оставшийся, уже заряженный, аспартат не позволяет комплексу вращаться в обратном

направлении.

При связывании ионов H+ происходит поворот не только комплекса c-субъединиц Foкомпонента, но и жестко связанной с ним γ-субъединицы F1-компонента. Стержень γ– субъединицы проворачивается внутри неподвижного гексамера 3αβ и при каждом повороте на 120° она поочередно вступает в контакт с каталитическими β-субъединицами , что меняет их функционирование.

Взаимодействие γ-субъединицы с β-субъединицами при синтезе АТФ

β-субъединицы могут находиться в трех конформациях, выполняющих разную функцию:

●loose, L (англ.слабо связано) – удерживает АДФи ион фосфата,

●tight, T (англ.тесно) – "прижимает" молекулы АДФи фосфат -иона, т.е. происходит

синтез АТФ ,

●open, O (англ.открыто) – в этом состоянии субъединица высвобождает АТФ и захватывает АДФи ион фосфата.

При каждом обороте γ-субъединицы на 360º синтезируются три молекулы АТФ.

Работа дыхательных ферментов регулируется с помощью эффекта, который получил название дыхательный контроль .

Дыхательный контроль

Дыхательный контроль – это прямое ингибирующее влияние электрохимического градиента на скорость движения электронов по дыхательной цепи (т.е. на величинудыхания). В свою очередь, величина градиента напрямую зависит от соотношения АТФ/ АДФ , количественная сумма которых в клетке примерно постоянна ([А ТФ] + [АДФ] = const). Реакции катаболизма направлены на поддержание постоянно высокого уровня АТФ и низкого АДФ.

Зависимость величины электрохимического градиента и скорости движения электронов

Возрастание протонного градиента возникает при снижении количества АДФ и накоплении АТФ (состояние покоя ), т.е. когда АТФ-синтаза лишена своего субстрата и ионы Н + не проникают в матрикс митохондрии. При этом ингибирующее влияние градиента усиливается и продвижение э лектронов по цепи замедляется . Ферментные комплексы остаются в восстановленном состоянии. Следствием является уменьшение окисления НАДНи ФАДН 2 на Iи IIкомплексах, ингибирование ферментов ЦТК и пируват-дегидрогеназы под влиянием НАДН и замедление катаболизма в клетке.

Снижение протонного градиента возникает при исчерпании резервов АТФ и избытке АДФ , т.е. при работе клетки . В этом случае активно работает АТФ -синтаза и через канал F о проходят в матрикс ионы Н+.

При этом протонный градиент, естественно, снижается, подавление движения электронов не происходит и поэтому величина потока электронов по цепи возрастает. В результате повышается выкачивание ионов Н+ в межмембранное пространство и снова их быстрое "проваливание" через АТФ-синтазу внутрь митохондрий с синтезом АТФ. Ферментные комплексы Iи IIусиливают окисление НАДН и ФАДН2 (как источников электронов)и

снимается ингибирующее влияние НАДН на цикл лимонной кислоты и пируватдегидрогеназный комплекс. Как итог – активируются реакции катаболизма углеводов и жиров.

Вопрос 6

Активные формы кислорода (АФК)

Неферментативные и ферментативные пути образования

Неферментативное и ферментативное окисление зависит от источника электронов.

Неферментативное окисление

Источник электронов чаще всего ионы металлов с переменной степенью окисления (Fe2+)

Также окисление происходит за счет утечки электронов с дыхательной цепи, с цепи

микросомального окисления и оксиления гемоглобина в метгемоглобин.

Происходит на уровне убихинона. Электроны поступают не на цитохром С, а на молекулярный кислород. В норме в порядке 5% кислорода в митохондриях восстанавливается путем электронной утечки.

- Похоже на утечку с дыхательной цепи, только происходит на уровне цитохрома Р450

Окисление гемоглобина

- превращение в метгемоглобин. Такая форма не способна транспортировать кислород. В ходе такой реакции кислород генерируется в супероксидный анион-радикал.

Ферментативное окисление

НАДФН оксидаза находится на мембране фагоцита. Состоит из 6 субъединиц. В неактивном состоянии находится в разобщенном состоянии, а в активном собирается в единую структуру.

Моноаминоксидаза – медьсодержащий фермент на внешней мембране митохондрий клеток нервной ткани, печени, ЖКТ

Ксантиноксидоредуктаза

В обычных условиях катализирует окисление ксантина вместе с НАД

При гипоксии ксантин в ксантиноксидазу

Оксидазы D и L-АК – в пероксисомах печени и почек

Лизилоксидаза – медьсодержащий фермент; участвует в синтезе коллагена

Ферментативное окисление АФ азота

NO-синтаза – катализирует окисление аргинина в цитруллин

Перекисное окисление липидов: механизм процесса, продукты Перекисное окисление липидов — это окислительная деградация липидов с образованием

липоперксильного радикала. Последующее взаимодействие радикалов с соседними молекулами приводит к линейной цепной реакции.

Стадии ПОЛ

●Инициации

●Развитие цепи

●Разветвление цепи

Первичные и вторичные механизмы повреждающего действия окислительного стресса

Первичные механизмы

Деструкция жирных кислот Нарушение структуры белка

●образование шиффовых основание

●окисление тиоловых групп

Нарушение ДНК

Деструкция жирных кислот

В мембране произошло свободнорадикальное окисление. Полиненасыщенная кислота превратилась в перекиси с потерей гидрофобности

Нарушение белка

Образование шиффовых оснований

Окисление тиоловых групп

Повреждение ДНК

В основном по азотистому основанию

Вторичные механизмы повреждения

●Повышение проницаемости мембраны

в ходе деструкции жирных кислот образуется гидрофильная пора, что способствует повышению проницаемости мембраны

●Повреждение лизосом

лизосомальные ферменты выходят в цитозоль, что приводит к аутолизу клетки

●Повышение микровязкости мембран

за счет образование белок-белковых и белок-фосфолипидных сшивок, что приводит к нарушению активности мембраносвязанных белков (рецепторов, ферментов, транспорта)

● Канцерогенез

Перекисная теория гибели клетки Любой повреждающий фактор ведет к активации образования свободных радикалов и

снижению активности антиоксидантной системы. Далее это приводит к деструкции фосфолипидов и белков с нарушением функций мембраны. Происходит повышение проницаемости с дальнейшим накоплением ионов, которые активируют гидролазы, и

нарушение рецепции и инактивация ферментов, что приводит к нарушению метаболизма. В

конечном итоге эти механизмы ведут к гибели клетки.

Антиоксидантная система организма

●система, которая контролирует и нейтрализует пагубные воздействия свободнорадикального окисления.

Вопрос 7

Биологическая роль углеводов. Суточная потребность в углеводах у взрослых и детей. Углеводы пищи животного и растительного происхождения, их значение.

Функции углеводов:

1. Энергетическая—обеспечение процессов жизнедеятельности организма топливом: работы головного мозга, мышечной ткани, эритроцитов, для последних представляет собой единственный энергетический субстрат. При расщеплении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж.

Преимущество: способность окисляться и в аэробных, и в анаэробных процессах в отличие от других субстратов.

2)Структурная

Примеры:

А) гетерополисахариды, являющиеся компонентами межклеточного матрикса (в виде гликозаминогликанов соединительной ткани); Б) цепочки олигосахаридов в надмембранном слое цитолеммы, служащие сайтами узнавания для

внеклеточных сигнальных молекул (гликокаликс);

3)Пластическая—компоненты синтеза АТФ, нуклеотидов, гликоконъюгатов: гликолипидов

(образуют миелиновую оболочку, участвуя в проведении нервного импульса), гликопротеинов, протеогликанов.

4) Детоксикационная—глюкурониды участвуют в детоксикации ксенобиотиков и инактивации веществ эндогенного происхождения;

5)Защитно-механическая—составляет основное вещество хрящей суставных поверхностей;

6)Осмотическая—гетерополисахариды обладают высокой гидрофильностью, отрицательным

зарядом, тем самым, обеспечивая тургор кожи, упругость тканей за счет удержания воды, Са2+,

Mg+2;

7)Кофакторная—гепарин является кофактором липопротеинлипазы плазмы крови и ферментов антикоагулянтной системы крови (активирует антитромбин III);

8)Резервная— засчетгликогенаформируетсяэнергетическийзапасорганизмавпечени,мышцах

для расхода в постабсорбтивном периоде; 9) Рецепторная— повышение специфичности действия гликопротеинов за счет углеводного

компонента (различия в строении олигосахаридных фрагментов агглютиногенов эритроцитов обуславливают группу крови по системе АB0).

Потребность: 350-400 г/сутки Источники: злаки, хлеб, каша, картофель, сахар, фрукты, овощи, макаронные изделия, мёд, мясо

(содержит гликоген в небольших количествах).

Структура и функции представителей углеводов: моносахаридов, дисахаридов, гомополисахаридов.

Моносахариды.

Производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу. В зависимости от её положения в молекуле подразделяют на альдозы и кетозы. Относятся к простым углеводам, поскольку не гидролизуются при переваривании. В организме человека находятся в D- конфигурации, к которой специфичны ферменты, катализирующие превращения моносахаридов. КонфигурацияопределяетсярасположениемH- и OHгруппотносительнопятого углеродного атома.

Дисахариды

Cодержат два моносахарида, соединённые гликозидной связью в α- или β-конфигурации:

•Сахароза

Состоит из α-D-глюкозы и β-D-фруктозы, соединённых α,β-1,2-гликозидной связью. Наибольшим содержанием выделяются сахарный тростник, свёкла.

•Лактоза В коровьем молоке содержится до 5%, в женском до 8%. Образуется за счет β-1,4-гликозидной

связи между глюкозой и галактозой.

•Мальтоза

Состоит из двух остатков D-глюкозы, связанных α-1,4-гликозидной связью. Преимущественно поступает с продуктами, содержащими частично гидролизованный крахмал—солод, пиво.

Полисахариды

А) Гомополисахариды (мономеры идентичны).

• Крахмал (амилоза+ амилопектин)

Резервный полисахарид растений, содержится в наибольшем количестве в зёрнах злаков (рис, пшеница, кукуруза), луковицах, стеблях и клубнях растений. Состоит из остатков глюкозы, соединенных α-1,4-гликозидными связями и α-1,6-гликозидными связями в местах ветвления.

•Гликоген—образует энергетические резервы глюкозы в печени и мышцах, имеет большую степень ветвления по сравнению с крахмалом: на каждые 10 остатков одна 1,6-α гликозидная связь.

•Целлюлоза—необходима для нормального протекания переваривания как балластное вещество, придавая дополнительный объём пище. Не подвергается расщеплению ферментами, синтезируемыми человеческим организмом.

Состоит из остатков глюкозы, связанных между собой β-1,4-гликозидными связями. В толстом кишечнике под действием ферментов микрофлоры некоторая часть ее может гидролизоваться с

образованием целлобиозы и глюкозы. Глюкоза частично используется самой микрофлорой и окисляется до органических кислот (масляной, молочной), которые стимулируют перистальтику кишечника. Малая часть глюкозы может всасываться в кровь.

Роль:

-Стимуляция желчеотделения -Абсорбция холестерола и других веществ, препятствуя их всасыванию

-Стимуляция перистальтики кишечника продуктами бактериального расщепления целлюлозы Б) Гетерополисахариды (мономеры различны) Наиболее распространенными представителями в организме человека являются гликозаминогликаны, характеризующиеся водорастворимостью и высокой гидратированностью. По своему строению одна из двух моносахаридных единиц представляет собой уроновую кислоту, а второй является N-ацетилированный аминосахар. Некоторые гидрокси- и аминогруппы этих полимеров сульфатированы, что придает им большой отрицательный заряд и заставляет принимать развернутую конформацию. За счет этого обеспечивается вязкость, адгезивность и прочность межклеточного матрикса.

Представители: кератансульфат, хондроитинсульфат, дерматансульфат, гиалуроновая кислота, гепарансульфат.

Переваривание углеводов. Характеристика и действие ферментов, участвующих в полостном и пристеночном пищеварении: α-амилаза ротовой полости, ферменты панкреатического сока, ферментные комплексы тонкого кишечника, отвечающие за гидролиз дисахаридов.

Процесс переваривания заключается в ферментативном гидролизе гликозидных связей полисахаридов и олигосахаридов для обеспечения всасывания в кишечнике, ибо энтероциты способны транспортировать через мембрану только простые углеводы.

Расщепление углеводов начинается уже в ротовой полости за счет компонентов секрета слюнных желёз (pH=6,8).

Фермент: α-амилаза ротовой полости (эндоамилаза), отвечающая за гидролиз внутренних α-1,4- гликозидных связей крахмала.

Действует непродолжительно, не способна расщеплять α-1,6-гликозидные связи в местах разветвлений, в связи с чем происходит лишь частичное переваривание крахмала с образованием крупных фрагментов—декстринов. Некоторое их количество может расщепляться до мальтозы и изомальтозы, но гидролиз этих дисахаридов ферментами слюны невозможен.

В желудке вследствие высокой кислотности амилаза инактивируется, однако некоторое время переваривание углеводов продолжается внутри пищевого комка, пока тот не пропитается желудочным соком.

Кишечник

Ферменты: панкреатическая α-амилаза, пристеночные дисахаридазные комплексы.

С попаданием в 12-перстную кишку происходит нейтрализация химуса за счет желчи и содержащегося в панкреатическом соке HCO3-. С секретом поджелудочной железы в просвет кишечника поступает и панкреатическая α-амилаза, гидролизующая α-1,4-гликозидные связи в крахмале и декстринах. Продуктами данной реакции являются мальтоза и изомальтоза и некоторые триозосахариды. *изомальтоза—участок, содержащий бывшие точки ветвления молекулы крахмала, соединённые α-1,6-гликозидными связями.

Расщепление данных промежуточных продуктов происходит за счет специфических олиго- /дисахаридаз. В просвете кишечника они практически не действуют, зато на поверхности энтероцитов характеризуются высокой каталитической активностью, поскольку микроворсинки обуславливают увеличение поверхности контакта гидролитических ферментов и их субстратов в кишечном содержимом. В толще щёточной каёмки осуществляется пристеночное пищеварение, за которое отвечают несколько комплексов:

•Сахаразо-изомальтазный комплекс

•Дефекты ферментов, участвующих в гидролизе дисахаридов в кишечнике

•Нарушение всасывания моносахаридов в энтероциты Ключевым следствием нарушений является осмотическая диарея. Невостребованные углеводы поступают в дистальные отделы кишечника.

Будучи осмотически активными веществами, они задерживают воду в просвете кишечника, тем самым, увеличивая объём непереваренной массы.

Оставшиеся в просвете кишечника углеводы частично подвергаются ферментативному расщеплению микроорганизмами с образованием органических кислот и газов, что приводит к

усилению перистальтики, спазмам, болям, метеоризму.

А. Нарушения переваривания

Причина: недостаточная активность отдельных дисахаридаз или всего ферментативного комплекса Врожденные формы ферментативной недостаточности проявляются уже после нескольких

первых кормлений грудным молоком (при дефиците лактазы), после перехода на искусственное вскармливание или при добавлении в рацион сладкого, т.е. сахарозы и крахмала (при дефиците α- амилазы или специфических дисахаридаз). При неудовлетворительном лечении врождённые формы патологии сопровождаются хроническим дисбактериозом и нарушениями физического развития ребёнка.

Приобретенные формы могут наблюдаться при воспалительных заболеваниях ЖКТ: гастритах, колитах, энтеритах. Наиболее заметно снижение активности лактазы, поскольку даже в норме она наименее активный фермент кишечника, следовательно, уменьшение её активности становится заметным для организма в первую очередь.

К часто встречающимся формам нарушения переваривания дисахаридов относятся как раз-таки дефект лактазы (β-гликозидазного комплекса) и сахаразы (сахаразо-изомальтазного комплекса), которыеименуюткакинтолерантность(непереносимость)лактозыилисахарозы,сопровождаются диспепсическими расстройствами. Недостаточность лактазы можно определить по водородному тесту, где Н2 образуется в результате действия бактериальных ферментов на лактозу.

Носительство лактазной недостаточности по регионарному признаку связывают с исторически сложившимся рационом питания и отсутствием молочного скотоводства в Азии и Африке, ибо лактаза является адаптивным ферментом (активность изменяется в зависимости от рациона). Помимо этого, имеет место снижение экспресии гена лактазы возрастного характера.

Б. Нарушения всасывания

•Дефект белка, транспортирующего моносахариды через мембрану (патология натрийзависимого переносчика глюкозы) Диагностика: пробы с нагрузкой определёнными углеводами.

Недостаточность кишечных дисахаридаз диагностируется с помощью введения дисахарида и последующего определения концентрации глюкозы в крови. Для большей чувствительности тест проводят, вводя сначала дисахарид (50 г), а затем эквивалентное количество составляющих его моносахаридов (по 25 г каждого). После нагрузки концентрация глюкозы в крови увеличивается примернона50%относительнонормы.Припатологииотмечаютнезначительнуюгипергликемию. Если тест при нагрузке моносахаридом сопровождается адекватным повышением его концентрации в крови, а нагрузка дисахаридом не даёт нормальной реакции, то это указывает скорее на дефект кишечной дисахаридазы, нежели системы транспорта.

В качестве примера нарушения всасывания можно привести синдром мальабсорбции фруктозы.

Мальабсорбция фруктозы

Причина: первичная или вторичная ( вследствие энтеритов, целиакии) недостаточность транспортного белка ГлюТ-5 для фруктозы на апикальной мембране клеток тонкого кишечника.

Механизмы развития.

Накоплениефруктозы впросвете кишечникаприводитк осмотическомуэффектуизадержкеводы. Кроме этого, фруктоза активно потребляется микрофлорой толстого кишечника и метаболизируется с образованием коротких органических кислот (масляная, молочная) и газов.