
- •Глава 1. Структурная организация и принципы функционирования белков Основные проявления жизни - результат функционирования белков
- •Аминокислоты - главные составные части белков
- •Свойства аминокислот - основа свойств белков
- •Спектроскопические свойства аминокислот
- •Химические реакции
- •Методы разделения аминокислот
- •Аминокислота, полипептид, белок
- •Свойства белков определяются свойствами аминокислот
- •Знание иэт важно для разделения белков методом электрофореза
- •Гель-электрофорез
- •Белки выполняют роль буферных систем
- •Белки в воде образуют растворы с особыми свойствами
- •В пространственой структуре белков выделяют четыре уровня организации
- •Исследование первичной структуры белков и пептидов
- •Искусственный синтез белков и пептидов
- •Пространственная структура белковой молекулы
- •Вторичная структура белков
- •Третичная структура белков
- •Четвертичная структура белков
- •Белки чувствительны к внешним воздействиям
- •Для определения количества белков используют разные подходы
- •Белки классифицируются разными способами
- •Простые белки построены только из аминокислот
- •Сложные белки содержат небелковые компоненты
- •Глава 2. Ферменты Клинико-лабораторное значение
- •Немного истории
- •В основе классификации ферментов - тип катализируемой реакции
- •Элементы химической логики
- •В основе химических реакций лежит образование и разрыв химических связей
- •У химической реакции есть скорость и порядок
- •На пути к пониманию механизма действия фермента
- •Ферменты – биологические катализаторы белковой природы
- •Методы выделения и очистки ферментов - это методы выделения и очистки белков.
- •Пример вычисления активности фермента:
- •Для работы некоторых ферментов необходимы дополнительные небелковые соединения
- •Белковая природа определяет многие свойства ферментов
- •Повышение температуры неоднозначно влияет на активность фермента
- •Ферменты характеризуются высокой специфичностью
- •Активность фермента зависит от концентрации субстратов.
- •Важной качественной характеристикой фермента является константа Михаэлиса
- •Уравнение Михаэлиса и Ментен графически – прямоугольная гипербола
- •Примеры использования данных кинетических исследований ферментов в медицине
- •Кинетика мультисубстратных реакций
- •Скорость реакции зависит от концентрации фермента
- •Химические реакции протекают медленно
- •Ферменты превосходят другие катализаторы своей молекулярной активностью. Почему?
- •Группы активного центра фермента используют обычные химические принципы катализа
- •Реакции, катализируемые ферментами – основной объект, на который направлено действие регуляторов процессов жизнедеятельности
- •Активность ферментов можно тормозить (ингибировать)
- •Ингибиторы бывают разные: обратимые и необратимые
- •Обратимые ингибиторы могут быть конкурентными и неконкурентными
- •Конкурентные ингибиторы не всегда структурно подобны субстрату.
- •Конкурентные ингибиторы не влияют на Vmax, они понижают Км.
- •Принципы конкурентного торможения находят применение в медицинской практике.
- •Смешанные неконкурентные ингибиторы
- •Кинетика смешанных неконкурентных ингибиторов
- •Неконкурентные ингибиторы не могут связаться со свободным ферментом.
- •Неконкурентных ингибиторы неактивны при низких концентрациях субстрата.
- •Торможение продуктом реакции- пример конкурентного торможения.
- •Субстрат может быть ингибитором фермента
- •Кинетика многих ферментов не подчиняется принципам кинетики Михаэлиса и Ментен
- •У аллостерических ферментов особые свойства
- •Две модели объясняют механизмы аллостерии.
- •В основе связывания субстрата - индуцированное взаимодействие.
- •Изменение конформации одной субъединицы индуцирует изменения структуры другой
- •Какая гипотеза является правильной?
- •Ферменты неравномерно распределены внутри клеток
- •Доступность субстрата или кофактора - важный элемент регуляции активности ферментов
- •Нарушение функции фермента вызывает болезнь.
- •Энзимопатии следствие ошибок в синтезе белков.
- •Исследование активности ферментов помогает врачу в диагностике болезней.
- •Некоторые примеры использования измерения активности ферментов в диагностике
- •Определение концентрации субстратов возможно при помощи ферментов.
- •Ферменты можно использовать как лекарственные препараты.
- •Рибозимы –исключение , подтверждающее правило.
- •Методы молекулярной инженерии позволяют конструировать новые ферменты
- •Глава 3. Витамины
- •Классификация витаминов
- •Нарушение баланса витаминов в организме
- •Потребность организма человека в витаминах.
- •Причины дисбаланса витаминов в организме.
- •Межвитаминные взаимоотношения
- •Витамин в1 (Tиамин. Антиневритный витамин)
- •Витамин в2(Рибофлавин).
- •Пантотеновая кислота (витамин в3).
- •Витамин рр (Витамин в5 , никотиновая кислота, никотинамид, ниацин). Антипеллагрический витамин.
- •Гомоцис- Серин Цистатионин α-кетобутират Цистеин
- •Фолиевая кислота (Фолацин. Витамин в9. Витамин вс).
- •Фолиевая кислота
- •Метилен-тгфк- Метилен-тгфк-
- •Биотин (витамин н).
- •Пропионил-КоА метилмалонил-КоА
- •Метилмалонил-КоА пируват пропионил-КоА оксалацетат
- •Витамин с (аскорбиновая кислота), антицинготный
- •Остаток глутаминовой кислоты Остаток γ-карбоксиглутаминовой кислоты
- •Рибосомы на мембране эндо-
- •Сигнальный пептид
- •Витаминоподобные соединения Витамин f (эссенциальные жирные кислоты)
- •Инозит(Витамин в8)
- •Карнитин
- •Липоевая кислота (витамин n)
- •Пара-Аминобензойная кислота.
- •Витамин u
- •Холин (витамин в4).
- •Ацетилхолинэстераза н2о
- •Глава 4. Введение в термодинамику Биомедицинское значение.
- •Биоэнергетика- составная часть термодинамики
- •Функции состояния системы.
- •Первый закон термодинамики утверждает энергия вселенной не исчезает
- •Второй закон термодинамики указывает на вероятность и направление процесса
- •Свободная энергия и концентрация. Стандартное состояние в биологических реакциях.
- •Изменение свободной энергии и константа равновесия.
- •Примеры вычисления констант равновесия и изменений свободной энергии
- •Сопряженные реакции лежат в основе многих химических процессов в клетке.
- •«Энергетической валютой» клетки является атф
Гомоцис- Серин Цистатионин α-кетобутират Цистеин
теин
Рис. Механизм действия коферментов пиридоксина.
8. Синтетазы 3-кетодигидросфингозида, участвующей в реакциях биосинтеза сфинголипидов (из серина и пальмитил~ КоА).
Таким образом, витамин В6 характеризуется исключительно широким спектра биологического действия. Он принимает участие в регуляции белкового, углеводного и липидного обмена, биосинтезе гема и биогенных аминов, гормонов щитовидной железы и других биологически активных соединений. Помимо каталитического действия, пиридоксальфосфат участвует в процессе активного транспорта некоторых аминокислот через клеточные мембраны; ему присуща функция регулятора конформационного состояния гликогенфосфорилазы – главного регулируемого фермента, осуществляющего распад гликогена.
Гиповитаминоз. Основными проявлениями недостаточности витамина В6 являются гипохромная анемия и судороги. Отмечается развитие сухого себорейного дерматита, стоматита и глоссита. Чаще всего пиридоксиновая недостаточность наблюдается у маленьких детей при искусственном вскармливании стерилизованным молоком (разрушается витамин В6), у беременных при токсикозах, а также у взрослых при длительном лечении противотуберкулёзным препаратом изониазидом (антагонист пиридоксаля). Повышенная возбудимость и склонность к судорогам объясняются недостаточным образованием ГАМК (γ-аминомасляной кислоты) – медиатора торможения нейронов. Поражения кожи частично обусловлены недостаточностью витамина РР, в синтезе которого принимает участие витамин В6. По данным клинических наблюдений, дефицит пиридоксаля предрасполагает к инфаркту миокарда.
Врождённые нарушения обмена пиридоксина. Наиболее хорошо изученными энзимопатиями, связанными с дефектом пиридоксальзависимых ферментов, являются: врождённая гомоцистинурия, врождённая цистатионинурия, наследственная ксантуренурия, пиридоксинзависимый судорожный синдром и пиридоксинзависимая анемия.
Гомоцистинурия. При этом заболевании имеется недостаточность цистатионинсинтазы – витамин В6-зависимого фермента, катализирующего конденсацию гомоцистеина и серина с образованием цистатионина (при других формах гомоцистинурии страдают другие ферменты, участвующие в обмене гомоцистеина). В крови и тканях больных накапливаются аминокислоты гомоцистеин и метионин (предшественник гомоцистеина), первая легко экскретируется почками в виде своей окисленной формы – гомоцистина. Обнаружение гомоцистеина в крови и гомоцистина в моче служит диагностическим тестом на гомоцистинурию.
Заболевание обнаруживается у детей или подростков, проявляясь своеобразным симптомокомплексом: эктопией хрусталика (иногда подвывих хрусталика является единственным начальным симптомом заболевания); генерализованным остеопорозом и деформациями скелета (у ребёнка - «паучьи» конечности, т.е. длинные и тонкие, наблюдается искривление позвоночника, а также плоскостопие, неправильный прикус зубов); своеобразной походкой (негнущаяся походка из-за дефекта зрения и костных аномалий); замедлением физического развития (ходить дети начинают с 1,5-2 лет). Дети с гомоцистинурией, как правило, светловолосы и голубоглазы (нарушение пигментации). Задержка умственного развития наблюдается не всегда. Основной причиной гибели больных является тромбоз артерий или вен; тромбообразование может происходить в различных участках тела.
Лечение заключается в длительном назначении высоких доз пиридоксина – до 0,5-1,0 г в сутки. Прекращение приёма витамина приводит к появлению всех характерных симптомов заболевания. Однако при пиридоксин-резистентной гомоцистинурии (полное отсутствие апофермента цистатионинсинтазы либо грубый дефект её структуры) не эффективны даже высокие дозы витамина В6; положительное терапевтическое действие оказывает ограничение метионина в диете, дополнительный приём L-цистина и фолиевой кислоты.
Учитывая необратимость нарушений скелета, психического и умственного развития, диагностировать гомоцистинурию необходимо в младенческом возрасте. Для количественного определения гомоцистина могут быть использованы колориметрический цианид-нитропруссидный и другие методы.
Цистатионинурия. Заболевание обусловлено генной мутацией апофермента цистатионазы (см. выше). При этом в мочу экскретируется значительное количество цистатионина, который в норме практически не определяется. Основным проявлением болезни является задержка умственного развития.
Лечение: высокие дозы витамина В6.
Наследственная ксантуренурия (синдром Кнаппа) встречается довольно часто – у 0,5-1% населения. Заболевание вызывается недостаточностью витамин В6-зависимого фермента кинурениназы, вследствие чего нарушается превращение триптофана в никотиновую кислоту (витамин РР), при этом в крови и тканях накапливаются метаболиты триптофана (ксантуреновая кислота, кинуренин и др.)
Клинические проявления заболевания многообразны. Характерным для данной патологии являются специфические расстройства со стороны центральной нервной системы (склонность к истерии, немотивированным поступкам, фобии, сомнамбулизм, судороги) и разнообразные аллергические состояния. Нарушения интеллекта у больных с наследственной ксантуренурией связаны, очевидно, с недостаточным синтезом витамина РР из триптофана.
Пиридоксинзависимый судорожный синдром. Проявления недостаточности витамина В6 были хорошо изучены в 1950-53 гг. в США, когда детям стали давать в пищу консервированное молоко. У детей появлялись судорожные припадки, которые провоцировались различными внешними раздражителями - шумом, прикосновением и пр.. Оказалось что при стерилизации молока разрушается витамин В6. Развитие судорог обусловлено нарушением образования медиатора тормозных процессов в нервной системе - ГАМК (γ-аминомасляной кислоты) из глутаминовой кислоты. Реакция катализируется пиридоксин-зависимым ферментом глутаматдекарбоксилазой, активность которой снижается при недостатке витамина.
Однако пиридоксинзависимый судорожный синдром может развиваться на фоне нормальной обеспеченности организма витамином. Для лечения этого состояния необходимы высокие дозы пиридоксина, которые способны повысить сродство генетически дефектной глутаматдекарбоксилазы к глутамату.
Пиридоксинзависимая анемия. Анемия, возникающая при недостатке витамина В6, является гипохромной (показатель гематокрита и содержание гемоглобина низки), микроцитарной (форма эритроцитов изменена, продолжительность их жизни укорочена), сидеробластической (железо накапливается в эритробластах костного мозга и внутренних органах). Концентрация железа в плазме крови повышена. Анемия не поддаётся лечению другими витаминами.
Развитие гипохромной анемии объясняется нарушением биосинтеза гема вследствие низкой активности синтетазы δ-аминолевулиновой кислоты, коферментом которой является фосфопиридоксаль. Из-за нарушения образования гема снижается и содержание гемоглобина в эритроцитах, а неутилизируемое железо откладывается в тканях. Роль витамина В6 в кроветворении, скорее всего, не ограничивается только этой его способностью.
Гипервитаминоз В6. Какого-либо выраженного побочного действия при длительном приёме высоких доз витамина (10-20 раз превышающих суточную потребность) отмечено не было. Доза 200-5000 мг может вызвать онемение, покалывание и кратковременную потерю чувствительности в конечностях.
Оценка обеспеченности организма пиридоксином. Наиболее популярным методом оценки обеспеченности организма витамином В6 является флуориметрическое определение содержания в моче 4-пиридоксиловой кислоты – продукта деградации витамина. При гиповитаминозе В6 суточная экскреция 4-пиридоксиловой кислоты снижается (в норме – 3-5 мг). Однако более точную информацию даёт измерение содержания самого витамина (особенно пиридоксальфосфата) в плазме крови и моче.
Суточная потребность. Пищевые источники. Витамином В6 богаты бобовые, зерновые культуры, мясные продукты, рыба, картофель. Он синтезируется кишечной микрофлорой, частично покрывая потребность организма в этом витамине.
В сутки человек должен получать 2-2,2 мг пиридоксина. Потребность в витамине возрастает при увеличении количества белка в рационе, а также во время беременности и лактации. Приём алкоголя и курение уменьшают содержание пиридоксальфосфата в тканях.