Лекции по Биохимии

ЛЕКЦИЯ 1 ВНУТРИТКАНЕВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЛИПИДОВ

1.Внутриклеточный липолиз:

-триглицеридлипаза, -диглицеридлипаза,

-моноглицеридлипаза. Гормональный контроль. Влияние адреналина и инсулина на активность фермента.

2. Окисление глицерина в тканях:

-реакции вовлечения глицерина в гликолиз (образование диоксиацетонфосфата, а затем 3-фосфоглицеринового альдегидаметаболита гликолиза). -энергетический эффект окисления глицерина в аэробных условиях (22 молекулы АТФ).

3. Окисление жирных кислот:

а) Какие ткани окисляют жирные к-ты (почки, ск. мышцы, миокард и др.)

б) Доставка жирных кислот (ж.к.) к этим тканям (альбумин, FABP или Z-белок),

в) Типы окисления: α,β,ω и перекисное, -α-окисление (мозг, отщепление С1-фрагментов, АТФ не образуется),

-ω-окисление (разновидность микросомального окисления, образуются высшие спиртокислоты, а затем дикарбоновые кислоты С6 и С8),

-β-окисление главный тип катаболизма жирных кислот. г) Стадии β- окисления:

-активация, затрата молекулы АТФ, транспорт *ограниченные возможности диффузионного проникновения ж. к. через внутреннюю мембрану митохондрий,

*карнитин - витаминоподобное вещество, участвующее в транспорте жирных кислот, *карнитин-пальмитоилтрансфераза (главный регуляторный фермент),

*карнитин-ацилтранфераза - фермент, необходимый для транспорта коротких ж. к. -собственно окисление (имеет спиральный циклический характер, количество витков в спирали β -окисления n - 1, так как отсутствует последний виток, а

2

ацетоацетил-КоА идет сразу в тиолазную реакцию).

в) Особенности окисления ненасыщенных жирных кислот.

г) Связь с дыхательной цепью (образование НАДН2 и ФАДН2).

д) Энергетика окисления. Подсчет выхода энергии при окислении молекулы жирной кислоты:

[5(n -1)+ 12 х n ] -1

1

2 2

е) Регуляция:

карнитин-пальмитоил трансфераза (активация при голодании и торможение при избытке углеводов и высокой концентрации малонил-КоА).

ЛEКЦИЯ 2

СИНТЕЗ И ОКИСЛЕНИЕ КЕТОНОВЫХ ТЕЛ В ТКАНЯХ ОРГАНИЗМА

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМИНА «КЕТОНОВЫЕ ТЕЛА». ГДЕ И КАК ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ СИНТЕЗ КЕТОНОВЫХ ТЕЛ.

а) В печени существует самостоятельный путь метаболизма жирных кислот, приводящий к образованию трех веществ, два из которых содержат кето-группу, а одно – гидрокси-группу.

б) Сущность - образование свободной ацетоуксусной, бета-оксимасляной кислот и ацетона.

в) Кетогенез - нормальный метаболический процесс, происходящий в митохондриях печени и производящий альтернативные глюкозе субстраты окисления.

г) Последовательность реакций кетогенеза: -тиолаза (ацетилКоА-ацетилтрансфераза), -ОМГ - синтаза, -ОМГ- лиаза, -бета- оксибутират ДГ,

-ацетоацетатдекарбоксилаза.

д) Физиологическая роль кетоновых тел.

2.ОКИСЛЕНИЕ КЕТОНОВЫХ ТЕЛ В ТКАНЯХ ОРГАНИЗМА (МИОКАРД, ПОЧКА, СКЕЛЕТНЫЕ МЫШЦЫ).

а) Два пути активации ацетоацетата: -ацил-КоА-синтетазный,

-КоА-трансферазный (с участием сукцинил-КоА в качестве донора КоА-остатка). б) Энергетика окисления кетоновых тел.

6. ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВАЦИЯ КЕТОГЕНЕЗА (КЕТОЗ, КЕТОНЕМИЯ, КЕТОНУРИЯ).

а) В норме суммарная конц-ия кетоновых тел - 0,2-0,6 мМ/л, б) Основные причины кетоза:

2

-сахарный диабет, -голодание, -несбалансированное питание, -токсикозы беременности,

-желудочно-кишечные расстройства у детей, -почечная глюкозурия.

в) Механизм развития кетоза (нарушение принципа - жиры сгорают в пламени углеводов).

г) Опасность кетоза: -кетоацидоз, -мембранотропный эффект.

ЛЕКЦИЯ 3 АНАБОЛИЗМ ЛИПИДОВ

СИНТЕЗ ЖИРНЫХ КИСЛОТ.

1. Синтез жирных кислот как необходимый этап синтеза нейтрального жира и фосфолипидов.

Какие ж.к. синтезируются: -насыщенные и мононенасыщенные, -с четным числом С-атомов.

2. Локализация.

-цитоплазма (пальмитат-синтаза), -митохондрии (удлинение до С24),

-эндоплазматическая сеть (десатурация, т.е. образование мононенасыщенных жирных кислот).

3. Что необходимо для синтеза:

-источник углеродного скелета: ацетил-КоА (цитрат - транспортная форма ацетил КоА. Роль АТФ-цитрат-лиазы)

-АТФ, -СО2 и АТФ - для синтеза малонил КоА,

-ацетил КоА-карбоксилаза – один из лимитирующих ферментов синтеза. Активируется цитратом и инсулином, ингибируется длинноцепочечными ацилКоА и глюкагоном.

-НАДФН2 (пентозный цикл),

3

- основной фермент синтеза - пальмитоил-синтаза (пальмитат-синтаза). Олигомерная и доменная организация:

а) димер из 2 идентичных субъединиц, расположенных по типу "голова к хвосту", б) каждая субъединица включает 7 каталитических доменов, каждый из которых катализирует определенную стадию синтеза, в) 2 типа сульфгидрильных групп в каждой субъединице:

-SH группа цистеина (3-кетоацил-синтаза), -SH-группа 4-фосфопантетеина (АПБ),

г) комплекс активен только в форме димера.

4. Последовательность реакций синтеза:

S-CO-CH2-CHOH-CH3

4

4) дегидратазная реакция:

SH

→ E

S-CO-CH=CH-CH3

5) Еноилредуктазная реакция:

S-CO-CH2-CH2-CH3

→ и т.д. до С16 6) Реакция, катализируемая ацилпереносящим доменом.

7)Тиоэстеразная реакция.

5. Удлинение радикала (2 различные энзимные системы митохондрий и ЭПС). Элонгазы.

Мембраны ЭПС являются, по-видимому, основным местом элонгации

ж.к.(микросомальная элонгаза использует малонил-КоА в качестве донора углеродных атомов, а НАДФН2- в качестве восстановителя).

6. Десатурация - микросомальный процесс (оксигеназа эндопл. сети, связь

9=10-ен). Микросомальная десатураза включает в себя цитохром b5, образующий ОН-группу, и дегидратазу, отщепляющую Н2О в положениях 9-10. Результат - образование мононенасыщенных жирных кислот (пальмитоолеиновой и олеиновой).

СИНТЕЗ ЛИПИДОВ

1. Синтез нейтрального жира.

а) Субстраты синтеза:

-активированные жирные кислоты (ацилкоэнзимы А), -активированный глицерин (глицерол-3-фосфат), моноглицериды или диоксиацетонфосфат (3 пути синтеза нейтрального жира).

б) Фосфатидная кислота как узловой метаболит для синтеза нейтральных жиров и фосфолипидов.

5

в) Уравнения реакций синтеза нейтрального жира на основе фосфатидной кислоты.

2. Синтез фосфолипидов.

а) Где осуществляется синтез?

б) Условия, необходимые для синтеза: -фосфатидная кислота,

-азотистые или безазазотистые основания (серин, треонин, этаноламин, холин, инозитол, глицерол), -Источники энергии: АТФ и ЦТФ.

в) Схема использования фосфатидной кислоты для синтеза различных фосфолипидов (смотри раздел «Коллоквиумы»).

г) Синтез фосфатидилэтаноламина и фосфатидилхолина (2 пути синтеза последнего).

д) Синтез фосфатидилсерина.

е) Синтез фосфатидилинозитола и дифосфатидилглицерола.

ж) Липотропные вещества и жировое перерожение печени: холин, метионин, серин, витамины В3,В6, В12, В15).

з) Антилипотропные вещества (ССL4, хлороформ, фосфор, мышьяк, свинец, этионин, оротовая кислота, никотинамид и др. вещества, обезвреживающиеся в печени путем метильной конъюгации).

3.Синтез холестерина.

а) Пищевое поступление холестерина - 300-500 мг/сутки, б) Синтезируется - 700-1000 мг/сутки.

в) Где происходит синтез ХС?

(80% -в печени). Ферменты связаны с ЭПР или находятся в цитозоле.

г) Исходный субстрат синтеза - ацетил-КоА. Начальные реакции такие же, как и при синтезе кетоновых тел, но эти процессы пространственно разобщены.

д) Уравнения реакций синтеза (до мевалоновой кислоты). е) Дальнейший синтез (схема):

мевалоновая к-та...→ сквален...→ ланостерин→ холестерин.

ж) ГМГ-КоА-редуктаза - регуляторный фермент синтеза ХС: ингибирование пищевым ХС, инсулином и тироксином, активация глюкагоном и кортизолом. з) Синтез на основе холестерина:

-желчных кислот, -стероидных гормонов (глюко- и минералокортикоидов, андрогенов, эстрогенов,

прогестинов), -витамина D3.

и) Выведение холестерина:

через кишечник (желчь) - 0,6 г/ cутки.

6

б) гормональная регуляция (см. таблицу регуляции липидного обмена):

-адреналин, норадреналин, глюкагон, -кортикостероиды, -глюкагон, -вазопрессин, -АКТГ, -α и β-липотропины,

-инсулин: стимуляция липогенеза через ацетил-КоА-карбоксилазу, пальмитатсинтазу, глюкозо-6фосфатДГ и малик-энзим (образование НАДФН2)

-тиреоидные гормоны, -женские и мужские половые гормоны (женские - тормозят синтез ХС)

5. Показатели липидного обмена:

общие липиды, ХС, спектрЛП, коэффициент атерогенности: ХС-ХСлпвп/ХСлпвп (в N≤3).

6. Нарушения липидного обмена:

а) врожденные: -абеталипопротеинемии, -гиполипидемия (синдром Хуфта),

-плазматические липидозы (гиперлипопротеинемии) - как минимум 5 типов, -тканевые липидозы (болезни накопления):

8

*болезнь Ниманна-Пика (сфинголипидоз), *амавротическая идиотия (ганглиозидозы типа болезни Тея-Сакса, Нормана-Вуда и др), *глюкоцереброзидный липидоз (болезнь Гоше)

*муколипидозы (как минимум 4 типа), *ксантоматоз семейный (болезнь Вольмана), *дефект ЛХАТ (болезнь Норума), *ожирение конституциональное, *синдром ожирения-гиповентиляции и т.д.

б) приобретенные: -ожирение алиментарное, -алиментарная дистрофия,

-нарушения липидного обмена при эндокринных заболеваниях (синдром ИценкоКушинга, сахарный диабет, тиреотоксикоз), -атеросклероз.

ЛЕКЦИЯ 4 МЕМБРАНЫ, СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИЯ. ВИДЫ ТРАНСПОРТА ЧЕРЕЗ

МЕМБРАНЫ. МЕТАБОЛИЗМ МЕМБРАН. ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ.

1. Особые состояния липидов в водной фазе (коллоидные мицеллы, эмульсии, липосомы, двумерные мембраны, биол. мембраны).

2. Самопроизвольный характер образования мембран при морфогензе (легко доказывается на примере липосом).

3. Разнообразие мембран (плазматическая, мембраны органелл, миелиновые оболочки).

4. Мембраны как организованные в пространстве липопротеидные структуры:

а) Химический состав мембран, соотношение белкового и липидного компонента в разных типах мембран ( 50% белка и 50% липидов; исключения: в митохондриях -75% белка, в миелине -80% липидов), б) Липиды мембран (глицеро- и сфингофосфолипиды, холестерин, гликолипиды, но не нейтральный жир).

в) Функции липидов: *структурная, *изолирующая,

9

*регуляторная (для ферментов).

г) Белки мембран - носители функций мембран.

д) Типы белков (ассоциированные, полупограничные, интегральные).

е) Типы связей между белками и липидами (гидрофобные, электростатические).

5. Современные представления о молекулярной организации биомембран (жидкомозаичная модель).

а) Асимметричность строения.

б) Неравномерное распределение белков в бислое (кластеры). в) Анулярный слой липидов.

г) Динамический характер мембран: *Изменение липидного состава.

*Фазовые переходы в липидном бислое (температурные, изотермические). *Диффузия (специфические виды): латеральная, флип-флоп, вращательная.

6. Функции мембран:

-барьерная (компартментализация), -каталитическая, -рецепторная, -транспортная.

7. Виды транспорта:

а) Пассивный транспорт: -простая, -облегченная,

-каналогенная диффузия. б) Активный транспорт:

-первичный (пример - Na+/K+-АТФ-аза). Рисунок на доске. -вторичный (симпорт и антипорт).

в) цитоз: -эндо- -экзо-

МЕТАБОЛИЗМ МЕМБРАН.

1.Особенности:

-высокая скорость обмена компонентов (низкая величина τ1/2), -распад белков мембран (вначале атакуются молекулы белков, обращенные в сторону водной фазы), -синтез белков (рибосомальный или митохондриальный процесс),

-обновление липидов (прямой и обратный транспорт ХС),

10