Добавил:
krasanya
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биохимия-экзамен-1-курс-пед
.pdf
23. Переваривание белков: протеазы ЖКТ, их активация и специфичность, оптимум рН и
результат действия. Образование и роль соляной кислоты в желудке.
Переваривание белков — это процесс гидролиза пищевых белков до свободных аминокислот,
происходящий в ЖКТ под действием ферментов протеаз (пептидазы).
Пищевые белки химически представляют собой длинные цепи аминокислот, соединенных друг
с другом пептидными связями.
Протеолитические ферменты подразделяют по особенности их действия на экзопептидазы,
отщепляющие концевые аминокислоты, и эндопептидазы, действующие на внутренние
пептидные связи.
К ферментам желудка относятся две группы протеаз с разным оптимумом рН, которые
упрощенно называют пепсин (эндопептидаза, то есть он расщепляет внутренние пептидные
связи в молекулах белков и пептидов; пепсиноген в неактивном виде, при наличии соляной
кислоты активируется) и гастриксин (синтезируется главными клетками желудка в
виде прогастриксина (профермент) и активируется соляной кислотой; эндопептидаза -
гидролизует связи, образованные карбоксильными группами дикарбоновых аминокислот)
Наличие в желудке двух протеаз, действующих при различных pH, позволяет
организму пепсином переваривать белки мясной пищи, стимулирующей секрецию HCL,
а гастриксином – белки растительно-молочной пищи.
Этапы переваривания:
1. Денатурация и гидролиз белков в желудке. В желудке пища попадает в кислую среду, т. к.
содержащиеся в желудочном соке ферменты могут выполнять свои функции только в
присутствии кислоты. В состав желудочного сока входит соляная кислота, которая активирует
фермент пепсин, а также вызывает денатурацию, т. е. разрушение структуры молекул белков, и
таким образом обеспечивает условия для их расщепления до аминокислот. В желудке пища
задерживается на некоторое время (3 — 10 ч). Затем содержимое желудка попадает в
двенадцатиперстную кишку
2. Покинув желудок, пища подвергается действию панкреатического сока, кишечного сока и
желчи.
Сок поджелудочной железы содержит проферменты – трипсиноген, химотрипсиноген,
прокарбоксипептидазы, проэластазу. Проферменты в просвете кишечника активируются,
соответственно, до трипсина, химотрипсина, карбоксипептидаз и эластазы способом
ограниченного протеолиза. Указанные ферменты осуществляют основную работу по
перевариванию белков.
В кишечном соке активны ферменты щеточной каймы – дипептидазы и аминопептидазы.
Они заканчивают переваривание белков.
Оптимум рН: Значение рН желудочного сока в норме составляет 1,5—2,0.
Образование соляной кислоты:
1. Фаза секреции — желудочная, начинается после попадания пищи в желудок.
Растяжение желудка запускает выделение гастрина из G-клеток. Гастрин, воздействуя на
париетальные клетки напрямую или через активацию ECL-клеток с высвобождением
гистамина, стимулирует продукцию соляной кислоты.
2. В образовании соляной кислоты принимают участие париетальные клетки желудка,
секретирующие ионы Н
+.
Источником ионов Н
+
является угольная кислота, образуемая
ферментом карбоангидразой. При ее диссоциации, 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.
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. Снижение рН желудочного содержимого до 1,5-2,5 и создание оптимума рН для работы
пепсина.
7. После перехода в 12-перстную кишку – стимуляция секреции кишечных гормонов и,
следовательно, выделения панкреатического сока и желчи.
24. Всасывание продуктов переваривания. Транспорт аминокислот в клетки кишечника.
Нарушения переваривания белков и транспорта аминокислот.
Всасывание продуктов переваривания — это процесс поглощения питательных веществ,
полученных в результате переваривания пищи, через стенку кишечника в кровь или лимфу для
дальнейшего распределения по организму.
Транспорт аминокислот в клетки кишечника
Аминокислоты, образовавшиеся при переваривании белков, быстро всасываются в кишечнике.
Транспорт их осуществляется двумя путями: через воротную систему печени, ведущую прямо в
печень, и по лимфатическим сосудам, сообщающимся с кровью через грудной лимфатический
проток.
Аминокислоты переносятся через кишечную стенку от слизистой её поверхности в кровь.
Перенос через щёточную кайму осуществляется целым рядом переносчиков, многие из которых
действуют при участии Na
+
-зависимых механизмов симпорта, подобно переносу глюкозы.
Различная скорость проникновения аминокислот через мембраны клеток указывает на наличие
транспортных систем, обеспечивающих перенос аминокислот как через внешнюю
плазматическую мембрану, так и через внутриклеточные мембраны.
Нарушение переваривания белков приводит к тому, что продукты неполного гидролиза –
пептиды и невсосавшиеся аминокислоты поступают в толстый кишечник, где ассимилируются
микрофлорой. В ходе этих процессов образуются различные протеиногенные амины (путресцин,
кадаверин) и ароматические соединения (индол, фенол, скатол, крезол), обладающие
токсическим действием. В нормальных условиях образование этих продуктов невелико, и они
обезвреживаются в печени. При избыточном их образовании происходит общая интоксикация
организма.
Нарушения всасывания аминокислот и продуктов переваривания белков обусловлены
повреждением транспортных систем тонкого кишечника, нарушением в работе Nа+, К+-АТФ-
азы (врожденный дефект, действие ингибиторов и т.п.).
Уменьшение переваривания белков из-за низкой протеолитической активности в желудке
(пониженная кислотность) или в кишечнике (хронические панкреатиты), нарушение
целостности стенки кишечного тракта вследствие гельминтозов или неполной
нейтрализации соляной кислоты (гиперацидный гастрит, нарушение желчевыделения)
приводит к последствиям, которые отражаются на деятельности всего организма.
25. Биологические мембраны, строение, функции и общие свойства. Белки мембран -
интегральные, поверхностные, «заякоренные». Роль отдельных компонентов мембран в
формировании структуры и выполнении функций.
Жидкостно-мозаичную модель мембраны, согласно которой белковые молекулы плавают в
жидком фосфолипидном бислое. Они образуют в нем как бы своеобразную мозаику, но
поскольку бислой этот жидкий, то и сам мозаичный узор не жестко фиксирован; белки могут
менять в нем свое положение. Покрывающая клетку тонкая мембрана напоминает пленку
мыльного пузыря — она тоже все время «переливается».
Мембраны состоят из липидов, белков и углеводов. Липиды составляют в среднем 40% сухой
массы мембран. Среди них преобладают фосфолипиды (до 80%).
Основная структура мембраны — фосфолипидный бислой.
Гидрофильные головы фосфолипидных молекул обращены наружу — в сторону водного
содержимого клетки и в сторону наружной водной среды. Гидрофобные хвосты обращены
внутрь — они образуют гидрофобную часть бислоя.
Большая часть белков плавает в жидком фосфолипидном бислое.
К некоторым белкам и липидам присоединены разветвленные олигосахаридные цепочки,
играющие роль антенн. Такие соединения называются соответственно гликопротеинами и
гликолипидами.
Свойства биологических мембран:
Замкнутость
Замыкание липидного бислоя, приводящее к устранению свободных
краёв плазматической мембраны и образованию в клетке закрытых
отсеков-компартментов.
Асимметричность
Отличие химического состава наружной поверхности мембран от
внутренней.
Динамичность
Способность отдельных молекул мембранных липидов и белков
перемещаться в мембране, т.е. сохранять способность к диффузии.
Избирательная
проницаемость
Регулируемый перенос необходимых веществ в клетку и удаления из
клетки продуктов метаболизма.
Функции биологических мембран следующие:
1. Барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен
веществ с окружающей средой. Например, мембрана пероксисом защищает цитоплазму от
опасных для клетки пероксидов.
2. Транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки -
доставка питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секреция различных
веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке оптимального pH и концентрации
ионов, которые нужны для работы клеточных ферментов.
3. Механическая — обеспечивает автономность клетки, её внутриклеточных структур, также
соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечении механической функции
имеют клеточные стенки, а у животных — межклеточное вещество.
4. Энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в
их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки.
5. Рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами
(молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы).
Интегральные белки мембран представляют собой те, которые проникают через всю толщу
мембраны. Они имеют специфичную структуру, позволяющую им взаимодействовать
одновременно с гидрофобными липидами мембраны и гидрофильными компонентами
цитозольной среды.
Функции интегральных белков мембран включают транспорт молекул через мембрану,
рецепцию сигналов, стабилизацию мембранной структуры и участие в клеточном распознавании
и адгезии.
"Заякоренные" белки мембран — это подкласс интегральных белков, которые прочно
вплетены в липидный двойной слой мембраны и не могут быть отделены от нее без разрушения
мембраны.
Поверхностные белки мембран располагаются на поверхности мембраны и
взаимодействуют с окружающей средой. Поверхностные белки выполняют различные
функции, такие как ферментативная активность, клеточное распознавание, участие в
сигнальных каскадах и трансдукции сигналов.
Компоненты мембран играют важную роль в формировании структуры и выполнении
функций клеток.
Фосфолипиды являются основными компонентами мембран и составляют большую часть их
структуры. Они содержат как гидрофильные, так и гидрофобные характеристики. Благодаря
этому они формируют двойной слой, гидрофильные "головки" которого обращены к внешним
средам, а гидрофобные "хвосты" расположены внутри мембраны. Этот двойной слой липидов
играет роль барьера и контролирует проницаемость клеточной мембраны.
Гликолипиды являются вторичными компонентами мембран и также имеют амфифильную
природу. Они содержат углеводно-липидные группы и находятся в большинстве своем на
поверхности внешних слоев мембран. Гликолипиды играют важную роль в клеточной
распознавательной системе, участвуя в клеточной связи и сигнальных путях.
Холестерол также присутствует в мембранах и регулирует их проницаемость. Он внедряется
между молекулами фосфолипидов и влияет на их подвижность и уплотнение. Холестерол также
влияет на функции мембраны, связанные с передачей сигналов и участием в образовании
липидных микродоменов.
26. Механизмы переноса веществ через мембраны: простая диффузия, пассивный симпорт
и антипорт, активный транспорт, регулируемые каналы. Мембранные рецепторы.
Мембранный транспорт — транспорт веществ сквозь клеточную мембрану в клетку или из
клетки, осуществляемый с помощью различных механизмов:
3. Пассивный транспорт: Вещества перемещаются через мембрану по градиенту
концентрации или электрохимическому градиенту без затрат энергии. Примерами
пассивного транспорта являются простая диффузия — транспорт сквозь липидный
бислой неполярных молекул с малой молекулярной массой.
4. Активный транспорт: Вещества перемещаются через мембрану против градиента
концентрации или электрохимического градиента с затратами энергии. Активный
транспорт осуществляется с помощью мембранных белков-переносчиков.
Мембранный транспорт веществ также различается по направлению их перемещения и
количеству переносимых данным переносчиком веществ:
4. Унипорт — транспорт одного вещества в одном направлении в зависимости от
градиента.
5. Симпорт — транспорт двух веществ в одном направлении через один переносчик.
6. Антипорт — перемещение двух веществ в разных направлениях через один переносчик.
Участок канального белка, через который осуществляется трансмембранный транспорт,
называется порой канала. Канал может находиться в нескольких различных конфигурациях.
Некоторые каналы состоят из одного белка, трансмембранные сегменты которого образуют
пору. Другие существуют в виде олигомеров, состоящих из идентичных или разных субъединиц,
которые вместе образуют пору. Наконец существуют каналы, состоящие из двух и более
субъединиц, каждая из которых сама образует пору. Часто комплексы олигомеров каналов
регулируются или позиционируются на определенных мембранах с участием дополнительных
субъединиц. Большинство канальных белков обладают высокой селективностью в отношении
определенных метаболитов, например ионов натрия (Na+), калия (К+), кальция (Са2+), хлорида
(Сl-) или воды. Их поры характеризуются определенными структурными особенностями, т. е.
являются селективным фильтром, который позволяет им проявлять избирательность по
отношению к различным метаболитам. Другие канальные белки являются неселективными
катионными или анионными каналами.
Мембранные рецепторы — это рецепторы, которые встроены в плазматическую мембрану
клеток. Они действуют в клеточной сигнализации, получая (связываясь) внеклеточные
молекулы. Это специализированные интегральные мембранные белки, которые обеспечивают
связь между клеткой и внеклеточным пространством. Внеклеточные молекулы могут быть
гормонами, нейротрансмиттерами, цитокинами, факторами роста, молекулами клеточной
адгезии или питательными веществами. Они реагируют с рецептором, вызывая изменения в
метаболизме и активности клетки.
27. Строение митохондрий и структурная организация дыхательной цепи.
Комплексы дыхательной цепи.
Митохондрии являются органеллами, ответственными за синтез большого
количества энергии в форме АТФ. Они имеют сложное строение, состоящее
из внешней и внутренней мембран, между которыми находится
межмембранный пространство. Внутри митохондрий находится матрикс, где
происходит большинство биохимических процессов, включая цикл Кребса и
дыхательную цепь.
Строение митохондрий:
1. Внешняя мембрана – внешний слой митохондрии, который окружает внутренние
компоненты органеллы.
2. Межмембранный пространство – пространство между внешней и внутренней
мембранами митохондрии.
3. Внутренняя мембрана – внутренний слой митохондрии, который содержит белки,
необходимые для проведения электронного транспортного цепи.
4. Криста – складки внутренней мембраны, увеличивающие поверхность области, где
происходит электронный транспорт и синтез АТФ.
5. Матрикс – жидкое вещество, содержащее различные ферменты и ДНК митохондрии,
необходимые для процессов бета-окисления и синтеза АТФ.
Всего цепь переноса электронов включает в себя разнообразные белки, которые организованы в
4 больших мембраносвязанных мульферментных комплекса. Также существует еще один
комплекс, участвующий не в переносе электронов, а синтезирующий АТФ.
1 комплекс. НАДН-КоQ-оксидоредуктаза
Этот комплекс также имеет рабочее название НАДН-дегидрогеназа, содержит ФМН, 42 белковых
молекулы, из них не менее 6 железосерных белков.
Функции
1. Принимает электроны от НАДН и передает их на коэнзим Q (убихинон).
2. Переносит 4 иона Н
+
на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.
2 комплекс. ФАД-зависимые дегидрогеназы
К нему относятся ФАД-зависимые ферменты, расположенные на внутренней мембране –
например, ацил-SКоА-дегидрогеназа (β-окисление жирных кислот), сукцинатдегидрогеназа (цикл
трикарбоновых кислот), митохондриальная глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа (челночный
механизм переноса атомов водорода).
Функции
1. Восстановление ФАД в окислительно-восстановительных реакциях.
2. Обеспечение передачи электронов от ФАДН2 на железосерные белки внутренней
мембраны митохондрий. Далее эти электроны попадают на коэнзим Q (убихинон).
3 комплекс. КоQ-цитохром c-оксидоредуктаза
По-другому данный комплекс называется цитохром с редуктаза. В его составе имеются молекулы
цитохрома b и цитохрома c1, железосерные белки. Комплекс представляет собой 2 мономера, в
каждом из которых насчитывается 11 полипептидных цепей.
Функции
1. Принимает электроны от коэнзима Q и передает их на цитохром с.
2. Переносит 2 иона Н+ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.
4 комплекс. Цитохром с-кислород-оксидоредуктаза
В этом комплексе находятся цитохромы а и а
3
, он называется также цитохромоксидаза, состоит
из 13 субъединиц. В комплексе имеются ионы меди, соединенные с белками комплекса через HS-
группы цистеина, и формирующие центры, подобные тем, что имеются в железосерных белках.
Функция
1. П ринимает электроны от цитохрома с и передает их на кислород с образованием воды.
2. Переппеносит 4 иона Н
+
на наружную поверхность внутренней митохондриальной
мембраны.
5 комплекс
Пятый комплекс – это фермент АТФ-синтаза, состоящий из множества белковых цепей,
подразделенных на две большие группы:
одна группа формирует субъединицу FО (произносится со звуком "о", а не "ноль"
т.к. олигомицин-чувствительная) – ее функция каналообразующая, по ней выкачанные
наружу протоны водорода устремляются в матрикс.
другая группа образует субъединицу F
1
– ее функция каталитическая, именно она,
используя энергию протонов, синтезирует АТФ.
28. Окислительное фосфорилирование, сущность процесса, схема, субстраты, коэффициент
Р/О. Трансмембранный электрохимический потенциал как промежуточная форма энергии
при окислительном фосфорилировании.
Окислительное фосфорилирование – это многоэтапный процесс, происходящий во
внутренней мембране митохондрий и заключающийся в окислении восстановленных
эквивалентов (НАДН и ФАДН2) ферментами дыхательной цепи и сопровождающийся синтезом
АТФ.
Согласно гипотезе Питера-Митчела, перенос электронов, происходящий во внутренней
митохондриальной мембране, вызывает выкачивание ионов Н+ из матрикса митохондрий в
межмембранное пространство. Это создает градиент концентрации ионов Н+ между цитозолем
и замкнутым внутримитохондриальным пространством. Ионы водорода в норме способны
возвращаться в матрикс митохондрий только одним способом – через специальный фермент,
образующий АТФ – АТФ-синтазу. По современным представлениям внутренняя
митохондриальная мембрана содержит ряд мультиферментных комплексов, включающих
множество ферментов. Эти ферменты называют дыхательными ферментами, а
последовательность их расположения в мембране – дыхательной цепью или электрон-
транспортной цепью.
Принцип работы дыхательной цепи:
1. Образующиеся в реакциях катаболизма НАДН и ФАДН2 передают атомы водорода (т.е.
протоны водорода и электроны) на ферменты дыхательной цепи.
2. Электроны движутся по ферментам дыхательной цепи и теряют энергию.
3. Эта энергия используется на выкачивание протонов Н+ из матрикса в межмембранное
пространство.
4. В конце дыхательной цепи электроны попадают на кислород и восстанавливают его до воды.
5. Протоны Н+ стремятся обратно в матрикс и проходят через АТФ-синтазу.
6. При этом они теряют энергию, которая используется для синтеза АТФ.
Таким образом, восстановленные формы НАД и ФАД окисляются ферментами
дыхательной цепи. Благодаря этому происходит присоединение фосфата к АДФ, т.е.
фосфорилирование. Поэтому весь процесс целиком получил название окислительное
фосфорилирование.
Коэффициент Р/О – это отношение количества неорганического фосфата, включенного в
молекулу АТФ АТФ-синтазой, к количеству атомов кислорода, включенного в молекулу Н2О,
при переносе одной пары электронов по дыхательной цепи.
Трансмембранный электрохимический потенциал как промежуточная форма энергии при
окислительном фосфорилировании.
Преобразование энергии электронов в энергию АТФ происходит в два этапа. На первом энергия
электронов преобразуется в энергию протонного градиента. Концентрация протонов в
межмембранном пространстве больше чем в матриксе митохондрии. Поскольку каждый протон
несет положительный заряд, вследствие этого появляется разность потенциалов по обе стороны
мембраны. В совокупности электрический и концентрационный градиенты составляют
электрохимический потенциал (ДцН4). АцН* - Источник энергии для синтеза АТФ. Активный
транспорт протонов происходит в трех участках дыхательной цепи, в ферментативных
комплексах I, III и IV (рис. 21). Эти участки часто называют пунктами сопряжения дыхания и
фосфорилирования, хотя правильнее считать пунктом сопряжения окисления (дыхания) и
фосфорилирования комплекс V, в котором синтезируется АТФ.
На втором этапе синтезируется АТФ.
Синтез АТФ. Фермент КГ-транслоцирующая АТФ синтаза состоит из двух крупных белковых
комплексов, каждый из которых построен из многих субъединиц. В структуре этого фермента
выделяют протонный канал (Fo) и каталитическую часть фермента (Fi) содержащую три
активных центра. В каждый из активных-центров поступают молекулы АДФ и неорганического
фосфата (Pi) Протонный канал пронизывает внутреннюю митохондриальную мембрану, а
каталитическая часть фермента представляет собой крупное грибовидное образование,
обращенное в сторону матрикса. Ультразвуковая обработка интактных (неповрежденных)
митохондрий вызывает остановку синтеза АТФ, поскольку каталитическая часть фермента Fi
отделяется от протонного канала. При этом поступление потока протонов из межмембранного
пространства в митохондриальный матрикс не нарушается.
Под действием потока протонов по каналу каталитическая часть АТФ синтазы (Fo) вращается
вокруг устья канала. Синтез АТФ проходит три стадии:
1) поступление АДФ и неорганического фосфата (Р;) в каталитический центр,
2) поворот на 120° и сжимающая деформация каталитического центра, сближающая
отталкивающиеся группы остатков фосфорной кислоты; на этой стадии происходит
образование АТФ и молекулы воды,
3) поворот на 120° и освобождение из активного центра молекулы АТФ.
Затем следует поворот на 120° АТФ синтазы и в освободившийся каталитический центр
поступают новые молекулы АДФ и Pi (неорганического фосфата)