Краткий курс лекций по биохимии 260800

ЦИКЛ ПРЕВРАЩЕНИЯ АЗОТА В БИОСФЕРЕ.

Животные Аминокислоты

Таким образом метаболизм - это сумма всех химических превращений, которые встречаются в клетке или в организме. В этом цикле превращений соединения предшественники преобразуются в продукты реакций через ряд промежуточных веществ, называемых метаболитами. В процессе катаболизма молекулы органических продуктов питания (углеводы, жиры, белки) преобразуются в простые конечные продукты (молочная кислота, СО2, NН3). Катаболизм сопровождается выделением энергии, которая аккумулируется в АТФ и восстановленных носителях электронов, это - никотинамидадениндинуклеотид (НАДН) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФН). В процессе анаболизма, называемом также биосинтезом, малые молекулы предшественников выстраиваются в большие сложные молекулы, такие как липиды, полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты. Анаболические реакции требуют затрат энергии, которая высвобождается при гидролизе АТФ и окислении НАДН и НАДФН.

Энергетическая взаимосвязь катаболизма и анаболизма

Существует три типа обмена веществ:

а. сходящийся катаболический, б. расходящийся анаболический, в. циклический.

41

ГЛИКОЛИЗ

D-Глюкоза является наиболее распространенным источником химической энергии, поэтому она занимает центральное положение в метаболизме. Она относительно богата потенциальной энергией, при ее окислении до углекислого газа выделяется значительное количество энергии.

Ворганизме глюкоза хранится в форме полисахарида, который быстро превращается в глюкозу, в случае потребности организма в энергии.

Ввысших растениях и животных глюкоза выполняет три назначения: она может быть запасенным источником химической энергии, она может окисляться до трехуглеродных соединений (пуриват) в процессе гликолиза, или окисляться до пентоз.

4СО2 + 4Н2О

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Роль гликоген фосфорилазы.

2.Клинические симптомы дефицита ферментов в процессе гликолиза.

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите основное вещество с которого начинается процесс гликолиза: а) углеводы; б) жиры; в) белки;

г) витамины.

МЕТАБОЛИЗМ ЛИПИДОВ

Липиды - большая группа веществ с разной химической структурой, но общим свойством - они не растворимы в воде, а растворимы в различных

42

органических растворителях. Пути превращения различных липидов (жиры, фосфолипиды, гликолипиды), их распад и синтез не являются одинаковыми.

Гидролитическое расщепление жиров (как наиболее распространенного веществ в классе липидов) катализируется ферментами липазами. В ротовой полости переваривания жиров не происходит, т.к. в слюне липазы отсутствуют. В желудочном соке содержится липаза в незначительном количестве, которая катализирует распад жиров, находящихся в эмульгированном состоянии (молоко). В основном переваривание жиров происходит в тонких кишках. В двенадцатиперстную кишку поступает сок поджелудочной железы и желчь. В соке поджелудочной железы содержится липаза, в желчи - желчные кислоты, соли которых являются эмульгаторами жиров, благодаря им образуется тонкая устойчивая эмульсия жиров с диаметром частиц 0,5 мкм и меньше. В тонких кишках после переваривания пищи, богатой жирами, можно обнаружить жирные кислоты, их соли и смесь моно-, ди- и триацилглицеролов в виде тонкой эмульсии. Глицерин, хорошо растворимый в воде, всасывается стенками кишок. Всасывание жирных кислот идет в форме комплексов с желчными кислотами. Некоторое количество жира в виде капелек диаметром менее 0,5 мкм может всосаться стенкой кишок в форме эмульсии моноглицеридов

(хиломикроны).

Распад жиров в организме происходит с образованием конечных продуктов СО2 и Н2О. Распад жиров начинается с их гидролиза под действием липаз до глицерина и жирных кислот, пути распада последних различны. Превращение глицерина (подобно превращению углеводов) начинается с его фосфорилирования под действием фермента фосфоферазы, катализирующей перенос фосфатного остатка от молекулы АТФ на молекулу глицерина.

Глицерофосфорная кислота затем подвергается окислению с образованием фосфоглицероальдегида.

Далее возможны два пути: а. синтез гликогена, б. Последующий распад до молочной кислоты и ее аэробное окисление с образованием СО2 и Н2О.

β-Окисление насыщенных жирных кислот

Митохондриальное окисление жирных кислот до конечных продуктов проходит в три стадии. На первой стадии происходит β-окисление жирных кислот, при котором удаляется фрагмент цепи с двумя углеродными атомами с карбонильного конца жирнокислотной цепи в форме ацетил-СоА. Для примера пальмитиновая кислота с 16 атомами углерода в цепи проходит через 7

43

последовательных реакций окисления с потерей каждый раз двух атомов углерода в форме ацетил-СоА.

CH3

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2 β - окисление

CH2

CH2

Жирная кислота до процесса β-окисления активируется.

βα

44

СоА.

Метаболизм полиненасыщенных жирных кислот

Окисление полиненасыщенных жирных кислот требует дополнительно следующих ферментов: еноил-СоА изомеразы и НАДФН-зависимой 2,4-диеноил-СоА редуктазы.

изомераза

γα

S CoA

S CoA

2,4-диенол-СоА O редуктаза O

S CoA

5 молекул ацетил-СоА

Таким образом при метаболизме линолевой кислоты образуется 9 молекул ацетил-СоА.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Энергия триацилглицеролов.

2.Реакции превращения липидов, катализируемые ферментами.

3.Продукты метаболизма липидов.

45

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

1. Перечислите основные продукты распада жиров?

а) СО2 и Н2О; б) С6Н12О6; в) Н2О; г) АТФ.

ОБМЕН БЕЛКОВ

Переваривание белков, их ферментативный гидролиз с образованием полипептидов, а затем аминокислот происходит в желудке и в тонких кишках, т.к. в слюне отсутствуют ферменты протеазы. Белки пищи подвергаются в желудке воздействию желудочного сока - соляной кислоты и фермента пепсина, а в кишечнике - воздействию ферментов трипсина и химотрипсина.

Синтез белков АМИНОКИСЛОТЫОбразование гормонов

Образование конечных продуктов азотистого обмена

Аминокислоты в организме претерпевают разнообразные ферментативные превращения, в результате которых неиспользованная для синтеза белков и других азотсодержащих веществ часть аминокислот подвергается глубокому распаду с образованием конечных продуктов: NH3, СО2 и H2O и освобождением энергии.

После приема с пищей белков, а также введения в организм аминокислот (в частности при парентеральном питании), весь входящий в их состав азот выделяется в виде мочевины. Под действием оксидаз идет реакция дезаминирования аминокислот.

α-кетокислота

Превращение всех аминокислот объединяет важная реакция переаминирования.

46

Жирнокислотные компоненты липидов также участвуют в различных путях преобразования. Жирные кислоты преобразуются в липиды печени, превращаются в фосфолипиды и триацилглицеролы плазматических липопротеинов, связываются с альбумином и переносятся по кровеносному руслу к сердцу и мышцам для окисления в них в качестве источников энергии.

Таким образом печень служит центром распределения организма, обеспечивая нутриентами в конкретных пропорциях другие органы, сглаживая флуктуации в процессе метаболизма. В печени проходят процессы энзиматической детоксикации посторонних органических веществ (лекарств, пищевых добавок, консервантов). Детоксикация обычно включает цитохромзависимое гидроксилирование нерастворимых органических веществ.

Координация метаболизма в отдельных органах млекопитающих достигается гормональной и нервной системой - клетки эндокринных желез секретируют гормоны, нейроны секретируют нейротрансмиттеры. В обоих случаях вестник от одной клетки проникает к другой, где связывается с молекулой рецептора и запускает процесс изменения в активности второй клетки. Гормоны в отличие от нейротрансмиттеров, быстро переносятся по кровеносному руслу от одного органа к другому, при этом преодолевая большие расстояния. Механизм действия нейротрансмиттеров и гормонов во многом подобен. Отдельные химические вестники являются общими для эндокринной и нервной систем. Поэтому систему регулирования метаболизма часто называют нейроэндокринной.

Концепция гормонов, как внутренних сигнальных веществ организма, появилась в 1855 году. Термин "гормон" введен в 1905 году в известной лекции Старлинга "Химическая корреляция функций тела". Известно, что гормоны контролируют не только различные аспекты метаболизма, но и многие другие функции: рост клеток и тканей, скорость сокращения сердечной мышцы,

49

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Регулирование уровня гормонов в крови.

2.Функции водорастворимых и жирорастворимых гормонов.

3.Метаболизм глутамата в мозге человека.

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какое количество РНК содержится в клетках.

а) 3; б) 2; в) 1.

ВВЕДЕНИЕ В МОЛЕКУЛЯРНУЮ ГЕНЕТИКУ

Молекулы ДНК в хромосомах представляют самые гигантские макромолекулярные образования в клетках. В клетках встречаются также более мелкие молекулы ДНК в форме вирусных ДНК, плазмид, ДНК митохондрий (у эукариот) и ДНК хлоропласт. Многие ДНК, особенно те, которые встречаются в бактериях, митохондриях и хлоропластах, являются циркулярными (круговыми). Вирусные и хромосомальные ДНК имеют одну главную особенность: они много длиннее собственно вирусных частиц или клеток, в которых они упакованы. Общее содержание молекул ДНК в клетке эукариот существенно больше, чем в бактериальной клетке.

Гены - это сегменты хромосомы, которые содержат информацию о функциональном полипептиде (белке) или РНК. В дополнение к этим структурным генам, хромосомы содержат ряд регуляторных последовательностей, включающихся в репликацию, транскрипцию и иные процессы молекулярной генетики. Большинство клеточных ДНК имеют суперспиральную форму, многократно скрученную цепь. В хроматине клеток эукариот фундаментальной единицей организации является нуклеосома, включающая в себя ДНК и белковую частицу, которая содержит 8 гистонов:

50