55. Особенности углеводного обмена у жвачных животных. Пути синтеза глюкозы у жвачных животных.

У жвачных животных углеводный обмен имеет ряд особенностей. Углеводы у них всасываются из преджелудка преимущественно в виде летучих жирных кислот - уксусной, масляной и пропионовой. Уксусная кислота является предшественником молочного жира, используется организмом в качестве источника энергии и частично для синтеза глюкозы. Пропионовая кислота является основным источником глюкозы в организме жвачных. Использование масляной кислоты в обмене как источника энергии идет через стадию образования кетоновых тел. В норме в крови содержится 4- 6 мг%, в молоке -4-8, в моче - 9-10 мг% кетоновых тел. При заболевании коров кетозом уровень кетоновых тел повышается в крови до 19-50 мг%, в молоке - до 40, в моче - до 200- 300 мг%.

56. Роль летучих жирных кислот в метаболизме жвачных животных

Животные используют углеводы не только как источник энергии, но и в пластических целях для образования целого ряда структурных соединений: заменимых аминокислот, жирных кислот, гликопротеидов, гликолипидов, нуклеотидов и других. Углеводы составляют главную массу растительных кормов, которыми питаются травоядные животные. В сочных кормах углеводов содержится до 40%, в грубых - до 85%, в концентрированных - до 75%. Все углеводы, потребленные жвачными с кормом, в значительной части расщепляются или деструктируются в преджелудках микроорганизмами. Установлено, что в рубце подвергается разложению 60-65% клетчатки, 8095% легкопереваримых углеводов - крахмала и растворимых Сахаров

57. Строение клеточных мембран и их функции

Все живые клетки отделены от окружающей среды поверхностью называемой клеточной мембраной. Кроме того, для эукариотов характерно образование внутри клеток нескольких компартментов. Они представлены рядом субклеточных органелл, ограниченных мембранами, например, ядро и митохондрии. Мембраны представляют собой не только статически организованные поверхности раздела, но и включают активные биохимические системы, отвечающие за такие процессы, как избирательный транспорт веществ внутрь и наружу клетки, связывание гормонов и других регуляторных молекул, протекание ферментативных реакций, передача импульсов нервной системы и т.д. Существуют различные типы мембран, отличающиеся по выполняемым функциям.

Функции мембран: 1) граница 2) контроль транспорта метаболитов 3) рецепция сигналов и их передача 4) ферментные реакции 5) контакт с другими клетками

Химический состав: Мембраны состоят из липидных и белковых молекул, относительное количество которых варьирует у разных мембран. Углеводы содержатся в форме гликопротеинов, гликолипидов и составляют 0,5-10% вещества мембраны.

Липиды мембран:

Основная часть липидов в мембранах представлена фосфолипидами, гликолипидами и холестерином. Липиды мембран имеют в структуре две различные части: неполярный гидрофобный «хвост» и полярную гидрофильную «голову». Такую двойственную природу соединений называют амфифильной. Липиды мембран образуют двухслойную структуру. Каждый слой состоит из сложных липидов, расположенных таким образом, что неполярные гидрофобные «хвосты» молекул находятся в тесном контакте друг с другом. Так же контактируют гидрофильные части молекул. Все взаимодействия имеют нековалентный характер. Два монослоя ориентируются «хвост к хвосту» так, что образующаяся структура двойного слоя имеет внутреннюю неполярную часть и две полярные поверхности. Белки мембран включены в липидный двойной слой двумя способами: 1) связаны с гидрофильной поверхностью липидного бислоя - поверхностные мембранные белки 2) погружены в гидрофобную область бислоя - интегральные мембранные белки.

Транспорт веществ через мембраны: 1) Пассивный транспорт. 2) Простая диффузия 3) Облегченная диффузия. 4) Активный транспорт

58. Механизм транспорта липидов

Для преобразования энергии, заключенной в жирных кислотах в энергию существует метаболический путь окисления до CO2 и воды тесно связан и циклом Кребса. Этот путь называется бета-окислением, т.к. происходит окисление 3-го углеродного атома жирной кислоты. Эти реакции проходят в митохондриях большинства клеток организма (за исключением нервных). Для окисления используются кислоты, которые поступают в цитозоль из крови или появляющиеся при липолизе.

1 этап: Прежде чем проникнуть в матрикс митохондрий и окислиться, жирная кислота должна активизироваться в цитозоле. Это происходит благодаря присоединению к ней коэнзима с образованием ацил-S-КоА, что является высокоэнергетическим соединением. Необратимость реакции происходит, когда образуется две молекулы фосфорой кислоты.

2 этап: Ацил- S- КоА не способен проходить через митохондриальную мембрану, поэтому перенос производится благодаря сцеплению с карнитином. После сцепления жирная кислота переносится транслоказой. Затем, на внутренней стороне мембраны ацил-S-КоА возвращается в исходную форму и начинается, собственно, бета – окисление.

3 этап: Процесс состоит из 4-х реакций, повторяющихся циклически. В них последовательно происходит 1) окисление (ацил-SКоА – дегидрогиназа), 2) гидратирование (еноил – SкоА- гидратаза), и вновь 3) окисление з-го атома углерода. В 4) реакции, трансферазной, от жирной кислоты ощепляется ацетил – SкоА.

59. β-Окисление жирных кислот

β-Окисление - специфический путь катаболизма жирных кислот, при котором от карбоксильного конца жирной кислоты последовательно отделяется по 2 атома углерода в виде ацетил-КоА. Метаболический путь - β-окисление - назван так потому, что реакции окисления жирной кислоты происходят у β-углеродного атома. Реакции β-окисления и последующего окисления ацетил-КоА в ЦТК служат одним из основных источников энергии для синтеза АТФ по механизму окислительного фосфорилирования. β-Окисление жирных кислот происходит только в аэробных условиях.

Активация жирных кислот

Перед тем, как вступить в различные реакции, жирные кислоты должны быть активированы, т.е. связаны макроэргической связью с коферментом А:

RCOOH + HSKoA + АТФ → RCO ~ КоА + АМФ + PPi.

Реакцию катализирует фермент ацил-КоА син-тетаза. Выделившийся в ходе реакции пирофосфат гидролизуется ферментом пирофосфатазой: Н₄Р₂О₇ + Н₂О → 2 Н₃РО₄.

Выделение энергии при гидролизе макроэргической связи пирофосфата смещает равновесие реакции вправо и обеспечивает полноту протекания реакции активации.

Ацил-КоА синтетазы находятся как в цитозоле, так и в матриксе митохондрий. Эти ферменты отличаются по специфичности к жирным кислотам с различной длиной углеводородной цепи. Жирные кислоты с короткой и средней длиной цепи (от 4 до 12 атомов углерода) могут проникать в матрикс митохондрий путём диффузии. Активация этих жирных кислот происходит в матриксе митохондрий. Жирные кислоты с длинной цепью, которые преобладают в организме человека (от 12 до 20 атомов углерода), активируются ацил-КоА синтетазами, расположенными на внешней мембране митохондрий.

β-Окисление жирных кислот - специфический путь катаболизма жирных кислот, протекающий в матриксе митохондрий только в аэробных условиях и заканчивающийся образованием ацетил-КоА. Водород из реакций β-окисления поступает в ЦПЭ, а ацетил-КоА окисляется в цитратном цикле, также поставляющем водород для ЦПЭ. Поэтому β-окисление жирных кислот - важнейший метаболический путь, обеспечивающий синтез АТФ в дыхательной цепи.

β-Окисление начинается с дегидрирования ацил-КоА FAD-зависимой ацил-КоА дегидрогеназой с образованием двойной связи между α- и β-атомами углерода в продукте реакции - еноил-КоА. Восстановленный в этой реакции кофермент FADH₂ передаёт атомы водорода в ЦПЭ на кофермент Q. В результате синтезируются 2 молекулы АТФ (рис. 8-27). В следующей реакции р-окисления по месту двойной связи присоединяется молекула воды таким образом, что ОН-группа находится у β-углеродного атома ацила, образуя β-гидроксиацил-КоА. Затем β-гидроксиацил-КоА окисляется NАD⁺-зависимой дегидрогеназой. Восстановленный NADH, окисляясь в ЦПЭ, обеспечивает энергией синтез 3 молекул АТФ. Образовавшийся β-кетоацил-КоА подвергается тиолитическому расщеплению ферментом тиолазой, так как по месту разрыва связи С-С через атом серы присоединяется молекула кофермента А. В результате этой последовательности из 4 реакций от ацил-КоА отделяется двухуглеродный остаток - ацетил-КоА. Жирная кислота, укороченная на 2 атома углерода, опять проходит реакции дегидрирования, гидратации, дегидрирования, отщепления ацетил-КоА. Эту последовательность реакций обычно называют "циклом β-окисления", имея в виду, что одни и те же реакции повторяются с радикалом жирной кислоты до тех пор, пока вся кислота не превратится в ацетильные остатки.

Продуктами каждого цикла β-окисления являются FADH₂, NADH и ацетил-КоА. Хотя реакции в каждом "цикле" одни и те же, остаток кислоты, который входит в каждый последующий цикл, короче на 2 углеродных атома. В последнем цикле окисляется жирная кислота из 4 атомов углерода, поэтому образуются 2 молекулы ацетил-КоА, а не 1, как в предыдущих.

60. Механизм синтеза жирных кислот

Условно можно выделить 4 этапа биосинтеза:

1. Образование ацетил – SкоА из глюкозы, других моносахаридов или кетогенных аминокислот

2. Перенос ацетил-SКоА из митохондрий в цитозоль: в составе лимонной кислоты или в связке с карнитином

3. Образование малонил –SкоА из ацетил-SКоА. Катализируется ацетил – SкоА – карбоксилазой.

4. Синтез пальминовой кислоты. Осуществляется мультиферментным комплексом «синтеза жирых кислот» в состав которого входит 6 ферментов и ацитил – переносящий белок.

61. Холестерол - стероид, характерный только для животных организмов. Он синтезируется во многих тканях человека, но основное место синтеза - печень.

Биологическая роль холестерола: 1. Входит в состав всех мембран клеток, увеличивает их электроизоляционные свойства, придаёт им жёсткость и плотность. 2. В мембране защищает полиненасыщенные жирные кислоты от окисления. 3. Из холестерола синтезируются желчные кислоты, стероидные гормоны и витамин D3. 4. Холестерол является компонентом желчи. Предшественники в метаболическом пути синтеза холестерола превращаются также в убихинон - компонент дыхательной цепи и долихол, участвующий в синтезе гликопротеинов.

Нарушения обмена холестерола приводят к одному из наиболее распространённых заболеваний - атеросклерозу. Смертность от последствий атеросклероза (инфаркт миокарда, инсульт) лидирует в общей структуре смертности населения. Накопление холестерола в организме приводит к развитию и другого распространённого заболевания - желчнокаменной болезни.

Производные:

Желчные кислоты

Холестерин, который находится в организме человека, подвержен окислению. Так он преобразуется во всевозможные стероидные соединения. Примерно 70% имеющегося в организме свободного холестерина уходит на это процесс. Желчные кислоты синтезируются в печени, а затем хранятся и концентрируются в желчном пузыре. При необходимости они направляются в тонкий кишечник. Самой значимой в организме является холевая кислота. Еще есть дезоксихолевая, хенодезоксихолевая и литохолевая. Некоторые из них присутствуют в желчи в виде солей. Эти производные холестерина являются основными компонентами желчи. В них растворяются диетические липиды. Кроме того и сами они являются конечными продуктами распада этого вещества.

Стероидные гормоны

Производными холестерина являются 5 основных классов стероидных гормонов: прогестины, глюкокортикоиды, минералокортикоиды, андрогены и эстрогены. Эти гормоны являются мощными веществами, регулирующими основные функции в организме. Прогестерон и прогестаген подготавливает матку к имплантации яйцеклетки. Для нормального протекания беременности необходим прогестерон. Андрогены определяют вторичные мужские половые признаки, а эстрогены – женские. Глюкокортикоиды участвуют в образовании гликогена, подавляют воспалительные реакции. Минералокортикоиды воздействуют на почки, что приводит к увеличению потока крови и артериального давления. На выработку всех этих гормонов уходит около 4% общего количества ЛПВП.

Витамин D

Холестерин является предшественником витамина D, который играет важную роль в контроле метаболизма кальция и фосфора. Это еще одна его  производная. Витамин D превращается в кальцитриол. Затем он связывается с рецепторами и регулирует производство генов. При дефиците данного витамина в детском возрасте развивается рахит.