Вопрос 20.Понятие о свободных радикалах.Активные формы кислорода (пероксид,супероксид),строение,пути образования.

супероксид,далее пероксид,далее гидроксильный радикал..

Супероксид,пероксид,гидроксильный радикал-активные окислители.

-активные формы кислорода могут отщеплять электрон от многих соединений,превращая их в новые свободные радикалы(цепные окислительные р-ии)

Образование:при переносе электрона в ЦПЭ при фукционировании QH2-дегидрогеназного комплекса(неферментативный перенос электрона с QH2 на кислород)

Строение:О2 содержит 20 неспаренных електронов с параллельными спинами(не могут образовывать термодинамически стабильную пару и располагается на разных орбиталях)

IV. ОБРАЗОВАНИЕ ТОКСИЧНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА В ЦПЭ

Большая часть активных форм кислорода образуется при переносе электронов в ЦПЭ, прежде всего, при функционировании (}Н₂-дегидроге-назного комплекса. Это происходит в результате неферментативного переноса («утечки») электронов с QH₂ на кислород (рис. 6-31).

В отличие от рассмотренного механизма на этапе переноса электронов при участии цитохромоксидазы (комплекс IV) «утечка» электронов не происходит благодаря наличию в ферменте специальных активных центров, содержащих Fe и Си и восстанавливающих 0₂ без освобождения промежуточных свободных радикалов.

В фагоцитирующих лейкоцитах (гранулоцитах, макрофагах и эозинофилах) в процессе

фагоцитоза усиливаются поглощение .Ативные формы кислорода образуются в результате активации NADPH-оксидазы, преимуществен кализованной на наружной стороне плазматической мембраны.

Защита организма от токсического дейсшиц ктивных форм кислорода связана с наличием во всех клетках высокоспецифичных ферментов: супероксиддисмутазы, каталазы, глутатиом. пероксидазы, а также с действием антиоксилим-тов (см. раздел 8).

21,22.Свободно-радикальное окисление (одноэлектронное окисление)

• В результате одноэлектронного окисления образуются свободные радикалы

• Свободными радикалами называются атомы (молекулы), имеющие на внешней оболочке неспаренные электроны, что обуславливает их внутреннюю неустойчивость и постоянное стремление ликвидировать электронную неспаренность за счет взаимодействия с электронами других веществ.

Источники свободных радикалов:

• Непосредственное выбивание у молекулы одного электрона из пары (ультрафиолет, рентгеновское облучение)

• Взаимодействие кислорода с металлами переменной валентности

• Ферментативная генерация: НАДФН-оксидаза, NO-синтаза

Основные представители:

• O₂^•– супероксидный радикал

• OH^• гидроксильный радикал

• -С ^• карбонильный радикал

• NO^• оксид азота

Образование супероксидного радикала

Основные химические реакции, генерирующие свободные радикалы:

• O₂ + e = O₂^•–

• O₂ + Fe²⁺ = O₂^•–+ Fe³⁺

• O₂^•–+ e = O₂^2–

• O₂^2– + 2H⁺ = H₂O₂

• O₂^•– + H₂O₂ = O₂ + OH^– + OH^•

• H₂O₂ + Fe²⁺ = Fe³⁺ + OH^– + OH^•

• O₂^•– + Fe³⁺ = Fe²⁺ + O₂

• Мишенью свободных радикалов являются ковалентные связи -С – Н в органических соединениях (жирах, белках, углеводов, а самое главное в нуклеиновых кислотах)

Общая схема повреждения полимеров

Антиоксидантная система

• Каждая клетка организма обладает антиоксидантной защитой

• Основным фактором, ограничивающим разрушающее влияние свободных радикалов в организме человека, являются антиоксидантные системы

• Антиоксидант – любое вещество, которое, присутствуя в низких концентрациях по сравнению с окисляемым субстратом, существенно задерживает или ингибирует его одноэлектронное окисление

Классификация антиоксидантов:

• Высокомолекулярные или ферментативные (супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза)

• Низкомолекулярные или неферментативные (аскорбат, токоферол, глутатион и др.)

Ферментативные антиоксиданты:

• Супероксиддисмутаза (СОД)

2 O₂^•– + 2H⁺ = H₂O₂ + O₂

• Каталаза (КАТ)

2 H₂O₂ = 2 H₂O + O₂

• Глутатионпероксидаза (ГП)

ГП-2GSH + H₂O₂ = 2Н₂О + ГП-GSSG

ГП-2GSH + 2 OH^• = 2Н₂О + ГП-GSSG

ГП-2GSH + 2R-C ^• = 2R-CH + ГП-GSSG

Точки приложения антиоксидантных ферментов

Регуляция активности антиоксидантых ферментов:

• Субстратная индукция (O₂^•– , H₂O₂, OH^• и др.)

• Гормональная (гормон эпифиза - мелатонин)

Низкомолекулярные антиоксиданты:

• Химической особенностью этих соединений является наличие высоко полярной ковалентной связи в гидроксильной (R-О-Н) или тиоловой группе (R-S-H), в связи с чем они являются высокоэффективными донорами электронов для различных радикальных молекул.

• Токоферол

O₂^•– + Т-O-H  O₂^2– + Т-O^• + Н⁺

O₂^2– + 2H⁺ = H₂O₂

• Аскорбат

O₂^•– + А-O-H  O₂^2– + А-O^• + Н⁺

O₂^2– + 2H⁺ = H₂O₂

• Глутатион

O₂^•– + GSH  O₂^2– + G-S^• + Н⁺

O₂^2– + 2H⁺ = H₂O₂

Физиологическая роль свободных радикалов:

• Участвуют в регуляции тонуса кровеносных сосудов

• Участвуют в регуляции гемостаза

• Участвуют в регуляции митоза

• Участвуют в реализации функции лейкоцитов

• Участвуют в синтезе гормонов и нейромедиаторов

• Участвуют в детоксикации ксенобиотиков

• Участвуют в регуляции продолжительности жизни клеток и в целом организма

• У здорового человека наблюдается баланс в системе оксиданты/антиоксиданты

• При развитии патологического процесса наблюдается дисбаланс в системе оксиданты/антиоксиданты

• Для описания дисбаланса в системе оксиданты/антиоксиданты в последние годы стал применяться термин оксидативный стресс

• Физиологичкский оксидативный стресс- временный дисбаланс в системе оксиданты/антиоксиданты (например, при гипоксии, гипероксии)

• Наблюдаемый дисбаланс характеризуется повышенным уровнем оксидантов (O₂^•– , H₂O₂, OH^• и др.), но благодаря адекватному повышению активности антиоксидантных ферментов путем субстратной индукцией, дисбаланс не долговременный.

• Патологический оксидативный стресс- долговременный дисбаланс в системе оксиданты/антиоксиданты (патологический процесс)

• Наблюдаемый дисбаланс характеризуется повышенным уровнем оксидантов (O₂^•– , H₂O₂, OH^• и др.), но неадекватное повышение активности антиоксидантных ферментов несущественно влияет на выраженность дисбаланса

23.Обмен углеводов

• Углеводы – органические соединения, содержащие несколько гидроксильных групп и одну карбонильную

Биологическая роль углеводов

• Энергетическая – окисление нейтральных моносахаридов

• Пластическая – структурно-функциональные компоненты клеток и тканей

Классификация углеводов

• Моносохариды

• Дисахариды

• Полисахариды

• Нейтральные моносахариды

• рибоза, дезоксирибоза (компоненты РНК, ДНК и коферментов нуклеотидной природы)

• глюкоза (в свободном виде присутствует во фруктовых соках, в плазме крови, а также является структурным компонентом многих дисахаридов и полисахаридов)

• фруктоза (в свободном виде присутствует во фруктовых соках и в меде, а также является структурным компонентом сахарозы и многих растительных полисахаридов)

• галактоза (входит в состав молочного сахара, являясь компонентом пищевого рациона, а также является структурным компонентом многих полисахаридов)

• Кислые моносохариды

• глюкуроновая кислота

• галактуроновая кислота

• идуроновая кислота

(служат типичными структурными звеньями глюкозаминогликанов соединительной ткани)

• Щелочные моносахариды–

• ацетил-глюкозамин

• ацетил-галактозамин

(входят в состав гликопротеинов )

Дисахариды

• Мальтоза (глюкоза - глюкоза)

• Лактоза (глюкоза - галактоза)

• Сахароза (глюкоза - фруктоза)

(являются важнейшими компонентами углеводной пищи)

Полисахариды

• Гомополисахариды

• гликоген

(важнейший резервный полисахарид, содержащийся в печени и мышцах)

• крахмал

(важнейший углеводный компонент пищевого рациона)

Фрагмент молекулы крахмала

Фрагмент молекулы гликогена

• Гетерополисахариды

• Глюкозаминогликаны

• гиалуроновая кислота

• хондроитинсульфаты

• кератансульфаты

• гепарансульфаты

(в состав глюкозамногликанов входят кислые и щелочные моносахариды, большинство этерифицировано остатками серной кислоты, присутствуют в организме как в свободном виде, так и в составе протеогликанов)

• Протеогликаны

(сложные углеводы, являются межклеточным веществом соединительной ткани)

• Гликолипиды

(углеводсодержащие соединения, в которых углеводная часть связана с липидной, содержатся, главным образом, в наружном липидном слое плазматических мембран, играя роль рецепторов)

Этапы катаболизма углеводов

Человек в сутки употребляет около 400 г углеводов, в основном в виде крахмала (мука, картофель), гликогена (мясо, печень), сахарозы (сахар), лактозы (молоко), целлюлозы (растительная клетчатка).

• I этап - подготовительный этап катаболизма (переваривание и всасывание в ЖКТ)

• II этап - внутриклеточный этап катаболизма (гликолиз, синтез гликогена, пентозофосфатный, глюкуронатный и полиольный пути)

• III этап - митохондриальный этап катаболизма (ЦТК и дыхательная цепь)

24.Переваривание углеводов

• Ротовая полость, -амилаза расщепляет -1,4-гликозидные связи, образуя дисахариды и декстрины (полисахаридные фрагменты различной протяженности)

• Желудок -----

• Тонкий кишечник

• -амилаза (панкреатическая) расщепляет -1,4-гликозидные связи, образуя дисахариды

• сахаразо-изомальтазный комплекс расщепляет -1,6-гликозидные связи

• лактаза расщепляет лактозу

• В результате переваривания углеводов, образовавшиеся моносахариды всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок.

25. Механизм всасывания глюкозы

• I путь – облегченная диффузия (по градиенту концентрации глюкозы)

• II путь – вторично-активный транспорт (против градиента концентрации глюкозы)

• После всасывания глюкоза по системе воротной вены поступает в печень

• В печени часть глюкозы пополняет запасы гликогена

• Основная часть глюкозы идёт в общий кровоток для энергетических и пластических целей других клеток

• Уровень глюкозы в крови - в норме:

3,3-5,5 ммоль/л

• Повышение уровня глюкозы в крови - гипергликемия

• Понижение уровня глюкозы в крови – гипогликемия

• 26.Синтез и распад гликогена

Фрагмент молекулы гликогена

• Локализация синтеза гликогена – мышцы и печень

• Биологическая роль гликогена – энергетическая

• Мышечные клетки используют при распаде гликогена глюкозу как энергетический субстрат

• Клетки печени при распаде гликогена отдают глюкозу в кровь для клеток других органов и тканей.

Синтез гликогена

• После образования глюкозо-6-фосфата (гексокиназная реакция) происходит внутримолекулярный перенос остатка фосфорной кислоты из 6-го положения в 1-е При этом образуется глюкозо-1-фосфат

• Затем происходит дополнительная активация глюкозного фрагмента - УДФ-глюкоза

• УДФ-глюкозный остаток переносится на молекулу гликогена

• Таким образом, цепь гликогена становится на 1 глюкозный фрагмент длиннее

Регуляция синтеза гликогена

• Ключевым ферментом синтеза гликогена является гликогенсинтаза

• гликогенсинтаза активируется избытком глюкозо-6-фосфата и гормоном инсулином

• гликогенсинтаза ингибируется адреналином

Распад гликогена

Регуляция распада гликогена

• Ключевым ферментом распада гликогена является гликогенфосфорилаза

• Гликогенфосфорилаза активируется недостатком АДФ и гормоном адреналином

• Гликогенфосфорилаза ингибируется избытком АТФ и гормоном инсулином

• Схемы- учебник стр. 326, 327

• Голодание в течении 24 ч приводит практически к полному исчезновению гликогена в клетках печени, остаются только затравочные фрагменты

• При регулярном питании молекула гликогена может существовать неопределенно долго

• При отсутствии пищи молекулы гликогена уменьшаются за счет расщепления, а после очередного приема пищи размеры молекул восстанавливаются

• Аналогичные процессы происходят и в мышечной ткани, но здесь синтез и распад гликогена определяются режимом мышечной работы

Внутриклеточный обмен глюкозы

• 27.Гликолиз

Биологическая роль гликолиза

• Это главный путь распада углеводов до конечных продуктов, по этому пути распадается 70-75% глюкозы, поступающей в клетку

• Это один из основных источников получения энергии в клетке

Подготовительный этап гликолиза:

• В реакциях подготовительного этапа происходит включение фосфатных остатков (затрата энергии!!!) в гексозы, образуются глю-6-фосфат и фру-6-фосфат

• Происходит распад гексозы на две триозы (фосфоглицериновый альдегид - ФГА и фосфодиоксиацетон - ФДА)

Основной этап гликолиза:

• В реакции основного этапа вступает только ФГА

• Особенность этой стадии - выработка энергии!!!

• В дегидрогеназной реакции восстанавливается НАДН и в дальнейшем окислительным фосфорилированием синтезируются молекулы АТФ

• В фосфоглицераткиназной и пируваткиназной реакциях субстратным фосфорилированием синтезируются молекулы АТФ

Регуляция гликолиза

• Фосфофруктокиназа - ключевой фермент гликолиза

• Фосфофруктокиназу (ФФК) ингибируют избыток АТФ и цитрата

• Из-за угнетения ФФК накапливаются глюкозо-6-фосфат (Г-6-Ф), который ингибирует гексокиназу, уменьшая утилизацию глюкозы клеткой и одновременно активирует гликогенсинтетазу

• Фосфофруктокиназу активирует АДФ, и скорость гликолиза возрастает

Гликолитическая оксидоредукция:

• 28.Анаэробным гликолизом называют процесс расщепления глюкозы с образованием в качестве конечного продукта лактата

• В условиях интенсивной мышечной работы, при гипоксии (например, интенсивный бег на 200м в течении 30 с) распад углеводов временно протекает в анаэробных условиях

• Молекулы НАДН не могут отдать свой водород, так как «не работают» дыхательная цепь в митохондриях

• Тогда в цитоплазме хорошим акцептором водорода является пируват - конечный продукт 1-го этапа

• Возникает сопряжение между двумя реакциями, которое называется гликолитической оксидоредукцией

• Реакции гликолитической оксидоредукции полностью обратимы

• В состоянии покоя, наступающего после интенсивной мышечной работы, в клетку начинает поступать кислород

• Это приводит к «запуску» дыхательной цепи

• В результате чего анаэробный гликолиз тормозится автоматически и переходит на аэробный, более энергетически выгодный

• Торможение анаэробного гликолиза поступившим в клетку кислородом называется ЭФФЕКТОМ ПАСТЕРА

29.Виды гликолиза:

Пентозофосфатный путь

• По этому пути идет не более 25-30% глюкозы поступившей в клетки

• Протекает во всех клетках организма, наиболее интенсивно в печени, эритроцитах, надпочечниках, жировой ткани

• Протекает в цитоплазме, состоит из 2-х этапов:

• Окислительного

• Неокислительного.

Окислительный этап ПФП:

Биологическое значение окислительного пути ПФП:

Пентозофосфатный путь:

Биологическое значение неокислительного пути ПФП:

• Совокупность большого количества обратимых реакций

• Каждая из них - это перенос 2-х или 3-х углеродного фрагмента с одного моносахарида на другой

• Реакции неокислительного этапа катализируются ферментами трансальдолазами и транскетолазами

• В состав кофермента транскетолаз входит витамин В₁ (тиамин)

• В результате образуется глюкозо-6-фосфат, который может вступать в другие внутриклеточные пути метаболизма глюкозы

Глюкуронатный путь:

Биологическая роль глюкуронатного пути:

• Глюкуроновая кислота входит в состав гликозаминогликанов

• Глюкуроновая кислота участвует в детоксикации экзогенных и эндогенных токсических веществ

Полиольный путь глюкозы:

Физиологическая роль полиольного пути:

• При нормальном уровне глюкозы крови через полиольный путь проходит всего 3% потребляемой глюкозы

• Фруктоза является источником энергии в семенных пузырьках

• Сорбит осуществляет баланс осмолярности в клетках почек в соответствии с осмолярностью мочи

Патологическая роль полиольного пути:

• При гипергликемии через полиольный путь идет до 30% потребляемой глюкозы

• Накопление сорбита и фруктозы в хрусталике глаза индуцирует гиперосмотическое набухание и разрушение клеток (катаракта)

• При активации полиольного пути происходит истощение НАДФН, что приводит к снижению активности глутатионпероксидазы и NO-синтазы, в результате чего развивается оксидативный стресс

• Фруктоза усиливает неферментативную гликацию белков, нарушая их функцию

• Некоторые ткани, такие, как мозг и эритроциты, зависят от постоянного снабжения глюкозой

• Если получаемое с пищей количество углеводов недостаточно, необходимая концентрация глюкозы в крови может поддерживаться некоторое время за счет распада гликогена печени

• Если истощены и эти запасы, в печени запускается синтез глюкозы de novo, этот процесс называется 30.глюконеогенез.

Глюконеогенез или обратный гликолиз –это процесс образования глюкозы из веществ неуглеводной природы, протекающий в основном в печени.

Субстраты глюконеогенеза:

• Лактат

• Пируват

• Глицерин

• Аминокислоты

Первый обходной путь глюконеогенеза:

Второй обходной путь глюконеогенеза:

Третий обходной путь глюконеогенеза:

Биологическая роль глюконеогенеза:

• Поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок

31.Цикл Кори: межорганная взаимосвязь гликолиза и глюконеогенеза

Гормональная регуляция углеводного обмена:

Инсулин

• Повышает проницаемость мембран для глюкозы

• Стимулирует синтез транспортеров глюкозы в клетку (GLUT-4)

• Стимулирует синтез ферментов метаболизма углеводов

• Ингибирует триглицеридлипазу в жировой ткани

Глюкагон и адреналин

• Активирует гликогенфосфорилазу печени

• Ингибирует гликогенсинтетазу

• Активирует триглицеридлипазу в жировой ткани

Глюкокортикоиды