Биохимия лекции / 1 семестр / Недели / 14 неделя

Раздел 14.6

Биологически активные метаболиты арахидоновой кислоты.

14.6.1. Из мембранных фосфолипидов под действием фосфолипазы А₂ образуются свободные полиненасыщенные жирные кислоты. Наибольшее значение среди этих жирных кислот имеет арахидоновая кислота, которая является предшественником простагландинов и других биологически активных соединений (см. рисунок 14.13). Гормоны надпочечников глюкокортикоиды тормозят включение арахидоновой кислоты как в циклооксигеназный, так и в липооксигеназный пути метаболизма. Аспирин, индометацин блокируют циклооксигеназу и снижают скорость синтеза простагландинов. Ингибирование обусловлено ковалентной модификацией (ацетилированием) аминогруппы одной из субъединиц фермента циклооксигеназы.

Рисунок 14.13 . Схема метаболизма арахидоновой кислоты.

14.6.2. Биологические эффекты метаболитов арахидоновой кислоты представлены в таблице 14.2.

Таблица 14.2

Основные биологические эффекты метаболитов арахидоновой кислоты

© С.М.Ершиков, 2009. Все права защищены

Раздел 14.7

Пероксидное окисление липидов в биомембранах.

14.7.1. В норме постоянно происходит окисление мембранных липидов молекулярным кислородом с образованием пероксидов. Этот процесс протекает с низкой скоростью и является механизмом, обеспечивающим постоянное обновление мембранных фосфолипидов.

Пероксидное окисление липидов (ПОЛ) – сложный процесс, который инициируется активными формами кислорода – супероксидным, гидроксильным или пероксидным радикалами. Субстратом ПОЛ служат полиненасыщенные жирные кислоты в составе мембранных фосфолипидов. Процесс развивается по свободно-радикальному механизму, обеспечивающему постоянное воспроизводство новых радикалов (рисунок 14.14).

Рисунок 14.14. Начальные реакции ПОЛ.

Значительное увеличение скорости ПОЛ лежит в основе развития многих патологических процессов. Встраивание активированного кислорода приводит к реорганизации двойных связей в полиненасыщенных жирных кислотах мембранных фосфолипидов, образованию гидропероксидов, эндопероксидов, альдегидов, кетонов. Появление гидрофильных группировок в липидном бислое может привести к деструкции мембран или к изменению основных функций мембран: барьерной, рецепторной, транспортной, каталитической.

14.7.2. 3 основных первичных механизма, которые лежат в основе повреждающего действия ПОЛ:

1. появление гидрофильных группировок нарушает гидрофобные взаимодействия, стабилизирующие белок-липидные комплексы мембраны, увеличивает пассивную диффузию ионов;

2. кетоны и диальдегиды образуют ковалентные внутри- и межмолекулярные связи («сшивки») с функциональными группами белков, что вызывает агрегацию мембранных структур;

3. пероксидные радикалы способствуют окислению SH-содержащих мембранных белков, изменяя их активность.

В клетках in vivo фосфолипиды эффективно защищены от ПОЛ наличием в них антиоксидантов (витамин Е, HS-глутатион, холестерол) и специализированных ферментных систем, регулирующих содержание активных форм кислорода и ингибирующих ПОЛ.

14.7.3. Основные факторы, способствующие активации ПОЛ в биологических мембранах:

• недостаток антиоксидантов;

• избыток катехоламинов (стрессовые ситуации);

• интоксикация ионами металлов;

• избыток ненасыщенных жиров;

• лучевое поражение.

© С.М.Ершиков, 2009. Все права защищены

Раздел 14.8

Обучающие задачи и эталоны их решения

Задача 1. Чему равен суммарный электрический заряд фосфатидилсерина в водной среде при рН 7.0? Ответ обоснуйте.

Ответ. Остаток фосфорной кислоты в молекуле фосфатидилсерина при рН 7,0 заряжен отрицательно. Аминогруппа серина в этих же условиях несёт положительный заряд, а карбоксильная группа серина – отрицательный. Таким образом, количество отрицательно заряженных групп превышает количество положительно заряженных и суммарный электрический заряд фосфатидилсерина равен минус 1 (см.1.4.2).

Задача 2. Какое из соединений – глюкозилцерамид или сфингомиелин – будет в большей степени проявлять амфифильные свойства?

Ответ. Оба липида являются производными сфингозина и содержат одинаковые гидрофобные компоненты. Гидрофильная часть сфингомиелина содержит, в отличие от глюкозилцерамида заряженные функциональные группы и поэтому будет в большей степени проявлять амфифильность (см.1.4.2).

Задача 3. В процессе приготовления майонеза в водной среде смешивают растительные жиры и яичный желток, содержащий фосфатидилхолин. В результате смешивания образуется однородная масса. Объясните, почему образующийся соус может сохраняться в течение длительного времени и не подвергается разделению на составные компоненты.

Ответ. Фосфатидилхолин обладает амфифильными свойствами; его гидрофобная часть взаимодействует с молекулами жиров, а гидрофильная – с окружающей водной средой. В результате образуются мицеллы – замкнутые надмолекулярные комплексы, образующие устойчивую эмульсию (см.1.4.3).

Задача 4. В яде кобры содержится фермент фосфолипаза А₂, которая катализирует частичный гидролиз фосфолипидов. Объясните, почему укус кобры может вызвать у человека гемолиз эритроцитов?

Ответ. Частичный гидролиз фосфролипидов под действием фосфолипазы А₂, приводит к изменению их амфифильных свройств: из-за отщепления жирной кислоты уменьшаются гидрофобные свойства и увеличиваются гидрофильные. Изменение свойств фосфолипидов приводит к ослаблению межмолекулярного гидрофобного взаимодействия, стабилизирующего липидный бислой мембран. Это вызывает разрушение мембран, в первую очередь эритроцитов, и выход содержимого клеток в плазму крови (см.1.3.2).

Задача 5. В кардиологической практике широко используют сердечные гликозиды – конкурентные ингибиторы Na⁺,K⁺-АТФазы. Известно, что связывание гликозидов происходит с участком фермента, обращённым на внешнюю сторону клеточной мембраны. Объясните, почему при передозировке сердечных гликозидов используют растворы солей калия?

Ответ. Ионы калия взаимодействуют с участком, обращённым на внешнюю сторону клеточной мембраны. Сердечные гликозиды связываются с тем же участком, препятствуя поступлению K⁺ внутрь клетки. Повышение концентрации ионов К⁺ приводит к вытеснению гликозидов из активного центра фермента и восстановлению работы Na⁺,K⁺-АТФазы (см.1.5.2).

Контрольные вопросы:

1. Многообразие мембранных структур и выполняемых ими функций.

2. Строение липидов, входящих в состав клеточных мембран: формулы фосфолипидов, гликолипидов, холестерола. Амфипатические свойства липидов мембран.

3. Белки мембран (интегральные, периферические): особенности структуры, свойства, функции. Взаимодействия белков и липидов в биологических мембранах.

4. Асимметрия мембран (примеры). Способность белков и липидов мембран к латеральной диффузии. Ограниченная возможность поперечной диффузии в мембранах.

5. Транспорт веществ через мембраны: простая и облегчённая диффузия, активный транспорт, экзо- и эндоцитоз, их особенности. Na⁺, K⁺-АТФ-аза, механизм действия, биологическая роль.

6. Арахидоновая кислота: пути метаболизма. Биологическая роль метаболитов арахидоновой кислоты (простагландинов, тромбоксанов, простациклинов, лейкотриенов).

7. Активные формы кислорода - образование и роль в организме. Пероксидное окисление липидов (ПОЛ): факторы, способствующие активации ПОЛ, возможные механизмы повреждения биологических мембран.

Выполните упражения и решите задачи:

1. Напишите формулу фосфатидилхолина, в состав которого входят остатки стеариновой и олеиновой кислот. Укажите гидрофильные и гидрофобные участки молекулы.

2. Напишите формулу сфингомиелина, в состав которого входят остаток олеиновой кислоты. Укажите гидрофильные и гидрофобные участки молекулы.

3. Напишите формулу глюкозилцерамида, в состав которого входят остаток линоленовой кислоты. Укажите гидрофильные и гидрофобные участки молекулы.

4. Чему равен суммарный электрический заряд фосфатидилэтаноламина в водной среде при рН 7.0? Ответ обоснуйте.

5. Какие из перечисленных компонентов могут проникать через мембрану путём простой диффузии?

6. Больной проходит курс лечения методом гипербарической оксигенации. Почему в качестве профилактической меры врач назначил этому пациенту введение витамина Е?

Литература

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. – М., 1990. – с.276-286; 73-74; 192-202.

2. Николаев А.Я. Биологическая химия. – М., 1989. – с.178-199; 396-397.

3. Строев Е.А. Биологическая химия. – М., 1986. – с. 84-97; 109-114; 163-170; 216-219; 407-410.

4. Руководство к практическим занятиям по биохимии. Часть I. – Ярославль, 1999. – с.60-71.

5. Конспекты лекций.

© С.М.Ершиков, 2009. Все права защищены