Когда мы перестаем вкладывать наши силы в молодое поколение, тогда, пожалуй, наша работа на этой земле окончена. © Джордж Макдональд или читать все...
Обратная связь Пожаловаться на материал

Регуляция глюконеогенеза происходит с участием гормонов и с участием метаболитов.

Белки как основа жизни. Роль белков в животном организме. Химическое строение. Аминокислоты – структурные компоненты белковых молекул, их химические свойства, классификация. Определение аминокислот в биологических жидкостях.

Белки – это высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, молекулы которых построены из остатков аминокислот.

Каталитическая функция. Большинство известных в настоящее время ферментов, называемых биологическими катализаторами, является белками.

Транспортная функция.Дыхательная функция крови, в частности перенос кислорода, осуществляется молекулами гемоглобина – белка эритроцитов. В транспорте липидов принимают участие альбумины сыворотки крови.

Защитная функция.Основную функцию защиты в организме выполняет иммунная система, которая обеспечивает синтез специфических защитных белков-антител в ответ на поступление в организм бактерий, токсинов, вирусов или чужеродных белков.

Сократительная функция.В акте мышечного сокращения и расслабления участвует множество белковых веществ.

Структурная функция.Белки, выполняющие структурную (опорную) функцию, занимают по количеству первое место среди других белков тела человека.

Гормональная функция.Обмен веществ в организме регулируется разнообразными механизмами. В этой регуляции важное место занимают гормоны, синтезируемые не только в железах внутренней секреции, но и во многих других клетках организма.

Питательная функция.Эту функцию выполняют так называемые резервные белки, являющиеся источниками питания для плода, например белки яйца (овальбумины).

Молекулы белков представляют собой линейные полимеры, состоящие из α-L-аминокислот и, в некоторых случаях, из модифицированных основных аминокислот.

Аминокислоты — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.

Классификация аминокислот.

I. Физико-химическая – основана на различиях в физико-химических свойствах аминокислот. 1) Гидрофобные аминокислоты (неполярные). Компоненты радикалов содержат обычно углеводородные группы и ароматические кольца. К гидрофобным аминокислотам относятся ала, вал, лей, иле, фен, три, мет. 2) Гидрофильные (полярные) незаряженные аминокислоты. Радикалы таких аминокислот содержат в своем составе полярные группировки (-ОН, -SH, -NH2). Эти группы взаимодействуют с дипольными молекулами воды, которые ориентируются вокруг них. К полярным незаряженным относятся гли, сер, тре, тир, цис, глн, асн. 3) Полярные отрицательно заряженные аминокислоты. К ним относятся аспарагиновая и глутаминовая кислоты. В нейтральной среде асп и глу приобретают отрицательный заряд. 4) Полярные положительно заряженныеаминокислоты: аргинин, лизин и гистидин. Имеют дополнительную аминогруппу (или имидазольное кольцо, как гистидин) в радикале. В нейтральной среде лиз, арг и гαис приобретают положительный заряд. 

II. Биологическая классификация. 1) Незаменимые аминокислоты не могут синтезироваться в организме человека и должны обязательно поступать с пищей (вал, иле, лей, лиз, мет, тре, три, фен) и еще 2 аминокислоты относятся к частично незаменимым (арг, гис). 2)Заменимые аминокислоты могут синтезироваться в организме человека (глутаминовая кислота, глутамин, пролин, аланин, аспарагиновая кислота, аспарагин, тирозин, цистеин, серин и глицин).Строение аминокислот. Все аминокислоты являются α-аминокислотами. Аминогруппа общей части всех аминокислот присоединена к α-углеродному атому. Аминокислоты содержат карбоксильную группу –COOH и аминогруппу -NH2. В белке ионогенные группы общей части аминокислот участвуют в образовании пептидной связи, и все свойства белка определяются только свойствами радикалов аминокислот. Аминокислоты амфотерные соединения.Изоэлектрической точкой аминокислоты называют значение pH, при котором максимальная доля молекул аминокислоты обладает нулевым зарядом.

2. Физико-химические свойства белков. Выделение и очистка: электрофоретическое разделение, гель-фильтрация и др. Молекулярная масса белков, амфотерность, растворимость (гидратация, высаливание). Денатурация белков, ее обратимость.

1. Молекулярная масса. Белки – высокомолекулярные органические азотсодержащие полимеры, построенные из аминокислот. Молекулярная масса белков зависит от количества аминокислот в каждой субъединице. 2. Буферные свойства. Белки – амфотерные полиэлектролиты, т.е. они сочетают в себе кислые и основные свойства. В зависимости от этого белки могут быть кислыми и основными. 3. Факторы стабилизации белка в растворе. ГИДРАТНАЯ ОБОЛОЧКА – это слой молекул воды, определенным образом ориентированных на поверхности белковой молекулы. Поверхность большинства белковых молекул заряжена отрицательно, и диполи молекул воды притягиваются к ней своими положительно заряженными полюсами. 4. Факторы, снижающие растворимость белков. Значение рН, при котором белок становится электронейтральным, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ) белка. Для основных белков ИЭТ находится в щелочной среде, для кислых – в кислой среде. Денатурация – это последовательное нарушение четвертичной, третичной, вторичной структур белка, сопровождающееся потерей биологических свойств. Денатурированный белок выпадает в осадок. Осадить белок можно, изменяя рН среды (ИЭТ), либо высаливанием, либо действуя каким-либо фактором денатурации. Физические факторы: 1. Высокие температуры. Часть белков подвергается денатурации уже при 40-50 2. Ультрафиолетовое облучение 3. Рентгеновское и радиоактивное облучение 4. Ультразвук 5. Механическое воздействие (например, вибрация). Химические факторы: 1. Концентрированные кислоты и щелочи. 2. Соли тяжелых металлов (например, CuSO4). 3. Органические растворители (этиловый спирт, ацетон) 4. Нейтральные соли щелочных и щелочноземельных металлов (NaCl, (NH4)2SO4)

3. Структурная организация белковых молекул. Первичная, вторичная, третичная структуры. Связи, участвующие в стабилизации структур. Зависимость биологических свойств белков от вторичной и третичной структуры. Четвертичная структура белков. Зависимость биологической активности белков от четвертичной структуры (изменение конформации протомеров).

Существует четыре уровня пространственной организации белка: первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура белковых молекул. Первичная структура белка - последовательность аминокислот в полипептидной цепи (ППЦ). Пептидная связь формируется только за счет альфа-аминогруппы и альфа-карбоксильной группы аминокислот. Вторичная структура - это пространственная организация стержня полипептидной цепи в виде α-спирали или β-складчатой структуры. В α-спирали на 10 витков приходится 36 аминокислотных остатков. Фиксируется α-спираль с помощью водородных связей между NH-группами одного витка спирали и С=О группами соседнего витка. β-Складчатая структура удерживается также водородными связями между С=О и NH-группами. Третичная структура - особое взаимное расположение в пространстве спиралеобразных и складчатых участков полипептидной цепи. В формировании третичной структуры участвуют прочные дисульфидные связи и все слабые типы связей (ионные, водородные, гидрофобные, Ван-дер-ваальсовые взаимодействия). Четвертичная структура – трехмерная организация в пространстве нескольких полипептидных цепей. Каждая цепь называется субъединицей (или протомером). Поэтому белки, обладающие четвертичной структурой, называют олигомерными белками.

4. Простые и сложные белки, их классификация. Характер связей простетических групп с белком. Биологические функции белков. Способность к специфическим взаимодействиям с лигандом.

Простые белкипостроены из остатков аминокислот и при гидролизе распадаются соответственно только на свободные аминокислоты. Сложные белки– это двухкомпонентные белки, которые состоят из какого-либо простого белка и небелкового компонента, называемого простетической группой. При гидролизе сложных белков, помимо свободных аминокислот, освобождается небелковая часть или продукты ее распада. Простые белки в свою очередь делятся на основании некоторых условно выбранных критериев на ряд подгрупп: протамины, гистоны, альбумины, глобулины, проламины, глютелины и др. Классификация сложных белков: фосфопротеины (содержат фосфорную кислоту), хромопротеины (в состав их входят пигменты), нуклеопротеины (содержат нуклеиновые кислоты), гликопротеины (содержат углеводы), липопротеины (содержат липиды) и металлопротеины (содержат металлы).Активный центр белковой молекулы. При функционировании белков может происходить их связывание с лигандами – низкомолекулярными веществами. Лиганд присоединяется к определенному участку в белковой молекуле – активному центру. Активный центр формируется на третичном и четвертичном уровнях организации белковой молекулы и образуется благодаря притяжению боковых радикалов определенных аминокислот (между -ОН группами сер формируются водородные связи, ароматические радикалы связаны гидрофобными взаимодействиями, -СООН и –NH2 - ионными связями). 

5. Углеводсодержащие белки: гликопротеины, протеогликаны. Основные углеводы организма человека: моносахариды, дисахариды, гликоген, гетерополисахариды, их структура и функции.

Углеводсодержащие белки (гликопротеины и протеогликаны). Простетическая группа гликопротеинов может быть представлена моносахаридами (глюкозой, галактозой, маннозой, фруктозой, 6-дезоксигалактозой), их аминами и ацетилированными производными аминосахаров (ацетилглюкоза, ацетилгалактоза. На долю углеводов в молекулах гликопротеинов приходится до 35%. Гликопротеины преимущественно глобулярные белки. Углеводный компонент протеогликанов может быть представлен несколькими цепями гетерополисахаридов. Биологические функции гликопротеинов: 1. транспортная(белки крови глобулины транспортируют ионы железа, меди, стероидные гормоны); 2. защитная: фибриноген осуществляет свертывание крови; б. иммуноглобулины обеспечивают иммунную защиту; 3. рецепторная (на поверхности клеточной мембраны расположены рецепторы, которые обеспечивают специфическое взаимодействие).4. ферментативная (холинэстераза, рибонуклеаза); 5. гормональная (гормоны передней доли гипофиза – гонадотропин, тиреотропин). Биологические функции протеогликанов: гиалуроновая и хондроитинсерная кислоты, кератинсульфат выполняют структурную, связующую, поверхностно-механическую функции.

6. Липопротеины тканей человека. Классификация липидов. Основные представители: триацилглицерины, фосфолипиды, гликолипиды, холестериды. Их структура и функции. Незаменимые жирные кислоты и их производные. Состав, строение и функции липопротеинов крови.

 

7. Нуклеопротеины. Особенности белковой части. История открытия и изучения нуклеиновых кислот. Структура и функции нуклеиновых кислот. Первичная и вторичная структура ДНК и РНК. Виды РНК. Строение хромосом.

Нуклеопротеины - сложные белки, в состав которых входит белок (протамин или гистон), небелковая часть представлена нуклеиновыми кислотами (НК): дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК) и рибонуклеиновой кислотой (РНК). Протамины и гистоны – белки с резко выраженными основными свойствами, т.к. они содержат более 30% арг и лиз. Нуклеиновые кислоты (НК) - это длинные полимерные цепи, состоящие из многих тысяч мономерных единиц, которые соединяются между собой 3`,5`- фосфоди-эфирными связями. Мономером НК является мононуклеотид, который состоит из азотистого основания, пентозы и остатка фосфорной кислоты. Азотистые основания бывают пуриновые (А и Г) и пиримидиновые (Ц, У, Т). В качестве пентозы выступает β– Д- рибоза или β –Д- дезоксирибоза. Азотистое основание соединено с пентозой N-гликозидной связью. Пентоза и фосфат связаны друг с другом сложноэфирной связью между –ОН группой, расположенной у С5’-атома пентозы, и фосфатом. Виды нуклеиновых кислот: 1. ДНК содержит А, Г, Т и Ц, дезоксирибозу и фосфорную кислоту. ДНК находится в ядре клетки и составляет основу сложного белка хроматина. 2. РНК содержит А, Г, У и Ц, рибозу и фосфорную кислоту. Различают 3 вида РНК: а) м-РНК (информационная или матричная) – копия участка ДНК, содержит информацию о структуре белка; б) р-РНК образует скелет рибосомы в цитоплазме, выполняет важную роль при сборке белка на рибосоме в процессе трансляции; в) т-РНК участвует в активации и транспорте АК к рибосоме, локализована в цитоплазме. НК имеют первичную, вторичную и третичную структуры. Первичная структура НК одинакова для всех видов – линейная полинуклеотидная цепь, в которой мононуклеотиды связаны 3’, 5’-фосфодиэфирными связями. Каждая полинуклеотидная цепь имеет 3’ и 5’ , эти концы заряжены отрицательно. Вторичная структура ДНК представляет собой двойную спираль. ДНК состоит из 2-х цепей, закрученных в спираль вправо вокруг оси. Виток спирали = 10 нуклеотидов, что составляет в длину 3,4 нм. Обе спирали антипараллельны. Третичная структура ДНК. Это результат дополнительного скручивания в пространстве молекулы ДНК. Это происходит при взаимодействии ДНК с белком. При взаимодействии с октамером гистона двойная спираль накручивается на октамер, т.е. превращается в суперспираль. Вторичная структура РНК– полинуклеотидная нить, изогнутая в пространстве. Эта изогнутость обусловлена образованием водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями. У т-РНК вторичная структура представлена «клеверным листом», в котором различаю комплементарные и некомплементарные участки. Вторичная структура р-РНК – спираль одиночной изогнутой РНК, а третичная – скелет рибосомы. Поступая из ядра в ЦЗ, м-РНК образует со специфическими белками – информомерами комплексы (третичная структура м-РНК) и называются информосомами. 

8. Хромопротеины, их классификация. Флавопротеины, их структура и функции. Гемопротеины, структура, представители: гемоглобин, миоглобин, каталаза, пероксидаза, цитохромы. Функции гемопротеинов.

Фосфопротеины в качестве простетической группы содержат остаток фосфорной кислоты. Примеры: казеин и казеиноген молока, творога, молочных продуктов, вителлин яичного желтка,  овальбумин яичного белка, ихтуллин икры рыб. Фосфопротеинами богаты клетки ЦНС. Фосфопротеины обладают многообразными функциями: 1. Питательная функция. Фосфопротеины молочных продуктов легко перевариваются, усваиваются и являются источником незаменимых аминокислот и фосфора для синтеза белков тканей ребенка. 2. Фосфорная кислота необходима для полноценного формирования нервной и костной тканей ребенка. 3. Фосфорная кислота участвует в синтезе фосфолипидов, фосфопротеинов, нуклеотидов, нуклеиновых кислот.4. Фосфорная кислота осуществляет регуляцию активности ферментов путем фосфорилирования при участии ферментов протеинкиназ. Фосфат присоединяется к –ОН группе серина или треонина сложноэфирными связями:Хромопротеины - сложные белки с окрашенной небелковой частью. К ним относятся флавопротеины (желтые) и гемопротеины (красные). Флавопротеины в качестве простетической группы содержат производные витамина В2 – флавины: флавинадениндинуклеотид (ФАД) или флавинмононуклеотид (ФМН). Они являются небелковой частью ферментов дегидрогеназ, катализирующих окислительно-восстановительные реакции. Гемопротеины в качестве небелковой группы содержат гем – железопорфириновый комплекс. Гемопротеины подразделяют на два класса: 1. ферменты: каталаза, пероксидаза, цитохромы; 2. неферменты: гемоглобин и миоглобин. Ферменты каталаза и пероксидаза разрушают перекись водорода, цитохромы являются переносчиками электронов в цепи переноса электронов. Неферменты. Гемоглобин транспортирует кислород (от легким к тканям) и углекислый газ (от тканей к легким); миоглобин – депо кислорода в работающей мышце. Гемоглобин – тетрамер, т.к. состоит из 4-х субъединиц: глобин в этом тетрамере представлен 4-мя полипептидными цепями 2-х разновидностей: 2 α и 2 β цепи. Каждая субъединица связана с гемом. Физиологические типы гемоглобина: 1. HbP – примитивный гемоглобин формируется у зародыша. 2. HbF – фетальный гемоглобин – гемоглобин плода. Замена HbP на HbF происходит к 3-х месячному возрасту человека.

9. Ферменты, история открытия и изучения ферментов, особенности ферментативного катализа. Специфичность действия ферментов. Зависимость скорости ферментативных реакций от температуры, рН, концентрации фермента и субстрата.

Ферменты – биологические катализаторы белковой природы, образуемые живой клеткой, действующие с высокой активностью и специфичностью. Сходство ферментов с небиологическими катализаторами заключается в том, что:

· ферменты катализируют энергетически возможные реакции;

· энергия химической системы остаётся постоянной;

· в ходе катализа направление реакции не изменяется;

· ферменты не расходуются в процессе реакции.

Отличияферментов от небиологических катализаторов заключаются в том, что:

· скорость ферментативных реакций выше, чем реакций, катализируемых небелковыми катализаторами;

· ферменты обладают высокой специфичностью;

· ферментативная реакция проходит в клетке, т.е. при температуре 37 °С, постоянном атмосферном давлении и физиологическом значении рН;

· скорость ферментативной реакции может регулироваться.

Современная классификация ферментов основана на природе катализируемых ими химических превращений. В основу классификации берется тип реакции, катализируемой ферментом. Ферменты разделяют на 6 классов:

1. Оксидоредуктазы - катализируют окислительно-восстановительные реакции

2. Трансферазы – перенос групп

3. Гидролазы – гидролиз

4. Лиазы – негидролитическое расщепление субстрата

5. Изомеразы – изомеризация

6. Лигазы (синтетазы)- синтез с использованием энергии (АТФ)

Номенклатура ферментов.

1. Тривиальное название (пепсин, трипсин).

2. Название фермента может складываться из названия субстрата с прибавлением окончания «аза»

(аргиназа гидролизует аминокислоту аргинин).

3. Добавление окончания «аза» к названию катализируемой реакции (гидролаза катализирует

гидролиз, дегидрогеназа – дегидрирование органической молекулы, т.е. отнятие протонов и электронов от субстрата).

4. Рациональное название – название субстратов и характер катализируемых реакций (АТФ + гексоза 

гексозо-6-фосфат + АДФ. Фермент: АТФ: D-гексоза-6-фосфотрансфераза).

5. Индексирование ферментов (каждому ферменту присваиваются 4 индекса или порядковых

номера): 1.1.1.1 – АДГ, 1.1.1.27 – ЛДГ.

Зависимость скорости ферментативной реакции от рН средыДля каждого фермента существует значение рН, при котором наблюдается его максимальная активность. Отклонение от оптимального значения рН приводит к понижению ферментативной активности. Влияние рН на активность ферментов связано с ионизацией функциональных групп аминокислотных остатков данного белка, обеспечивающих оптимальную конформацию активного центра фермента. При изменении рН от оптимальных значений происходит изменение ионизации функциональных групп молекулы белка. Например, при закислении среды происходит протонирование свободных аминогрупп (NH3+), а при защелачивании происходит отщепление протона от карбоксильных групп (СОО-). Это приводит к изменению конформации молекулы фермента и конформации активного центра; следовательно, нарушается присоединение субстрата, кофакторов и коферментов к активному центру. Ферменты, работающие в кислых условиях среды (например, пепсин в желудке или лизосомальные ферменты), эволюционно приобретают конформацию, обеспечивающую работу фермента при кислых значениях рН. Однако большая часть ферментов организма человека имеет оптимум рН, близкий к нейтральному, совпадающий с физиологическим значением рН.

Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры средыПовышение температуры до определённых пределов оказывает влияние на скорость ферментативной реакции, подобно влиянию температуры на любую химическую реакцию. С повышением температуры ускоряется движение молекул, что приводит к повышению вероятности взаимодействия реагирующих веществ. Кроме того, температура может повышать энергию реагирующих молекул, что также приводит к ускорению реакции. Однако скорость химической реакции, катализируемая ферментами, имеет свой температурный оптимум, превышение которого сопровождается понижением ферментативной активности, возникающим из-за термической денатурации белковой молекулы. Для большинства ферментов человека оптимальна температура 37-38 °С. Специфичность – очень высокая избирательность ферментов по отношению к субстрату. Специфичность фермента объясняется совпадением пространственной конфигурации субстрата и субстратного центра (стерическое совпадение). За специфичность фермента ответственен как активный центр фермента, так и вся его белковая молекула. Активный центр фермента определяет тип реакции, который может осуществить данный фермент. Различают три вида специфичности:

Абсолютная специфичность. Такой специфичностью обладают ферменты, которые действуют только на один субстрат. Например, сахараза гидролизует только сахарозу, лактаза – лактозу, мальтаза – мальтозу, уреаза – мочевину, аргиназа – аргинин и т.д.Относительная специфичность – это способность фермента действовать на группу субстратов с общим типом связи, т.е. относительная специфичность проявляется только по отношению к определенному типу связи в группе субстратов. Пример: липаза расщепляют сложноэфирную связь в жирах животного и растительного происхождения. Амилаза гидролизует α-гликозидную связь в крахмале, декстринах и гликогене. Алкогольдегидрогеназа окисляет спирты (метанол, этанол и др.). Стереохимическая специфичность – это способность фермента действовать только на один стереоизомер. Например: 1) α, β-изомерия: α – амилаза слюны и сока поджелудочной железы расщепляет только α-глюкозидные связи в крахмале и не расщепляет β-глюкозидные связи клетчатки. Международной единицей (МЕ) активности ферментов является количество фермента, способного превратить 1 мкмоль субстрата в продукты реакции за 1 мин при 25 °С и оптимуме рН. Катал соответствует количеству катализатора, способного превращать 1 моль субстрата в продукт за 1 сек при 25 °С и оптимуме рН. Удельная активность фермента– число единиц ферментативной активности фермента в расчете на 1 мг белка. Молярная активность – это отношение числа единиц ферментативной активности каталов или МЕ к числу молей фермента.

10. Строение ферментов. Структура и функции активного центра. Механизм действия ферментов. Кофакторы ферментов: ионы металлов и коферменты, их участие в работе ферментов. Активаторы ферментов: механизм действия. Ингибиторы ферментативных реакций: конкурентные, неконкурентные, необратимые. Лекарственные препараты – ингибиторы ферментов (примеры).

По строению ферменты могут быть:

1. однокомпонентные (простые белки),

2. двухкомпонентные (сложные белки). 

К ферментам - простым белкам – относятся пищеварительные ферменты (пепсин, трипсин). К ферментам – сложным белкам – можно отнести ферменты, катализирующие окислительно - восстановительные реакции. Для каталитической активности двухкомпонентных ферментов необходим дополнительный химический компонент, который называется кофактор, их могут играть как неорганические вещества (ионы железа, магния, цинка, меди и др.), так и органические вещества – коферменты (например, активные формы витаминов). Для работы ряда ферментов необходимы и кофермент, и ионы металлов (кофактор). Коферменты – низкомолекулярные органические вещества небелковой природы, связанные с белковой частью фермента временно и непрочно. В случае, когда небелковая часть фермента (кофермент) связана с белковой прочно и постоянно, то такую небелковую часть называют простетической группой. Белковая часть сложного белка-фермента называют апоферментом. Вместе апофермент и кофактор образуют холофермент.

В процессе ферментативного катализа, принимает участие не вся белковая молекула, а лишь определенный участок – активный центр фермента. Активный центр ферментов представляет часть молекулы фермента, к которой присоединяется субстрат и от которой зависят каталитические свойства молекулы фермента. В активном центре фермента выделяют «контактный» участок – участок, притягивающий и удерживающий субстрат на ферменте благодаря своим функциональным группам и «каталитический» участок, функциональные группы которого непосредственно участвуют в каталитической реакции. У некоторых ферментов, кроме активного центра, имеется еще «другой» центр – аллостерический. С аллостерическим центром взаимодействуют различные вещества (эффекторы), чаще всего различные метаболиты. Соединение этих веществ с аллостерическим центром приводит к изменению конформации фермента (третичной и четвертичной структуры). Активный центр в молекуле фермента либо создается, либо он нарушается. В первом случае реакция ускоряется, во втором случае тормозится. Поэтому аллостерический центр называют регуляторным центром фермента. Ферменты, имеющие в своей структуре аллостерический центр, называются регуляторными или аллостерическими.В основу теории механизма действия ферментов положено образование фермент-субстратного комплекса. Механизм действия фермента:

1. образование фермент-субстратного комплекса, субстрат прикрепляется к активному центру фермента. 

   2. на второй стадии ферментативного процесса, которая протекает медленно, происходят электронные перестройки в фермент-субстратном комплексе. Фермент (En) и субстрат (S) начинают сближаться, чтобы вступить в максимальный контакт и образовать единый фермент-субстратный комплекс. Продолжительность второй стадии зависит от энергии активации субстрата или энергетического барьера данной химической реакции. Энергия активации – энергия, необходимая для перевода всех молекул 1 моля S в активированное состояние при данной температуре. Для каждой химической реакции существует свой энергетический барьер. Благодаря образованию фермент-субстратного комплекса снижается энергия активации субстрата, реакция начинает протекать на более низком энергетическом уровне. Поэтому вторая стадия процесса лимитирует скорость всего катализа.

  3. на третьей стадии происходит сама химическая реакция с образованием продуктов реакции. Третья стадия процесса непродолжительна. В результате реакции субстрат превращается в продукт реакции; фермент-субстратный комплекс распадается и фермент выходит неизмененным из ферментативной реакции. Таким образом, фермент дает возможность за счет образования фермент-субстратного комплекса проходить химической реакции обходным путем на более низком энергетическом уровне.

 

Кофактор - небелковое вещество, которое обязательно должно присутствовать в организме в небольших количествах, чтобы соответствующие ферменты смогли выполнить свои функции. В состав кофактора входят коферменты и ионы металлов (например, ионы натрия и калия).

Все ферменты относятся к глобулярным белкам, причем каждый фермент выполняет специфическую функцию, связанную с присущей ему глобулярной структурой. Однако активность многих ферментов зависит от небелковых соединений, называемых кофакторами. Молекулярный комплекс белковой части (апофермента) и кофактора называется холоферментом. Роль кофактора могут выполнять ионы металлов (Zn2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, Cu2+, K+, Na+) или сложные органические соединения. Органические кофакторы обычно называют коферментами, некоторые из них являются производными витаминов. Тип связи между ферментом и коферментом может быть различным. Иногда они существуют отдельно и связываются друг с другом во время протекания реакции. В других случаях кофактор и фермент связаны постоянно и иногда прочными ковалентными связями. В последнем случае небелковая часть фермента называется простетической группой. Роль кофактора в основном сводится к следующему:

· изменение третичной структуры белка и создание комплементарности между ферментом и субстратом;

· непосредственное участие в реакции в качестве еще одного субстрата.

Активаторами могут быть: 

1) кофакторы, т.к. они важные участники ферментативного процесса. Например, металлы, входящие

в состав каталитического центра фермента: амилаза слюны активна в присутствии ионов Са, лактатдегидрогеназа (ЛДГ) – Zn, аргиназа – Mn, пептидаза – Mg и коферменты: витамин С, производные различных витаминов (НАД, НАДФ, ФМН, ФАД, КоАSH и др.). Они обеспечивают связывание активного центра фермента с субстратом.

2) анионы также могут оказывать активирующее влияние на активность фермента, например, анионы

Сl- активируют слюнную амилазу; 

3) активаторами могут служить также вещества, создающие оптимальное значение рН среды для проявления ферментативной активности, например, НСl для создания оптимальной среды желудочного содержимого для активации пепсиногена в пепсин; 

4) активаторами являются также вещества, переводящие проферменты в активный фермент, например, энтерокиназа кишечного сока активирует превращение трипсиногена в трипсин;

5) активаторами могут быть разнообразные метаболиты, которые связываются с аллостерическим центром фермента и способствуют формированию активного центра фермента.

Ингибиторы - это вещества, которые тормозят активность ферментов. Различают два основных типа ингибирования: необратимое и обратимое. При необратимом ингибировании - ингибитор прочно (необратимо) связывается с активным центром фермента ковалентными связями, изменяет конформацию фермента. Таким образом, могут действовать на ферменты соли тяжелых металлов (ртути, свинца, кадмия и др.). Обратимое ингибирование - это такой тип ингибирования, когда активность ферментов может восстанавливаться. Обратимое ингибирование бывает 2-х типов: конкурентное и неконкурентное. При конкурентном ингибировании обычно субстрат и ингибитор очень похож по химическому строению. При этом виде ингибирования субстрат (S) и ингибитор (I) одинаково могут связываться с активным центром фермента. Они конкурируют друг с другом за место в активном центре фермента. Классический пример, конкурентного ингибирование – торможение действия сукцинатдегидрогеназы малоновой кислотой. Неконкурентные ингибиторы связываются с аллостерическим центром фермента. Вследствие этого происходят изменения конформации аллостерического центра, которые приводят к деформации каталитического центра фермента и снижению ферментативной активности. Часто аллостерическими неконкурентными ингибиторами выступают продукты метаболизма. Лекарственные свойства ингибиторов ферментов (Контрикал, Трасилол, Аминокапроновая кислота, Памба). Контрикал (апротинин) применяют для лечения острого панкреатита и обострения хронического панкреатита, острого панкреонекроза, острых кровотечений.

Регуляция действия ферментов. Аллостерический центр, аллостерические ингибиторы и активаторы (примеры). Регуляция активности ферментов путем фосфорилирования и дефосфорилирования (примеры). Виды гормональной регуляции активности ферментов.

 

12. Различия ферментов состава органов и тканей. Органоспецифические ферменты, изоферменты (на примере ЛДГ, МДГ и др.). Изменения активности ферментов при патологии. Энзимопатии, энзимодиагностика и энзимотерапия.

 

Изоферменты— это различные по аминокислотной последовательности изоформы одного и того же фермента, существующие в одном организме, но, как правило, в разных его клетках, тканях или органах.

Изоферменты, как правило, высоко гомологичны по аминокислотной последовательности. Все изоферменты одного и того же фермента выполняют одну и ту же каталитическую функцию, но могут значительно различаться по степени каталитической активности, по особенностям регуляции или другим свойствам. Примером фермента, имеющего изоферменты, является амилаза — панкреатическая амилаза отличается по аминокислотной последовательности и свойствам от амилазы слюнных желёз, кишечника и других органов. Это послужило основой для разработки и применения более надёжного метода диагностики острого панкреатита путём определения не общей амилазы плазмы крови, а именно панкреатической изоамилазы.Энзимопатии – заболевания, вызванные нарушением синтеза ферментов:

а) в полном или частичном отсутствии ферментативной активности; 

б) в чрезмерном усилении ферментативной активности;

в) в продукции патологических ферментов, которые не встречаются у здорового человека.

 Различают наследственные и приобретенные энзимопатии. Наследственные энзимопатии связаны с нарушением в генетическом аппарате клетки, приводящим к отсутствию синтеза определенных ферментов. К наследственным заболеваниям относятся энзимопатии, связанные с нарушением превращения аминокислот:

1. Фенилкетонурия – наследственное нарушение синтеза фермента фенилаланингидроксилазы, при участии которого происходит превращение фенилаланина в тирозин. При этой патологии происходит увеличение концентрации в крови фенилаланина. При этом заболевании у детей необходимо исключить из рациона фенилаланин.

2. Альбинизм – заболевание, связанное с генетическим дефектом фермента тирозиназы. При потере меланоцитами способности синтезировать этот фермент (окисляет тирозин в ДОФА и ДОФА-хинон) в коже, волосах и сетчатке глаза не образуется меланин.

Приобретенные энзимопатии, т.е. нарушение синтеза ферментов, могут возникать в результате:

1. длительного применения лекарств (антибиотиков, сульфаниламидов);

2. перенесенных инфекционных заболеваний;

3. вследствие авитаминозов;

4. злокачественных опухолей.

 Энзимодиагностика определение активности ферментов для диагностики заболеваний. Ферменты плазмы крови делят на 3 группы: секреторные, индикаторные и экскреторные. Индикаторные – клеточные ферменты. При заболеваниях, сопровождающихся повреждением клеточных мембран, эти ферменты в большом количестве появляются в крови, свидетельствуя о патологии в определенных тканях. Например, активность амилазы в крови и моче увеличивается при острых панкреатитах. Для энзимодиагностики проводят определение изоферментов. При патологических состояниях выход фермента в кровь может усилиться в связи с изменением состояния мембраны клетки. Исследование активности ферментов крови и других биологических жидкостях широко применяется с целью диагностики заболеваний. Например, диастаза мочи и амилаза крови при панкреатитах (повышение активности), понижение активности амилазы – при хроническом панкреатите.

Энзимотерапия – применение ферментов в качестве лекарственных препаратов. Например, смесь ферментативных препаратов пепсина, трипсина, амилазы (панкреатин, фестал) используют при заболеваниях ЖКТ с пониженной секрецией, трипсин и химотрипсин – используются в хирургическойпрактике при гнойных заболеваниях для гидролиза бактериальных белков.

13. Витамины, классификация витаминов (по растворимость и функциональная). История открытия и изучения витаминов.

Витамины - низкомолекулярные органические соединения различной химической природы и различного строения, синтезируемые главным образом растениями, частично - микроорганизмами.

Для человека витамины - незаменимые пищевые факторы. Витамины участвуют во множестве биохимических реакций, выполняя каталитическую функцию в составе активных центров большого количества разнообразных ферментов либо выступая информационными регуляторными посредниками, выполняя сигнальные функции экзогенных прогормонов и гормонов. По химическому строению и физико-химическим свойствам (в частности, по растворимости) витамины делят на 2 группы.

А. Водорастворимые:

· Витамин В1 (тиамин);

· Витамин В2 (рибофлавин);

· Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, витамин В3);

· Пантотеновая кислота (витамин В5);

· Витамин В6 (пиридоксин);

· Биотин (витамин Н);

· Фолиевая кислота (витамин Вс, В9);

· Витамин В12 (кобаламин);

· Витамин С (аскорбиновая кислота);

· Витамин Р (биофлавоноиды).

Б. Жирорастворимые

· Витамин А (ретинол);

· Витамин D (холекальциферол);

· Витамин Е (токоферол);

· Витамин К (филлохинон).

15. Витамин А, структура, участие в обменных процессах. Гипо- гипер- и авитаминоз А, их причины и особенности проявления. Пищевые источники, суточная потребность.

Витамин А (ретинол)-циклический, ненасыщенный, одноатомный спирт. Витамин А содержится только в животных продуктах: печени крупного рогатого скота и свиней, яичном желтке, молочных продуктах; особенно богат этим витамином рыбий жир. Суточная потребностьвитамина А взрослого человека составляет от 1 до 2,5 мг витамина. Биологические функции витамина А. В организме ретинол превращается в ретиналь и ретиноевую кислоту, участвующие в регуляции ряда функций (в росте и дифференцировке клеток); они также составляют фотохимическую основу акта зрения. Основные клинические проявления гиповитаминоза А. Наиболее ранний и характерный признак недостаточности витамина А у людей - нарушение сумеречного зрения (гемералопия, или "куриная" слепота). Специфично для авитаминоза А поражение глазного яблока - ксерофтальмия, т.е. развитие сухости роговой оболочки глаза как следствие закупорки слёзного канала в связи с ороговением эпителия. Это, в свою очередь, приводит к развитию конъюнктивита, отёку, изъязвлению и размягчению роговой оболочки, т.е. к кератомаляции. Ксерофтальмия и кератомаляция при отсутствии соответствующего лечения могут привести к полной потере зрения.

16. Витамин Д, структура, участие в обменных процессах. Активные формы витамина Д в организме. Гипер-, гипо- и авитаминоз Д. Пищевые источники, суточная потребность.Роль витамина Д как антирахитического фактора. Биохимическая сущность рахита.

Витамины группы D (кальциферолы) - группа химически родственных соединений, относящихся к производным стеринов. Наиболее биологически активные витамины - D2 и D3. Витамин D2 (эргокалферол), производное эргостерина - растительного стероида, встречающегося в некоторых грибах, дрожжах и растительных маслах. Источники.Наибольшее количество витамина D3 содержится в продуктах животного происхождения: сливочном масле, желтке яиц, рыбьем жире. Суточная потребностьдля детей 12-25 мкг (500-1000 ME), для взрослого человека потребность значительно меньше. Биологическая роль.В организме человека витамин D3 гидроксилируется в положениях 25 и 1 и превращается в биологически активное соединение 1,25-дигидроксихолекальциферол. Кальцитриол выполняет гормональную функцию, участвуя в регуляции обмена Са2+ и фосфатов, стимулируя всасывание Са2+ в кишечнике и кальцификацию костной ткани, реабсорбцию Са2+и фосфатов в почках. Недостаточность.При недостатке витамина D у детей развивается заболевание "рахит", характеризуемое нарушением кальцификации растущих костей. При этом наблюдают деформацию скелета с характерными изменениями. Избыток.Поступление в организм избыточного количества витамина D3 может вызвать гипервитаминоз D. Это состояние характеризуется избыточным отложением солей кальция в тканях лёгких, почек, сердца, стенках сосудов, а также остеопорозом с частыми переломами костей.

17. Витамин РР, структура коферментов, участие в обменных процессах. Гипо - и авитаминоз РР. Пищевые источники, суточная потребность.

Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, витамин B3) Источники.Витамин РР широко распространён в растительных продуктах, высоко его содержание в рисовых и пшеничных отрубях, дрожжах, много витамина в печени и почках крупного рогатого скота и свиней. Суточная потребностьв этом витамине доставляет для взрослых 15-25 мг, для детей - 15 мг. Биологические функции.Никотиновая кислота в организме входит в состав NAD и NADP, выполняющих функции коферментов различных дегидрогеназ. Недостаточность витамина РР приводит к заболеванию "пеллагра", для которого характерны 3 основных признака: дерматит, диарея, деменция ("три Д"), Пеллагра проявляется в виде симметричного дерматита на участках кожи, доступных действию солнечных лучей, расстройств ЖКТ (диарея) и воспалительных поражений слизистых оболочек рта и языка. В далеко зашедших случаях пеллагры наблюдают расстройства ЦНС (деменция): потеря памяти, галлюцинации и бред.

18. Витамин В2, структура коферментов, участие в обменных процессах. Гиповитаминоз и авитаминоз В2. Суточная потребность, пищевые источники.

Витамин В2 (рибофлавин). В основе структуры витамина В2 лежит структура изоаллоксазина, соединённого со спиртом рибитолом. Главные источникивитамина В2 - печень, почки, яйца, молоко, дрожжи. Витамин содержится также в шпинате, пшенице, ржи. Частично человек получает витамин В2 как продукт жизнедеятельности кишечной микрофлоры. Суточная потребность в витамине В2 взрослого человека составляет 1,8-2,6 мг. Биологические функции.В слизистой оболочке кишечника после всасывания витамина происходит образование коферментов FMN и FAD. Клинические проявления недостаточностирибофлавина выражаются в остановке роста у молодых организмов. Часто развиваются воспалительные процессы на слизистой оболочке ротовой полости, появляются длительно незаживающие трещины в углах рта, дерматит носогубной складки. Типично воспаление глаз: конъюнктивиты, васкуляризация роговицы, катаракта. Кроме того, при авитаминозе В2 развиваются общая мышечная слабость и слабость сердечной мышцы.

19. Витамин С, структура, участие в обменных процессах. Гипо- и авитаминоз С. Пищевые источники, суточная потребность.

Витамин С (аскорбиновая кислота). Источникивитамина С - свежие фрукты, овощи, зелень. Суточная потребностьчеловека в витамине С составляет 50-75 мг. Биологические функции. Образование коллагена, серотонина из триптофана, образование катехоламинов, синтез кортикостероидов. Аскорбиновая кислота также участвует в превращении холестерина в желчные кислоты. Витамин С необходим для детоксикации в гепатоцитах при участии цитохрома P450. Витамин С сам нейтрализует супероксид-анион радикал до перекиси водорода. Клинические проявления недостаточности витаминаС.Недостаточность аскорбиновой кислоты приводит к заболеванию, называемому цингой (скорбут). Цинга, возникающая у человека при недостаточном содержании в пищевом рационе свежих фруктов и овощей, описана более 300 лет назад, со времени проведения длительных морских плаваний и северных экспедиций. Это заболевание связано с недостатком в пище витамина С. Болеют цингой только человек, приматы и морские свинки. Главные проявления авитаминоза обусловлены в основном нарушением образования коллагена в соединительной ткани. Вследствие этого наблюдают разрыхление дёсен, расшатывание зубов, нарушение целостности капилляров (сопровождающееся подкожными кровоизлияниями). Возникают отёки, боль в суставах, анемия.

20. Витамин В1, структура кофермента, участие в обменных процессах. Гиповитаминоз и авитаминоз В1. Пищевые источники, суточная потребность.

Витамин B1 (тиамин). Структура витамина включает пиримидиновое и тиазоловое кольца, соединённые метановым мостиком. Источники. Он широко распространён в продуктах растительного происхождения (оболочка семян хлебных злаков и риса, горох, фасоль, соя и др.). Суточная потребностьвзрослого человека в среднем составляет 2-3 мг витамина В1. Биологическая рольвитамина В, определяется тем, что в виде ТДФ он входит в состав как минимум трёх ферментов и ферментных комплексов: в составе пируват - и оскетоглутаратдегидрогеназных комплексов он участвует в окислительном декарбоксилировании пирувата и оскетоглутарата; в составе транскетолазы ТДФ участвует в пентозофосфатном пути превращения углеводов. Основной, наиболее характерный и специфический признак недостаточности витамина В1- полиневрит, в основе которого лежат дегенеративные изменения нервов. Вначале развивается болезненность вдоль нервных стволов, затем - потеря кожной чувствительности и наступает паралич (бери-бери). Второй важнейший признак заболевания - нарушение сердечной деятельности, что выражается в нарушении сердечного ритма, увеличении размеров сердца и в появлении болей в области сердца. К характерным признакам заболевания, связанного с недостаточностью витамина В1относят также нарушения секреторной и моторной функций ЖКТ; наблюдают снижение кислотности желудочного сока, потерю аппетита, атонию кишечника.

21. Витамин В6, структура кофермента, участие в обменных процессах. Гиповитаминоз и авитаминоз В6. Пищевые источники, суточная потребность.

ВитаминВ6 (пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин) В основе структуры витамина В6 лежит пиридиновое кольцо. Известны 3 формы витамина В6, отличающиеся строением замещающей группы у атома углерода в п-положении к атому азота. Все они характеризуются одинаковой биологической активностью. Источники витамина В6 для человека - такие продукты питания, как яйца, печень, молоко, зеленый перец, морковь, пшеница, дрожжи. Некоторое количество витамина синтезируется кишечной флорой. Суточная потребностьсоставляет 2-3 мг. Биологические функции.Все формы витамина В6 используются в организме для синтеза коферментов: пиридоксальфосфата и пиридоксаминфосфата. Коферменты образуются путём фосфорилирования по гидроксиметильной группе в пятом положении пиримидинового кольца при участии фермента пиридоксалькиназы и АТФ как источника фосфата. Клинические проявления недостаточности витамина.Авитаминоз В6 у детей проявляется повышенной возбудимостью ЦНС, периодическими судорогами, что связано, возможно, с недостаточным образованием тормозного медиатора ГАМК, специфическими дерматитами. У взрослых признаки гиповитаминоза В6 наблюдают при длительном лечении туберкулёза изониазидом (антагонист витамина В6). При этом возникают поражения нервной системы (полиневриты), дерматиты.

22. Пантотеновая кислота и биотин, их участие в обменных процессах. Гиповитаминозы и авитаминозы В3 и Н. Суточная потребность, источник этих витаминов.

Пантотеновая кислота (лекарственная форма — пантотенат кальция, витамин B5, неверное обозначение — витамин B3). Пантотеновая кислота требуется для обмена жиров, углеводов, аминокислот, синтеза жизненно важных жирных кислот, холестерина, гистамина, ацетилхолина, гемоглобина. Пантотеновая кислота чувствительна к нагреванию, при термической обработке теряется почти 50 % витамина. Суточная потребность человека в пантотеновой кислоте (5—10 мг) удовлетворяется при нормальном смешанном питании, так как пантотеновая кислота содержится в очень многих продуктах животного и растительного происхождения (дрожжи, икра рыб, яичный желток, зелёные части растений, молоко, морковь, капуста и т. д.).Симптомы гиповитаминоза: 1.усталость 2.депрессия 3.расстройство сна 4.повышенная утомляемость 5.головные боли 6. Тошнота 7. мышечные боли

23. Фолиевая кислота и кобаламин, их участие в обменных процессах, авитаминозы. Пищевые источники, суточная потребность.

Фолиевая кислота (витамин Вc, витамин B9). Источники.Значительное количество этого витамина содержится в дрожжах, а также в печени, почках, мясе и других продуктах животного происхождения. Суточная потребностьв фолиевой кислоте колеблется от 50 до 200 мкг; однако вследствие плохой всасываемости этого витамина рекомендуемая суточная доза - 400 мкг. Биологическая рольфолиевой кислоты определяется тем, что она служит субстратом для синтеза коферментов, участвующих в реакциях переноса одноуглеродных радикалов различной степени окисленности: метальных, оксиметильных, формильных и других. Эти коферменты участвуют в синтезе различных веществ: пуриновых нуклеотидов, превращении сУМФ в сПГМФ, в обмене глицина и серина. Наиболее характерные признаки авитаминозафолиевой кислоты - нарушение кроветворения и связанные с этим различные формы малокровия (макроцитарная анемия), лейкопения и задержка роста. При гиповитаминозе фолиевой кислоты наблюдают нарушения регенерации эпителия, особенно в ЖКТ. Витамин В12 (кобаламин). Источники. Это единственный витамин, синтезируемый почти исключительно микроорганизмами: бактериями, актиномицетами и сине-зелёными водорослями. Из животных тканей наиболее богаты витамином В12 печень и почки. Суточная потребностьв витамине В12 крайне мала и составляет всего 1-2 мкг. Биологическая роль. Витамин В12 служит источником образования двух коферментов: метилкобаламина в цитоплазме и дезоксиаденозилкобаламина в митохондриях. Основной признак авитаминоза В12-макроцитарная (мегалобластная) анемия. Для этого заболевания характерны увеличение размеров эритроцитов, снижение количества эритроцитов в кровотоке, снижение концентрации гемоглобина в крови. Нарушение кроветворения связано в первую очередь с нарушением обмена нуклеиновых кислот, в частности синтеза ДНК в быстроделящихся клетках кроветворной системы.

24. Витамин Е и К, участие их в обменных процессах. Гиповитаминозы и авитаминозы этих витаминов. Пищевые источники, суточная потребность.

Витамины группы Е (токоферолы) найдены в природных источниках. Все они - метальные производные исходного соединения токола, по строению очень близки и обозначаются буквами греческого алфавита. Наибольшую биологическую активность проявляет α-токоферол.Источники витаминаЕ для человека - растительные масла, салат, капуста, семена злаков, сливочное масло, яичный желток. Суточная потребностьвзрослого человека в витамине примерно 5 мг. Биологическая роль. По механизму действия токоферол является биологическим антиоксидантом. Он ингибирует свободнорадикальные реакции. Клинические проявления недостаточностивитаминаЕ. Дефицит витамина Е проявляется развитием гемолитической анемии.

Витамины К (нафтохиноны) существует в нескольких формах в растениях как филлохинон (К1), клетках кишечной флоры как менахинон (К2). Источники витамина К-растительные (капуста, шпинат, корнеплоды и фрукты) и животные (печень) продукты. Суточная потребностьв витамине взрослого составляет 1-2 мг. Биологическая функция витамина Ксвязана с его участием в процессе свёртывания крови. Он участвует в активации факторов свёртывания крови. Витамин К участвует в реакциях карбоксилирования в качестве кофермента. Основное проявление авитаминоза К-сильное кровотечение, часто приводящее к шоку и гибели организма.

26. Гормоны – регуляторы обменных процессов в организме. Общие биологические признаки гормонов. Классификация по их химической структуре. механизм действия гормонов. Гормоны проникающего действия и непроникающего. Циклические посредники, их роль в регуляции гормонального эффекта. Аденилатциклазная система. Роль кальция, инозилтрифосфата в передаче гормонального сигнала.

Гормоны – вещества органической природы, вырабатывающиеся в специализированных клетках желез внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции.

В это определение необходимо внести соответствующие коррективы в связи с обнаружением типичных гормонов млекопитающих у одноклеточных (например, инсулин у микроорганизмов) или возможностью синтеза гормонов соматическими клетками в культуре ткани (например, лимфоцитами под действием факторов роста). Гормоны классифицируют в зависимости от места их природного синтеза, в соответствии с которым различают гормоны гипоталамуса, гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, поджелудочной железы, половых желез, зобной железы и др. Современная классификация гормонов, основанной на их химической природе. В соответствии с этой классификацией различают три группы истинных гормонов:

1) пептидные и белковые гормоны,

2) гормоны – производные аминокислот

3) гормоны стероидной природы.

Четвертую группу составляют эйкозаноиды – гормоноподобные вещества, оказывающие местное действие.

Пептидные и белковые гормоны включают от 3 до 250 и более аминокислотных остатков. Это гормоны гипоталамуса и гипофиза (тиролиберин, соматолиберин, соматостатин, гормон роста, кортикотропин, тиреотропин), а также гормоны поджелудочной железы (инсулин, глюкагон). Гормоны – производные аминокислот в основном представлены производными аминокислоты тирозина. Это низкомолекулярные соединения адреналин и норадреналин, синтезирующиеся в мозговом веществе надпочечников, и гормоны щитовидной железы (тироксин и его производные). Гормоны 1-й и 2-й групп хорошо растворимы в воде. Гормоны стероидной природы представлены жирорастворимыми гормонами коркового вещества надпочечников (кортикостероиды), половыми гормонами (эстрогены и андрогены), а также гормональной формой витамина D.Эйкозаноиды, являющиеся производными полиненасыщенной жирной кислоты (арахидоновой), представлены тремя подклассами соединений: простагландины, тромбоксаны и лейкотриены. Эти нерастворимые в воде и нестабильные соединения оказывают свое действие на клетки, находящиеся вблизи их места синтеза. Гормоны первого типа связываются поверхностными рецепторами, расположенными на плазматической мембране. Различают три вида взаимодействия гормонов с плазматической мембраной. При взаимодействии первого вида гормонрецепторный комплекс, находящийся на поверхности клеток, вызывает образование так называемого второго посредника — циклического аденозин-3,5-монофосфата (цАМФ), и последующие действия гормона опосредуются цАМФ. Этот механизм характерен для некоторых белковых гормонов и биогенных аминов. При взаимодействии второго вида рецептор клеточной поверхности индуцирует продукцию или высвобождение иных вторых посредников, например кальция. Этот механизм характерен для некоторых нейротрансмиттеров и РТГ. При взаимодействии третьего вида комплекс поверхностный рецептор — гормон интернализуется внутрь клетки. К последней категории гормонов относится инсулин.Некоторые гормоны, такие как стероидные гормоны и гормоны щитовидной железы, по свойствам являются гидрофобными. В плазме крови для их транспортировки используются специальные белки-транспортеры. В комплексе с этими белками они не способны взаимодействовать с мембранными рецепторами, но способны отрываться от них и диффундировать через клеточную мембрану внутрь клетки. После перехода в цитозоль гормоны немедленно подхватываются другими белками, которые уже являются рецепторами. Комплекс гормон-рецептор в некоторых случаях дополнительно модифицируется и активируется. Далее он проникает в ядро, где может связываться сядерным рецептором. В результате гормон приобретает сродство к ДНК. Связываясь с гормон-чувствительным элементом в ДНК, гормон влияет на транскрипцию определенных генов и изменяет концентрацию РНК в клетке и, соответственно, количество определенных белков в клетке.

27. Гормоны гипоталамуса – либерины и статины. Химическая природа. Механизм их действия на молекулярном уровне, биологический эффект.

Гипоталамус служит местом непосредственного взаимодействия высших отделов ЦНС и эндокринной системы. гипоталамуса были выделены первые гуморальные факторы, оказавшиеся гормональными веществами с чрезвычайно высокой биологической активностью. Эти вещества получили наименование рилизинг-факторов или либеринов. Вещества с противоположным действием, гипофизарных гормонов, стали называть ингибирующими факторами, или статинами. Таким образом, гормонам гипоталамуса принадлежит ключевая роль в физиологической системе гормональной регуляции многосторонних биологических функций отдельных органов, тканей и целостного организма. К настоящему времени в гипоталамусе открыто 7 стимуляторов (либерины) и 3 ингибитора (статины) секреции гормонов гипофиза, а именно: кортиколиберин, тиролиберин, люлиберин, фоллилиберин, соматолиберин, пролактолиберин, меланолиберин, соматостатин, пролактостатин и меланостатин. Установлено, что по химическому строению все гормоны гипоталамуса являются низкомолекулярными пептидами, так называемыми олигопептидами необычного строения, хотя точный аминокислотный состав и первичная структура выяснены не для всех.1.Тиролиберин(Пиро-Глу–Гис–Про–NH2): представлен трипептидом, состоящим из пироглутаминовой(циклической) кислоты, гистидина и пролинамида, соединенных пептидными связями. В отличие от классических пептидов он не содержит свободных NH2- и СООН-групп у N- и С-концевых аминокислот.Ответственен за выпуск гормона, стимулирующего работу щитовидной железы.2. Гонадолиберинявляется декапептидом, состоящим из 10 аминокислотв последовательности: Пиро-Глу–Гис–Трп–Сер–Тир–Гли–Лей–Арг–Про–Гли-NН2. Концевая С-аминокислота представлена глицинамидом.ГнРГ вызывает усиление секреции передней долей гипофиза гонадотропных гормонов —лютеинизирующего гормона и фолликулостимулирующего гормона. 3. Соматостатинявляется циклическим тетрадекапептидом (состоит из14 аминокислотных остатков). Отличается этот гормон от двух предыдущих, помимо циклической структуры, тем, что не содержит на N-конце пироглутаминовой кислоты: дисульфидная связь образуется между двумя остатками цистеина в 3-ми в 14-м положении. Он оказывает широкий спектрбиологического действия; в частности, показано ингибирующее действие насинтез гормона роста в аденогипофизе, а также прямое тормозящее действие его на биосинтез инсулина и глюкагона в β- и α-клетках островков Лангерганса.4. Соматолибериннедавно выделен из природных источников. Он представлен 44 аминокислотными остатками с полностью раскрытой последовательностью. Биологической активностью соматолиберина наделен, крометого, химически синтезированный декапептид: Н-Вал–Гис–Лей–Сер–Ала–Глу–Глн–Лиз–Глу–Ала-ОН. Этот декапептид стимулирует синтез и секрецию гормона роста гипофиза соматотропина.5. Меланолиберин, химическая структура которого аналогична структуре открытого кольца гормона окситоцина (без трипептидной боковой цепи), имеет следующее строение: Н-Цис–Тир–Иле–Глн Асн–Цис-ОН. Необходимо отметить, что меланолиберин оказывает стимулирующее действие, а меланостатин, напротив, ингибирующее действие на синтез и секрецию меланотропина в передней доле гипофиза.6. Меланостатин(меланотропинингибирующий фактор) представлен или трипептидом: Пиро-Глу–Лей–Гли-NН2, или пентапептидом со следующей последовательностью: Пиро-Глу–Гис–Фен–Aрг–Гли–NН2 . МСГ стимулируют синтез и секрецию меланинов (меланогенез) клетками - меланоцитами кожи и волос, а также пигментного слоя сетчатки глаза. Наиболее сильное влияние на пигментацию оказывает альфа-меланоцитстимулирующий гормон.

28. Тропные гормоны гипофиза: соматотропный гормон, адренокортикотропный, тиреотропный, гонадотропные гормоны. Химическая природа. Механизм действия, биологический эффект. Нарушение функций организма и недостаточная или избыточная выработка соматотропина.

Адренокортикотропный гормон (АКТГ, кортикотропин)вырабатываемый базофильными клеткамиаденогипофиза. АКТГ, помимо основного действия – стимуляции синтезаи секреции гормонов коры надпочечников, обладает жиромобилизующейи меланоцитстимулирующей активностью. Молекула АКТГ содержит 39 аминокислотных остатков:

Н-Сер–Тир–Сер–Мет–Глу–Гис–Фен–Арг–Трп–Гли–Лиз–Про–Вал–Гли–

–Лиз–Лиз–Aрг–Aрг–Про–Вал–Лиз–Вал–Тир–Про–Асп–Ала–Гли–Глу–

–Асп–Глн–Сер–Ала–Глу–Ала–Фен–Про–Лей–Глу–Фен-ОН

Данные о механизме действия АКТГ на синтез стероидных гормонов свидетельствуют о существенной роли аденилатциклазной системы. Предполагают, что АКТГ вступает во взаимодействие со специфическими рецепторами на внешней поверхности клеточной мембраны (рецепторы представлены белками в комплексе с другими молекулами, в частности с сиаловой кислотой). Сигнал затем передается на фермент аденилатциклазу, расположенную на внутренней поверхности клеточной мембраны, которая катализирует распад АТФ и образование цАМФ. Последний активирует протеинкиназу, которая в свою очередь с участием АТФ осуществляет фосфорилирование холинэстеразы, превращающей эфиры холестерина в свободный холестерин, который поступает в митохондрии надпочечников, где содержатся все ферменты, катализирующие превращение холестерина в кортикостероиды.Соматотропныйгормон (СТГ, гормон роста, соматотропин) синтезируется в ацидофильных клетках передней доли гипофиза; концентрация его в гипофизе составляет 5–15 мг на 1 г ткани. СТГ человека состоит из 191 аминокислоты и содержит две дисульфидные связи; N- и С-концевые аминокислоты представлены фенилаланином. СТГ обладает широким спектром биологического действия. Он влияет на все клетки организма, определяя интенсивность обмена углеводов, белков, липидов и минеральных веществ. Он усиливает биосинтез белка, ДНК, РНК и гликогена и в то же время способствует мобилизации жиров из депо и распаду высших жирных кислот и глюкозы в тканях. Помимо активации процессов ассимиляции, сопровождающихся увеличением размеров тела, ростом скелета, СТГ координирует и регулирует скорость протекания обменных процессов. Многие биологические эффекты этого гормона осуществляются через особый белковый фактор, образующийся в печени под влиянием гормона – соматомедин. По своей природе он оказался пептидом с мол. массой 8000. Тиреотропный гормон (ТТГ, тиротропин)является сложным гликопротеином и содержит, кроме того, по две α- и β-субъединицы,которые в отдельности биологической активностью не обладают: мол. масса его около 30000.Тиротропин контролирует развитие и функцию щитовидной железыи регулирует биосинтез и секрецию в кровь тиреоидных гормонов. Полностью расшифрована первичная структура α- и β-субъединиц тиротропина: α-субъединица, содержащая 96 аминокислотныхостатков; β-субъединица тиротропина человека, содержащая 112 аминокислотных остатков,К гонадотропным гормонам (гонадотропины)относятся фолликулостимулирующий гормон (ФСГ,фоллитропин) и лютеинизирующий гормон (ЛГ, лютропин). Оба гормона синтезируютсяв передней доле гипофиза и являются сложнымибелками – гликопротеинами с мол. массой 25000. Они регулируют стероидо - и гаметогенез в половых железах. Фоллитропин вызывает созревание фолликулов в яичниках у самок и сперматогенез – у самцов. Лютропину самок стимулирует секрецию эстрогенов и прогестерона, как и разрыв фолликулов с образованием желтого тела, а у самцов – секрецию тестостерона и развитие интерстициальной ткани. Биосинтез гонадотропинов,как было отмечено, регулируется гипоталамическим гормоном гонадолиберином.Лютропин состоит из двух α- и β-субъединиц: α-субъединица гормона содержит из 89 аминокислотных остатков с N-конца и отличается природой 22 аминокислот.

29. Гормоны задней доли гипофиза: вазопрессин, окситоцин. Химическая природа. Механизм их действия, биологический эффект. Нарушения функций организма, связанные с недостатком выработки этих гормонов.

Гормоны вазопрессин и окситоцин синтезируются рибосомальным путем. Оба гормонапредставляют собой нонапептиды следующего строения: Вазопрессин отличается от окситоцина двумя аминокислотами: он содержит в положении 3 от N-конца фенилаланин вместо изолейцинаи в положении 8 – аргинин вместо лейцина. Основной биологический эффект окситоцина у млекопитающих связан со стимуляцией сокращения гладких мышц матки при родах и мышечных волокон вокруг альвеол молочных желез, что вызывает секрецию молока. Вазопрессин стимулирует сокращение гладких мышечных волокон сосудов, оказывая сильное вазопрессорное действие, однако основная роль его в организме сводится к регуляции водного обмена, откуда его второе название антидиуретического гормона. В небольших концентрациях (0,2 нг на 1 кг массы тела) вазопрессин оказывает мощное антидиуретическое действие – стимулирует обратный ток воды через мембраны почечных канальцев. В норме он контролирует осмотическое давление плазмы крови и водный баланс организма человека. При патологии, в частности атрофии задней доли гипофиза, развивается несахарный диабет – заболевание, характеризующееся выделением чрезвычайно больших количеств жидкости с мочой. При этом нарушен обратный процесс всасывания воды в канальцах почек.

Окситоцин

 

 

Вазопрессин

 

30. Гормоны щитовидной железы: трийодтиронин и тироксин. Химическая природа, биосинтез. Механизм действия гормонов на молекулярном уровне, биологический эффект. Изменение обмена вещества при гипертиреозе. Механизм возникновения эндемического зоба и его предупреждение.

Тироксин и трийодтиронин – основные гормоны фолликулярной части щитовидной железы. Помимо этих гормонов (биосинтез и функции которых будут рассмотрены ниже), в особых клетках – так называемых парафолликулярных клетках, или С-клетках щитовидной железы, синтезируется гормон пептидной природы, обеспечивающий постоянную концентрацию кальция в крови. Он получил название ≪кальцитонин≫. Биологическое действие кальцитонина прямо противоположно эффекту паратгормона: он вызывает подавление в костной ткани резорбтивных процессов и соответственно гипокальциемию и гипофосфатемию.  Из L-тиронина легко синтезируется гормон щитовидной железы тироксин, содержащий в 4 положениях кольцевой структуры йод Биологическое действие гормонов щитовидной железы распространяется на множество физиологических функций организма. В частности, гормоны регулируют скорость основного обмена, рост и дифференцировку тканей, обмен белков, углеводов и липидов, водно-электролитный обмен, деятельность ЦНС, пищеварительного тракта, гемопоэз, функцию сердечнососудистой системы, потребность в витаминах, сопротивляемость организма инфекциям и др. Гипофункция щитовидной железы в раннем детском возрасте приводит к развитию болезни, известной в литературе как кретинизм. Помимо остановки роста, специфических изменений кожи, волос, мышц, резкогоснижения скорости процессов обмена, при кретинизме отмечаются глубокие нарушения психики; специфическое гормональное лечение в этом случае не дает положительных результатов. Повышенная функция щитовидной железы (гиперфункция) вызывает развитие гипертиреоза

L-тироксин        L-3,5,3'-трийодтиронин      

31. Гормоны коры надпочечников: глюкокортикоиды, минералокортикоиды. Химическая природа. Механизм действия на молекулярном уровне. Их роль в регуляции углеводного, минерального, липидного и белкового обмена.

В зависимости от характера биологического эффекта гормоны коркового вещества надпочечников условно делят на глюкокортикоиды (кортикостероиды, оказывающие влияние на обмен углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот) и минералокортикоиды (кортикостероиды, оказывающие преимущественное влияние на обмен солей и воды). К первым относятся кортикостерон, кортизон, гидрокортизон (кортизол), 11-дезоксикортизол и 11-дегидрокортикостерон, ко вторым – дезоксикортикостерон и альдостерон. В основе их структуры, так же как и в основе строения холестерина, эргостерина, желчных кислот, витаминов группы D, половых гормонов и ряда других веществ, лежит конденсированная кольцевая система циклопентанпергидрофенантрена. Глюкокортикоидыоказывают разностороннее влияние на обмен веществ в разных тканях. В мышечной, лимфатической, соединительной и жировой тканях глюкокортикоиды, проявляя катаболическое действие, вызывают снижение проницаемости клеточных мембран и соответственно торможение поглощения глюкозы и аминокислот; в то же время в печени они оказывают противоположное действие. Конечным итогом воздействия глюкокортикоидов является развитие гипергликемии, обусловленной главным образом глюконеогенезом. Минералокортикоиды(дезоксикортикостерон и альдостерон) регулируют главным образом обмен натрия, калия, хлора и воды; они способствуют удержанию ионов натрия и хлора в организме и выведению с мочой ионов калия. По-видимому, происходит обратное всасывание ионов натрия и хлора в канальцах почек в обмен на выведение других продуктов обмена,

 

 

                                     кортизол

 

32. Паратгормон и кальцитонин. Химическая природа. Механизм действия на молекулярном уровне. Влияние на обмен кальция, гиперкальциемия и гипокальциемия.

К гормонам белковой природы относится также паратиреоидный гормон (паратгормон). Они синтезируются паращитовидными железами. Молекула паратгормона быка содержит 84аминокислотных остатка и состоит из одной полипептидной цепи. Выяснено, что паратгормон участвует в регуляции концентрации катионов кальция и связанных с ними анионов фосфорной кислоты в крови. Биологически активной формой считается ионизированный кальций, концентрация его колеблется в пределах 1,1–1,3 ммоль/л. Ионы кальция оказались эссенциальными факторами, не заменимыми другими катионами для ряда жизненно важных физиологических процессов: мышечное сокращение, нервно-мышечное возбуждение, свертывание крови, проницаемость клеточных мембран, активность ряда ферментов и т.д. Поэтому любые изменения этих процессов, обусловленные длительным недостатком кальция в пище или нарушением его всасывания в кишечнике, приводят к усилению синтеза паратгормона, который способствует вымыванию солей кальция (в виде цитратов и фосфатов) из костной ткани и соответственно к деструкции минеральных и органических компонентов костей. Другой орган-мишень паратгормона – это почка. Паратгормон уменьшает реабсорбцию фосфата в дистальных канальцах почки и повышает канальцевую реабсорбцию кальция.В особых клетках – так называемых парафолликулярных клетках, или С-клетках щитовидной железы, синтезируется гормон пептидной природы, обеспечивающий постоянную концентрацию кальция в крови - кальцитонин. Формула:

Кальцитонин содержит дисульфидный мостик (между 1-м и 7-м аминокислотными остатками) и характеризуется N-концевым цистеином и С-концевым пролинамидом. Биологическое действие кальцитонина прямо противоположно эффекту паратгормона: он вызывает подавление в костной ткани резорбтивных процессов и соответственно гипокальциемию и гипофосфатемию. Таким образом, постоянство уровня кальция в крови человека и животных обеспечивается главным образом паратгормоном, кальцитриолом и кальцитонином, т.е. гормонами как щитовидной и паращитовидных желез, так и гормоном – производным витамина D3. Это следует учитывать при хирургических лечебных манипуляциях на данных железах.

33. Гормоны мозгового слоя надпочечников – катехоламины: адреналин и норадреналин. Химическая природа и биосинтез. Механизм действия гормонов на молекулярном уровне, их роль в регуляции обмена углеводов, жиров и аминокислот. Нарушения обмена при заболеваниях надпочечников.

Эти гормоны по строению напоминают аминокислоту тирозин, от которого они отличаются наличием дополнительных ОН-групп в кольце и у β-углеродного атома боковой цепи и отсутствием карбоксильной группы.

        Адреналин                                     Норадреналин                                       Изопропиладреналин

 

В мозговом веществе надпочечников человека массой 10 г содержится около 5 мг адреналина и 0,5 мг норадреналина. Содержание их в крови составляет соответственно 1,9 и 5,2 нмоль/л. В плазме крови оба гормона присутствуют как в свободном, так и в связанном, в частности, с альбуминами состоянии. Небольшие количества обоих гормонов откладываются в виде соли с АТФ в нервных окончаниях, освобождаясь в ответ на ихраздражение. Кроме того, все они оказывают мощное сосудосуживающее действие, вызывая повышение артериальногодавления, и в этом отношении действие их сходно с действием симпатической нервной системы. Известно мощное регулирующее влияние этихгормонов на обмен углеводов в организме. Так, в частности, адреналинвызывает резкое повышение уровня глюкозы в крови, что обусловленоускорением распада гликогена в печени под действием фермента фосфорилазы. Гипергликемическйй эффект норадреналина значительно ниже – примерно 5% от действия адреналина. Параллельно отмечаются накопление гексозофосфатов в тканях, в частности в мышцах, уменьшение концентрации неорганического фосфата и повышение уровня ненасыщенных жирных кислот в плазме крови. Имеются данные о торможении окисления глюкозы в тканях под влиянием адреналина. Это действие некоторые авторы связывают с уменьшением скорости проникновения (транспорта) глюкозы внутрь клетки. Известно, что и адреналин, и норадреналин быстро разрушаются в организме; с мочой выделяются неактивные продукты их обмена, главным образом в виде 3-метокси-4-оксиминдальной кислоты, оксоадренохрома, метоксинорадреналина и метоксиадреналина. Эти метаболиты содержатся в моче преимущественно в связанной с глюкуроновой кислотой форме. Ферменты, катализирующие указанные превращения катехоламинов, выделены из многих тканей и достаточно хорошо изучены, в частности моноаминоксидаза (МАО), определяющая скорость биосинтеза и распада катехоламинов, и катехолметилтрансфераза, катализирующая главный путь превращения адреналина, т.е. о-метилирование за счет S-аденозилметионина. Приводим структуру двух конечных продуктов распада

34. Глюкагон и инсулин. Химическая природа, биосинтез инсулина. Механизм действия этих гормонов на молекулярном уровне. Их роль в регуляции обмена углеводов, жиров, аминокислот. Биохимические нарушения при сахарном диабете.

Инсулин, получивший свое название от наименования панкреатических островков. Молекула инсулина, содержащая 51 аминокислотный остаток, состоит из двух полипептидных цепей, соединенных между собой в двух точках дисульфидными мостиками. В физиологической регуляции синтеза инсулина доминирующую роль играет концентрация глюкозы в крови. Так, повышение содержания глюкозы в крови вызывает увеличение секреции инсулина в панкреатических островках, а снижение ее содержания, наоборот,– замедление секреции инсулина. Этот феномен контроля по типу обратной связи рассматривается как один из важнейших механизмов регуляции содержания глюкозы в крови. При недостаточной секреции инсулина развивается специфическое заболевание – сахарный диабет. Физиологические эффекты инсулина:Инсулин — единственный гормон, снижающий содержание глюкозы в крови, это реализуется через:

§ усиление поглощения клетками глюкозы и других веществ;

§ активацию ключевых ферментов гликолиза;

§ увеличение интенсивности синтеза гликогена — инсулин форсирует запасание глюкозы клетками печени и мышц путём полимеризации её в гликоген;

§ уменьшение интенсивности глюконеогенеза — снижается образование в печени глюкозы из различных веществ

Анаболические эффекты

§ усиливает поглощение клетками аминокислот (особенно лейцина и валина);

§ усиливает транспорт в клетку ионов калия, а также магния и фосфата;

§ усиливает репликацию ДНК и биосинтез белка;

§ усиливает синтез жирных кислот и последующую их этерификацию — в жировой ткани и в печени инсулин способствует превращению глюкозы в триглицериды; при недостатке инсулина происходит обратное — мобилизация жиров.

Антикатаболические эффекты

§ подавляет гидролиз белков — уменьшает деградацию белков;

§ уменьшает липолиз — снижает поступление жирных кислот в кровь.

Глюкагон — гормон альфа-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы. По химическому строению глюкагон является пептидным гормоном. Молекула глюкагона состоит из 29 аминокислот и имеет молекулярный вес 3485. Первичная структура молекулы глюкагона следующая:

NH2-His-Ser-Gln-Gly-Thr-Phe- Thr-Ser-Asp-Tyr-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser- Arg-Arg-Ala-Gln-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu- Met-Asn-Thr-COOH

Механизм действия глюкагона обусловлен его связыванием со специфическими глюкагоновыми рецепторами клеток печени. Это приводит к повышению опосредованной G-белком активности аденилатциклазы и увеличению образования цАМФ. Результатом является усиление катаболизма депонированного в печени гликогена. Глюкагон оказывает сильное инотропное и хронотропное действие на миокард вследствие увеличения образования. Результатом является повышение артериального давления, увеличение частоты и силы сердечных сокращений

35. Половые гормоны: андрогены, эстрогены. Химическая природа. Механизм действия на молекулярном уровне, влияние на обмен веществ. Нарушения обмена при недостатке и избытке этих гормонов в организме.

Женские половые гормоны.Основным местом синтеза женских половых гормонов – эстрогенов – являются яичники и желтое тело. В настоящее время открыты 2 группы женских половых гормонов, различающихся своей химической структурой и биологической функцией: эстрогены (главный представитель – эстрадиол) и прогестины (главный представитель – прогестерон). Наиболее активный эстроген – эстрадиол, синтезируется преимущественно в фолликулах; два остальных эстрогена являются производными эстрадиола и синтезируются также в надпочечниках и плаценте. Все эстрогены состоят из 18 атомов углерода. Секреция эстрогенов и прогестерона яичником носит циклический характер, зависящий от фазы полового цикла: в первой фазе цикла синтезируются в основном эстрогены, а во второй – преимущественно прогестерон. Основная биологическая роль эстрогенов и прогестерона, синтез которых начинается после наступления половой зрелости, заключается в обеспечении репродуктивной функции организма женщины. В этот период они вызывают развитие вторичных половых признаков и создают оптимальные условия, обеспечивающие возможность оплодотворения яйцеклетки после овуляции. Прогестерон выполняет в организме ряд специфических функций: подготавливает слизистую оболочку матки к успешной имплантации яйцеклетки в случае ее оплодотворения, а при наступлении беременности основная роль – сохранение беременности; оказывает тормозящее влияние на овуляцию и стимулирует развитие ткани молочной железы. Эстрогены оказывают анаболическое действие на организм, стимулируя синтез белка. Мужские половые гормоны.Биосинтез андрогенов осуществляется главным образом в семенникахи частично в яичниках и надпочечниках Биологическая роль андрогенов в мужском организме в основном связана с дифференцировкой и функционированием репродуктивной системы, причем в отличие от эстрогенов андрогенные гормоны уже в эмбриональном периоде оказывают существенное влияние на дифференцировку мужских половых желез, а также других тканей, определяя характер секреции гонадотропных гормонов у взрослых. Во взрослом организме андрогены регулируют развитие мужских вторичных половых признаков, сперматогенез в семенниках и т.д.

37. Мембраны, их значение для клеток и клеточных включений. Липидный бислой как основа плазматических и других клеточных мембран. Однотипичность их строения. Гликолипиды и белки мембран. Физико-химические свойства мембраны. Липидный и фосфолипидный спектр мембраны. ПОЛ – важный физиологический процесс. Изменения ПОЛ при патологии, пути защиты мембраны от ПОЛ.

Клеточная мембрана отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность; регулируют обмен между клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки — компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определённые условия среды. Биологические мембраны представляют собой "ансамбли" липидных и белковых молекул, удерживаемых вместе с помощью нековалентных взаимодействий. Основу мембраны составляет двойной липидный слой,в формировании которого участвуют фосфолипиды и гликолипиды. Липидный бислой образован двумя рядами липидов, гидрофобные радикалы которых спрятаны внутрь, а гидрофильные группы обращены наружу и контактируют с водной средой. Белковые молекулы как бы "растворены" в липидном бислое.Фосфолипиды.Все фосфолипиды можно разделить на 2 группы - глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды. Глицерофосфолипиды относят к производным фосфатидной кислоты. Наиболее распространённые глицерофосфолипиды мембран - фосфатидилхолины и фосфатидилэтаноламины. В мембранах эукариотических клеток обнаружено огромное количество разных фосфолипидов, причём они распределены неравномерно по разным клеточным мембранам. Эта неравномерность относится к распределению как полярных "головок", так и ацильных остатков. Гликолипиды.В гликолипидах гидрофобная часть представлена церамидом. Гидрофильная группа - углеводный остаток, присоединённый гликозидной связью к гидроксильной группе у первого углеродного атома церамида. В зависимости от длины и строения углеводной части различают цереброзиды,содержащие моно- или олигосахаридный остаток, и ганглиозиды,к ОН-группе которых присоединён сложный, разветвлённый олигосахарид, содержащий N-ацетилнейраминовую кислоту (NANA).Специфические свойства биологических мембран.Благодаря указанным особенностям биологические мембраны имеют присущие им характерные черты. Они образуют протяженные бислойные структуры малой толщины (6–10 нм), объединяющие белковые и липидные компоненты с различными свойствами. Целостная структура мембраны создается за счет гидрофобных и электростатических взаимодействий, а не за счет ковалентных связей между составляющими ее молекулами белков и липидов. Гидрофобный липидный бислой представляет естественную преграду для проникновения полярных молекул. Мембраны асимметричны по своему исходному строению, что обеспечивает градиент кривизны и спонтанное образование замкнутых структур. Мембранный бислой обладает относительно малой микровязкостью. Другими словами, мембраны рыхло упакованы, что позволяет отдельным компонентам проявлять высокую подвижность в латеральном направлении. Наружные мембраны клеток отличаются от внутренних по липидному составу (последние почти не содержат стеринов, имеют соотношение ФХ/ФЭ > 1) и обладают специфическим набором ферментов и рецепторов.

Как правило, белки плазматических мембран со стороны внеклеточной среды обильно гликозилированы. Внутриклеточные мембраны содержат мало гликопротеинов и гликолипидов и характеризуются меньшей микро- вязкостью. Благодаря этому они могут образовывать органеллы малого размера. Мембранные белки выполняют различные специфические функции: рецепторные, транспортные, ферментативные, энергопреобразующие и т.д.

 

38. Функции мембраны: барьерная, защитная, регуляторная, энергетическая. Транспортная функция мембраны. Виды транспорта: пассивный, активный, цитоз. Ферментный спектр мембраны: транспортные АТФ-азы, механизм их действия. Повреждение мембраны – неизбежный этап любой клеточной патологии. Атеросклероз

· барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Например, мембрана пероксисом защищает цитоплазму от опасных для клетки пероксидов. Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов или молекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.

· матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие.

· механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных — межклеточное вещество.

· энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки;

· рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами.
ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами.

· Транспортная функцияявляется одной из важных функций клеточных мембран. Мембрана создает

существенные ограничения для проникновения различных веществ, однако она не является полностью непроницаемой: небольшие нейтральные молекулы могут проникать через бислой в области структурных дефектов. Этот процесс осуществляется по градиенту концентрации переносимого вещества - из области, где его содержание высоко, в область с более низким содержанием. Такой процесс называетсяпростой диффузией, он осуществляется неизбирательно и с низкой скоростью. Приоблегченной диффузиивещества также переносятся в направлении их концентрационного градиента, но с использованием специальных структур - переносчиков или каналов, увеличивающих скорость и специфичность переноса. Известны высокоспецифическиетранслоказы- белковые молекулы, переносящие адениловые нуклеотиды через внутреннюю мембрану митохондрий: Nа+/Са2+-обменник - белок, входящий в состав плазматических мембран многих клеток; низкомолекулярный пептид бактериального происхождения валиномицин - специфический переносчик для ионов К+.Активный транспортвеществ осуществляется такими же механизмами, но протекает против концентрационного градиента и для своего осуществления должен быть сопряжен с энергодающим процессом. Основным источником энергии для активно- го транспорта является АТФ. Поэтому, как правило, эти системы представляют собой АТФазы. Примером систем активного транспорта ионов является Na+/K+- АТФаза плазматических мембран животных клеток, которая ≪выкачивает≫ из клетки ионы натрия в обмен на ионы калия, затрачивая на выполнение этой работы АТФ в стехиометрии 3Nа+/2К+/1АТФ. Са2+-АТФаза осуществляет активный транспорт кальция через мембрану со стехиометрией 2Са2+/1АТФ. В так называемых сопрягающих мембранах имеются протонные насосы, работающие как Н+-АТФазы. В результате их функционирования на мембране возникает разность концентраций протонов (ΔрН) и разность электрических потенциалов.Атеросклероз — хроническое заболевание артерий эластического и мышечно-эластического типа, возникающее вследствие нарушения липидного обмена и сопровождающееся отложением холестерина и некоторых фракций липопротеидов в интиме сосудов. Отложения формируются в виде атероматозных бляшек. Последующее разрастание в них соединительной ткани (склероз), и кальциноз стенки сосуда приводят к деформации и сужению просвета вплоть до облитерации (закупорки). Атеросклероз сосудов ведет к развитию ишемической болезни сердца.

39.40. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты: последовательность реакций, строение пируватдегидрогеназного комплекса. Нарушение его функции при атеросклерозе

 

4 6579 19085 6083 18296 6083 19627 5772 19923 5524 19430 5090 20466 5090 21600 4593 21600 186 8334 124 6510 124">

 

41. Цикл лимонной кислоты: последовательность реакций и характеристика ферментов. Связь между циклом трикарбоновых кислот и цепью переноса электронов и протонов. Аллостерическая регуляция цитратного цикла, его анаболические функции.

42. Понятие об обмене веществ и метаболических путях. Стадии катаболизма, взаимосвязь их с анаболическими процессами. Основные конечные продукты метаболизма у человека.

Метаболизм или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых; в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты. Обмен веществ происходит между клетками организма и межклеточной жидкостью, постоянство состава которой поддерживается кровообращением: за время прохождения крови в капиллярах через проницаемые стенки капилляров плазма крови 40 раз полностью обновляется с интерстициальной жидкостью. Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями, в них при участии ферментов одни биологически значимые молекулы последовательно превращаются в другие. Основные метаболические пути и их компоненты одинаковы для многих видов. Например, некоторые карбоновые кислоты, являющиеся интермедиатами цикла трикарбоновых кислот присутствуют во всех организмах Катаболические, анаболические пути.Ферментативное расщепление основных питательных веществ, а именно углеводов, жиров и белков, происходит в клетке через ряд последовательных ферментативных реакций. Катаболизм основных питательных веществ включает три главные стадии. На первой стадии крупные пищевые молекулы расщепляются на составляющие их основные строительные блоки. Полисахариды, например, расщепляются до гексоз или пентоз, липиды — до жирных кислот, глицерина и других компонентов, белки — до аминокислот, которых имеется 20 видов. На второй стадии большое число продуктов, образовавшихся на первой стадии, превращается в более простые молекулы, число типов которых сравнительно невелико. Так, гексозы, пентозы и глицерин, разрушаясь, превращаются сначала в трехуглеродный фосфорилированный сахар — глицеральдегид-3-фосфат, а затем расщепляются далее до единственной двууглеродной формы — ацетильной группы, входящей в состав ацетил- КоА. Двадцать различных аминокислот также дают при расщеплении лишь несколько конечных продуктов, а именно ацетил-КоА, α-кетоглутарат, сукцинат, фумарат и оксалоацетат. Продукты, образовавшиеся на второй стадии, вступают в третью стадию, которая для них всех является общей и на которой они в конечном счете окисляются до CO2 и воды. Процесс анаболизма также включает три стадии. Исходными веществами, или строительными блоками служат для него соединения, поставляемые третьей стадией катаболизма. Таким образом, третья стадия катаболизма является в то же время первой, исходной, стадией анаболизма. Синтез белка, например, начинается на этой стадии с α - кетокислот, являющихся предшественниками α -аминокислот. На второй стадии анаболизма α -кетокислоты аминируются аминогруппой доноров с образованием α -аминокислот, а на третьей, заключительной, стадии аминокислоты объединяются в пептидные цепи. Продукты метаболизма выводятся с мочой, фекалиями, выдыхаемым воздухом и потом. Специфические вещества задерживаются или удаляются из организма в той степени, в какой это необходимо для поддержания гомеостаза, при этом вместе со шлаковыми продуктами распада выводятся потенциально полезные вещества. Небольшие количества этих веществ выводятся из организма в виде кишечных газов, волос, ногтей, десквамированного эпителия кожи, кожного сала, ушной серы, слизи из полости носа и влагалища, слюны, слез, семенной жидкости и менструальных выделений. Уровни потерь этих веществ опубликованы в работах.

43. Митохондриальное окисление. Дегидрирование субстратов и окисление водорода как источник энергии для синтеза АТФ. Структура и функции переноса электронов, окислительно-восстановительный потенциал структурных компонентов цепи. Нарушение функции цепи переноса электронов при гипоксиях и других патологических состояниях.

Система митохондриального окисления - мультиферментная система, постепенно транспортирующая протоны и электроны на кислород с образованием молекулы воды. Все ферменты митохондриального окисления встроены во внутреннюю мембрану митохондрий. Только первый переносчик протонов и электронов - никотинамидная дегидрогеназа расположена в матриксе митохондрии. Этот фермент отнимает водород от субстрата и передает его следующему переносчику. Полный комплекс таких ферментов образует «дыхательную цепь», в пределах которого атомы водорода отнимаются от субстрата, затем передаются последовательно от одного переносчика к другому, и, наконец, передаются на кислород воздуха с образованием воды. Существует строгая последовательность работы каждого звена в цепочке переносчиков. Эта последовательность определяется величиной редокс-потенциала (окислительно-восстановительного потенциала, сокращенно - овп) каждого звена. ОВП - это химическая характеристика способности вещества принимать и удерживать электроны. Вещества с положительным ОВП окисляют водород (отнимают от него электроны), вещества с отрицательным ОВП окисляются самим водородом. Самый низкий ОВП имеет начальное звено цепи, самый высокий - у кислорода, расположенного в конце цепочки переносчиков. Таким образом, передача водорода идет от более низкого к более высокому ОВП. На одной из стадий происходит разделение атомов водорода на Н+ и электроны. Протоны остаются временно в окружающей среде, а электроны идут дальше по цепи и в ее конце используются для активации О2. Кислород является конечным акцептором электронов. O2 + 4e -----> 2O-2 (полное восстановление кислорода). Все реакции, происходящие в дыхательной цепи, сопряжены. Переносчики водорода и электронов расположены в строгом порядке, в соответствии с величиной их редокс-потенциала. В настоящее время различают три варианта дыхательных цепей: Главная дыхательная цепь - это три мультиферментных комплекса, встроенных во внутреннюю мембрану митохондрии. Обозначаются они латинскими цифрами – I, III и IV.Сокращенная (укороченная) дыхательная цепи.  Известны два субстрата. Главным из них является сукцинат (янтарная кислота). Сукцинатдегидрогеназа – это комплекс II, который в укороченном варианте цепи является начальным звеном окисления. В составе комплекса – простетическая группа ФАД и FeSII. От ФАД.Н2 два атома водорода переносятся на KoQ. Значит, первое звено, которое имеется в полной цепи - исключается. Перепад окислительно-восстановительного потенциала между ФАД и KoQ невелик. Поэтому переноса H+ в межмембранное пространство в этой точке не происходит. DmH+ также создается, но меньший, чем в полной цепи. Значит, меньше и эффективность фосфорилирования - коэффициент Р/О=2.Аналогичным образом окисляется и второй субстрат – ацил-КоА (активная форма любой жирной кислоты):Максимально сокращенная (максимально укороченная) дыхательная цепь.Она представлена только цитохромной частью. Эксперименты показали, что здесь может быть окислен только один субстрат - аскорбиновая кислота, с участием фермента, восстановленные эквиваленты включаются в цепь на уровне цитохрома С цитохромоксидазы (цитохром аа3), но в реальных условиях такого окисления практически не происходит. Образуется вода и 1 молекула АТФ. Коэффициент Р/О=1.

44. Окислительное фосфорилирование, его сопряжение с дыхательной цепью. Химиоосмотическая теория Митчела. Коэффициент Р/О. Разобщение тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. Биологические разобщители как регуляторы окислительного фосфорилирования. Нарушения энергетического обмена: гипоксические состояния.

Окислительное фосфорилирование и дыхательный контроль.Функция дыхательной цепи – утилизация восстановленных дыхательных переносчиков, образующихся в реакциях метаболического окисления субстратов (главным образом в цикле трикарбоновых кислот). Каждая окислительная реакция в соответствии с величиной высвобождаемой энергии ≪обслуживается≫ соответствующим дыхательным переносчиком: НАДФ, НАД или ФАД. Соответственно своим окислительно-восстановительным потенциалам эти соединения в восстановленной форме подключаются к дыхательной цепи. В дыхательной цепи происходит дискриминация протонов и электронов: в то время как протоны переносятся через мембрану, создавая ΔрН, электроны движутся по цепи переносчиков от убихинола к цитохромоксидазе, генерируя разность электрических потенциалов, необходимую для образования АТФ протонной АТФ-синтазой. Таким образом, тканевое дыхание ≪заряжает≫ митохондриальную мембрану, а окислительное фосфорилирование ≪разряжает≫ ее. Разность электрических потенциалов на митохондриальной мембране, создаваемая дыхательной цепью, которая выступает в качестве молекулярного проводника электронов, является движущей силой для образования АТФ и других видов полезной биологической энергии. Механизмы этих превращений описывает хемиосмотическая концепция превращения энергии в живых клетках. Она была выдвинута П. Митчеллом в 1960 г. для объяснения молекулярного механизма. Согласно хемиосмотической концепции, движение электронов по дыхательной цепи является источником энергии для транслокации протонов через митохондриальную мембрану. Возникающая при этом разностьэлектрохимических потенциалов (ΔμH+) приводит в действие АТФ-синтазу, катализирующую реакцию

АДФ + Рi = АТФ.

В дыхательной цепи есть только 3 участка, где перенос электронов сопряжен с накоплением энергии, достаточным для образования АТФ, на других этапах возникающая разность потенциалов для этого процесса недостаточна. Максимальная величина коэффициента фосфорилирования, таким образом, составляет 3, если реакция окисления идет с участием НАД, и 2, если окисление субстрата протекает через флавиновые дегидрогеназы. Теоретически еще одну молекулу АТФ можно получить в трансгидрогеназной реакции (если процесс начинается с восстановленного НАДФ): Обычно в тканях восстановленный НАДФ используется в пластическом обмене, обеспечивая разнообразные синтетические процессы, так что равновесие трансгидрогеназной реакции сильно сдвинуто влево. Эффективность окислительного фосфорилирования в митохондриях определяется как отношение величины образовавшегося АТФ к поглощенному кислороду: АТФ/О или Р/О (коэффициент фосфорилирования). Экспериментально определяемые значения Р/О, как правило, оказываются меньше 3. Это свидетельствует о том, что процесс дыхания не полностью сопряжен с фосфорилированием. Действительно, окислительное фосфорилирование в отличие от субстратного не является процессом, в котором окисление жестко сопряжено с образованием макроэргов. Степень сопряжения зависит главным образом от целостности митохондриальной мембраны, сберегающей разность потенциалов, создаваемую транспортом электронов. По этой причине соединения, обеспечивающие протонную проводимость (как 2,4-динитрофенол), являются разобщителями.

 

45. Свободно-радикальное окисление. Токсичность кислорода: образование активных форм кислорода, их действие на липиды и другие вещества клетки. Механизм защиты: антиоксидантные системы

Свободнорадикальное окисление – важный и многогранный биохимический процесс превращений кислорода, липидов, нуклеиновых кислот, белков и других соединений под действием свободных радикалов, а перекисное окисление липидов (ПОЛ) – одно из его последствий. Свободные радикалами (СР) представляют собой соединения, имеющие неспаренный электрон на наружной орбите и обладающие высокой реакционной способностью. К числу первичных СР относятся супероксидный анион-радикал, окись азота, а вторичными СР являются гидроксильный радикал, синклетный кислород, перекись водорода, пероксинитрит. Образование СР тесно связано, с одной стороны, с появлением свободных электронов при нарушениях процессов окисления в дыхательной цепи, превращении ксантина, синтезе лейкотриенов и простогландинов. Эти реакции зависят от активности ксантиноксидазы, дегидроротатдегидрогеназы, льдегидоксидазы, холестериноксидазы, ферментов цитохрома Р-450. Синтез супероксид — аниона инициируется ангиотензином II, который образуется из ангиотензина I под действием ангиотензинпревращающего фермента. Его активность в сосудах больных с выраженным атеросклерозом особенно высока. Причина этого явления пока неясна. Оксид азота образуется при окисленииL-аргинина под действием NO-синтетазы при участии кальмодулина. В литературе представлены данные о том, что синтез NO при атеросклерозе не нарушен, но его дефицит может возникать при увеличении его соединения с супероксид – анионом. Оно завершается синтезом пероксинитрита с большими патогенными потенциями, в том числе и образованием окисленных форм ЛПНП. С другой стороны, для синтеза вторичных СР используется водород НАДФ-Н, НАД-Н — его донаторов. Супероксид — анион может восстанавливать Fe3+ в Fe2+, при взаимодействии которого с перекисью водорода, перекисями липидов и гипохлоритом образуются высокотоксичные вторичные радикалы. Из всех СР наибольшей активностью обладают гидроксильный радикал и пероксинитрит. Активность СР ограничивается антиоксидантами, которые разрывают цепи молекул при реакциях СРО, разрушают молекулы перекисей. К числу ферментных антиоксидантов относятся супероксиддисмутаза (СОД), глютатионпероксидаза, каталаза, находящиеся в клеточных структурах. Неферментные антиоксиданты – витамины Е, К, С, убихиноны, триптофан, фенилаланин, церулоплазмин, трансферрин, гаптоглобин, глюкоза, каротиноиды – блокируют активность СР в крови.

46. Микросомальное окисление. Структурные компоненты и функции оксидаз, монооксигеназ и диоксигеназ. Значение микросомального окисления для организма: обезвреживание природных и искусственных экотоксикантов.

Свободное окисление. Одна из задач свободного (несопряженного) окисления – превращения природных или неприродных субстратов, называемых в этом случае ксенобиотиками (ксено – несовместимый, биос – жизнь). Они осуществляются ферментами диоксигеназамии монооксигеназами.Окисление протекает при участии специализированных цитохромов, локализованных чаще всего в эндоплазматическом ретикулуме, поэтому иногда этот процесс называют микросомальным окислением.В реакциях свободного окисления участвуют также кислород и восстановленные дыхательные переносчики (чаще всего НАДФН). Акцептором электронов является цитохром Р-450 (иногда цитохром b5). Окисление субстрата протекает по следующей схеме:

SH + O2 –>SOH.

Механизм действия оксигеназ включает изменение валентности входящих в их состав ионов двухвалентных металлов (железа или меди). Диоксигеназы присоединяют к субстрату молекулярный кислород, активируя его за счет электрона атома железа в активном центре (железо при этом становится трехвалентным). Оксигенация протекает как атака субстрата образующимся супероксид-анионом кислорода. Одной из биологически важных реакций такого типа является превращение β-каротина в витамин А. Монооксигеназы требуют участия в реакции НАДФН, атомы водорода которого взаимодействуют с одним из атомов кислорода, поскольку только один электрон связывается с субстратом. К широко распространенным монооксигеназам относятся разнообразные гидроксилазы. Они принимают участие в окислении аминокислот, оксикислот, полиизопреноидов. В процессе свободного окисления вследствие особенностей используемых цепей передачи электронов не происходит образования АТФ; биологическая роль этих процессов заключается в метаболизме ряда природных и ксенобиотических субстратов. В последнем случае свободное окисление выполняет важную функцию модификации чужеродных соединений.

47. Основные углеводы пищи. Переваривание углеводов в ротовой полости и желудочно-кишечном тракте, амилолитические ферменты слюны, поджелудочной железы, гидролиз дисахаридов. Всасывание моносахаридов (механизм всасывания).

По количеству углеводных остатков УВ разделяются на 3 основных класса: 1. моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза и др.); 2. дисахариды (мальтоза, сахароза, лактоза); 3. полисахариды (гомополисахариды крахмал, гликоген, клетчатка). Крахмал – резервный гомополисахарид растений, построенный из остатков α-глюкозы. Крахмал представляет собой смесь двух гомополисахаридов: амилозы и амилопектина. В амилозе остатки глюкозы связаны α-1,4-гликозидными связями, в точках ветвления амилопектина - α-1,6-гликозидными связями. Молекулярная масса крахмала – 106-107. Гликоген – резервный гомополисахарид высших животных и человека, построенный из остатков α–Д-глюкозы. Гликоген содержится практически во всех органах и тканях человека и животных; наибольшее его количество находится в печени и мышцах. Молекулярная масса гликогена 107 – 109 и выше. Гликоген по своему строению близок к амилопектину. Остатки глюкозы связаны α-1,4-гликозидными и α-1,6-гликозидными связями (в точках ветвления). В молекуле гликогена имеется большее число α-1,6-гликозидных связей по сравнению с крахмалом. Клетчатка – это единственный гомополисахарид, который не переваривается в ЖКТ человека, т.к. пищеварительные железы человека не вырабатывают β–глюкозидазу. Однако клетчатка выполняет ряд важных функций: 1. способствует формированию кала; 2. усиливает перистальтику кишечника; 3. является адсорбентом, с которым из кишечника выводятся излишки холестерина, соли тяжелых металлов. Роль углеводов: 1. Энергетическая (глюкоза – основной источник энергии для организма. При сгорании 1 г УВ выделяется 4 ккал энергии). 2. Структурно-функциональная (УВ – обязательный компонент гликопротеинов и протеогликанов, которые выполняют разнообразные функции: гормональную, рецепторную, защитную, ферментативную и др.). 3. Метаболическая (пентозы участвуют в синтезе нуклеиновых кислот и нуклеотидных коферментов). Суточная потребность в углеводах составляет 400-500 г. Переваривание углеводов - это совокупность процессов поэтапного ферментативного гидролиза полисахаридов до моносахаридов, которые всасываются в кишечнике, разносятся током крови к печени и другим тканям организма, где подвергаются различным метаболическим превращениям. Переваривание УВ начинается в ротовой полости под действием фермента амилазы слюны (оптимум рН=6,8-7,2), которая гидролизует в крахмале α -1,4-гликозидные связи с образованием декстринов. Всасывание УВ из просвета кишечника в энтероцит и из энтероцита в кровь происходит: 1) облегченной диффузией с участием переносчиков; 2) вторично активным транспортом (симпортом с ионами натрия) с использованием энергии K, Na-АТФ-азы. Быстрее всех всасываются глюкоза и галактоза. От кишечника всосавшиеся моносахариды транспортируются в печень, где происходит до 90% превращений моносахаров. Поступление глюкозы в клетки сердечной, скелетных мышц и жировой ткани регулируется инсулином.

49. Обмен галактозы, фруктозы, маннозы. взаимопревращение моносахаров в организме. Наследственные нарушения обмена моносахаридов: галактоземия, непереносимость фруктозы.

Нарушения, связанные с недостаточностью ферментов, которые принимают участие в переваривании и всасывании УВ. 

1. Непереносимость лактозы:а) врожденная. Дефект по лактазе в просвете тонкого кишечника. Большой осмотический эффект невсосавшейся лактозы вызывает приток жидкости в тонкий кишечник, поэтому клиническими симптомами являются вздутие живота, тошнота, судороги, боль и водная диарея. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. б) приобретенная (временная). Может быть, и у взрослых вследствие инфекционных заболеваний или интенсивного лечения антибактериальными препаратами. 

2. Нарушения обмена фруктозы:  а) Фруктоземия (наследственная непереносимость фруктозы). Недостаточность фермента кетозо-1- фосфат-альдолазы приводит к резкому увеличению концентрации фруктозо-1-фосфата в клетках печени, вследствие чего развиваются хроническая недостаточность функций печени и почек, гипогликемия, диарея, рвота, боли в животе. б) Эссенциальная фруктозурия. Причина: недостаток фруктокиназы. Следствие: нарушение фосфорилирования фруктозы приводит к повышению содержания фруктозы в крови и аномальному выведению фруктозы с мочой. Это нарушение не вызывает патологических симптомов.

3. Нарушения обмена галактозы: а) Галактоземия. Причина: недостаток фермента гексозо-1-фосфатуридилтрансфераза печени. Больные дети плохо растут, прием молока вызывает рвоту и понос. Происходит увеличение печени и желтуха. При этом заболевании увеличивается концентрация галактозы и галактозо-1-фосфата. Галактоземия сопровождается галактозурией. У детей галактоземия приводит к умственной отсталости и катаракте хрусталика. Определяющим диагностическим критерием служит отсутствие в эритроцитах гексозо-1-фосфатуридилтрансферазы. б) Недостаток галактокиназы. Происходит накопление галактозы и ее превращение в галактитол. Следствие: раннее развитие катаракты.

 

50. Анаэробный распад глюкозы. Этапы этого процесса. Гликолитическая оксиредукция, субстратное фосфорилирование. Энергетическая ценность анаэробного распада глюкозы. Регуляторные механизмы, участвующие в этом процессе.

Гликолиз – синоним молочнокислого брожения – сложный ферментативный процесс превращения глюкозы до двух молекул молочной кислоты, протекающий в тканях человека и животных без потребления кислорода. Гликолиз включает 11 ферментативных реакций, протекающих в цитоплазме клетки. Реакции гликолиза проходят в 2 стадии. В ходе первой стадии – энергопотребляющей – используются 2 АТФ в 1-ой и 3-ей реакциях. В процессе 7-ой и 10-ой реакций второй стадии – энергодающей – образуются 4 АТФ. Из 11 реакций - 3 необратимые (1-ая, 3-я и 10-ая).

52. Аэробный распад глюкозы: этапы этого процесса и его энергетика. Физиологическое значение аэробного распада глюкозы.

Аэробный путь окисления глюкозы и его энергетика. Аэробный путь окисления глюкозы происходит в 3 этапа: 1. окисление молекулы глюкозы до 2 молекул пирувата; 2. окислительное декарбоксилирование пирувата (с образованием 2 молекул ацетил-КоА); 3. реакции цикла Кребса, где каждая молекула ацетил-КоА сгорает с образованием 12 АТФ.

1-ый этап. Окисление молекулы глюкозы до 2 молекул пирувата - это первые 10 реакций гликолиза. Суммарная реакция 1 этапа: 

Глюкоза + 2 НАД++ 2 АДФ → 2 пирувата + 2 НАДН + Н+ + 2 АТФ

2-ой этап. Окислительное декарбоксилирование пирувата (с образованием 2 молекул ацетилКоА) происходит в матриксе митохондрий и осуществляется мультиферментным комплексом пируватдегидрогеназой. В его состав входят 3 фермента и 5 коферментов: 1. Пируватдекарбоксилаза – кофермент тиаминпирофосфат (активная форма витамина В1). 2. Дегидролипоилацетилтрансфераза – кофермента: в активном центре – липоевая кислота (витаминоподобное вещество), из матрикса митохондрий используется Коэнзим А (КоА~SH). 3. Дигидролипоилдегидрогеназа – коферменты: в активном центре – ФАД, из матрикса митохондрий используется – НАД. Суммарная реакция:  

2 Пируват + 2 НАД+ + КоА → 2 ацетил-КоА + 2 НАДН + Н+

Каждый восстановленный НАД в митохондриях отдает протоны и электроны в полную ц.п.э., где образуется 2 х 3 АТФ = 6 АТФ. Таким образом, ценность второго этапа – 6 АТФ. Эти реакции происходят только в аэробных условиях!

3-ий этап. Реакции цикла Кребса, где каждая молекула ацетил-КоА сгорает с образованием 12 АТФ. Следовательно, энергетический выход третьего этапа (в расчете на молекулу глюкозы) – 2 х 12 АТФ = 24 АТФ . Энергетическая ценность аэробного окисления глюкозы: 1 этап – 8 (6) АТФ 2 этап – 6 АТФ 3 этап – 24 АТФ Итого: 38 (36) АТФ (разница в 2 АТФ зависит от челнока, который переносит протоны и электроны из цитозоля от НАДН, образованного в 6-ой реакции гликолиза в митохондрии в ц.п.э.). Аэробное окисление глюкозы является главным источником энергии для большинства клеток организма.

54. Пентозофосфатный путь превращения глюкозы. Этапы и стадии этого процесса. Окислительная стадия пентозного цикла. Значение пентозофосфатного пути превращения глюкозы для организма.

 

 

55. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез) из неуглеводных продуктов. Основные этапы, три обходных реакции гликолиза. Значение процесса. Гормональная регуляция глюконеогенеза. Взаимосвязь гликолиза в мышцах и глюконеогенеза в печени (цикл Кори).

Биосинтез глюкозы (глюконеогенез) из молочной кислоты. Глюконеогенез – обращение реакций гликолиза. Из 11 реакций гликолиза 3 необратимы (1-ая, 3-я и 10-я):

1. глюкоза → глюкозо-6 фосфат

2. фруктозо-6-фосфат → фруктозо-1,6-дифосфат

3. фосфоенолпируват → пируват

Для этих реакций существуют обходные пути.  

Первый обходной путь начинается в матриксе митохондрий. Пируват проникает сквозь мембрану митохондрий в матрикс митохондрии, затем пируват подвергается карбоксилированию под действием фермента пируваткарбоксилаза (с использованием биотина и энергии АТФ). В результате этой реакции образуется оксалоацетат. Затем оксалоацетат превращается в малат, чтобы выйти из митохондрий в цитозоль клетки для дальнейшего превращения. В цитозоле малат обратимо превращается в оксалоацетат (под действием цитозольной малатдегидрогеназы). Образовавшийся оксалоацетат под действием фермента фосфоенолпируваткарбоксикиназы (при участии биотина и энергии ГТФ) превращается в фосфоенолпируват. В дальнейшем реакции глюконеогенеза идут до образования фруктозо-1,6-дифосфата (обратимые реакции гликолиза). 

Второй обходной путь: Фруктозо-1,6-дифосфат + Н2О → фруктозо-6-фосфат + Фн (реакцию катализирует фруктозо-1,6-бифосфатаза)

Третий обходной путь: Глюкозо-6-фосфат + Н2О → глюкоза + Фн (реакцию катализирует глюкозо-6-фосфатаза) В процессе глюконеогенеза 7-я реакция гликолиза (1,3-дифосфоглицерат + АДФ ↔ 3- фосфоглицерат + АТФ) расходуется 2 АТФ. В ходе синтеза глюкозы используются макроэргические соединения: 4 АТФ и 2 ГТФ.

Регуляция глюконеогенеза происходит с участием гормонов и с участием метаболитов.

1. Гормональная регуляция. Глюкокортикоиды проникают в клетку, усиливают биосинтез ферментов глюконеогенеза, способствуют повышению уровня сахара в крови. 

2. Метаболическая регуляция. Ацетил-КоА стимулирует пируваткарбоксилазу, осуществляющую реакцию превращения пирувата в ЩУК и далее в глюкозу. АТФ участвует в процессах карбоксилирования, стимулирует глюкозо-6-фосфатазу и фруктозо-1,6-бисфосфатазу, усиливает процессы глюконеогенеза. Витамин Н (биотин) – кофермент пируваткарбоксилазы. Фруктозо-2,6- дифосфат ингибирует фруктозо-1,6-бисфосфатазу.

Цикл Кори. В процессе анаэробного гликолиза в скелетных мышцах образуется лактат, который выходит из клеток в кровь, доставляется в печень, где включается в реакции глюконеогенеза с образованием глюкозы. Глюкоза выходит в кровь, доставляется к тканям, где используется как источник энергии. Цикл Кори выполняет две важные функции: 1) обеспечивает утилизацию лактата в реакциях глюконеогеназа; 2) предотвращает накопление лактата и развитие лактоацидоза (смещение рН в кислую сторону)

57. Свойства и распространение гликогена как резервного полисахарида. Биосинтез гликогена, мобилизация гликогена. Регуляция обмена гликогена гормонами и аллостерическая регуляция. Особенности распада гликогена в печени и мышцах. Гликогенозы и агликогенозы

Гликоген – высокомолекулярный полимер, построенный из остатков глюкозы, связанных α-1,4- и α-1,6-гликозидными связями. В большом количестве содержится в печени и мышцах. Гликоген упакован в гранулы, размер которых 100 – 400 А. В гранулах находятся ферменты синтеза и распада гликогена. Распад гликогена происходит в интервалах между приемами пищи; этот процесс ускоряется при физических нагрузках. Гликогенолиз происходит за счет отщепления остатков глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата. Фермент гликогенфосфорилаза расщепляет α-1,4-гликозидные связи в гликогене в результате остаются 4 остатка глюкозы до места ветвления (α-1,6-гликозидная связь). Олигосахаридтрансфераза переносит фрагмент гликогена (состоящий из трех остатков глюкозы) на неразветвленный участок цепи, остается один остаток глюкозы, связанный α-1,6-гликозидной связью. Фермент α-1,6-глюкозидаза отщепляют мономерный остаток глюкозы. Суммарная реакция: Глюкозо-1-фосфат изомеризуется в глюкозо-6-фосфат под действием фосфоглюкомутазы. Образующийся глюкозо-6-фосфат вступает в реакции гликолиза (или пентозного цикла) клеток мышц и мозга, а в клетках печени, почек и кишечника происходит дефосфорилирование глюкозо-6-фосфата с образованием глюкозы и фосфорной кислоты (под действием фермента глюкозо-6-фосфатазы). Далее глюкоза поступает в кровь и разносится с кровью к тканям. Гормональная регуляция обмена гликогена осуществляется адреналином, глюкагоном и инсулином. Адреналин и глюкагон активируют распад гликогена и тормозят его синтез. Гормональная регуляция опосредуется общими механизмами через ц-АМФ, который активирует цитозольные ферменты протеинкиназу, киназу фосфорилазы и киназу гликогенсинтазы. Киназы при участии АТФ фосфорилируют ферменты гликогенфосфорилазу и гликогенсинтазу. Фосфорилаза активна в фосфорилированном состоянии, поэтому под действием адреналина и глюкагона активируется распад гликогена, а гликогенсинтаза, напротив, в фосфорилированном состоянии становится неактивной, поэтому синтез гликогена под действием адреналина и глюкагона тормозится. Под действием инсулина активируются ферменты фосфодиэстераза и фосфопротеинфосфатазы. Фосфодиэстераза разрушает ц-АМФ; фосфопротеинфосфатазы катализируют дефосфорилирование ферментов гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы. Фосфорилаза в дефосфорилированном состоянии становится неактивной и процесс распада гликогена прекращается, а гликогенсинтаза, напротив, активируется, поэтому под действием инсулина активируется синтез гликогена.

Заболевания, связанные с обменом гликогена: гликогенозы и агликогенозы.

1. Болезнь Гирке (недостаток глюкозо-6-фосфатазы печени). Клиническая картина: увеличение печени уже в период новорожденности, гипогликемия между приемами пищи, гипогликемия, сохраняющаяся при действии адреналина и глюкагона, нарушение жирового обмена (усиливается отложение жира в подкожной клетчатке и внутренних органах). 

2. Болезнь Форбса-Кори (дефицит фермента амило-1,6-глюкозидазы печени): неполное расщепление гликогена, гепатомегалия, мышечная слабость, гипогликемия. Эта болезнь не угрожает жизни ребенка, хотя может привести к задержке физического развития и полового созревания. У некоторых больных в подростковом возрасте отмечается умеренная миопатия, т.к. понижена мышечная утилизация гликогена.

3. Болезнь Андерсена (недостаток активности «ветвящего» фермента в печени): гепатоспленомегалия, цирроз печени, прогрессирующая печеночная недостаточность - длинные неразветвленные цепи плохо разрушаются; развивается цирроз печени. Эта болезнь встречается крайне редко и всегда приводит к ранней смерти. 4. Болезнь Херса (недостаток активности печеночной фосфорилазы): гепатомегалия, умеренная гипергликемия, ацидоз. Данная патология встречается крайне редко и только у мальчиков.

5. Болезнь Мак-Ардля (недостаток мышечной фосфорилазы): спазмы мышц при нагрузке, преходящая миоглобинурия. Агликогенозы – наследственное заболевание, вызванное дефектом гликогенсинтазы. В печени почти или полностью отсутствует гликоген, выражена гипогликемия (0,39 – 0,67 ммоль/л). Характерный симптом – у детей судороги обычно по утрам. Их можно предупредить частым кормлением ночью. Гипогликемия новорожденных. Наблюдается у всех новорожденных из-за прекращения поступления крови через плаценту (преходящая гипогликемия). Коррекция происходит быстро и самостоятельно. У новорожденных, матери которых страдают сахарным диабетом, может быть тяжелая гипогликемия – проявление функционального гиперинсулинизма, устраняемое только введением глюкозы

59. Регуляция углеводного обмена: саморегуляция, нейрогуморальная регуляция. Механизм действия глюкозы, адреналина, инсулина и глюкокортикоидов на обмен углеводов. Уровень глюкозы крови в норме. Гипергликемия и гипогликемия. Нарушения обмена углеводов при сахарном диабете. Биохимическая диагностика сахарного диабета

В регуляции постоянства концентрации сахара в крови главную роль выполняет печень. При избыточном поступлении углеводов в организм в печени происходит накопление гликогена, а при недостаточном поступлении, наоборот, гликоген, в ней распадается до глюкозы. Таким образом поддерживается нормальное количество сахара. Постоянство содержания глюкозы в крови, гликогена в печени регулируется нервной системой. На обмен углеводов оказывает влияние кора больших полушарий головного мозга. Доказательством этого является повышение сахара в моче у студентов после трудного экзамена. Центр углеводного обмена находится в гипотоламусе и продолговатом мозге. Влияние гипоталамуса и коры больших полушарий на углеводный обмен осуществляется преимущественно посредством симпатической нервной системы, которая вызывает усиленную секрецию адреналина надпочечниками. Большое значение в углеводном обмене имеют железы внутренней секреции — поджелудочная, щитовидная, надпочечники, гипофиз и др., которые под действием ЦНС регулируют ассимиляцию и диссимиляцию углеводов. Гормон поджелудочной железы инсулин переводит глюкозу в гликоген и тем самым уменьшает количество сахара в крови. Адреналин и гликогон увеличивают расщепление гликогена в печени, в мышцах, вследствие чего увеличивается содержание сахара в крови. Следовательно, инсулин — это сахаропонижающий гормон, гликогон — сахароповышающий. При снижении концентрации сахара в крови возбуждается центр углеводного обмена в гипоталамусе, который дает импульсы поджелудочной железе, и она увеличивает выработку глюкагона до тех пор, пока содержание глюкозы за счет распада гликогена не увеличится до нормального уровня.

61. Пищевые жиры, их гидролиз. Всасывание продуктов переваривания. Роль желчных пигментов в переваривании и всасывании липидов. Транспорт ресинтезированных в кишечнике жиров. Использование жиров, включенных в транспортные липопротеины: липопротеинлипазы. Гиперлипопротеинемия.

Жиры, или триглицериды — природные органические соединения, полные сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот; входят в класс липидов. В живых организмах выполняют структурную, энергетическую и др. функции. Наряду с углеводами и белками, жиры — один из главных компонентов питания. Жидкие жиры растительного происхождения обычно называют маслами.

Гидролиз жиров.Расщепление жиров на глицерин и жирные кислоты проводится обработкой их щёлочью — (едким натром), перегретым паром, иногда — минеральными кислотами. Этот процесс называется омылением.

Липопротеинлипаза — фермент, относящийся к классу липаз. ЛПЛ расщепляет триглицериды самых крупных по размеру и богатых липидами липопротеинов плазмы крови — хиломикронов и липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП или ЛОНП)). ЛПЛ регулирует уровень липидов в крови, что определяет её важное значение в атеросклерозе.

Гиперлипидемия (гиперлипопротеинемия) —аномально повышенный уровень липидов и/или липопротеинов в крови человека. Нарушение обмена липидов и липопротеинов встречается довольно часто в общей популяции. Гиперлипидемия является важным фактором риска развития сердечно-сосудистых заболеваний в основном в связи со значительным влиянием холестерина на развитие атеросклероза. Кроме этого, некоторые гиперлипидемии влияют на развитие острого панкреатита.

63. Химизм окисления жирных кислот, его связь с митохондриальным окислением. Энергетика окисления жирных кислот. Значение этого процесса для организма. Нарушение окисления жирных кислот при авитаминозах.

Окисление жирных кислот протекает в печени, почках, скелетных и сердечной мышцах, в жировой ткани. В мозговой ткани скорость окисления жирных кислот весьма незначительна; основным источником энергии в мозговой ткани служит глюкоза. Жирные кислоты, входящие в состав естественных жиров животных и растений, имеют четное число углеродных атомов. Любая такая кислота, от которой отщепляется по паре углеродных атомов, в конце концов проходит через стадию масляной кислоты. После очередного β-окисления масляная кислота становится ацетоуксусной. Последняя затем гидролизуется до двух молекул уксусной кислоты.  Доставка жирных кислот к месту их окисления – к митохондриям – происходит сложным путем: при участии альбумина осуществляется транспорт жирной кислоты в клетку; при участии специальных белков – транспорт в пределах цитозоля; при участии карнитина – транспорт жирной кислоты из цитозоля в митохондрии. Процесс окисления жирных кислот складывается из следующих основных этапов.

Активация жирных кислот. Свободная жирная кислота независимо от длины углеводородной цепи является метаболически инертной и не может подвергаться никаким биохимическим превращениям, в том числе окислению, пока не будет активирована. Активация жирной кислоты протекает на наружной поверхности мембраны митохондрий при участии АТФ, коэнзима A (HS-KoA) и ионов Mg2+. Реакция катализируется ферментом ацил-КоА- синтетазой:

 

R—COOH + HS-KoA + АТФ + R—CO—S-KoA + АМФ + РРi.

Жирная кислота Ацил-КоА-синтетаза

Транспорт жирных кислот внутрь митохондрий. Коэнзимная форма жирной кислоты, в равной мере как и свободные жирные кислоты, не обладает способностью проникать внутрь митохондрий, где, собственно, и протекает их окисление. Переносчиком активированных жирных кислотс длинной цепью через внутреннюю митохондриальную мембрану служит карнитин. Ацильная группа переносится с атома серы КоА на гидроксильную группу карнитина с образованием ацилкарнитина, который диффундирует через внутреннюю митохондриальную мембрану:

Нарушение переноса жирных кислот в митохондрии.Скорость переноса жирных кислот внутрь митохондрий, а следовательно и скорбеть процесса р-окисления, зависит от доступности карнитина и скорости работы фермента карнитинацилтрансферазы I. р-Окисление могут нарушать следующие факторы:

· длительный гемодиализ, в ходе которого организм теряет карнитин;

· длительная ацидурия, при которой карнитин выводится как основание с органическими кислотами;

· лечение больных сахарным диабетом препаратами сульфонилмочевины, ингибирующими карнитинацилтрансферазу I;

· низкая активность ферментов, синтезирующих карнитин;

Невозможность использовать жирные кислоты как источники энергии приводит к увеличению скорости окисления глюкозы. В результате у детей развивается гипогликемия - причина внезапной детской смертности (10% от общего числа умерших новорождённых). Если такие дети выживают, то после голодания в течение 6-8 ч у них развиваются гипогликемические приступы (слабость, головокружение, рвота, потеря сознания). Введение глюкозы приводит к исчезновению симптомов. Во всех случаях, когда нарушается β-окисление, жирные кислоты накапливаются в клетках и распадаются по пути ω-окисления, которое в норме идёт с очень низкой скоростью. Окисление происходит по метильному ω-атому углерода, и в результате образуются дикарбоновые кислоты, выделяющиеся с мочой. Определение этих кислот в моче может служить диагностическим признаком нарушения β-окисления.

64-65. Биосинтез и окисление глицерина в тканях, их этапы. Энергетика окисления глицерина. Взаимосвязь глицерина с углеводным обменом. Синтез жирных кислот, этапы этого процесса. Строение и функция синтетазы жирных кислот. Взаимосвязь синтеза жирных кислот с обменом углеводов и аминокислот. Образование ненасыщенных жирных кислот. Незаменимые жирных кислоты, их роль в метаболизм

Окисление жирных кислот и глицерина. Катаболизм липидов. В организме человека (70 кг) находится около 12-15 кг жира. Этот запас ТАГ обеспечивает поддержание основного обмена в течении нескольких недель. Жировая ткань очень метаболически активна и реагирует на изменения в обмене веществ. Особенно тесно связана с печенью, сердечной и скелетными мышцами (50% энергии получают при окислении липидов), т.к. в молекуле ТАГ основная доля – высшие жирные кислоты. Окисление происходит в матриксе митохондрий. Сначала жирная кислота активируется: 1.В цитоплазме каждой кислота активируется с использованием КоА-SH и энергии АТФ. 2.Активная жирная кислота- ацил-КоА – из цитозоля транспортируется в матрикс митохондрий (МХ). КоА-SH остается в цитозоле, а остаток жирной кислоты - ацил- соединяется с карнитином - карнитин выделен из мышечной ткани) с образованием ацил-карнитина, который поступает в межмембранное пространство МХ. Их межмембранного пространства митохондрий комплекс ацил-карнитин переносится в матрикс МХ. При этом карнитин остается в межмембранном пространстве. В матриксе ацил соединяется с КоА-SH.  

Окисление. В матриксе МХ образуется активная жирная кислота, которая в дальнейшем подвергается реакциям окисления до конечных продуктов. При бета- окислении окисляется группа-СН2- в бета- положении жирной кислоты до группы-С-. При этом на двух стадиях происходит дегидрирование: при участии ацилдегидрогеназы (флавиновый фермент, водород переносится на убихинон) и бета-оксиацилдегидрогеназа (акцептор водорода НАД+). Затем бета кетоацил-КоА при действии фермента тиолазы, распадается на ацетил КоА и ацил-КоА, укороченный на 2 углеродных атома по сравнению с исходным. Этот ацил-КоА вновь подвергается бета-окислению. Многократное повторение этого процесса приводит к полному распаду жирной кислоты до ацил-КоА.  

Окисление жирных кислот. Включает 2 этапа: 1.последовательное отщепление от С-конца эжкислоты двухуглеродного фрагмента в виде ацетил-КоА; 2.окисление ацетил-КоА в цикле Кребса до СО2 и Н2О. Энергетическая ценность окисления жирных кислот. Стеариновая кислота(С18) проходит 8 циклов окисления с образованием 9 ацетил-КоА.В каждом цикле окисления образуется 8*5 АТФ=40 АТФ, ацетил-КоА дает 9*12 АТФ=108 АТФ. Итого:148 АТФ, но 1 АТФ расходуется на активацию жирной кислоты в цитозоле, поэтому итог 147 АТФ. Особенности окисления ненасыщенных жирных кислот. Окисление ненасыщенных жирных кислот происходит также по двойной связи. В случае, когда двойная связь имеет цис-конфигурацию, действует специальный фермент цис-транс-изомераза, который переводит двойную связь в транс-форму. Транс-еноил-КоА подвергается окислению как описано выше. Особенности окисления жирных кислот с нечетным количеством углеродных атомов. В этом случае образуется 3-х углеродный продукт пропионил-КоА. Таким образом, окисление высших жирных кислот - очень важный источник большого количества энергии для клетки, но жирные кислоты становятся альтернативным энергетическим

топливом, а на первом месте – глюкоза,т.к. их окисление зависит от окисления глюкозы (1. для

активации жирной кислоты требуется АТФ, которая образуется в цитозоле в ходе гликолиза; 2.

для реакции ЦТК требуется ЩУК, которая образуется из глюкозы). Глицерин – продукт метаболизма жировой ткани, глицерин не используется адипоцитами. Глицерин утилизируют ткани, содержащие фермент глицеролкиназу (печень, почки, слизистая кишечника, молочная железа). Глицерол-3-фосфат в клетках этих органов может использоваться по трем направлениям: 1. окисление до конечных продуктов; 2. глюконеогенез; 3. синтез жиров и фосфолипидов.

66. Биосинтез жиров в организме: ресинтез жира в эндотелии кишечника, синтез жиров в печени и подкожно-жировой клетчатке. Транспорт жиров липопротеинами крови. Резервирование жиров. Физиологическое значение жиров для организма человека. Нарушение процесса синтеза жиров: ожирение, жировое перерождение печени.

Жировой обмен — совокупность процессов переваривания и всасывания нейтральных жиров (триглицеридов) и продуктов их распада в желудочно-кишечном тракте, промежуточного обмена жиров и жирных кислот и выведение жиров, а также продуктов их обмена из организма. Понятия «жировой обмен» и «липидный обмен» часто используются как синонимы, т.к. входящие в состав тканей животных и растений входят нейтральные жиры и жироподобные соединения, объединяются под общим названием липиды. Нарушения Ж. о. служат причиной или являются следствием многих патологических состояний. В организм взрослого человека с пищей ежесуточно поступает в среднем 70 г жиров животного и растительного происхождения. В ротовой полости жиры не подвергаются никаким изменениям, т.к. слюна не содержит расщепляющих жиры ферментов. Частичное расщепление жиров на глицерин или моно-, диглицериды и жирные кислоты начинается в желудке. Однако оно протекает с небольшой скоростью, поскольку в желудочном соке взрослого человека и млекопитающих активность фермента липазы, катализирующего гидролитическое расщепление жиров, крайне невысока, а величина рН желудочного сока далека от оптимальной для действия этого фермента (оптимальное значение рН для желудочной липазы находится в пределах 5,5—7,5 единиц рН). Кроме того, в желудке отсутствуют условия для эмульгирования жиров, а липаза может активно гидролизовать только жир, находящийся в форме жировой эмульсии. Поэтому у взрослых людей жиры, составляющие основную массу пищевого жира, в желудке особых изменений не претерпевают. Однако в целом желудочное пищеварение значительно облегчает последующее переваривание жира в кишечнике. В желудке происходит частичное разрушение липопротеиновых комплексов мембран клеток пищи, что делает жиры более доступными для последующего воздействия на них липазы панкреатического сока. Кроме того, даже незначительное по объему расщепление жиров в желудке приводит к появлению свободных жирных кислот, которые, не подвергаясь всасыванию в желудке, поступают в кишечник и там способствуют эмульгированию жира. Наиболее сильным эмульгирующим действием обладают желчные кислоты, попадающие в двенадцатиперстную кишку с желчью. В двенадцатиперстную кишку вместе с пищевой массой заносится некоторое количество желудочного сока, содержащего соляную кислоту, которая в двенадцатиперстной кишке нейтрализуется в основном бикарбонатами, содержащимися в панкреатическом и кишечном соке и желчи. Образующиеся при реакции бикарбонатов с соляной кислотой пузырьки углекислого газа разрыхляют пищевую кашицу и способствуют более полному перемешиванию ее с пищеварительными соками. Одновременно начинается эмульгирование жира. Соли желчных кислот адсорбируются в присутствии небольших количеств свободных жирных кислот и моноглицеридов на поверхности капелек жира в виде тончайшей пленки, препятствующей слиянию этих капелек.

Нарушения жирового обмена. Одной из причин недостаточного всасывания жиров в тонкой кишке может быть их неполное расщепление вследствие либо пониженной секреции сока поджелудочной железы (недостаток панкреатической липазы), либо вследствие пониженного выделения желчи (недостаток желчных кислот, необходимых для эмульгирования жира и образования жировых мицелл). Другой, наиболее частой причиной недостаточного всасывания жира в кишечнике является нарушение функции кишечного эпителия, наблюдаемое при энтеритах, гиповитаминозах, гипокортицизме и некоторых других патологических состояниях. В этом случае моноглицериды и жирные кислоты не могут нормально всасываться в кишечнике из-за повреждения его эпителия. Нарушение всасывания жиров наблюдается также при панкреатитах, механической желтухе, после субтотальной резекции тонкой кишки, а также ваготомии, приводящей к понижению тонуса желчного пузыря и замедленному поступлению желчи в кишечник.Нарушение всасывания жира в тонкой кишке приводит к появлению большого количества жира и жирных кислот в кале — стеаторее. При длительном нарушении всасывания жира организм получает также недостаточное количество жирорастворимых витаминов. Особенности жирового обмена у детей. Гидролитическое расщепление жиров в желудке играет важную роль в процессе пищеварения у детей, особенно у детей грудного возраста, умеренная кислотность желудочного сока у которых (рН около 5,0) способствует перевариванию эмульгированного жира грудного молока желудочной липазой. Кроме того, при длительном употреблении молока в качестве основного продукта питания у детей грудного возраста возможно адаптивное усиление синтеза желудочной липазы. Слизистая оболочка верхней части пищевода грудного ребенка секретирует свою собственную липазу в ответ на сосательные движения при кормлении ребенка грудью (возможно, что именно эта липаза и проявляет свое действие в желудке детей грудного возраста). У новорожденных желудочная липаза расщепляет только те жиры, в состав молекулы которых входят жирные кислоты с короткой углеродной цепью. Вследствие относительной незрелости внешнесекреторной функции печени и низкой активности панкреатической липазы у детей (особенно у новорожденных и у детей первых 3-х лет жизни) усвоение жира (в основном триглицеридов, содержащих жирные кислоты с длинной углеродной цепью) ниже, чем у взрослых. У доношенных новорожденных усваивается около 85—90% поступающего в организм жира, у недоношенных — 60—79%. У новорожденных вследствие низкого коэффициента усвоения жира нередко отмечается стеаторея. Выделение липидов с калом у 3-месячного ребенка составляет 3 г, а в последующем уменьшается до 1 г в сутки.

67. Обмен глицерофосфолипидов. Переваривание фосфолипидов в желудочно-кишечном тракте. Внутриклеточный гидролиз фосфолипидов. Ферменты этих процессов. Биосинтез глицерофосфолипидов. Этапы этого процесса. Транспорт фосфолипидов липопротеинами крови. Регуляция обмена фосфолипидов: липотропные факторы. Значение фосфолипидов для организма человека.

Обмен глицерофосфолипидов.Начальные этапы синтеза глицерофосфолипидов и жиров происходят одинаково до образования фосфатидной кислоты. Фосфатидная кислота может синтезироваться двумя разными путями: через глицеральдегид-3-фосфат и через дигидроксиацетонфосфат. На следующем этапе фосфатидаза отщепляет от фосфатидной кислоты фосфатный остаток, в результате чего образуется диацилглицерол. Дальнейшие превращения диацилглицерола также могут идти разными путями. Один из вариантов - образование активной формы "полярной головки" фосфолипида: холин, серии или этаноламин превращаются в ЦДФ-холин, ЦДФ-серин или ЦДФ-этаноламин. Далее диацилглицерол взаимодействует с ЦМФ-производными, при этом выделяется ЦМФ, и образуется соответствующий фосфолигщц, например фосфатидилхолин. Между глицерофосфолипидами возможны различные взаимопревращения. Фосфатидилхолин может образовываться и другим путём: из фосфатидилэтаноламина, получая последовательно 3 метальные группы от SAM. Фосфатидилсерин может превращаться в фосфа-тидилэтаноламин путём декарбоксилирования. Фосфатидилэтаноламин может превращаться в фосфатидилсерин путём обмена этаноламина на серии.Катаболизм глицерофосфолипидов. Различные типы фосфолипаз, локализованных в клеточных мембранах или в лизосомах, катализируют гидролиз глицерофосфолипидов. Гидролиз некоторых глицерофосфолипидов под действием фосфолипаз имеет значение не только как путь катаболизма, но и как путь образования вторичных посредников или предшественников в синтезе биологически активных веществ - эйкозаноидов. Кроме того, фосфолипазы А1 и А2 участвуют в изменении состава жирных кислот в глицерофосфолипидах, например при синтезе в эмбриональном периоде развития дипальмитоилфосфатидилхолина - компонента сурфактанта.

68. Обмен ацетоуксусной кислоты в организме. Синтез ацетоуксусной кислоты и использование ее в тканях. Образование кетоновых тел. Нарушение этого процесса при патологии: сахарном диабете, кахексии, острой гипоксии. Биохимические механизмы развития диабетической комы.

В печени часть жирных кислот превращается в так называемые кетоновые тела – ацетоуксусную и β-гидроксимасляную кислоты. Эти вещества затем поступают в кровь и используются как источники энергии в других органах и тканях. Непосредственным предшественником кетоновых тел служит ацетил-КоА, который может образоваться как из жирных кислот так из углеводов. Однако для синтеза кетоновых тел используется преимущественно ацетил-КоА, образующийся из жирных кислот. Это происходит в результате действия специальных регуляторных механизмов. Содержание кетоновых тел в крови увеличивается в таких состояниях когда основным источником энергии для организма служат жирные кислоты –при длительной мышечной работе, при голодании, при некоторых болезнях. Через двое суток голодания концентрация кетоновых тел в крови достигает 5-8мг/дл через неделю 40-50мг/дл. При сахарном диабете концентрация кетоновых тел может повышаться до 300-400мг/дл, что приводит к метаболическому ацидозу. Кетонемия и кетонурия. Вследствие недостаточности инсулина уменьшается отношение инсулина/глюкагон, т.е. имеется относительное избыточность глюкагона. Однако скорость синтеза кетоновых тел может превышать даже увеличенное в этих условиях их потребление тканями (концентрация кетоновых тел в крови в норме меньше 2мг/дл, при голодании до 30 мг/дл). При диабете кетонемия часто бывает 100 мг/дл, а может достигать и 350 мг/дл. При такой кетонемии возникает и кетонурия - с мочой выделяется до 5г кетовых тел в сутки. В тканях происходит декарбоксилирование ацетоуксусной кислоты: от больных исходит запах ацетона, который ощущается даже на расстоянии). Кетовые теля, являясь кислотами, снижают буферную емкость крови, а при высоких концентрациях снижают и рН крови - возникает ацидоз. В норме рН крови равна 7,4+0,04. При содержании кетовых тел 100мг/дл и больше рН крови может быть близко к 7,0. Ацидоз такой степени резко нарушает функции мозга, вплоть до потери сознания. 

69. Холестерин, его химическое строение, роль в организме, экзогенный и эндогенный холестерин. Биосинтез холестерина, основные этапы этого процесса. Метаболизм холестерина, его транспорт, пути выведения. Понятие о гиперхолестеринемии. Биохимические основы формирования камней желчного пузыря.

Синтез холестерина. Многоэтапный процесс синтеза холестерина (ХЛ) подразделяется на 3 стадии: 1. Образование мевалоновой кислоты из ацетил-КоА, 2. Образование «активного изопрена» и реакции конденсации с образованием сквалена, 3. Реакции циклизации сквалена с образованием стеранового скелета. Начальные реакции синтеза ХЛ сходны с начальными реакциями синтеза кетоновых тел (до образования ОМГ-КоА). Отличием является локализации процессов: синтез кетоновых тел происходит в МХ, а синтез ХЛ-ЦЗ. 1) 2 ацетил-КоА → ацетил-КоА → ОМГ-КоАтиолаза            ОМГ-синтаза2) ОМГ-редуктаза – регуляторный фермент, лимитирующий скорость биосинтеза ХЛ в целом. Её активность подавляется избытком пищевого холестерина.

І стадия. Активация мевалоновой кислоты. 

ІІ стадия. Мевалонат---сквален. Через образование различных эфиров с Р-кислотой(5-фосфорный эфир,5-пирофосфорный эфир). Декарбоксилирование и дефосфорилирование активной мевалоновой кислоты (фермент декарбоксилаза и фосфорилаза). Активный изопрен (изопентинилпирофосфат и димитилаллилпирофосфат ) является предшественником не только ХЛ. В клетках растений и бактерий из него образуются каротиноиды, убихинон, хлорофилл, каучук. Оба изомерных изопентилпирофосфата конденсируются с высвобождением пирофосфата и образованием геранилпирофосфата С10. К геранилпирофосфату вновь присоединяется изопентил пирофосфат, образуя в результате этой реакции фарнезилпирофосфат С15 В заключительной реакции данной стадии в результате НАДФН2- зависимой восстановительной конденсации 2 молекул фарнезилпирофосфата образуется сквален С30 

ІІІ стадия. Реакции конденсации изопрена: Сквален (С30) → ланостерин → холестерин. Реакции конденсации и циклизации углеродного скелета требуют большого количества энергии в форме АТФ. Гидроксилирование стеранового кольца предшественника ХЛ протекает с участием монооксигеназной цепи мембран ЭПС. Эфиры ХЛ образуются путем переноса активной жирной кислоты на гидроксильную группу ХЛ. Перенос осуществляют ферменты либо холестерол-ацил- трансфераза(ХАТ) либо лецитин-ХАТ (ЛХАТ). а сутки у здорового человека синтезируется около 2 г ХЛ (с пищей поступает 0,4-0,5 г экзогенного ХЛ). Транспорт ХЛ от печени и кишечника к органам. ХЛ синтезируется в печени как для собственных нужд, так и на «экспорт». Вновь образованный ХЛ и его эфиры включаются вместе с ТАГ в ЛПОНП и поступают в плазму крови. После освобождения ЛПОНП от ТАГ, происходящего на поверхности адипоцитов, из них образуется ЛПНП с высоким содержанием в них ХЛ. На поверхности клеток внутренних органов ЛПНП соединяются с специфическими рецепторами и поглощаются этими клетками. В лизосомах клеток происходит гидролитический распад ЛП. Освободившиеся ХЛ встраивается в клеточные мембраны. Изменение соотношения в плазме фракций ЛП- одна из причин нарушения обмена ХЛ. Пищевой (экзогенный) ХЛ транспортируется ХМ от кишечного эпителия к печени. Избыток ХЛ с желчью выводится в кишечник, где восстанавливается ферментами микрофлоры до копростерина и вместе с небольшим количеством не измененного ХЛ выделяется с калом. Выведению избытка ХЛ из кишечника в значительной мере способствует клетчатка, содержащаяся в пище.

Желчнокаменная болезнь. У здорового человека ХЛ в желчи находится в определенном соотношении с ФЛ и желчными кислотами, образую с ними растворимые мицеллы. При увеличении концентрации ХЛ в составе мицелл или снижении содержания желчных кислот и ФЛ, ХЛ выпадает в осадок кристаллизируется и формирует холестериновые камни. Этому способствует застой желчи. 

70. Биохимические основы развития атеросклероза. Основные фактоыр риска, гипохолестериноз, нарушение обмена липопротеинов, состояние сосудистой стенки. Добавочные факторы – повышение уровня триацилглицеринов, ожирение, физическая активность. Генетическая предрасположенность – одна из предпосылок развития гиперхолестеринемии. Нормализация гиперхолестеринемии – одно из основных условий лечения атеросклероза

Факторы риска развития атеросклероза. Основное биохимическое проявление АС – отложение ХЛ в стенках артерий. Болезнь является результатом нарушения любого звена сложной метаболической системы, включающей:

1. синтез ХЛ

2. транспорт и выведение ХЛ

3. рецепция ЛПНП клетками тканей, в т.ч. сосудистой стенки

4. состояние клеточных мембран эндотелия сосудов

5. соотношение ЛПНП и ЛПВП в плазме.

Следствием нарушения путей системы является гиперхолестеринемия, преобладание в плазме ЛПНП, которые на фоне поврежденного эпителия сосудов сопровождается увеличением его проницаемости для ХЛ и накопление последнего в сосудистой стенке. Это приводит к нарушению клеток, выведение ХЛ в межклеточное пространство, разрастанию и кальцификации соединительной ткани и образованием атеросклеротических бляшек. ЛПНП (бета-ЛП), вводящие ХЛ в клетки, вызываются атерогенными. ЛПВП (альфа-ЛП) удаляют ХЛ из тканей и поэтому являются антиатерогенными. Вероятность развития атеросклероза прогнозируется «индексом атерогенности», который представляет собой отношение ХЛ в ЛПНП к ХЛ в составе ЛПВП.

У взрослых людей до 30 лет индекс 2-2,8; у лиц старше 30 лет 3-3,5. При АС индекс 4-6 и выше. Факторы риска развития АС: 

1. Гиподинамия. Следствием её является накопление АТФ, ослабление реакции биологического окисления, торможение реакций ЦТК, усиление свободнорадикального окисления мембранных липидов, гиперхолестеринемия.

2. Гипоксия, следствием которой является ослабление реакций биологического окисления и ЦТК, накопление ацетил-КоА, гиперхолестеринемия.

3. Избыточное УВ питание, способствующие интенсивному синтезу ТАГ и ХЛ.

4. Стресс, следствием которого является мобилизация гликогена, усиленный синтез ТАГ и ХЛ

5. Избыток жиров в рационе.

74. Мобилизация жиров в жировой ткани, ферменты этого процесса. Гормональная регуляция: роль инсулина, глюкагона, адреналина. Значение внутриклеточного липолиза, нарушение его при ожирении.

Адипоциты (место депонирования жиров) располагаются в основном под кожей, образуя подкожный жировой слой, и в брюшной полости, образуя большой и.малый сальники. Мобилизация жиров, т.е. гидролиз до глицерола и жирных кислот, происходит в постабсорбтивный период, при голодании и активной физической работе. Гидролиз внутриклеточного жира осуществляется под действием фермента гормончувствительной липазы - ТАГ-липазы. Этот фермент отщепляет одну жирную кислоту у первого углеродного атома глицерола с образованием диацилглицерола, а затем другие липазы гидролизуют его до глицерола и жирных кислот, которые поступают в кровь. Глицерол как водорастворимое вещество транспортируется кровью в свободном виде, а жирные кислоты (гидрофобные молекулы) в комплексе с белком плазмы - альбумином.

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 739; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:


Мы поможем в написании ваших работ!
.
.
© 2014-2026 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.015)