденилосукцинатсинтетазы - АМФ

●Аллостерический ингибитор ИМФ-дегидрогеназы - ГМФ

●Регуляторный фермент синтеза пуриновых нуклеотидов - ФРДФ-синтетаза

●Регуляция активности «запасных» путей синтеза пуриновых нуклеотидов:

●ингибитор аденинфосфорибозил-трансферазы – АМФ

●ингибиторы гипоксантин-гуанинфосфорибозил-трансферазы – ИМФ и ГМФ

Синтез дезоксирибонуклеотидов. Ферменты. Роль тиоредоксина и НАДФН. Реакция синтеза dТМФ. Роль фолиевой кислоты и ТГФК. Причина развития мегалобластической анемии при дефиците фолиевой кислоты. Механизм антибактериальной активности сульфаниламидных препаратов. Ингибиторы синтеза тимидилового нуклеотида – метотрексат, 5-фторурацил, азидотимидин

Дезоксирибонуклеозидтрифосфаты необходимы клетке для синтеза ДНК. Их образование протекает в три реакции.

1. Реакция дефосфорилирования

В самом начале процесса происходит потеря рибонуклеозидтрифосфатами одной фосфатной группы и образуются АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ.

2. Реакция восстановления

Во второй реакции фермент рибонуклеозид-редуктаза восстанавливает АДФ, ГДФ, ЦДФ, УДФ до дезоксирибонуклеозиддифосфатов dАДФ, dГДФ, dЦДФ, dУДФ. Донором водорода для восстановления рибозы является белок тиоредоксин, его SH-группы окисляются кислородом рибозы и образуется вода. Последующее восстановление тиоредоксина в рабочее состояние обеспечивается за счет НАДФН.

3. Реакция фосфорилирования

После образования dАДФ, dГДФ, dЦДФ фосфорилируются, а dУДФ используется для синтеза

тимидилового нуклеотида.

Три дезоксирибонуклеотида – dАТФ, dГТФ, dЦТФ сразу после синтеза используются для синтеза ДНК.

Однако известно, что в составе ДНК нет уридиловых нуклеотидов, поэтому dУДФ не превращаетсявdУТФ,аидетнаобразованиетимидиловогонуклеотида.Участиевэтомпринимает фермент тимидилатсинтаза. Донором метильной группы является производная фолиевой кислоты N5,N10-метилен-ТГФК.

Далее тимидилмонофосфат в фосфотрансферазных реакциях фосфорилируется с образованием тимидилтрифосфата (ТТФ).

Катаболизм аденозинмонофосфата (АМФ)

1.Гидролитическое дезаминирование АМФ с образованием ИМФ под действием аденозиндезаминазы.

2.Гидролиз остатка фосфорной кислоты от ИМФ с образованием инозина под действием 5-нуклеотидазы

3.Расщепление N-гликозидной связи в инозине с образованием рибозо-1-фосфата и гипоксантина

4.Окисление гипоксантина в ксантин под действием ксантиноксидазы (кофакторы – ион молибдена, железа и FAD)

5.Окисление ксантина в мочевую кислоту под действием ксантиноксидазы

6.Удаление мочевой кислоты с мочой почками и в небольшом количестве через кишечник с фекалиями

Катаболизм гуанозинмонофосфата (ГМФ)

1.Гидролиз остатка фосфорной кислоты от ГМФ с образование гуанина под действием 5- нуклеотидазы

2.Гидролитическое дезаминирование гуанина под действием гуаназы с образованием ксантина

3.Окисление ксантина под действием ксантиноксидазы с образованием мочевой кислоты

4.Удаление мочевой кислоты с мочой почками и в небольшом количестве через кишечник с фекалиями

Катаболизм аденозина

1.Гидролитическое дезаминирование аденозина под действием аденозиндезаминазы с образованием инозина

2.Окисление гипоксантина в ксантин под действием ксантиноксидазы

3.Окисление ксантина в мочевую кислотупод действием ксантиноксидазы

4.Удаление мочевой кислоты с мочой почками и в небольшом количестве через

кишечник с фекалиями

Катаболизм гуанозина

1.Гидролиз гуанозина под действием пуриннуклеозидфосфорилазы с образованием рибозо-1-фосфата и гуанина

2.Гидролитическое дезаминирование гуанина под действием гуаназы с образованием ксантина

3.Окисление ксантина под действием ксантиноксидазы с образованием мочевой кислоты

4.Удаление мочевой кислоты с мочой почками и в небольшом количестве через кишечник с фекалиями

Первичные и вторичные гиперурикемии, их причины и последствия: мочекаменная болезнь, причины, биохимические основы патогенеза, основы лечения; подагра, причины, клинические проявления, биохимические основы патогенеза, основы лечения. Механизм действия аллопуринола при лечении подагры. Синдром Леша-Нихана, причины, основы лечения, прогноз Гиперурикемия – патологическое состояние, при котором в крови повыщается концентрация

мочевой кислоты (МК). Источником МК в крови являются пурины, которые в процессе своего катаболизма окисляются до неё. Непосредственными предшественниками МК являются пурины – гуанин и ксантин.

●У детей нормальной признана концентрация МК 180–240 мкмоль/л; затем она возрастает у юношей, сохраняясь прежней у девушек.

●У взрослых мужчин концентрация МК составляет 214–420 мкмоль/л, у женщин – 149– 360 мкмоль/л

Формы и типы нарушения обмена мочевой кислоты

В норме, процессы синтеза МК и ее выделения сбалансированы. В основе развития подагры лежит нарушение метаболизма МК. Выделяют три формы нарушения пуринового обмена:

1. Метаболическая форма, при которой повышен синтез МК. При поступлении в организм с пищей большого количества субстратов образования пуринов гиперпродукция МК закономерна.

Первичная гиперпродукция связана с дефектами ферментативной системы синтеза МК. Доказано наличие двух специфических ферментных дефектов: дефицит ГГФТ и повышение активности фосфорибозилпирофосфатсинтетазы.

Вторичная гиперпродукция обусловлена повышенным распадом клеток при алкоголизме, гемобластозах, парапротеинемиях, хроническом гемолизе, проведении противоопухолевой терапии.

2.Почечная форма, при которой уменьшена экскреция МК. В норме около 2/3 МК выводится почками. Наблюдения показывают высокую фракционную экскрецию урата, связанную с низкой канальцевой реабсорбцией.

3.Смешанная форма, при которой одновременно повышен синтез МК и понижена ее экскреция.

В большинстве случаев гиперурикемия при подагре связана, скорее, с недостаточной экскрецией, чем с гиперпродукцией, поэтому основной интерес учёных вызывают гены, регулирующие транспорт уратов.

Реабсорбция уратов – белок URAT1 (семейство OAT, ген SLC22A12). Данный переносчик присутствует только у людей.

Помимо URAT1 имеются и другие переносчики, относящиеся к семейству OAT: OAT1 и ОАТ3, OAT2 и ОАТ4. Их основная функция заключается в обмене органических анионов и бикарбоксилата, в то же время показано их влияние на транспорт уратов (Cha S. et al., 2001; Ichida K. et al., 2003).

Менее изученные механизмы, влияющие на транспорт уратов, включают: транспортный белок семейства MRP (MRP4); мутации генов, кодирующих образование уромодулина (белка Тамма– Хорсфолла) и белка ABCG2 - ответственен за секрецию уратов в проксимальных канальцах. (Woodward O.M. et al., 2011; Hediger M.A. et al., 2005).

Последствие гиперурикемии – подагра. Это заболевание, при котором кристаллы мочевой кислоты и её солей (уратов) откладываются в суставных хрящах, синовиальной оболочке суставов, подкожной жировой клетчатке с образованием характерных подагрических узлов – тофусов (первый симптом подагры).

По типу нарушения обмена МК и пуринов подагра классифицируется следующим образом: 1. Первичное нарушение обмена МК и пуринов:

•идиопатическая подагра составляет более 99% от числа первичной подагры. Повышенная экскреция (гиперпродукция и повышение почечного клиренса) встречается в 10–20% случаев;

•как результат наследственного метаболического дефекта (менее 1% при первичной подагре)

вследствие повышенной активности фосфорибозилпирофосфатсинтетазы (повышение синтеза пуринов) либо дефицита ГГФТ (снижение утилизации пуринов и повышение синтеза пуринов) – при синдромах Лёша–Найхана, или Келли–Зигмиллера.

2. Вторичное нарушение обмена МК и пуринов:

•хронический гемолиз, эритромиело- и лимфопролиферативные заболевания (повышение «оборота» клеток и нуклеиновых кислот);

•дефицит глюкозо-6-фосфатазы (повышенный катаболизм нуклеотидов и повышенный синтез пуринов) – болезнь Гирке (гликогеноз I типа), представляющая собой наследственное заболевание с аутосомно-рецессивным типом наследования.

Клинически заболевание проявляется обычно в период новорождённости. 3. Почечный механизм нарушения:

•хроническая почечная недостаточность (снижение объема функционирующей паренхимы);

•длительное применение медикаментов – диуретиков, циклоспорина и др. (подавляют секрецию или повышают реабсорбцию урата);

•эндогенные метаболиты – лактат, кетоны, β-оксибутират (подавляют секрецию урата).

Патогенез метаболических форм подагры

К лекарственным средствам лечения подагры относят аллопуринол, по структуре схожий с гипоксантином. Ксантиноксидаза окисляет аллопуринол в аллоксантин, и последний остается прочно связанным с активным центром фермента и ингибирует его. Фермент осуществляет, образно говоря, самоубийственный катализ. Как следствие, ксантин не превращается в мочевую кислоту, и поскольку гипоксантин и ксантин лучше растворимы в воде, то они более легко выводятся из организма с мочой.

Мочекаменная болезнь

Мочекаменная болезнь заключается в образовании солевых кристаллов (камней) разной природы в мочевыводящих путях. Непосредственно образование мочекислых камней составляет около 15% от всех случаев этой болезни. Мочекислые камни в мочевыводящих путях откладываются примерно у половины больных подагрой.

Две переходные формы мочевой кислоты при pH 5,75

Наиболее часто такие камни представлены в дистальных канальцах и собирательных трубочках. Причиной отложения кристаллов мочевой кислоты является гиперурикемия и повышенное выведение уратов натрия с мочой. Главным провоцирующим фактором кристаллизации является увеличение кислотности мочи. При понижении рН мочи ниже 5,75 ураты (енольная форма) переходят в менее растворимую кетоформу и кристаллизуются в почечных канальцах.

Закисление мочи (в норме 5,5-6,5) возникает по различным причинам. Это может быть избыточное питание мясопродуктами, содержащими большое количество нуклеиновых кислот, аминокислот инеорганическихкислот,чтоделаеттакуюпищу"кислой"иснижаетрНмочи. Такжекислотность мочи усиливается при ацидозах различного происхождения (Кислотно-основное состояние).

Кристаллы в почках могут иметь различную природу: 70-75% больных мочекаменной болезнью имеют камни щавелевой кислоты (оксалаты), 15% – мочевой кислоты, 10% – кальций-фосфатные, карбонатные, цистиновые камни. Самый большой почечный камень был извлечен 29.12.1952 из почки 80-летней женщины в Лондоне. Камень весил 6 кг 294 г.

Основы лечения Так же, как при подагре, лечение сводится к беспуриновой диете и использованию

аллопуринола. В дополнение рекомендуется растительная диета, приводящая к защелачиванию мочи, что увеличивает в моче долю более растворимой в воде енольной формы мочевой кислоты. Вместе с этим, уже имеющиеся кристаллы мочевой кислоты (а также кристаллы оксалатов) способны растворяться при подщелачивании мочи.

Лекарственноелечениенепременнодолжносопровождатьсясоблюдениембеспуриновойдиеты с большим количеством чистой воды, в противном случае неизбежно появление ксантиновых кристаллов в тканях и ксантиновых камней в почках.

Синдром Леша-Нихана

Болезнь Леша-Нихана (частота 1:300000) – это полное врожденное отсутствие активности

гипоксантин-гуанин-фосфорибозил-трансферазы, фермента, отвечающего за реутилизацию пуриновых оснований. Признак рецессивный и сцеплен с Х-хромосомой. Впервые его описали в 1964 г в США студент-медик Майкл Леш и педиатр Уильям Нихан.

Дети рождаются клинически нормальными, только к 4-6 месяцу обнаруживаются отклонения в развитии, а именно – отставание физического развития (с трудом держит голову), повышенная возбудимость, рвота, периодическое повышение температуры. Выделение мочевой кислоты можно обнаружить еще раньше по оранжевой окраске пеленок. К концу первого года жизни симптомы нарастают, развивается нарушение координации движений, хореоатетоз, корковый паралич, спазм мышц ног. Наиболее характерный признак заболевания проявляется на 2-3-м году

жизни – аутоагрессия или самокалечение – неодолимое стремление детей кусать себе губы, язык, суставы пальцев на руках и ногах. Агрессия больных распространяется также на неживые предметы и окружающих людей. Нарушения интеллекта выражены, его снижение может быть до

IQ≈60.

Лечениеоснованонабеспуриновойдиетесбольшимколичествомчистойводыисиспользованием аллопуринола. Производится контроль деятельности пациента с помощью физических ограничений и психологической терапии