BILETY_DLYa_EKZAMENA_2013

3.3.3. Контрольные вопросы к экзамену.
Модуль I. Введение в метаболизм
Химическая природа, физико-химические свойства и биологическая роль ферментов. Определение понятия: кофактор, холофермент, апофермент, кофермент, субстрат, продукт.
Ферменты - это белки, которые действуют как катализаторы в биологических системах.
Являясь веществами белкой природы, ферменты обладают всеми свойствами белков:
1. гидролизуются до аминокислот;
2. дают положительные цветные реакции на белки (биуретовую, ксантопротеиновую);
3. подобно белкам растворяются в воде с образованием коллоидных растворов;
4. являются амфотерными соединениями;
5. склонны к денатурации под влиянием тех же факторов: температуры, изменениях рН, действием солей тяжелых металлов, действием физических факторов (ультразвук, ионизирующее излучение и др.);
6. имеют несколько уровней организации макромолекул, что подтверждено данными рентгеноструктурного анализа, ЯМР, ЭПР.
Биологическая роль ферментов заключается в том, что они обеспечивают контролируемое протекание всех метаболических процессов в организме.
Кофактор – доп компонент небелковой природы, необходимый для работы фермента. Апофермент – белковая часть фермента, а каталитически активную форму сложного белка – холоферментом. (Хф = Кф + Аф). Коферменты – это органические вещества небелковой природы, принимающие участие в катализе в составе каталитического участка активного центра. Субстрат –вещество вступившее в реакции, а вещество выходящее – продукт.
Строение ферментов - простых, сложных, изоферментов: активный и аллостерический центры, роль в катализе.
Ферменты характеризуются наличием специфических центров катализа.
Активный центр – это часть молекулы фермента, которая специфически взаимодействует с субстратом и принимает непосредственное участие в катализе. В Ац можно выделить два участка: участок связывания субстрата – субстратный участок (контактная площадка) и собственно каталитический центр.
Большинство субстратов образует, по меньшей мере, три связи с ферментом, благодаря чему молекула субстрата присоединяется к активному центру единственно возможным способом, что обеспечивает субстратную специфичность фермента. Каталитический центр обеспечивает выбор пути химического превращения и каталитическую специфичность фермента.
У группы регуляторных ферментов есть аллостерические центры, которые находятся за пределами активного центра. К аллостерическому центру могут присоединяться “+” или “–“ модуляторы, регулирующие активность ферментов.
Различают ферменты простые, состоят только из аминокислот, и сложные, включают также низкомолекулярные органические соединения небелковой природы (коферменты) и (или) ионы металлов (кофакторы).
Механизм действия ферментов: теории Фишера, Кошланда. Стадии ферментативного катализа. Понятие о фермент-субстратном комплексе.
Э. Фишер предположил, что специфичность ферментов определяется точным соответствием формы фермента и субстрата («ключ-замок»).
Д. Кошланд («рука-перчатка»). В отличие от модели «ключ-замок», модель индуцированного соответствия объясняет не только специфичность ферментов, но и стабилизацию переходного состояния.
I. Активация фермента;
II. Узнавание ферментом своего субстрата;
III. Образование неактивного фермент-субстратного комплекса с помощью слабых водородных связей между субстратом и аминокислотами контактных участков;
IV. Образование активного фермент-субстратного комплекса за счет каталитического участка;
V. Образование продуктов реакции.
Фермент-субстратный комплекс – присоединение субстрата к активному центру фермента.
Кинетика ферментативных реакций (влияние на активность ферментов температуры, рН, концентрации фермента, концентрации субстрата).
Кинетика ферментативных реакций - раздел энзимологии изучающий влияние химических и физических факторов на скорость ферментативной реакции.
Скорость ферментативной реакции зависит температуры, реакции среды, концентрации реагирующих веществ, количества фермента и других факторов.
Зависимость от t0: при повышении T0 на каждые 100С скорость увеличивается примерно вдвое. После 50-600С ускоряется денатурация фермента – уменьшение скорости реакции.
Зависимость от pH:изменение рН приводит к изменению степени ионизазии изогенных групп в активном центре, а это влияет на сродство субстрата к активному центру и на каталитический механизм.
Зависимость от концентрации F: при избыточном количестве фермента прирост скорости реакции будет снижаться, поскольку уже не будет хватать субстрата.
Зависимость от концентрации S: при избыточном количестве субстрата прирост скорости реакции будет снижаться, поскольку не будет хватать фермента.
Ингибиторы ферментов. Использование ингибиторов ферментов в медицине.
Действие ферментов можно полностью или частично. По характеру действия ингибиторы могут быть обратимыми и необратимыми. В основе этого деления лежит прочность соединения ингибитора с ферментом. Другой способ деления ингибиторов основывается на характере места их связывания. Одни из них связываются с ферментом в активном центре, а другие в удаленном от активного центра месте. Они могут связывать и блокировать функциональную группу молекулы фермента, необходимую для проявления его активности.
Терапевтическое действие аспирина как жаропонижающего и противовоспалительного средства объясняется тем, что аспирин ингибирует один из ферментов, катализирующий синтез простагландинов. Простагландины вещества, участвующие в развитии воспаления. Ингибирование обусловлено ковалентной модификацией одной из аминогрупп фермента простагландинсинтетазы.
Диизопропилфторфосфат ингибирует ферменты, имеющие серин в активном центре, таким ферментом является Ацетилхолинэстераза, катализирующая реакцию разложения ацетилхолина на ацетат и холин. Диизопропилфторфосфат одно из отравляющих веществ нервнопаралитического действия, так как приводит к утрате способности нейронов проводить нервные импульсы.
Регуляция активности ферментов: аллостерическая, частичный протеолиз.
Аллостерическими ферментами называют ферменты, активность которых регулируется обратимым нековалентным присоединением модулятора (активатора и ингибитора) к специальному аллостерическому центру. Аллостерические ферменты являются олигомерными белками или имеют доменное строение. Эти ферменты играют важную роль в регуляции т.к. чрезвычайно быстро реагируют на изменения среды. Ингибиторами аллостерических ферментов часто являются конечные продукты метаболических путей, активаторами – их начальные субстраты. Активирование происходит по принципу прямой положительной связи, а ингибирование - по принципу отрицательной обратной связи.
Например, конечный продукт катаболизма глюкозы АТФ ингибирует аллостерически ферменты гликолиза фосфофруктокиназу и пируваткиназу. Накапливаемая в гликолизе фруктоза-1,6-ф активирует пируваткиназу, что ускоряет реакции гликолиза.
При участии активаторов и протеолитических ферментов происходит отщепление части молекулы фермента и его необратимая активация. Эти ферменты функционируют мало, а затем разрушаются. Характерно для внеклеточных ферментов ЖКТ (пепсин, трипсин, химотрипсин и др.) и ферментов свертывания крови (тромбин, фибрин, плазмин др.). Например, трипсиноген, синтезируемый в поджелудочной железе, поступает в двенадцатиперстную кишку, где энтеропептидаза кишечника отщепляет у него с N-конца гексапептид. В результате в оставшейся части молекулы фермента формируется активный центр.
Регуляция активности ферментов: фосфорилирование-дефосфорилирование, регуляция белковыми ингибиторами
13 EMBED ChemDraw.Document.5.0 1415
Фосфорилирование осуществляется протеинкиназами, а дефосфорилирование – фосфопротеинфосфатазами. Введение отрицательно заряженной фосфорной группы приводит к обратимому изменению конформации и активности фермента. Например, под действием глюкагона в клетках происходит уменьшение синтеза жира, глико-гена и усиление его распада, вызванного фосфорилированием ключевых ферментов этих про-цессов. А под действием инсулина, наоборот, активируется синтез гликогена и ингибируется его распад, так как инсулин вызывает дефосфорилирование тех же ключевых ферментов.
Классификация и номенклатура ферментов. Локализация и компартментализация ферментов в клетке и тканях. Органоспецифические ферменты.
Номенклатура – названия индивидуальных соединений, их групп, классов, а также правила составления этих названий. Номенклатура ферментов бывает тривиальной (короткое рабочее название) и систематической. По систематической номенклатуре можно точно идентифицировать фермент и его катализируемую реакцию.
1. Классификация ферментов осуществляется по типу катализируемой реакции и ее меха-низму;
2. Реакции и ферменты, которые их катализируют, подразделяют на 6 классов, в каждом из которых несколько подклассов (4-13);
3. Название фермента состоит из 2 частей. 1 часть – название субстрата (субстратов). 2 часть – тип катализируемой реакции. Окончание – АЗА;
4. Дополнительная информация, если необходима, пишется в конце и заключается в скобки;
5. По классификации ферментов каждый фермент имеет свой шифр КФ 1.1.1.1. Первая цифра обозначает класс, вторая - подкласс, третья - подподкласс, четвертая - порядковый номер фермента в его подподклассе.
Ферменты по локализации делят на 3 группы:
Общие ферменты обнаруживаются практически во всех клетках, обеспечивают жизнедеятельность клетки, катализируя реакции биосинтеза белка и нуклеиновых кислот, образование биомембран и основных клеточных органелл, энергообмен. Общие ферменты разных тканей и органов, тем не менее, отличаются по активности.
Органоспецифичные ферменты свойственны только определенному органу или ткани. Например: Для печени – аргиназа. Для почек и костной ткани – щелочная фосфатаза. Для предстательной железы – КФ (кислая фосфатаза). Внутри клеток ферменты также распределены неравномерно.
Органеллоспецифические ферменты. Разным органеллам присущ специфический набор ферментов, который определяет их функции.
Использование ферментов в медицине (Энзимодиагностика, энзимотерапия).
Медицинская энзимология – это раздел биохимии, изучающий применение ферментов в медицине. В области медицинской энзимологии выделяют три основных направления исследований: энзимопатология, энзимодиагностика и энзимотерапия.
Энзимодиагностика заключается в постановке диагноза заболевания или синдрома на основе определения активности ферментов в биологических жидкостях человека. Принципы энзимодиагностики основаны на следующих позициях:
1) при повреждении клеток в крови или других биологических жидкостях (например, в моче) увеличивается концентрация внутриклеточных ферментов повреждённых клеток;
2) количество высвобождаемого фермента достаточно для его обнаружения;
3) активность ферментов в биологических жидкостях, обнаруживаемых при повреждении клеток, стабильна в течение достаточно длительного времени и отличается от нормальных значений;
4) ряд ферментов имеет преимущественную или абсолютную локализацию в определённых органах (органоспецифичность);
5) существуют различия во внутриклеточной локализации ряда ферментов.
Системная энзимотерапия – использование полиферментных препаратов широкого спектра действия. Полиферментные препараты представляют собой эффективное противовоспалительное, противоотечное, фибринолитическое, иммуномодулирующее и вторично анальгетическое средство широкого спектра показаний. Препараты вобэнзим, вобэмугос, флогэнзим применяются в области травматологии, хирургии, спортивной медицины, ревматологии, ангиологии и гинекологии.
Энзимопатология. Понятие о первичных и вторичных энзимопатиях.
Энзимопатология – это частная медицинская энзимология, которая изучает молекулярные основы развития патологического процесса, вызванного нарушением механизмов регуляции активности или синтеза ферментов.
Энзимопатии – это группа заболеваний, которые вызваны различными дефектами ферментов. Энзимопатий делятся на: наследственные (первичные) и приобретенные (вторичные). Приобретенные энзимопатии делятся на алиментарные, токсические и вызванные различными патологическими состояниями организма, например нарушениями КОС, повышением температуры тела и т.д.
Причиной наследственных энзимопатий является генетически обусловленная недостаточность или полное отсутствие синтеза ферментов.
Аллиментарные энзимопатии – это стойкие нарушения активности ферментов, связанные с характером питания:
1. отсутствием или снижением в пище количества белка;
2. дефицитом в пище витаминов, макро- и микроэлементов, некоторых низкомолекулярных биологически активных веществ;
3. нарушением соотношения в пище белков, жиров и углеводов;
Токсические энзимопатии обусловлены избирательным угнетением активности или синтеза отдельных ферментов или неспецифическим угнетением биосинтеза белка в результате длительного воздействия токсических агентов. Токсическим агентами являются соли тяжелых металлов.
Основные этапы катаболизма пищевых веществ и образования субстратов для биологического окисления. Общий путь катаболизма, его роль в метаболизме.
Катаболизм – процесс расщепления сложных молекул до более простых, идущий с выделением энергии.
Все катаболические процессы можно разделить на 3 этапа (фазы)
В I фазе происходит распад полимерных молекул на мономеры (белки до А/К и тд). Эта фаза локализуется в ЖКТ это так называемый распад экзогенных полимеров и распад эндогенных полимеров локализующихся в клетках т. е. распад резервных углеводов, липидов, обновление белков В этой фазе происходит резкое уменьшение числа соединений, которые затем вступают во II фазу катаболизма.
Во II фазе эти соединения подвергаются дальнейшему - расщеплению и на входе из этой фазы остается в основном 5 соединекий (Ацетил-КоА, (ЩУК, Пировинограт,) Оксалоацетат Фумарат, 2-оксоглуторкг, сукцинил-КоА). Благодаря окислительным процессам и другим процессам, на этой стадии выделяется 1/3 часть энергии заключенной в питательных веществах
В III фазе все 5 соединений вступают в Цикл Кребса, в котором они и расщепляются до конечных продуктов, а из Цикла Кребса выходят атомы водорода, которые проходя через цепь дыхательных ферментов соединяются с кислородом с образованием воды. Эта фаза носит исключительно окислительный характер В ней выделяется 2/3 энергии питат. вещ-в и аккумуляция энергии достигает 40% Смысл катаболических процессов состоит в том, что по мере углубления распада питательных веществ, количество промежуточных продуктов уменьшается.
Общий путь катаболизма – конечный путь окисления ацетильных групп в которые в процессе катаболизма превращается большинство органических молекул, играющих роль клеточного топлива. Он выполняет интегративную (объединяет катаболические пути углеводов, липидов и белков); амфиболическую (выполняет как катаболическую, та и анаболическую функции); энергетическую (синтез АТФ); водорододонорную (генератор Н+ для дыхательной цепи) функции.
Макроэргические вещества. АТФ как основное макроэргическое соединение клетки. Цикл АТФ-АДФ. Понятие о субстратном и окислительном фосфорилировании.
Макроэргические вещества – биологически активные соединения, накапливающие большое количество энергии, освобождение которой при расщеплении макроэргических связей обеспечивает энергетические нужды клетки. К ним относятся АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ, креатинфосфат.
АТФ - молекула, богатая энергией, поскольку она содержит две фосфоангидридные связи (
·,
·). При гидролизе концевой фосфоангидридной связи АТФ превращается в АДФ и ортофосфат. Цикл АТФ-АДФ - основной механизм обмена энергии в биологических системах.
Субстратное фосфорилирование - фосфорилирование АДФ и образование АТФ, сопряженное с дегидрированием и предварительным фосфорилированием субстрата при его окислении, протекающее в условиях кислородной недостаточности.
Окислительное фосфорилирование - фосфорилирование АДФ, сопряженное с переносом электронов от субстрата к кислороду и аккумуляцией освободившейся энергии в фосфатных связях АТФ.
Пируватдегидрогеназный комплекс: структура, функция, коферменты. Связь с обменом витаминов. Превращение пирувата в АцКоА. Связь процесса с циклом Кребса и тканевым дыханием.
Пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) комплекс трех ферментов, который осуществляет окислительное декарбоксилирование пирувата. Продуктами окисления являются Со2, ацетил-КоА, НАДН.Н+.
Превращение состоит из 5-и последовательных реакций, осуществляется мультиферментным комплексом, прикрепленным к внутренней митохондриальной мембране со стороны матрикса. В составе комплекса насчитывают 3 фермента и 5 коферментов:
1) пируватдегидрогеназа, ее коферментом является тиаминдифосфат, катализирует 1-ю реакцию;
2) Дигидролипоат-ацетилтрансфераза, ее коферментом является липоевая кислота, катализирует 2-ю и 3-ю реакции;
3) Дегидролипоат-дегидрогеназа, ее кофермент – ФАД, катализирует 4-ю и 5-и реакции. Также принимают участие коэнзим А и НАД.
Суть первых 3-х реакций сводится к декарбоксилированию пирувата (катализируется пируватдегидрогеназой) окислению пирувата до ацетила и переносу ацетила на коэнзим А. Оставшиеся 2 реакции необходимы для возвращения липоевой кислоты и ФАД в окислительное состояние, при этом образуется НАДН
Цикл Кребса, как общий (универсальный) этап утилизации белков, жиров и углеводов и образования субстратов тканевого дыхания. Энергетический баланс одного оборота. Регуляция ЦТК. Реакции взаимосвязи ЦТК с гликолизом и окислительным фосфорилированием.
Цикл Кребса это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме. Кроме значительной энергетической роли циклу отводится также и существенная пластическая функция, то есть это важный источник молекул-предшественников, из которых в ходе других биохимических превращений синтезируются такие важные для жизнедеятельности клетки соединения как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.
Цикл: Пируват (Пируват дегидрогеназа) Ацетил-КоА + ЩУК (цитрат-синтаза) Цитрат (аконитат-гидратаза) цис-Аконитат (аконитат-гидратаза) Изоцитрат (изоцитратдегидрогеназа)
·-Кетоглутарат (
·-Кетоглутарат-дегидрогиназный комплекс) Сукцинил-КоА (сукцинил-КоА-синтетаза) Сукцинат (сукцинат-дегидрогеназа) Фумарат (фумараза) L-малат (малатдегидрогеназа) ЩУК (цитрат-синтаза)
Таким образом, за один оборот цикла происходит полное окисление одной молекулы ацетил-КоА с образованием 12 молекул АТФ. Образуется 3 НАДН2, 1 ФАДН2 и ГТФ. Каждая молекула НАДН2 дает в системе тканевого дыхания 3 молекулы АТФ, ФАДН2 – 2 молекулы АТФ и ГТФ – 1 молекулу АТФ. 3*3АТФ + 2АТФ + 1АТФ = 12АТФ
Цикл Кребса регулируется «по механизму отрицательной обратной связи», при наличии большого количества субстратов (ацетил-КоА, оксалоацетат), цикл активно работает, а при избытке продуктов реакции (NADH, ATP) тормозится. Регуляция осуществляется и при помощи гормонов, основным источником ацетил-КоА является глюкоза, поэтому гормоны, способствующие аэробному распаду глюкозы, способствуют работе цикла Кребса. Такими гормонами являются: инсулин и адреналин. Глюкагон стимулирует синтез глюкозы и ингибирует реакции цикла Кребса.
Посредством аэробного гликолиза глюкоза распадается до пирувата, который включается в ЦТК. В цикле путем окислительного фосфорилирования синтезируется 1 ГТФ, а затем из него синтезируется АТФ посредствам трансфосфорилирования: ГТФ + АДФ = АТФ + ГДФ.
Состав, структура ферментативных комплексов и других компонентов дыхательной цепи, их локализация и функции во внутренней мембране митохондрий. Роль кислорода. Каскадные изменения свободной энергии при переносе электронов по дыхательной цепи.
Цепь переноса электронов позволяет запасти энергию, выделяющуюся в ходе окисления НАД
·Н и ФАДН2 молекулярным кислородом в форме трансмембранного протонного потенциала за счёт последовательного переноса электрона по цепи, сопряжённого с перекачкой протонов через мембрану. Протонный потенциал преобразуется АТФ-синтазой в энергию химических связей АТФ. Сопряжённая работа ЭТЦ и АТФ-синтазы носит название окислительного фосфорилирования.
Комплекс I (НАДН дегидрогеназа) окисляет НАД-Н, отбирая у него два электрона и перенося их на растворимый в липидах убихинон, который внутри мембраны диффундирует к комплексу III. Вместе с этим, комплекс I перекачивает 4 протона из матрикса в межмембранное пространство митохондрии.
Комплекс II (Сукцинат дегидрогеназа) не перекачивает протоны, но обеспечивает вход в цепь дополнительных электронов за счёт окисления сукцината.
Комплекс III (Цитохром bc1 комплекс) переносит электроны с убихинона на два водорастворимых цитохрома с, расположенных на внутренней мембране митохондрии. Убихинон передаёт 2 электрона, а цитохромы за один цикл переносят по одному электрону. При этом туда также переходят 2 протона убихинона и перекачиваются комплексом.
Комплекс IV (Цитохром c оксидаза) катализирует перенос 4 электронов с 4 молекул цитохрома на O2 и перекачивает при этом 4 протона в межмембранное пространство. Комплекс состоит из цитохромов a и a3, которые, помимо гема, содержат ионы меди.
Кислород, поступающий в митохондрии из крови, связывается с атомом железа в геме цитохрома a3 в форме молекулы O2. Каждый из атомов кислорода присоединяет по два электрона и два протона и превращается в молекулу воды.
Механизм сопряжения окисления и фосфорилирования. Коэффициент Р/0. Хемиосмотическая теория Митчелла. Дыхательный контроль как основной механизм регуляции сопряжения окисления и фосфорилирования.
1.Протонный градиент и электрохимический потенциал. Перенос электронов по дыхательной цепи от NADH к кислороду сопровождается выкачиванием протонов из матрикса митохондрий через внутреннюю мембрану в межмембранное пространство. На эту работу затрачивается часть энергии электронов, переносимых по ЦПЭ. Протоны, перенесённые из матрикса в межмембранное пространство, не могут вернуться обратно в матрикс, так как внутренняя мембрана непроницаема для протонов. Таким образом, создаётся протонный градиент, при котором концентрация протонов в межмембранном пространстве больше, а рН меньше, чем в матриксе. Кроме того, каждый протон несёт положительный заряд, и вследствие этого появляется разность потенциалов по обе стороны мембраны: отрицательный заряд на внутренней стороне и положительный - на внешней. В совокупности электрический и концентрационный градиенты составляют электрохимический потенциал
·
·Н+ - источник энергии для синтеза АТФ. Так как наиболее активный транспорт протонов в межмембранное пространство, необходимый для образования
·
·Н+, происходит на участках ЦПЭ, соответствующих расположению комплексов I, III и IV, эти участки называют пунктами сопряжения дыхания и фосфорилирования. KoQ переносит электроны от комплекса I к комплексу III и протоны из матрикса в межмембранное пространство, совершая своеобразные циклические превращения, называемые Q-циклами. Донором электронов для комплекса III служит восстановленный убихинон (QH2), а акцептором - цитохром с. Цитохром с находится с внешней стороны внутренней мембраны митохондрий; там же располагается активный центр цитохрома с1 с которого электроны переносятся на цитохром с. Сопряжение переноса электронов через дыхательный комплекс III с транспортом Н+ через мембрану. Восстановленный убихинон (QH2) взаимодействует с Fе3+ гема b1 и, восстанавливая его, освобождает протон в водную фазу, превращаясь в семихинон (НQ). Электрон от тема b1 переносится на Fe3+ тема b2. HQ отдаёт второй электрон на FeS-центр, расположенный ближе к наружной поверхности мембраны; при этом второй протон оказывается в межмембранном пространстве; электрон передаётся на цитохром с1, а далее на цитохром с. Окисленный Q диффундирует к внутренней стороне мембраны, где получает электрон от тема b2 и протон из матрикса, превращаясь в НQ. НQ получает электрон от комплекса I и протон из матрикса; в мембране образуется QН2, и весь процесс повторяется сначала. В мембране существует стационарный общий фонд Q/QH2, из которого каждая молекула QH2 в одном цикле обеспечивает перенос протонов из матрикса в межмембранное пространство и электронов, которые в конечном итоге поступают на кислород. На работу, совершаемую при выкачивании протонов, расходуется часть свободной энергии, которая освобождается при переносе электронов по градиенту редокс-потенциала. Энергия электрохимического потенциала (
·
·H+) используется для синтеза АТФ, если протоны возвращаются в матрикс через ионные каналы АТФ-синтазы. 2. Строение АТФ-синтазы и синтез АТФ. АТФ-синтаза (Н+-АТФ-аза) - интегральный белок внутренней мембраны митохондрий. Он расположен в непосредственной близости к дыхательной цепи. АТФ-синтаза состоит из 2 белковых комплексов, обозначаемых как F0 и F1. Гидрофобный комплекс F0 погружён в мембрану. Он служит основанием, которое фиксирует АТФ-синтазу в мембране. Комплекс F0 состоит из нескольких субъединиц, образующих канал, по которому протоны переносятся в матрикс. Комплекс F1 выступает в митоховдриальный матрикс. Он состоит из 9 субъединиц (З
·, 3
·,
·,
·,
·). Субъединицы аир уложены попарно, образуя "головку"; между
·- и
·-субъединицами располагаются 3 активных центра, в которых происходит синтез АТФ;
·-,
·-,
·- субъединицы связывают комплекс F1 с F0. Повышение концентрации протонов в межмембранном пространстве активирует АТФ-синтазу. Электрохимический потенциал
·
·H+ заставляет протоны двигаться по каналу АТФ-синтазы в матрикс. Параллельно под действием
·
·H+ происходят конформационные изменения в парах
·,
·-субъединиц белка F1, в результате чего из АДФ и неорганического фосфата образуется АТФ. Электрохимический потенциал, генерируемый в каждом из 3 пунктов сопряжения в ЦПЭ, используют для синтеза одной молекулы АТФ. 3.Коэффициент окислительного фосфорилирования. Окисление молекулы NADH в ЦПЭ сопровождается образованием 3 молекул АТФ; электроны от FAD-зависимых дегидрогеназ поступают в ЦПЭ на KoQ, минуя первый пункт сопряжения. Поэтому образуются только 2 молекулы АТФ. Отношение количества фосфорной кислоты (Р), использованной на фосфорилирование АДФ, к атому кислорода (О), поглощённого в процессе дыхания, называют коэффициентом окислительного фосфорилирования и обозначают Р/О. Следовательно, для NADH Р/О = 3, для сукцината Р/О - 2. Эти величины отражают теоретический максимум синтеза АТФ, фактически эта величина меньше. 4.Дыхательный контроль. Окисление субстратов и фосфорилирование АДФ в митохондриях прочно сопряжены. Скорость использования АТФ регулирует скорость потока электронов в ЦПЭ. Если АТФ не используется и его концентрация в клетках возрастает, то прекращается и поток электронов к кислороду. С другой стороны, расход АТФ и превращение его в АДФ увеличивает окисление субстратов и поглощение кислорода. Зависимость интенсивности дыхания митохондрий от концентрации АДФ называют дыхательным контролем. Механизм дыхательного контроля характеризуется высокой точностью и имеет важное значение, так как в результате его действия скорость синтеза АТФ соответствует потребностям клетки в энергии. Запасов АТФ в клетке не существует. Относительные концентрации АТФ/АДФ в тканях изменяются в узких пределах, в то время как потребление энергии клеткой, т.е. частота оборотов цикла АТФ и АДФ, может меняться в десятки раз.
Общее содержание АТФ в организме 30-50 г, но каждая молекула АТФ в клетке "живёт" меньше минуты. В сутки у человека синтезируется 40-60 кг АТФ и столько же распадается. Увеличение концентрации АДФ немедленно приводит к ускорению дыхания и фосфорилирования.
Механизмы разобщения окисления и фосфорилирования. Особенности функционирования бурой жировой ткани.
Некоторые химические вещества (протонофоры) могут переносить протоны или другие ионы (ионофоры) из межмембранного пространства через мембрану в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В результате этого исчезает электрохимический потенциал и прекращается синтез АТФ. Это явление называют разобщением дыхания и фосфорилирования. В результате разобщения количество АТФ снижается, а АДФ увеличивается. В этом случае скорость окисления NADH и FADH2 возрастает, возрастает и количество поглощённого кислорода, но энергия выделяется в виде теплоты, и коэффициент Р/О резко снижается. Как правило, разобщители - липофильные вещества, легко проходящие через липидный слой мембраны. Одно из таких веществ - 2,4-динитрофенол, легко переходящий из ионизированной формы в неионизированную, присоединяя протон в межмембранном пространстве и перенося его в матрикс.
Примерами разобщителей могут быть также некоторые лекарства, например дикумарол - антикоагулянт или метаболиты, которые образуются в организме, билирубин - продукт катаболизма тема, тироксин - гормон щитовидной железы. Все эти вещества проявляют разобщающее действие только при их высокой концентрации.
Разобщение окислительного фосфорилирования может быть биологически полезным. Оно позволяет генерировать тепло для поддержания температуры тела у новорождённых, у зимнес-пящих животных и у всех млекопитающих в процессе адаптации к холоду. У новорождённых, а также зимнеспящих животных существует особая ткань, специализирующаяся на теплопродукции посредством разобщения дыхания и фосфорилирования - бурый жир. Бурый жир содержит много митохондрий. В мембране митохондрий имеется большой избыток дыхательных ферментов по сравнению с АТФ-синтазой. Около 10% всех белков приходится на так называемый разобщающий белок (РБ-1) - термогенин. Бурый жир имеется у новорождённых, но его практически нет у взрослого человека. В последние годы появились факты, свидетельствующие о существовании в митохондриях разных органов и тканей млекопитающих разобщающих белков, похожих по своей структуре на РБ-1 бурой жировой ткани. По своей структуре термогенин близок к АТФ/АДФ-антипортеру, но не способен к транспорту нуклеотидов, хотя сохранил способность переносить анионы жирных кислот, служащих разобщителями. На внешней стороне мембраны анион жирной кислоты присоединяет протон и в таком виде пересекает мембрану; на внутренней стороне мембраны диссоциирует, отдавая протон в матрикс и тем самым снижает протонный градиент. Образующийся анион возвращается на наружную сторону мембраны с помощью АТФ/ АДФ-антипортера. При охлаждении стимулируется освобождение норадреналина из окончаний симпатических нервов. В результате происходят активация липазы в жировой ткани и мобилизация жира из жировых депо. Образующиеся свободные жирные кислоты служат не только "топливом", но и важнейшим регулятором разобщения дыхания и фосфорилирования.
Моно- и диоксигеназные пути использования кислорода в клетке. Пероксидазный и радикальный пути использования кислорода.
Монооксигеназные реакции.
Живые организмы содержат группу многочисленных и разнообразных ферментов, получивших название монооксигеназ. В типичном случае один атом кислородной молекулы обнаруживается в новой гидроксидной группе субстрата, другой – восстанавливается до воды в процессе реакции. В соответствии с этим реакция должна протекать при участии фермента, субстрата, кислородаи какого-либо восстанавливающего агента. Допамин-b-монооксигеназа, присутствующая в мозге и в хромаффинной ткани, катализирует гидроксилирование 3,4-диоксифенилэтиламина до норадреналина. Фенолмонооксигеназы имеются у бактерий, растений, насекомых, а также в печени и коже млекопитающих. Полимеризация о-хинона, образовавшегося в результате цепочки реакции, катализируемых этими ферментами, лежит в основе образования меланина.
Диоксигеназные реакции.
Ферменты, катализирующие реакции, в которых оба атома молекулярного кислорода встраиваются в продукты реакции, называются диоксигеназами. Известные в настоящее время ферменты этой группы могут содержать в качестве активной группы гем или негемовое железо, а для действия некоторых необходим a-кетоглутарат. Железо-a-кетоглутаратдиоксигеназы – железозависимые ферменты, катализирующие гидроксилирование субстрата в ходе процесса, в котором a-кетоглутарат подвергается окислительному декарбоксилированию до сукцината: М + О2 + a-кетоглутарат М-ОН + сукцинат + СО2 Пероксидазный путь использования кислорода.Молекулярный кислород является парамагнитным, потому что он содержит два неспаренных электрона с параллельно ориентированными спинами. Эти электроны находятся на разных орбиталях , поскольку два электрона не могут занимать одну и ту же орбиталь, если только их спины не противоположны. Соответственно восстановление кислорода путем прямого введения пары электронов в его частично заполненные орбитали невозможно без «обращения» спина одного из двух электронов. Спиновой запрет восстановления может быть преодолен последовательным добавлением одиночных электронов. Полное восстановление О2 до 2Н2О требует 4 электрона; при одноэлектронном восстановлении в качестве промежуточных продуктов возникают супероксид, пероксид водорода и гидроксидный радикал. Эти продукты очень реакционноспособны, и их присутствие может представлять угрозу для целостности живых систем. На самом деле ОН – наиболее мутагенный продукт ионизирующей радиации – представляет собой чрезвычайно мощный окислитель, который может атаковать все органические соединения. Одноэлектронное восстановление кислорода инициирует цепь реакций, которые ведут к образованию ОН:
О2 + е ® О2 (1)
О2 + Н ®НО2 (2)
О2+ НО2 + Н ® Н2О2+О2 (3)
Супероксид-анион, образуемый в реакции (1), может протонироваться до гидропероксидного радикала (2). Реакция (3) представляет собой спонтанную дисмутацию, приводящую к образованию Н2О2+О2. Совокупность этих реакций дает основание предполагать, что любая система, продуцирующая О2, будет также вскоре содержать Н2О2. Ксантиноксидаза, альдегидоксидаза и многочисленные флавопротеиды образуют О2 и Н2О2, что происходит и при самопроизвольном окислении гемоглобина, ферредоксинов, восстановленных цитохромом b5 гидрохинонов, тетрагидроптеридинов и адреналина. Угроза для клеток, возникающая из-за реакционноспособности О2и Н2О2, устраняется действием ферментов, эффективно обезвреживающих эти соединения
Свободно-радикальный путь (идет без участия ферментов и АТФ не
образуется).
Реакции образования активных форм О2 (О2-,
·ОН, 1O2, О22-, R-ОО
·), значение в физиологии и патологии клетки. Механизмы свободно-радикального окисления молекул и антиоксидантной защиты.
Утечка электронов из ЦПЭ и непосредственное их взаимодействие с кислородом - основной путь образования АФК. Кофермент Q в превращается в семихинон – KoQH, который может образовывать супероксидный анион , который, в свою очередь, может превращаться в другие активные формы кислорода. Многие оксидазы(оксидазы аминокислот, супероксид дисмугаза, оксидазы, локализованные в пероксисомах) - ферменты, непосредственно восстанавливающие кислород, образуют пероксид водорода. Монооксигеназы и диоксигеназы тоже источники активных форм кислорода. Пероксид водорода способствует образованию наиболее токсичной формы кислорода - гидроксильного радикала (ОН). Наличие в клетках ионов переходных металлов увеличивает скорость образования АФК(окисление иона железа гемоглобина способствует образованию супероксидного аниона)
Активные формы кислорода повреждают структуру ДНК, белков и различные мембранные структуры клеток, за счёт образования гидропероксидов жирных кислот в клетки могут проникать вода, ионы натрия, кальция, что приводит к набуханию клеток, органелл и их разрушению. Активация перекисного окисления характерна для многих заболеваний: дистрофии мышц, болезни Паркинсона, при которых разрушаются нервные клетки в стволовой части мозга, при атеросклерозе, развитии опухолей.
К ферментам, защищающим клетки от действия активных форм кислорода, относят супе-роксиддисмутазу, каталазу и глутатионпероксидазу; Наиболее активны эти ферменты в печени, надпочечниках и почках, где содержание митохондрий, цитохрома Р450 и пероксисом особенно велико. Супероксиддисмутаза (СОД) превращает супероксидные анионы в пероксид водорода, который может инициировать образование самой активной формы ОН, разрушается каталазой; глутатионпероксидаза - важнейший фермент, обеспечивающий инактивацию активных форм кислорода, так как он разрушает и пероксид водорода и гидропероксиды липидов. Он катализирует восстановление пероксидов с помощью трипептида глутатиона (
·-глутамилцистеинилглицин). Сульфгидрильная группа глутатиона (GSH) служит донором электронов и, окисляясь, образует дисульфидную форму глутатиона, в которой 2 молекулы глутатиона связаны через дисульфидную группу, окисленный глутатион восстанавливается глутатионредуктазой, 2О2 + 2H+ H2O2 + O2; 2Н2О2 2 Н2О + О2.; Н2О2 + 2 GSH 2 Н2О + G-S-S-G, GS-SG + NADPH + Н+ 2 GSH + NADP+.
Модуль II: Метаболизм углеводов.
1. Углеводы пищи, животного и растительного происхождения: нормы и принципы нормирования их суточной потребности.
В пище человека в основном содержатся полисахариды крахмал, целлюлоза (растений), в меньшем количестве - гликоген (животных). Источником сахарозы служат растения, особенно сахарная свёкла, сахарный тростник. Лактоза поступает с молоком млекопитающих (в коровьем молоке до 5% лактозы, в женском молоке до 8%). Фрукты, мёд, соки содержат небольшое количество глюкозы и фруктозы. Мальтоза есть в солоде, пиве.
Углеводы пищи являются для организма человека в основном источником моносахаридов, преимущественно глюкозы. Некоторые полисахариды: целлюлоза, пектиновые вещества, декстраны, у человека практически не перевариваются, в ЖКТ они выполняют функцию сорбента (выводят холестерин, желчные кислоты, токсины), необходимы для стимуляции перистальтики кишечника и формирования нормальной микрофлоры.
Углеводы обязательный компонент пищи, они составляют 75% массы пищевого рациона и дают более 50% необходимых калорий. У взрослого человека суточная потребность в углеводах 400г/сут, в целлюлозе и пектине до 10-15 г/сут. Рекомендуется употреблять в пищу больше сложных полисахаридов и меньше моносахаров.
2. Механизмы переваривания и всасывания углеводов. Характеристика и действие ферментов участвующих в полостном и пристеночном пищеварении. Механизмы всасывания углеводов (диффузия, облегченный и активный транспорт).
В ротовой полости пища измельчается при пережёвывании и смачивается слюной. Слюна состоит на 99% из воды. В слюне присутствует эндогликозидаза
·-амилаза, расщепляющая в крахмале внутренние
·-1,4-гликозидные связи с образованием крупных фрагментов декстринов и небольшого количества мальтозы и изомальтозы. В желудке. Действие амилазы слюны прекращается в кислой среде содержимого желудка. Желудочный сок не содержит ферментов, расщепляющих углеводы, в нем возможен лишь незначительный кислотный гидролиз гликозидных связей. В двенадцатиперстной кишке кислое содержимое желудка нейтрализуется соком поджелудочной железы (рН 7,58,0 за счет бикарбонатов). С соком поджелудочной железы в кишечник поступает панкреатическая
·-амилаза. Эта эндогликозидаза гидролизует внутренние
·-1,4-гликозидные связи в крахмале и декстринах с образованием мальтозы, изомальтозы и олигосахаридов. Переваривание мальтозы, изомальтозы и олигосахаридов происходит под действием специфических ферментов - экзогликозидаз, образующих ферментативные комплексы. Сахаразо-изомальтазный комплекс, гликоамилазный комплекс,
·-гликозидазный комплекс, трегалаза гликозидазный комплекс. Эти комплексы находятся на поверхности эпителиальных клеток тонкого кишечника и осуществляют пристеночное пищеварение. Переваривание углеводов заканчивается образованием моносахаридов – в основном глюкозы, меньше образуется фруктозы и галактозы, еще меньше – маннозы, ксилозы и арабинозы.
Моносахариды всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок. Транспорт моносахаридов в клетки слизистой оболочки кишечника может осуществляться путём диффузии (рибоза, ксилоза, арабиноза), облегчённой диффузии с помощью белков переносчиков (фруктоза, галактоза, глюкоза), и путем вторично-активного транспорта (галактоза, глюкоза). При низкой концентрации глюкозы в просвете кишечника она транспортируется в энтероцит только активным транспортом, при высокой концентрации активным транспортом и облегчённой диффузией. Скорость всасывания: галактоза > глюкоза > фруктоза > другие моносахариды. Моносахариды выходят из энтероцитов в направлении кровеносного капилляра с помощью облегченной диффузии через белки-переносчики.
3. Нарушение переваривания и всасывания углеводов.
Недостаточное переваривание и всасывание переваренных продуктов называют мальабсорбцией. В основе мальабсорбции углеводов могут быть причины двух типов:
1). Наследственные и приобретенные дефекты ферментов, участвующих в переваривании. Известны наследственные дефекты лактазы,
·-амилазы, сахаразно-изомальтазного комплек-са. Без лечения эти патологии сопровождаются хроническим дисбактериозом и нарушениями физического развития ребёнка.
Приобретённые нарушения переваривания могут наблюдаться при кишечных заболеваниях, (гастритах, колитах, энтеритах, после операций на ЖКТ).
Дефицит лактазы у взрослых людей может быть связан со снижением экспрессии гена лактазы, что проявляться непереносимостью молока - наблюдается рвота, диарея, спазмы и боли в животе, метеоризм.
2). Нарушение всасывания моносахаридов в кишечнике. Нарушения всасывания могут быть следствием дефекта какого-либо компонента, участвующего в системе транспорта моносахаридов через мембрану. Описаны патологии, связанные с дефектом натрийзависимого белка переносчика глюкозы.
Синдром мальабсорбции сопровождается осмотической диареей, усилением перистальтики, спазмами, болями, а также метеоризмом. Диарею вызывают нерасщеплённые дисахариды или невсосавшиеся моносахариды в дистальных отделах кишечника, а также органические кислоты, образованные микроорганизмами при неполном расщеплении углеводов.
4. Пути поступления и превращения углеводов в тканях организма. Транспортёры глюкозы. Ключевая роль глюкозо-6-фосфата во внутриклеточном углеводном обмене. Роль глюкокиназы и гексокиназы.
Глюкоза поступает из кровотока в клетки путём облегчённой диффузии с помощью белков-переносчиков - ГЛЮТов. Глюкозные транспортёры ГЛЮТы имеют доменную организацию и обнаружены во всех тканях. Выделяют 5 типов ГЛЮТов:
ГЛЮТ-1 - преимущественно в мозге, плаценте, почках, толстом кишечнике;
ГЛЮТ-2 - преимущественно в печени, почках,
·-клетках поджелудочной железы, энте-роцитах, есть в эритроцитах. Имеет высокую Км;
ГЛЮТ-3 - во многих тканях, включая мозг, плаценту, почки. Обладает большим, чем ГЛЮТ-1, сродством к глюкозе;
ГЛЮТ-4 - инсулинзависимый, в мышцах (скелетной, сердечной), жировой ткани;
ГЛЮТ-5 - много в клетках тонкого кишечника, является переносчиком фруктозы.
ГЛЮТы, в зависимости от типа, могут находиться преимущественно как в плазматической мембране, так и в цитозольных везикулах. Трансмембранный перенос глюкозы происходит только тогда, когда ГЛЮТы находятся в плазматической мембране. Встраивание ГЛЮТов в мембрану из цитозольных везикул происходит под действием инсулина. При снижении кон-центрации инсулина в крови эти ГЛЮТы снова перемещаются в цитоплазму.
В клетках глюкоза и другие моносахариды с использованием АТФ фосфорилируются до фосфорных эфиров: глюкоза + АТФ (гексогиназа, глюкокиназа) глюкоза-6ф + АДФ.
5. Анаэробный гликолиз: понятие, этапы, последовательность реакций, регуляция, энергетический баланс.
Катаболизм глюкозы в клетке может проходить как в аэробных, так и в анаэробных условиях, его основная функция - это синтез АТФ.
Анаэробный гликолиз – сложный ферментативный процесс распада глюкозы, протекающий в тканях человека и животных без потребления кислорода. Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота. В процессе гликолиза образуется АТФ. Суммарное уравнение гликолиза можно представить следующим образом: глюкозаC5H12O5 + 2АДФ + 2Фн молочная к-та2CH2CH(OH)COOH + 2АТФ + 2H2O.
Анаэробный гликолиз отличается от аэробного только наличием последней 11 реакции, пер-вые 10 реакций у них общие. В любом гликолизе можно выделить 2 этапа. 1 этап подготовительный, в нем затрачивается 2 молекулы АТФ. Глюкоза фосфорилируется и расщепляется на 2 фосфотриозы. 2 этап, сопряжён с синтезом АТФ. На этом этапе фосфотриозы превращаются в ПВК. Энергия этого этапа используется для синтеза 10 молекул АТФ в аэробных условиях или 4 молекул АТФ в анаэробных условиях.
I ферментативной реакцией гликолиза является фосфорилирование: глюкоза (гексокиназа) глюкозо-6-фосфат. II: глюкозо-6-фосфат (глюкозо-6-фосфатизомераза) фруктозо-6-фосфат. III образовавшийся фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилируется за счет второй молекулы АТФ:
фруктозо-6-фосфат (6-фруктокиназа) фруктозо-1,6-бисфосфат. IV Под влиянием альдолазы фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на две фосфотриозы: фруктозо-1,6-бисфосфат (альдолаза) диоксиацетон-фостат + глицеральдегид-3-фосфат. V реакция – реакция изомеризации триозофосфатов: диоксиацетон-фостат (триозофосфатизомераза) глицеральдегид-3-фосфат. Образованием глицеральдегид-3-фосфата как бы завершается I стадия гликолиза. I стадия – наиболее сложная и важная. Она включает окислительно-восстановительную реакцию (реакция гликолитической оксидоредукции), сопряженную с субстратным фосфорилированием, в процессе которого образуется АТФ. VI получаем 6 АТФ (окислительное фосфолирирование): глицеральдегид-3-фосфат + НАД + Н3РО4 (глицеральдегидфосфатдегидрогеназа) 1,3-бисфосфоглицерат + НАД +Н+. VII. Получаем 2 АТФ (субстратное фосфорилирование): 1,3-бисфосфоглицерат + АДФ (фосфоглицераткиназа) 3-фосфоглицерат + АТФ. VIII. 3-фосфоглицерат (фосфоглюкомутаза) 2-фосфоглицерат. IX. 2-фосфоглицерат (енолаза) фосфоенолпируват. X. субстратное фосфорилирование: фосфоенолпируват + АДФ (пируваткиназа) ПВК. XI. восстановление пировиноградной кислоты и образуется молочная кислота: Пируват +НАДН+Н (лактатдегидрогеназа) Лактат + НАД.
Энергетическая эффективность гликолиза в анаэробных условиях составляет 2 молекулы АТФ на одну молекулу глюкозы.
6. Аэробный гликолиз как первый, этап окисления моносахаридов в аэробных условиях до образования пирувата: понятие, этапы, последовательность реакций, регуляция, энергетический баланс.
Катаболизм глюкозы в клетке может проходить как в аэробных, так и в анаэробных условиях, его основная функция - это синтез АТФ.
Аэробным гликолизом называют процесс окисления глюкозы до пировиноградной кислоты, протекающий в присутствии кислорода. Все ферменты, катализирующие реакции этого процесса, локализованы в цитозоле клетки. В аэробном гликолизе можно выделить 2 этапа.
1. Подготовительный этап, в ходе которого глюкоза фосфорилируется и расщепляется на две молекулы фосфотриоз. Эта серия реакций протекает с использованием 2 молекул АТФ.
2. Этап, сопряжённый с синтезом АТФ. В результате этой серии реакций фосфотриозы превращаются в пируват. Энергия, высвобождающаяся на этом этапе, используется для синтеза 10 моль АТФ.
I ферментативной реакцией гликолиза является фосфорилирование: глюкоза (гексокиназа) глюкозо-6-фосфат. II: глюкозо-6-фосфат (глюкозо-6-фосфатизомераза) фруктозо-6-фосфат. III образовавшийся фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилируется за счет второй молекулы АТФ:
фруктозо-6-фосфат (6-фруктокиназа) фруктозо-1,6-бисфосфат. IV Под влиянием альдолазы фруктозо-1,6-бисфосфат расщепляется на две фосфотриозы: фруктозо-1,6-бисфосфат (альдолаза) диоксиацетон-фостат + глицеральдегид-3-фосфат. V реакция – реакция изомеризации триозофосфатов: диоксиацетон-фостат (триозофосфатизомераза) глицеральдегид-3-фосфат. Образованием глицеральдегид-3-фосфата как бы завершается I стадия гликолиза. I стадия – наиболее сложная и важная. Она включает окислительно-восстановительную реакцию (реакция гликолитической оксидоредукции), сопряженную с субстратным фосфорилированием, в процессе которого образуется АТФ. VI получаем 6 АТФ (окислительное фосфолирирование): глицеральдегид-3-фосфат + НАД + Н3РО4 (глицеральдегидфосфатдегидрогеназа) 1,3-бисфосфоглицерат + НАД +Н+. VII. Получаем 2 АТФ (субстратное фосфорилирование): 1,3-бисфосфоглицерат + АДФ (фосфоглицераткиназа) 3-фосфоглицерат + АТФ. VIII. 3-фосфоглицерат (фосфоглюкомутаза) 2-фосфоглицерат. IX. 2-фосфоглицерат (енолаза) фосфоенолпируват. X. субстратное фосфорилирование: фосфоенолпируват + АДФ (пируваткиназа) ПВК.
В результате аэробного окисления глюкозы образуется 38 (36) молекул АТФ, из них: 4 АТФ в реакциях субстратного фосфорилирования, 34 (32) АТФ в реакциях окислительного фосфорилирования. Если свободную энергию полного распада глюкозы 2880 кДж/моль срав-нить с энергией гидролиза высокоэнергетических связей 38 моль АТФ (38 моль АТФ * 50 кДж на моль АТФ = 1900 кДж), то КПД аэробного окисления составит 65%.
7. Лактат и пируват: пути обмена, значение, реакции превращения в АцКоА и ЩУК, энергетический баланс окисления до CO2 и Н2О. Механизмы эффекта Пастера, значение. Энергетический баланс аэробного окисления моносахаридов. Лактатацидоз , причины формирования и профилактика.
В аэробных условиях пируват поступает в митохондрии, где под действием пируватдегидрогиназного комплекса подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием ацетил-КоА. В пируват ДГ комплексе: [ПВК (пируватдегидрогеназа) Ацетил-КоА]. Далее Ацетил-КоА поступает в ЦТК, где он окисляется до 2 молекул СО2 с образованием 1 молекулы ГТФ, восстановлением 3 молекул НАДН2 и 1 молекулы ФАДН2. Пируваткарбоксилаза карбоксилирует ПВК до ЩУК.
Эффект Пастера - снижение скорости потребления глюкозы и прекращение накопления лактата в присутствии кислорода носит название эффекта Пастера. Значение эффекта состоит в переключении клетки на наиболее эффективный и экономичный путь получения энергии. В результате скорость потребления субстрата в присутствии кислорода снижается.
Катаболизм 1 глюкозы сопровождается затратой 2 молекул АТФ на субстратное фосфорилирование гексоз, образованием в реакциях субстратного фосфорилирования 4 молекул АТФ, восстановлением 2 молекул НАДН2 и синтезом 2 молекул ПВК. 2 цитоплазматические молекулы НАДН2, в зависимости от челночного механизма, дают в дыхательной цепи митохондрий от 4 до 6 молекул АТФ. Таким образом, конечный энергетический эффект аэробного гликолиза, в зависимости от челночного механизма, равен от 6 до 8 молекул АТФ.
Лактатацидоз - неспецифический синдром, развивающийся в ряде тяжёлых патологических состояний (СД), когда создаются предпосылки для повышенного образования и накопления в крови и периферических тканях молочной кислоты. Причины: заболевания, усиливающие анаэробный гликолиз с избыточным образованием и накоплением в тканях молочной кислоты; Шок; кровопотеря; сепсис; лейкозы; хронический алкоголизм. Профилактика состоит в предупреждении гипоксических состояний, рациональном контроле за компенсацией СД.
8. Катаболизм глюкозы по механизму пентозофосфатного пути. Реакции окислительной стадии, регуляция, связь с гликолизом, его биологические функции,
Пентозофосфатный путь, называемый также гексомонофосфатным шунтом, служит альтернативным путём окисления глюкозо-6-фосфата. Пентозофосфатный путь состоит из 2 фаз - окислительной и неокислительной. В окислительной фазе глюкозо-6-фосфат необратимо окисляется в пентозу - рибулозо-5-фосфат, и образуется восстановленный NADPH. В неокислительной фазе рибулозо-5-фосфат обратимо превращается в рибозо-5-фосфат и метаболиты гликолиза. Суммарное уравнение пентозофосфатного пути выражается следующим образом: 3 Глюкозо-6-фосфат + 6NADP+ 3СО2 + 6 (NADPH + Н+) + 2Фруктозо-6-фосфат + Глицеральдегид-3-фосфат. Ферменты пентозофосфатного пути, так же, как и ферменты гликолиза, локализованы в цитозоле. Наиболее активно Пентозофосфатный путь протекает в жировой ткани, печени, коре надпочечников, эритроцитах, молочной железе в период лактации, семенниках.
Суммарное уравнение окислительного этапа пентозофосфатного пути можно представить в виде: Глюкозо-6-фосфат + 2 NADP+ + Н2О Рибулозо-5-фосфат + 2 NADPH + Н+ + СО2.
Если потребности клетки в NADPH незначительны, рибозо-5-фосфат образуется в результате обратимых реакций неокислительного этапа пентозофосфатного пути, используя в качестве исходных веществ метаболиты гликолиза - глицеральдегид-3-фосфат и фруктозо-6-фосфат.
9. Глюконеогенез, тканевые особенности, схема, субстраты, биологическая роль. Ключевые (необратимые) реакции гликолиза и глюконеогенеза, регуляция, значение.
Глюконеогенез – синтез глюкозы из веществ неуглеводной природы. Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интен-сивных физических нагрузок. Основными субстратами глюконеогенеза являются лактат, гли-церол, аминокислоты. Большинство стадий глюконеогенеза представляет собой обращение реакции гликолиза. Только 3 реакции гликолиза (гексокиназная, фосфо-фруктокиназная и пируваткиназная) необратимы, поэтому в процесс глю-конеогенеза на 3 этапах используются другие ферменты. Превращение прирувата в фосфоенолпируват (I необр ст) осуществляется при участии 2х ферментов – пируваткарбоксилазы и карбоксилазы фосфоенолпирувата: Пируват + СО2 + АТФ + Н2О оксалоацетат +АДФ+Н3РО4. Оксалоацетат + ГТФ фосфоенолпируват + СО2 + ГДФ. Другие необратимые стадии катализируются фосфотазной фруктозо-1,6-бисфосфата и фосфатазой глюкозо-фосфата: Фруктозо-1,6-бисфосфат + Н2О Фруктозо-6-фосфат + Н3РО4. Глюкозо-6-фосфат + Н2О Глюкоза + Н3РО4.
10. Обмен гликогена, как резервного полисахарида. Распад гликогена - гликогенолиз, его связь с гликолизом.
Многие ткани в качестве резервной формы глюкозы синтезируют гликоген. Синтез и распад гликогена в печени поддерживают гомеостаз глюкозы в крови.
Метаболизм гликогена контролируется гормонами (в печени - инсулином, глюкагоном, ад-реналином; в мышцах - инсулином и адреналином), которые регулируют фосфорилирование /дефосфорилирование 2 ключевых ферментов гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы.
При недостаточном уровне глюкозы в крови выделяется гормон глюкагон, в крайних случа-ях – адреналин. Они стимулируют фосфорилирование гликогенсинтазы (она инактивируется) и гликогенфосфорилазы (она активируется). При повышении уровня глюкозы в крови выделя-ется инсулин, он стимулирует дефосфорилирование гликогенсинтазы (она активируется) и гликогенфосфорилазы (она инактивируется). В печени существует и аллостерическая регуляция гликогенфосфорилазы: ее ингибирует АТФ и глюкозо-6ф, а активирует АМФ.
Распад гликогена происходит путем последовательного отщепления глюкозо-1-ф в ответ на повышение потребности организма в глюкозе: гликоген (n) (гликогенфосфорилаза) гликоген (n-1). Гликогенфосфорилаза расщепляет фосфоролизом
·-1,4-гликозидные связи, до тех пор, пока до точки ветвления не остается 4 остатка глюкозы: Гликоген (олигосахаридтрансфераза) гликоген. Удаление ветвления осуществляет деветвящий фермент. Он обладает трансферазной и гликозидазной активностями. Трасферазная часть (олигосахаридтрансфераза) переносит три оставшихся до точки ветвления глюкозных остатка на нередуцирующий конец соседней цепи, удлиняя её для фосфорилазы: Гликоген (n) (
·-1,6-глюкозидаза) гликоген (n-1). Гликозидазная часть (
·-1,6-глюкозидаза) гидролизует
·-1,6-гликозидную связь, отщепляя глюкозу. Глюкозо-1-ф изомеризуется в глюкозо-6-ф фосфоглюкомутазой.
11. Синтез гликогена. Понятие о гликогенозах и агликогенозах.
Гликоген синтезируется с затратой энергии в период пищеварения (через 12 ч после приёма углеводной пищи): D-глюкозо-6ф (фосфоглюклмутаза) D-глюкозо-1ф (УДФ- глюкопирофосфорилаза) УДФ-глюкоза. Гликогенин (гликогенсинтетаза, УДФ)гликоген.
Гликогеновые болезни группа наследственных нарушений, в основе которых лежит снижение или отсутствие активности ферментов, катализирующих реакции синтеза или распада гликогена, либо нарушение регуляции этих ферментов.
Гликогенозы заболевания, обусловленные дефектом ферментов, участвующих в распаде гликогена. Они проявляются или необычной структурой гликогена, или его избыточным накоплением в печени, сердечной или скелетных мышцах, почках, лёгких и других органах.
В настоящее время гликогенозы делят на 2 группы: печёночные и мышечные.
Агликогеноз - заболевание, возникающее в результате дефекта гликогенсинтазы. В печени и других тканях больных наблюдают очень низкое содер-жание гликогена. Это проявляется резко выраженной гипогликемией в постабсорбтивном пе-риоде. Характерный симптом судороги, проявляющиеся особенно по утрам. Болезнь совместима с жизнью, но больные дети нуждаются в частом кормлении.
12. Химическая природа, и обмен адреналина, глюкогона и инсулина - их роль в регуляции резервирования и мобилизации гликогена и регуляции уровня сахара в крови.
Метаболизм гликогена контролируется гормонами (в печени - инсулином, глюкагоном, адреналином; в мышцах - инсулином и адреналином), которые регулируют фосфорилирование Дефосфорилирование 2 ключевых ферментов гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы.
При недостаточном уровне глюкозы в крови выделяется гормон глюкагон, в крайних случаях – адреналин. Они стимулируют фосфорилирование гликогенсинтазы (она инактивируется) и гликогенфосфорилазы (она активируется). При повышении уровня глюкозы в крови выделяется инсулин, он стимулирует дефосфорилирование гликогенсинтазы (она активируется) и гликогенфосфорилазы (она инактивируется). Кроме того, инсулин индуцирует синтез глюкокиназы, тем самым, ускоряя фосфорилирование глюкозы в клетке. Всё это приводит к тому, что инсулин стимулирует синтез гликогена, а адреналин и глюкагон – его распад.
13. Гипер- и гипогликемия: причины возникновения, механизмы срочной и долгосрочной компенсации. Метаболические и клинические последствия острых и хронических гипер- и гипогликемий.
Гипергликемия – повышение уровня глюкозы в крови выше 6,1 ммоль/л. Гипергликемия бывает физиологической и патологической.
Причины физиологической гипергликемии: 1) алиментарная, при употреблении легкоусвояемых углеводов. Не превышает 200 мг/дл, нормализуется в течение 3 часов; 2) стрессорная, под действием катехоламинов, глюкокортикоидов и вазопрессина; 3) кратковременные физические нагрузки.
Причины патологической гипергликемии: 1) судороги при эпилепсиях, столбняке; 2) эндокринные нарушения. Гиперпродукция контринсулярных гормонов (гипертириоз, синдромы Кушинга и Кона), абсолютный или относительный дефицит инсулина (сахарный диабет).
Гипогликемия снижение уровня глюкозы в крови ниже 3,3 ммоль/л. Гипогликемия бывает физиологической и патологической.
Причины физиологической гипогликемии: 1) алиментарная, при голодании; 2) длительная физическая нагрузка.
Причины патологической гипогликемии: 1) эндокринные нарушения при избытке инсули-на (инсулинома – доброкачественная опухоль, передозировка инсулином у больных СД) или недостаточности контринсулярных гормонов (гипотиреоз, дефицит катехоламинов и т.д.); 2) гликогенозы, агликогенозы, препятствующие гликогенолизу; 3) печеночная недостаточность, связанная с низкой активностью глюконеогенеза; 4) почечная недостаточность, связанная с врожденной (почечный сахарный диабет) или приобретенной глюкозурией (отравления мо-нойодацетатом).
14. Инсулин: структура, этапы метаболизма, механизм действия, метаболические эффекты, биохимические нарушения и последствия при гипер- и гипоинсулинемии.
Инсулин - белковый гормон, вырабатываемый поджелудочной железой (
·-клетками островков Лангерганса). А-цепь инсулина включает 21 аминокислоту, В-цепь – 30; цепи соединены двумя дисульфидными «мостиками». Зрелый инсулин образуется в результате двухступенчатой посттрансляционной модификации препроинсулина и затем проинсулина.
Инсулин связывается с инсулиновым рецептором (IR), находящимся на мембране. IR постоянно синтезируется и разрушается. После связывания инсулина с IR весь комплекс погружается в цитоплазму, достигает лизосом, где инсулин разрушается, а IR может разрушаться, а может возвращаться мембрану.
Инсулин активирует ключевые ферменты гликолиза (фосфофруктокиназу и пирруваткиназу, глюкокиназу); Инсулин ингибирует в печени глюкозо-6-фосфотазу, что тормозит глюконеогенез и выход глюкозы в кровь; Он активирует фосфопротеинфосфотазу гликогенсинтазы и гликогенфосфорилазы, в результате активируется синтез гликогена и тормозится его распад. В адипоцитах инсулин активирует ключевой фермент липогенеза. Инсулин в гепатоцитах и адипоцитах активирует фосфопротеинфосфатазу, которая дефосфорилирует и инактивирует ТАГ-липазу, что тормозит липолиз. Инсулин снижает активность аминотрансфераз и ферментов цикла мочевины.
Гипергликемии: 1) судороги при эпилепсиях, столбняке; 2) эндокринные нарушения. Гиперпродукция контринсулярных гормонов (гипертириоз, синдромы Кушинга и Кона), абсолютный или относительный дефицит инсулина (сахарный диабет).
Гипогликемии: 1) эндокринные нарушения при избытке инсулина (инсулинома – доброкачественная опухоль) или недостаточности контринсулярных гормонов (гипотиреоз, дефицит катехоламинов и т.д.); 2) гликогенозы, агликогенозы, препятствующие гликогенолизу; 3) печеночная недостаточность, связанная с низкой активностью глюконеогенеза; 4) почечная недостаточность, связанная с врожденной (почечный сахарный диабет) или приобретенной глюкозурией (отравления монойодацетатом).
15. Сахарный диабет: причины возникновения, метаболические нарушения, клинические проявления, биохимическая диагностика, профилактика.
Сахарный диабет (СД) хроническое полиэтиологичное заболевание, характеризующееся гипергликемией и глубокими нарушениями углеводного, белкового, жирового и водно-солевого обменов. СД возникает вследствие абсолютного или относительного дефицита инсулина.
Классификация. Согласно данным ВОЗ, выделяют 4 клинических класса сахарного диабета: первичный СД, вторичный СД, нарушение толерантности к глюкозе (с ожирением и без, обусловленный приемом лекарств и др) и СД беременных (только при беременности).
Первичный СД является самостоятельным заболеванием. Вторичный СД является симптоматическим, он возникает при патологии эндокринных желез (акромегалия, феохромоцитома, глюканома, синдромы Кушинга и Кона) и патологии поджелудочной железы (хронический панкреатит, рак, панкреатэктомия, гемохроматоз, генетические синдромы).
Первичный СД по механизму развития подразделяется на: инсулинзависимый сахарный диабет (ИЗСД) - диабет I типа и инсулиннезависимый (ИНСД) - диабет II типа. В свою очередь ИНСД подразделяется на 2 подгруппы: с ожирением и с нормальной массой тела.
Диагноз сахарного диабета ставят на основе классических симптомов са¬харного диабета гипергликемии, полиурии, полидипсии, полифагии, ощущения сухости во рту. Биохимическими признаками СД выявляются: Уровень глюкозы натощак в капиллярной крови выше 6,7 ммоль/л; Наличие глюкозурии; Глюкозотелерантный тест (ГТТ). Уровень глюкозы в плазме крови выше 10 ммоль/л через 2 ч после сахарной нагрузки; Уровень гликозилированного гемоглобина НbА1с 10-15% от всего содержания Hb (в норме около 5-7%); Проба с глюкагоном. Натощак внутривенно 1 мг глюкагона. Через 6 минут определяется С-пептид крови. При ИЗСД С-пептид в крови ниже 0,32 пмоль/л, при ИНСД С-пептид в крови выше 1,1 пмоль/л. альбуминурии. При сахарном диабете суточное выведение альбумина составляет
примерно 30300 мг микроальбуминурия (в норме около 8 мг).
16. Биохимические причины и механизмы развития острых осложнений сахарного диабета: гипер- гипо- и ацидотической комы. Профилактика нарушений.
Нарушения обмена веществ при СД могут приводить к развитию острых осложнений в виде коматозных состояний. Кома это крайне тяжелое состояние, характеризующееся глубоким угнетением ЦНС, стойкой потерей сознания, утратой реакций на внешние раздражители любой интенсивности. Коматозные состояния при СД могут проявляться в трёх формах: кетоацидотической, гиперосмолярной и лактоацидотической.
Кетоацидотическая кома возникает при ИЗСД, когда концентрация кетоновых тел становиться выше 100 мг/дл (до 400-500мг/дл). Гиперкетонемия приводит к: ацидозу и гиперосмолярности - это при определенной выраженности и вызывает коматозное состояние с падением артериального давления и развитием острой почечной недостаточности.
Гиперосмолярная кома характерна для ИНСД, она наблюдается при высокой гипергликемии. У большинства высокая гипергликемия обусловлена сопутствующим нарушением функции почек, ее провоцируют стресс, травма, резкая дегидротация организма (рвота, диарея, ожоги, кровопотеря и т.д.). Гиперосмолярная кома развивается медленно, в течение не-скольких дней при беспомощности человека (некомпенсируемая питьем), когда содержание глюкозы достигает 30-50 ммоль/л.
К лактоацидотической коме приводит накопление лактата при ИНСД. В присутствии молочной кислоты резко снижается чувствительность адренорецепторов к катехоламинам, развивается необратимый шок. Появляется метаболическая коагулопатия, проявляющаяся ДВС-синдромом, периферическими тромбозами, тромбоэмболиями (инфаркт миокарда, инсульт).
17. Биохимические механизмы развития хронических осложнений сахарного диабета: нейропатии, микро- и макроангиопатии и связанные с ними метаболические и клинические проявления и последствия, профилактика.
Главная причина поздних осложнений сахарного диабета является гипергликемия, гиперлипидемия и гиперхолестеринемия. Они приводят к повреждению кровеносных сосудов и нарушению функций различных органов и тканей путем гликозилирования белков, образования сорбитола и активации атеросклероза.
При гликозилировании кристаллинов - белков хрусталика, образуют многомолекулярные агрегаты, увеличивающие преломляющую способность хрусталика. Прозрачность хрусталика уменьшается, возникает его помутнение, или катаракта.
При гликозилировании белков базальных мембран нарушается их обмен, соотношение и структурная организация, происходит утолщение базальных мембран и развитие ангиопатий.
Макроангиопатии проявляются в поражениях крупных и средних сосудов сердца, мозга, нижних конечностей. Гликозилированные белки базальных мембран и межклеточного матрикса снижают эластичности артерий.
Микроангиопатии результат повреждения капилляров и мелких сосудов. Проявляются в форме нефро-, нейро- и ретинопатии.
Нефропатия, признаком ранних стадий нефропатии служит микроальбуминурия, которая в дальнейшем развивается до классического нефротического синдрома, характеризующегося высокой протеинурией, гипоальбуминемией и отёками.
Ретинопатия, на ранних стадиях развивается базальная ретинопатия, которая проявляется в кровоизлияниях в сетчатку, расширении сосудов сетчатки, отёках. Если изменения не затрагивают жёлтого пятна, потеря зрения обычно не происходит.
19. Биохимическая диагностика нарушений углеводного обмена. Глюкозотолерантный тест, его проведение и оценка. Механизм действия инсулина на транспорт глюкозы в клетки.
Биохимическими признаками СД выявляются: Уровень глюкозы натощак в капиллярной крови выше 6,7 ммоль/л; Наличие глюкозурии; Глюкозотелерантный тест (ГТТ). Уровень глюкозы в плазме крови выше 10 ммоль/л через 2 ч после сахарной нагрузки; Уровень гликозилированного гемоглобина НbА1с 10-15% от всего содержания Hb (в норме около 5-7%); Проба с глюкагоном. Натощак внутривенно 1 мг глюкагона. Через 6 минут определяется С-пептид крови. При ИЗСД С-пептид в крови ниже 0,32 пмоль/л, при ИНСД С-пептид в крови выше 1,1 пмоль/л. Альбуминурии. При сахарном диабете суточное выведение альбумина составляет примерно 30300 мг микроальбуминурия (в норме около 8 мг).
Поскольку ИНСД развивается значительно медленнее, классические клинические симптомы, гипергликемию и дефицит инсулина диагностируют позднее, часто в сочетании с симптомами поздних осложнений сахарного диабета.
Инсулин стимулирует транспорт в клетку глюкозы, аминокислот, нуклеозидов, органического фосфата, ионов К+ и Са2+. Эффект проявляются очень быстро, в течение нескольких секунд и минут. Транспорт глюкозы в клетки происходит при участии ГЛЮТ. В мышцах и жировой ткани инсулинзависимый ГЛЮТ-4, в отсутствие инсулина находится в цитозольных везикулах. Под влиянием инсулина происходит транслокация везикул с ГЛЮТ в плазматическую мембрану и начинается транспорт глюкозы. При снижении концентрации инсулина, ГЛЮТ-4 возвращаются в цитозоль, и транспорт глюкозы прекращается.
20. Особенности обмена фруктозы и галактозы. Фруктоземя, галактоземия.
Фруктоза и галактоза наряду с глюкозой используются для получения энергии или синтеза веществ: гликогена, ТГ, ГАГ, лактозы и др.
Значительное количество фруктозы, образующееся при расщеплении сахарозы, превращается в глюкозу уже в клетках кишечника. Часть фруктозы поступает в печень.
Метаболизм фруктозы в клетке начинается с реакции фосфорилирования:
1. Фруктокиназа фосфорилирует только фруктозу, имеет к ней высокое сродство: Фруктоза (фруктокиназа) Фруктозо-1ф. Содержится в печени, почках, кишечнике. Инсулин не влияет на ее активность. 2. Альдолаза В есть в печени, расщепляет фруктозо-1ф (фруктозо-1,6ф) до глицеринового альдегида (ГА) и диоксиацетонфосфата (ДАФ): Фруктозо-1ф (альдолаза В) ГА + ДАФ гликолиз, гюконеогенез. 3. Триозокиназа: ГА (триозокиназа) 3-ФГА гликолиз, гюконеогенез. Много в печени. Причиной нарушения метаболизма фруктозы является дефект ферментов (фруктокиназы, альдолазы В). Клинически не проявляется.
Метаболизм галактозы. Галактоза образуется в кишечнике в результате гидролиза лактозы. Превращение галактозы в глюкозу происходит в печени в реакции эпимеризации в виде УДФ-производного.
Галактокиназа фосфорилирует галактозу: Галактоза (галактокиназа) Галактозо-1ф. Галактозо-1ф-уридилтрансфераза замещает галактозой остаток глюкозы в УДФ-глюкозе с образованием УДФ-галактозы. Эпимераза (УДФ-галактозо-УДФ-глюкозо-изомераза) НАД-зависимый фермент, катализирует эпимеризацию ОН группы по С4 углеродному атому, обеспечивая взаимопревращения галактозы и глюкозы в составе УДФ.
Образованная глюкозо-1-ф может включаться в: 1) синтез гликогена; 2) превращение в свободную глюкозу; 3) катаболизм, сопряжённый с синтезом АТФ, и т.д.
Галактоземия обусловленна наследственным дефектом любого из трёх ферментов. Галактозо-1-фосфатуридилтрансферазы (ГАЛТ) - рвота, диарея, дегидратация, уменьшение массы тела, желтуха. Галактозо-1-ф ингибирует активность ферментов углеводного обмена (фосфоглюкомутазы, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы). Галактозо-1ф оказывает токсическое действие на гепатоциты: возникают гепатомегалия, жировая дистрофия. Галактитол и галактозо-1-ф вызывают почечную недостаточность. Отмечают нарушения в клетках полушарий головного мозга и мозжечка, в тяжёлых случаях отёк мозга, задержку умственного развития, возможен летальный исход.

Модуль 3: Метаболизм липидов.
1. Важнейшие липиды животного и растительного происхождения, их классификация, структуры, свойства, биологическая роль. Норма суточной потребности в липидах.
Жиры являются неотъемлемой составной частью пищи. Жиры не могут быть заменены другими веществами, хотя и равноценными по калорийности. Суточная потребность человека в жирах составляет в среднем 50-60 г/сут. При тяжелой физической работе содержание жира в суточном рационе должно быть увеличено. Источники насыщенных ЖК: сливочное масло, сыр, сало, говяжий жир. ПНЖК: растительные масла, свинной жир, молокопродукты, рыбий жир.
Липиды по химическому строению делят на простые и сложные:
Простые липиды:1) воска; 2) триацилглицериды (жиры); 3) эфиры холестерина. Состав: ЖК, спирты.
Сложные липиды:1) фосфолипиды; 2) гликолипиды; 3) липопротеины. Состав: ЖК, спирты, фосфорная к-та, холин, серин, углеводы, белки.
Стероиды: Холестерин и его производные.
В природе липиды находятся в виде настоящих или потенциальных сложных эфиров высших ЖК. ВЖК – одноосновные карбоновые к-ты с длинной углеводородной цепью. Насыщенные: пальмитиновая к-та, стеариновая к-та. Ненасыщенные: олеиновая, линолевая, липоевая, арахидоновая. (по кл-ву 2-х связей).
В организме липиды выполняют разнообразные функции: 1) Структурная; 2) Энергетическая; 3) Антиоксидантная. Витамины А, Д, Е, К препятсвуют СРО; 4) Запасающая; 5) Защитная; 6) Регуляторная.; 7) Из холестерина синтезируется витамин Д, ЖК; 8) Пищеварительная; 9) Информационная. Ганглиозиды обеспечивают межклеточные контакты.
2. Состав, молекулярная организация, физико-химические и биологические функции мембран.
Липидам принадлежит главная роль в образовании мембран как клеточных структур: пластинчатая, «мембранная» форма и основные физико-химические свойства мембран определяются именно липидами. Основная часть липидов (до 90%) в мембранах представлена фосфолипидами, гликолипидами и холестерином.
В мембранах имеются фосфолипиды двух типов - глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды. Глицеролипиды: Эти липиды являются производными фосфатидной к-ты. Сфинголипиды содержат аминоспирт сфингозин, являются производными церамидов.
Гликолипиды представляют собой углеводсодержащие соединения, в которых углеводная часть ковалентной связана с липидной.
Характерной особенностью молекул фосфолипидов и гликолипидов являются их амфифильность: один конец молекулы гидрофобный, другой – гидрофильный. Гидрофобный конец составляют углеводородные радикалы ЖК и сфингозин, гидрофильный – углеводной частью, в фосфолипидах – фосфатным остатком с присоединенным к нему холином, этаноламином или серином. Мембраны отграничивают цитоплазму от окружающей среды, а также формируют оболочки ядер, митохондрий и пластид. Они образуют лабиринт ЭПР и уплощенных пузырьков в виде стопки, составляющих комплекс Гольджи. Мембраны образуют лизосомы, крупные и мелкие вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли простейших.
3. Механизмы переваривания, всасывания липидов. Желчь: состав, функции, механизм участия в пищеварении. Стеаторея: причины, последствия.
Лишь 40-50% пищевых липидов расщепляется полностью, а от 3% до 10% пищевых липидов могут всасываться в неизмененном виде.
Так как липиды не растворимы в воде, их переваривание и всасывание имеет свои особенности и протекает в несколько стадий:
1) Липиды твердой пищи при механическом воздействии и под влиянием ПАВ желчи смешиваются с пищеварительными соками с образованием эмульсии. Образование эмульсии необходимо для увеличения площади действия ферментов, т.к. они работают только в водной фазе. Липиды жидкой пищи поступают в организм сразу в виде эмульсии;
2) Под действием липаз пищеварительных соков происходит гидролиз липидов эмульсии с образованием водорастворимых веществ и более простых липидов;
3) Выделенные из эмульсии водорастворимые вещества всасываются и поступают в кровь. Выделенные из эмульсии более простые липиды, соединяясь с компонентами желчи, образуют мицеллы;
4) Мицеллы обеспечивают всасывание липидов в клетки эндотелия кишечника.
Жёлчь это вязкая жёлто-зелёная жидкость, имеет рН=7,3-8.0. Содержит Н2О – 87-97%, желчные к-ты, жирные к-ты, холестерин, фосфолипиды и минеральные компоненты. Она участвует в эмульгировании жиров, активации фермента липазы, образовании мицелл и облегчении всасывания липидов, предотвращает осаждение холестерина и образование камней, бактерицидная функция.
При стеаторее нарушается всасывание жирорастворимых витаминов и незаменимых жирных кислот, поэтому развиваются гиповитаминозы жирорастворимых витаминов. Избыток липидов связывает вещества нелипидной природы, и препятствует их перевариванию и всасыванию. Возникают гиповитаминозы по водорастворимым витаминам, белковое и углеводное голодание. Непереваренные белки подвергаются гниению в толстой кишке.
4. Транспортные липопротеиды крови: состав, строение, классификация функции, диагностическое значение определения.
Транспорт липидов в организме идет двумя путями:
1) ЖК транспортируются в крови с помощью альбуминов;
2) липиды транспортируются в крови в составе липопротеинов.
ЛП – это надмолекулярные комплексы сферической формы, состоящие из липидов, белков и углеводов. ЛП имеют гидрофильную оболочку и гидрофобное ядро. В гидрофильную оболочку входят белки и амфифильные липиды. В гидрофобное ядро входят гидрофобные липиды и эфиры. ЛП хорошо растворимы в воде.
В организме синтезируются несколько видов ЛП, они отличаются химическим составом, образуются в разных местах и осуществляют транспорт липидов в различных направлениях:
1) хиломикроны образуются в энтероцитах, транспортируют к тканям экзогенные липиды пищи;
2) ЛПОНП (липопротеины очень низкой плотности) образуются в гепатоцитах, транспортируют к тканям эндогенные липиды печени;
3) ЛПП (липопротеины промежуточной плотности) образуются в крови из ЛПОНП, транспортируют к тканям эндогенные липиды печени;
4) ЛПНП (липопротеины низкой плотности) образуются в крови из ЛППП, транспортируют холестерин в ткани;
5) ЛПВП (липопротеины высокой плотности) образуются в гепатоцитах, удаляет избыток холестерина из тканей, донор апо А, С, Е.
5. Катаболизм триглицеридов в белой жировой ткани: реакции, механизмы регуляции активности липазы жировых клеток, роль гормонов, значение.
Жиры депонируются в специализированных клетках жировой ткани – адипоцитах. Мобилизация депонированных жиров происходит путем их гидролиза до жирных кислот и глицерина липазами жировых клеток. ЖК поступают в кровь, где образуют нековалентные соединения с альбумином, и в такой форме транспортируются по кровеносному руслу. Глирерин транспортируется в растворенном состоянии и улавливается главным образом печенью; в печени глицерин превращается в а-глицоролфосфат, который может вступать в реакции глюконеогенеза или окисляться в реакциях гликолиза и общего пути катаболизма. Адреналин активирует мобилизацию депонированных жиров, действуя по тому же механизму, как и в случаях мобилизации гликогена: синтез цАМФ, активация протеинкиназы и фосфорилирование липазы. Катаболизм триглицеридов актуален при длительном голодании и физических нагрузках.
6. Биосинтез триглицеридов: реакции, механизмы регуляции, роль гормонов, значение.
Синтез триглицеридов происходит из глицерина и жирных кислот (главным образом стеариновой, пальмитиновой и олеиновой). Путь биосинтеза триглицеридов в тканях протекает через образование
·-глице-рофосфата (глицерол-3-фосфата) как промежуточного соединения.
В почках, а также в стенке кишечника, где активность фермента глицеролкиназы высока, глицерин фосфорилируется за счет АТФ с образованием глицерол-3-фосфата: [глицерин+ АТФ (глицеролкиназа) глицерол-3-фосфат + АДФ].
В жировой ткани и мышцах вследствие очень низкой активности глицеролкиназы образование глицерол-3-фосфата в основном связано с процессами гликолиза и гликогенолиза: [дигидроксиацетонфосфат + НАДН2 (глицеролфосфатдегидрогеназа) глицерол-3-фосфат + НАД].
Образовавшийся тем или иным путем глицерол-3-фосфат последовательно ацилируется двумя молекулами КоА-производного жирной кислоты, в результате образуется фосфатидная кислота: [глицерол-3-фосфат (глицеролфосфатацилтрансфераза) фосфатидная к-та].
Далее фосфатидная к-та гидролизуется фосфатидатфосфогидролазой до 1,2-диглицерида (1,2-диацилглицерола): [фосфатидная к-та + Н2О (фосфатидатфосфогидролаза) 1,2-диглицерид].
Затем 1,2-диглицерид ацилируется третьей молекулой ацил-КоА и превращается в триглицерид (триацилглицерол): [1,2-диглицерид (диацилглицеролацилтрансфераза) Триглицерид]. Синтез триглицеридов (триацилглицеролов) в тканях происходит с учетом двух путей образования глицерол-3-фосфата и возможности синтеза триглицеридов в стенке тонкой кишки из
·-моноглицеридов, поступающих из полости кишечника в больших количествах после расщепления пищевых жиров.
7. Биосинтез фосфолипидов. Липотропные факторы, их роль в профилактике нарушений обмена липидов.
Синтез наиболее важных фосфолипидов происходит в ЭПС клетки.
Биосинтез фосфатидилэтаноламина. Первоначально этаноламин при участии соответствующей киназы фосфолирируется с образованием фосфоэтаноламина: [Этаноламин (этаноламинкиназа) Фосфоэтаноламин]. Затем фосфоэтаноламин взаимодействует с ЦТФ, в результате образуется ЦДФ-этаноламин: [Фосфоэтаноламин + ЦТФ (этаноламинфосфатцидилтрансфераза) ЦДФ-этаноламин + ФФн]. Далее ЦДФ-этаноламин, взаимодействуя с 1,2-диглицеридом, превращается в фосфатидилэтаноламин: [ЦДФ-этаноламин + 1,2-диглицерид (этаноламинфосфотрансфераза) фосфатидилэтаноламин + ЦМФ].
Синтез фосфатидилхолина: фосфатидилэтаноламин является предшественником фосфатидилхолина. В результате последовательного переноса 3х тильных групп от 3х молекул S-аденозилметионина к аминогруппе остатка этаноламина образуется фосфатидилхолин: [фосфатидилэтаноламин (последовательное метилирование) фосфатидилхолин].
Синтез фосфатидилсерина: фосфатидилсерин образуется в реакции обмена этаноламина на серин: [Фосфатидилэтаноламин + L-серин (Ca2+) фосфатидилсерин + этаноламин].
Вещества способствующие синтезу ФЛ и препятствующие синтезу ТАГ, называются липотропными факторами: 1) структурные компоненты ФЛ (ПНЖК, инозитол, серин, холин, этаноламин); 2) метионин, донор метильных групп для синтеза холина и фосфатидилхолина; 3) витамины (В6 способствует образованию ФЭА из ФС, В12 и фолиевая к-та участвуют в образовании активной формы метионина, и, следовательно, в синтезе фосфатидилхолина). При недостатке липотропных факторов в печени начинается жировая инфильтрация печени.
8. Механизмы
·-окисления жирных кислот: регуляция, роль карнитина, энергетический баланс. Значение для энергообеспечения тканей и органов.

·-окисление - специфический путь катаболизма жирных кислот, при котором от карбоксильного конца жирной кислоты последовательно отделяется по 2 атома углерода в виде ацетил-КоА. Механизм окисления складывается из: активации жирных кислот (ацил-КоА в ацилкартинин), первой стадии дегедрирования (ацил-КоА в еноил-КоА), стадии дегидротации (ениол-КоА в В-окситацил-КоА), второй стадии дегедрирования (В-окситоцил-КоА в В-кетатоцил-КоА), теолазной реакции (В-кетатоцил-КоА в ацил-КоА и ацетил-КоА где ацил-КоА заново окисляется, а ацетил-КоА подвергается окислению трикарбоновых кислот), баланса энергии.Регуляция происходит с помощью изменения количества ферментов, метабодической регуляции (подавление цитрата и снижения синтеза жирных кислот). Карнитин является переносчиком ацильных групп, образуя ацилкарнитин, проходит внутрь метохондрии, где разоединяется с ацил-КоА и возращается обратно. При каждом В-окислении образуется 131 молекула АТФ. При учете затраченной энергии образуется 130 молекул АТФ.
9. Механизмы перекисного окисления липидов (ПОЛ), значение в физиологии и патологии клетки.
К механизмам ПОЛ относятся инициация, (где реакцию инициирует гидроксильный радикал, отнимающий водород от СН2- групп ненасыщенной жирной кислоты, что приводит к образованию липидного радикала), развитие цепи (происходит при присоединении кислорода, в результате чего образуется пероксидный радикал или пероксид липида), обрыв цепи (при взаимодействии свободных радикалов между собой или при взаимодействии с различными антиоксидантами (витамин Е) которые являются донорами электронов). ПОЛ индуцирует апоптоз, регулирует структуру клеточных мембран, может обеспечивать внутриклеточную передачу. В результате ПОЛ происходит преоброзование липидов в первичные продукты ПОЛ. Это способствует образованию дыр в мембранах. В результате ПОЛ возникаю преждевременные старения клеток в организме, изменение текучести мембран, изменение активности ферментов мембран.
10. Пути обмена Ацетил-КоА, значение каждого пути. Общая характеристика процесса биосинтез жирных кислот. Понятие об эссенциальных жирных кислотах и их роли в профилактике нарушений обмена липидов.
Ацетил-КоА образуется в специфических реакциях катаболизма жирных кислот и некоторых аминокислот. В реакциях гликолиза из глюкозы образуется ПВК, которая поступает в матрикс митохондрий и превращается в Ацетил-КоА с участием ПВК ДГ. Так как внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для Ацетил-КоА, поэтому он при участии цитратсинтазы конденсируется с ЩУК с образованием цитрата: [Ацетил-КоА + Оксалоацетат Цитрат + HS-КоА]. Затем транслоказа переносит цитрат в цитоплазму. Перенос цитрата в цитоплазму происходит только при увеличении количества цитрата в митохондриях, когда изоцитратдегидрогеназа и
·-кетоглутаратдегидрогеназа ингибированы высокими концентрациями НАДН2 и АТФ (при избытке углеводов и низком энергопотреблении). В цитоплазме цитрат расщепляется под действием фермента цитрат-лиазы: [Цитрат + HSKoA + АТФ Ацетил-КоА + АДФ+ Pн + ЩУК].
Биосинтез жирных кислот протекает в печени с участием НАДФН, АТФ, Мn2+ и НСО3– (в качестве источника СО2), витаминов (биотин, РР); субстратом является ацетил-КоА, конечным продуктом – пальмитиновая кислота.
Эссенциальные жирные кислоты (Омега-3,6) - комплекс полиненасыщенных жирных кислот, которые принимают значительное участие в метаболизме человека. К ним относят линолевую и линоленовую к-ты. Жирные кислоты омега-6 понижают уровень холестерина в крови, а жирные кислоты омега-3 - уровень триглицерида и кровяное давление.
11. Кетоновые тела: биологическая роль, реакции обмена, регуляция. Кетонемия, кетонурия, причины и механизмы развития, последствия.
При дефиците углеводов наблюдается: ие распада глюкозы; содержание ПВК ся; содиржание ЩУК ся; ЦТК угнетается. ся распад ЖК с образованием ацетил-S-KoA. Роль кетоновых тел резко ся при голодании – они служат источником энергии для мышц и мозга при голодании. Окисление кетоновых тел в тканях: [
·-гидроксибутират (
·-гидроксибутират-дегидрогеназа) ацетоацетат (Сукцинил-КоА-ацетоацетат-КоА-трансфераза) Ацетоацетил-КоА (Тиолаза) 2-ацетил-КоА ЦТК]. В норме кетоновых тел ни в крови ни в моче нет. Кетонемию и кетонурию наблюдают при СД, углеводном голодании, лихорадочных состояниях, общем голодании и истощении, тяжелой интоксикации свинцом. Следствием кетонемии является кетоацидоз и ацетоновое отравление (ацетон растворяет структурные липиды клеток), при котором нарушается транспорт глюкозы через биомембраны и резко угнетается деятельность ЦНС.
12. Функции холестерина. Фонд холестерина организма: пути поступления, использования и выведения. Синтез холестерина: основные этапы, регуляция процесса.
Холестерол - стероид, характерный только для животных организмов. Он синтезируется во многих тканях человека, но основное место синтеза - печень. Холестерол выполняет много функций: входит в состав всех мембран клеток и влияет на их свойства, служит исходным субстратом в синтезе жёлчных кислот и стероидных гормонов. Ежедневно из организма выводится около 1 г холестерола. Приблизительно половина этого количества экскретируется с фекалиями после превращения в желчные кислоты. Оставшаяся часть выводится в виде нейтральных стероидов. Большая часть холестерола, поступившего в желчь, реабсорбируется
Реакции синтеза холестерола происходят в цитозоле клеток. Сложный путь синтеза холестерола можно разделить на 3 этапа. Первый этап заканчивается образованием мевалоната. Две молекулы ацетил-КоА конденсируются ферментом тиолазой с образованием ацетоацетил-КоА. Фермент гидроксиметилглутарил-КоА-синтаза присоединяет третий ацетильный остаток с образованием ГМГ-КоА (3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА). Эта последовательность реакций сходна с начальными стадиями синтеза кетоновых тел. Однако реакции синтеза кетоновых тел происходят в митохондриях печени, а реакции синтеза холестерола - в цитозоле клеток. Следующая реакция, катализируемая ГМГ-КоА-редуктазой, является регуляторной в метаболическом пути синтеза холестерола. В этой реакции происходит восстановление ГМГ-КоА до мевалоната с использованием 2 молекул NADPH. Фермент ГМГ-КоА-редуктаза - гликопротеин, пронизывающий мембрану ЭР, активный центр которого выступает в цитозоль. На втором этапе синтеза мевалонат превращается в пятиуглеродную изопреноидную структуру, содержащую пирофосфат - изопентенилпирофосфат. Продукт конденсации 2 изопреновых единиц - геранилпирофосфат. Присоединение ещё 1 изопреновой единицы приводит к образованию фарнезилпирофосфата - соединения, состоящего из 15 углеродных атомов. Две молекулы фарнезилпирофосфата конденсируются с образованием сквалена - углеводорода линейной структуры, состоящего из 30 углеродных атомов. На третьем этапе синтеза холестерола сквален через стадию образования эпоксида ферментом циклазой превращается в молекулу ланостерола, содержащую 4 конденсированных цикла и 30 атомов углерода. Далее происходит 20 последовательных реакций, превращающих ланостерол в холестерол. На последних этапах синтеза от ланостерола отделяется 3 атома углерода, поэтому холестерол содержит 27 углеродных атомов.
13. Гиперхолестеринемия, ее причины, последствия. Пищевые вещества, снижающие уровень холестерина.
Гиперхолестеролемией называют превышение нормальной концентрации холестерола в крови. Норма 200±50 мг/дл (5,2±1,2 ммоль/л) и, как правило, увеличивается с возрастом.
Гиперхолестеролемия часто развивается вследствие избыточного поступления холестерола с пищей, а также углеводов и жиров. Правильное питание в течение всей жизни - важнейший фактор профилактики гиперхолестеролемии. Наследственные факторы играют важную роль в предрасположенности к развитию атеросклероза.
Снижают уровень холестерина: оливковое масло; другие растительные масла; жир морских рыб; растительные продукты, богатые водорастворимой клетчаткой (зерновые, мука грубого помола), пектином (яблоки, ягоды), соя. Водорастворимая клетчатка или пищевые волокна, которые содержатся только в продуктах растительного происхождения, уменьшают всасывание холестерина в кишечнике и снижают концентрацию общего холестерина на 10% и холестерина липопротеинов низкой плотности на 12% в сыворотке крови.
14. Атеросклероз: биохимические причины, метаболические нарушения, биохимическая диагностика, осложнения. Факторы риска в развитии атеросклероза, их механизмы действия, профилактика.
Атеросклероз - самое распространённое заболевание, хронического течения, поражающее стенки артерий, возникающее в результате нарушения перерабатывания жиров (холестерин, липопротеины) в организме. Происходит накопление холестерина, и его отложение в виде нароста «атеросклеротических бляшек» во внутренней стенке сосудов (интима), в результате чего, стенка артерий теряет эластичность, уплотняется, сужается просвет и как результат, нарушается кровоснабжение органов.
Факторы риска в развитии атеросклероза:
Нерациональное питание. Постоянное употребление пищи с повышенным содержанием жиров и холестерина; Ожирение приводит к отложению холестерина на стенках сосудов; Наследственная предрасположенность (в результате врождённого недостатка определённых ферментов, участвующих в распаде жиров, происходит увеличение их уровня в крови и отложение в стенках сосудов); Мужской пол (женщин в определённой степени защищают женские половые гормоны); Курение (в табаке содержатся вещества, которые поражают стенку сосудов); Сахарный диабет (нарушению жирового обмена); Пожилой возраст (связанно с образом жизни); Гормональные изменения организма; Повышенное артериальное давление (повреждение внутренней стенки артерий, приводящее к отложению холестерина в повреждённых местах); Хроническое употребление алкоголя (снижается функция печени, где происходит распад жиров); Психоэмоциональные стрессы (повышают уровень холестерина в крови, поражение стенки артерий из-за его токсического действия и его отложение на ней); Ишемическая болезнь сердца приводит к нарушению структуры стенки сосудов и выпадению в неё холестерина.
Метаболические нарушения при атеросклерозе весьма многообразны и в основном сводятся к гиперхолестеринемии, гиперлипопротеинемии, диспротеинемии и накоплению грубодисперсных белков.
Осложнения атеросклероза: стенокардия, инфаркт миокарда, атеросклероза сосудов мозга (поражения психики), трофические язвы и гангрена конечности, тромбоз мезентериальных сосудов.
Диагностика атеросклероза - биохимический анализ крови (липидограмма), допплерография, ангиография.
15. Ожирение. Особенности обмена веществ при ожирении.
Жировая ткань составляет 20-25% от общей массы тела у женщин и 15-20% у мужчин. Среди взрослого населения некоторых стран около 50% людей страдает ожирением. Ожирение - важнейший фактор риска развития инфаркта миокарда, инсульта, сахарного диабета, артериальной гипертензии и желчнокаменной болезни. Ожирением считают состояние, когда масса тела превышает 20% от "идеальной" для данного индивидуума.
Первичное ожирение характеризуется множеством гормональных и метаболических особенностей у лиц, страдающих этим заболеванием. Первичное ожирение развивается в результате алиментарного дисбаланса - избыточной калорийности питания по сравнению с расходами энергии.
Вторичное ожирение - ожирение, развивающееся в результате какого-либо основного заболевания, чаще всего эндокринного. Например, к развитию ожирения приводят гипотиреоз, синдром Иценко-Кушинга, гипогонадизм и др. Известна большая зависимость формирования ожирения от активности так называемых липолитических ферментов жировой ткани.
Следовательно, при ожирении имеет место своеобразная инертность обменных процессов, обусловленная низкой активностью ферментов, принимающих непосредственное участие в расщеплении жира. При исследовании жировых фракций в крови у тучных людей неизменно констатируется значительное их повышение. Это свидетельствует о существенных изменениях жирового обмена. Так, заметно повышается содержание холестерина в крови (гиперхолестеринемия), общих липидов, нейтрального жира и других липидных компонентов. Причем концентрация их в крови увеличивается по мере нарастания степени ожирения.
В механизме нарушения липидного обмена у больных ожирением помимо балансовых отклонений имеет значение расстройство нервной и эндокринной регуляции, сопровождающееся изменением соотношения жиромобилизующих и жиросинтезирующих гормонов и степени активности тканевых, липаз. Также один из возможных механизмов развития ожирения - своеобразное нарушение адаптации организма на хроническую перегрузку энергетическим материалом, приводящую к естественному превалированию процессов биосинтеза над расходом жира на другие заболевания.

Модуль 4: Азотистый обмен.
Принципы нормирования белка в питании. Азотистый баланс. Понятие о пищевой ценности белков. Важность профилактики белковой недостаточности
Роль белка в питании: основной источник АК, в первую очередь незаменимых. Богаты белками продукты животного происхождения: мясо, рыба, сыр. Продукты растительного происхождения содержат, как правило, мало белка (кроме бобовых). Питательная ценность белка зависит от его аминокислотного состава и способности усваиваться организмом. Для здорового взрослого человека оптимальное количество белка в пище составляет - 100-120 г/сут. Потребность в пищевом белке возрастает: при физических нагрузках, при низких t0х, в период выздоровления после тяжелых заболеваний, при беременности у женщин (3-4 г/кг белка /сут), при росте у детей. Потребность в пищевом белке снижается: при старении, при повышении t0 окружающей среды, при тяжелых заболеваниях. Потребность в пищевом белке у мужчин выше, чем у женщин.
Азотистый баланс – разница между количеством азота, поступающего с пищей, и количеством выделяемого азота. Азот поступает в организм в виде АК (95%), а выделяется в виде мочевины и аммонийных солей.
Нулевой азотистый баланс существует, когда количество поступающего в организм азота равно количеству выделяемого (у здорового человека при нормальном питании).
Положительный азотистый баланс, когда азота поступает в организм больше, чем выводится. Характерен для детей, беременных, пациентов, выздоравливающих после тяжёлых болезней, а также при опухолевом росте.
Отрицательный азотистый баланс - наоборот. Наблюдают при старении, голодании, безбелковой диете, во время тяжёлых заболеваний, ожогах и травмах.
Продолжительное безбелковое питание вызывает серьёзные нарушения обмена веществ и неизбежно заканчивается гибелью организма. Дефицит в пище даже одной незаменимой АК ведёт к неполно­му усвоению других АК и сопровож­дается развитием отрицательного азотистого баланса, истощением, остановкой роста и нару­шениями функций нервной системы.
Переваривание белков в ЖКТ. Ферментативный гидролиз белков в желудочно-кишечном тракте.
В пищевых продуктах содержатся в основном белки и пептиды, которые, как правило, не способны всасываться, ассимилируемых свободных аминокислот в пище очень мало.
Переваривание белков начинается в желудке под действием ферментов желудочного сока.
Во рту белки пищи только механически измельчаются, но не подвергаются химическим изменениям, так как в слюне нет пептидгидролаз. Химическое изменение белков начинается в желудке при участии пепсина и соляной кислоты. Под действием соляной кислоты белки набухают, и фермент получает доступ во внутренние зоны их молекул. Пепсин ускоряет гидролиз внутренних пептидных связей. В результате из белковой молекулы образуются высокомолекулярные пептиды. Периваривание в тонком кишечнике осуществляется ферментами поджелудочной железы, стимулируются проферменты ряда протеаз(трипсиноген, химотрипсиноген). Активация трипсиногена происходит в кишечнике, под действием эпителия кишечника. Гидролиз белка можно представить в виде схемы: БЕЛКИ ПОЛИПЕПТИДЫ ПЕПТИДЫ ДИПЕПТИДЫ АМИНОКИСЛОТЫ.
Характеристика основных компонентов пищеварительных соков (желудка, кишечника, поджелудочной железы). Механизмы регуляции секреции пищеварительных соков. Образование и секреция HCl. Механизмы активации проферментов пищеварительных соков.
Желудочный сок синтезируется обкладочными клетками, слизистой оболочки желудка. рН=1,5-2,0. Ферменты желудочного сока: пепсин, гастриксин, реннин (химозин). Функции HCl: активация пепсиногена, создание оптимума pH, денатурация белков, бактерицид.
Кишечный сок продуцируется либеркюновыми железами. рН=7,2-8,6. В кишечном соке содержится более 20 ферментов, гидролизующих углеводы (мальтаза, трегалаза, инвертаза, лактаза, а- и
·-амилазы), белки (аминопептидазы, трипептидазы, дипептидазы, энтерокиназа), липиды (моноглицеридлипаза, карбоксиэстераза). Ферменты кишечного сока обеспечивают пристеночное и мембранное пищеварение.
Панкреатический сок выделяется поджелудочной железой. рН=7,5-8,8. Ферменты: трипсин, химотрипсин, эластаза, а-амилазой, панкреатическая липаза, фосфолипаза. Поджелудочный сок обеспечивает в просвете кишки полостное переваривание. Ферменты поджелудочной железы гидролизуют полипептиды пищи до олигопептидов и аминокислот.
Регуляция секреции желудочного сока осуществляется в 3 фазы:
1. Мозговая (сложнорефлекторная) фаза. Осуществляется через комплекс условных и безусловных рефлексов. Вид, запах и вкус пищи активируют нейроны вагуса в центре регуляции желудочной секреции. Окончания вагуса в желудке выделяют ацетилхолин, который через М-холинорецепторы стимулирует синтез желудочного сока (главными, обкладочными и добавочными клетками), а также стимулирует выработку в желудке гормонов гастрина и гистамина; Окончания вагуса в поджелудочной железе выделяют ацетилхолин, который стимулирует синтез панкреатического сока.
2. Желудочная (нейро-гуморальная) фаза. Возникает при нахождении пищи в желудке. За счет вагуса, метасимпатической нервной системы, гастрина, гистамина и питательных веществ (белки, пептиды, АК) стимулируется секреция желудочного сока. За счет вагуса, гастрина, серотонина стимулируется секреция поджелудочного сока.
3. Кишечная фаза. При недостаточной обработки пищи из кишечника возникают сигналы, стимулирующие желудочную секрецию. При избытке HCl или чрезмерном разрушении пищевых продуктов, из кишечника возникают сигналы, тормозящие желудочную секрецию (через секретин, холецистокинин, ВИП, ГИП). Кислый химус вызывает в кишечнике выделение S-клетками секретина, стимулирующего выделение панкреотического сока.
Регуляция деятельности желез тонкой кишки осуществляется местными нервно-рефлекторными механизмами, а также гуморальными влияниями и ингредиентами химуса. Механическое раздражение слизистой оболочки тонкой кишки вызывает выделение жидкого секрета с малым содержанием ферментов. Местное раздражение слизистой кишки продуктами переваривания белков, жиров, соляной кислотой, панкреатическим соком вызывает отделение кишечного сока, богатого ферментами. Усиливают кишечное сокоотделение ГИП, ВИП, мотилин. Тормозное действие оказывает соматостатин.
«Гниение» белков в кишечнике. Роль УДФ-глюкуроновой кислоты и ФАФС в процессах обезвреживания и выведения продуктов «гниения» (фенол, индол, скатол, индоксил и др.).
Гниение – процесс расщепления азотсодержащих, главным образом белковых веществ, в результате жизнедеятельности микроорганизмов. В аэробных условиях белковые молекулы подвергаются более глубокому распаду с образованием множества промежуточных продуктов, распад идет вплоть до воды и газов. В анаэробных условиях образуется меньше продуктов распада, но они являются более токсичными. В процессе гниения образуются так называемые трупные яды или птомаины. При распаде цистеина, цистина и метионина образуются таурин (C2H7NO3S), этилсульфид (C4H10S), метилмеркаптан (CH3-SH), сероводород, аммиак, метиламин (CH3-NH2), диметиламин ((CH3)2 NH), триметиламин ((CH3)3 NH), углекислота, водород, метан. Из гистидина образуются гистамин, имидазолил-пировиноградная и уроканиновая кислоты. Из фенилаланина и тирозина образуются фенил-пировиноградная, параоксифенил-пировиноградная, фенилмолочная и оксифенилмолочная кислоты. Оксифенилмолочная кислота превращается в кумаровую кислоту, крезол (HO-C6H4-CH3), оксибензойную кислоту (HO-C6H4-COOH) и фенол (HO-C6H5). При декарбоксилировании фенилаланина, тирозина и 5-окситриптофана образуются фенилэтиламин, тирамин и серотонин, обладающие сильными фармакодинамическими свойствами. Из триптофана образуются окси и кетокислоты (индолилпропионовая и скатоуксусная кислоты), а также скатол и индол, имеющие токсические свойства. В кишечнике под действием микрофлоры триптафан подвергается процессу гниения с образованием токсичных соединений: скатола, индола и триптамина.
Нарушение переваривания и всасывания белков. Белковая недостаточность: причины, метаболические и клинические последствия, профилактика.
Непереносимость белков пищи (например, молока и яиц) у взрослых людей. В норме у взрослых людей из кишечника кровь попадают только лишенные антигенных свойств аминокислоты. Однако, у некоторых людей происходит всасывание в ЖКТ недопериваренных пептидов, антигенные свойства которых вызывают иммунные реакций. У новорожденных проницаемость слизистой оболочки кишечника выше, чем у взрослых, поэтому в кровь поступают белки (антитела) молозива, необходимые для создания пассивного иммунитета. Процесс облегчается наличием в молозиве белка ингибитора трипсина и низкой активностью протеолитических ферментов новорождённых. При заболевании целиакии происходит нарушение клеток слизистой оболочки кишечника, где всасываются небольшие негидролизованные пептиды. Целиакия характеризуется повышенной чувствительностью к глютену белку клейковины зёрен злаков, употребляемых с пищей человеком. Этот белок оказывает токсическое действие на слизистую оболочку тонкой кишки, что приводит к её патологическим изменениям и нарушению всасывания. Цистинурия, болезнь Хартнапа и некоторые другие, возникают вследствие дефекта переносчиков нейтральных аминокислот в кишечнике и почках. Описана врождённая патология, связанная с дефектом фермента 5-оксопролиназы. При этом с мочой выделяется оксопролин. У этих больных нарушены транспорт аминокислот в ткани и их метаболизм в клетках.
Пути образования пула аминокислот в крови и его использование в организме. Реакции переаминирования, роль витамина В6 в этих реакциях. Диагностическое значение определения активность трансаминаз АСТ и АЛТ.
Источниками АК в организме являются белки пищи, белки тканей и синтез АК из углеводов. В сутки у человека распадается на АК около 400г белков, примерно такое же количество синтезируется. Специальной формы депонирования АК, подобно глюкозе (в виде гликогена) или жирных кислот (в виде ТГ), не существует (исключение - казеин молока). Поэтому резервом АК служат все белки тканей, но преимущественно белки мышц (т.к. их много).
Преаминирование реакция переноса
·-аминогруппы с АК на
·-кетокислоту, в результате чего образуются новая
·-кетокислота и новая АК. Процесс переаминирования легко обратим, при нем общее количество АК в клетке не меняется. Реакции катализируют аминотрансферазы, коферментом которых служит пиридоксальфосфат производное витамина В6 (пиридоксина).
АСТ и АЛТ являются органоспецифичными ферментами, их определяют в крови для диагностики заболеваний печени, сердца и, в меньшей степени, скелетных мышц. Соотношение активностей АСТ/АЛТ называют «коэффициент де Ритиса». В норме он равен 1,33±0,42. При инфаркте миокарда активность ACT в крови увеличивается в 810 раз, а АЛТ в 1,52,0 раза, коэффициент де Ритиса резко возрастает. При гепатитах активность АЛТ в сыворотке крови увеличивается в - 810 раз по сравнению с нормой, a ACT в 24 раза. Коэффициент де Ритиса снижается до 0,6.
Реакции прямого и непрямого дезаминирования аминокислот, значение реакций, роль глутаминовой кислоты.
Дезаминирование АК реакция отщепления
·-аминогруппы от АК, в результате чего образуется соответствующая
·-кетокислота и выделяется молекула аммиака. Дезаминирование бывает прямым и непрямым.
Прямое дезаминирование - это дезаминирование, которое происходит в 1 стадию с участием одного фермента. Прямому дезаминированию повергаются глу, гис, сер, тре, цис.
Существует 5 видов прямого дезаминирования АК: окислительное; неокислительное; внутримолекулярное; восстановительное; гидролитическое.
Непрямое дезаминирование - это дезаминирование, которое происходит в 2 стадий с участием нескольких ферментов. Оно характерно для большинства АК, так как они не способны к прямому дезаминированию (нет ферментов). На первой стадии происходит одна и несколько реакций переаминирования с участием аминотрансфераз, в результате аминогруппа АК переходит на кетосоединение (
·-КГ, ИМФ). На второй стадии происходит реакция дезаминирования аминосоединения (глу, АМФ), в результате чего образуется аммиак.
Глутаматдегидрогеназа (глу-ДГ) - олигомер, состоящий из 6 субъединиц, содержит кофермент НАД+. Глу-ДГ катализирует обратимое дезаминирование глу, очень активна в митохондриях клеток практически всех органов, кроме мышц. Глу-ДГ аллостерически ингибируют АТФ, ГТФ, НАДH2, активирует избыток АДФ. Индуцируется Глу-ДГ стероидными гормонами (кортизолом).
Пути использования без азотистого остатка аминокислот: глюконеогенез, кетогенез, ЦТК.
За сутки у человека распадаются примерно 100г АК. Катаболизм всех АК сводится к образованию шести веществ, вступающих в общий путь катаболизма: ПВК, ацетил-КоА,
·-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат и ЩУК. Эти вещества окисляются в ЦТК для образования АТФ или используются для синтеза глюкозы и кетоновых тел.
Гликогенные аминокислоты - АК, которые превращаются в ПВК и промежуточные продукты ЦТК (а-КГ, сукцинил-КоА, фумарат, ЩУК). Они через ЩУК, используются в глюконеогенезе (ала, асн, асп, гли, глу, глн, про, сер, цис, арг, гис, вал, мет, тре).
Кетогенные аминокислоты – АК, которые в процессе катаболизма превращаются в ацетоацетат (Лиз, Лей) или ацетил-КоА (Лей) и могут использоваться в синтезе кетоновых тел.
Смешанные (глико-кетогенными) аминокислоты – АК, при катаболизме которых образуются метаболит цитратного цикла и ацетоацетат (Три, Фен, Тир) или ацетил-КоА (Иле). Эти АК используются для синтеза глюкозы и кетоновых тел.
Реакции декарбоксилирования аминокислот. Роль витамина В6 в этих реакциях. Образование биогенных аминов (гистамина, тирамина, триптамина, серотонина). Роль биогенных аминов в организме.
Некоторые АК и их производные могут подвергаться декарбоксилированию – отщеплению
·-карбоксильной группы. У млекопитающих декарбоксилируются: три, тир, вал, гис, глу, цис, арг, орнитин, SAM, ДОФА, 5-окситриптофан и т.д. Реакцию необратимо катализируют декарбоксилазы, которые содержат в активном центре пиридоксальфосфат. Механизм реакции похож на реакцию переаминирования. Продуктами реакции являются СО2 и биогенные амины, выполняющие регуляторные функции (гормоны, тканевые гормоны, нейромедиаторы).
Серотонин образуется из три в надпочечниках, ЦНС и тучных клетках. Серотонин – возбуждающий нейромедиатор средних отделов мозга (проводящих путей) и гормон. Стимулирует сокращение гладкой мускулатуры, вазоконстриктор, регулирует АД, температуру тела, дыхание, антидепрессант.
ГАМК образуется и разрушается в ГАМК-шунте ЦТК в высших отдела мозга. Он имеет очень высокую концентрацию.ГАМК – тормозной нейромедиатор (повышает проницаемость постсинаптических мембран для К+), повышает дыхательную активность нервной ткани, улучшает кровоснабжение головного мозга.
Гистамин образуется в тучных клетках. Секретируется в кровь при повреждении ткани, развитии иммунных и аллергических реакций. Гистамин – медиатор воспаления, аллергических реакций, пищеварительный гормон: (стимулирует секрецию желудочного сока, слюны; повышает проницаемость капилляров, расширение сосудов, покраснение кожи, вызывает отеки, снижает АД (но увеличивает внутричерепное давление, вызывает головную боль); сокращает гладкую мускулатуру легких, вызывает удушье; вызывает аллергическую реакцию; нейромедиатор; медиатор боли).
Дофамин образуется (фен тир ДОФА дофамин) в мозге и мозговом веществе надпочечников. Дофамин – нейромедиатор среднего отдела мозга.
Реакции обезвреживания аммиака в тканях, образование глутамина. Механизмы токсичности аммиака, метаболические и клинические последствия.
В печень азот поступает, в основном, в виде аммиака, глутамина, аланина, а меньше в виде других АК в основном из мышц и кишечника. Поглощает АК с разветвленной цепью (вал, лей, иле). Синтезирует глюкозу в основном из аланина и серина. Мышцы поглощают АК с разветвленной цепью (вал, лей, иле). Выделяют много аланина и глутамина меньше других АК. Кишечник поглощает глутамин. Выделяет много аланина. С пищей из кишечника поступают все аминокислоты. Мозг поглощает много АК с разветвленной цепью (вал, лей, иле). Выделяет много глутамина. Почки поглощают глутамин. Выделяют много серина и немного аланина.
Глутамин - условно незаменимая аминокислота, входящая в состав белка и необходимая для эффективного роста мышц и поддержки иммунной системы. Глутамин синтезируется из глутамата под действием глутаматсинтазы. Глутамин используется в синтезе белков, углеводов; выступает источник азота в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований, аспарагина, аминосахаров; обеспечивает транспорт азота из тканей.
Механизм токсического действия аммиака:
1) аммиак в митохондриях сдвигает реакцию, катализируемую глу-ДГ, в сторону образования глу: Уменьшение концентрации
·-кетоглутарата вызывает (угнетение реакции трансаминирования АК и снижение синтеза из них нейромедиаторов (ацетилхолина, дофамина и др.); снижения скорости ЦТК и развитие энергодефицита).
2) Повышение концентрации аммиака в крови сдвигает рН в щелочную сторону, вызывает алкалоз. Развивается гипоксия тканей, энергодефицит, от которого главным образом страдает головной мозг.
3) Высокие концентрации аммиака, при участии глутаминсинтетазы, стимулируют синтез глутамина из глутамата в нервной ткани: накопление глутамина в клетках нейроглии приводит к повышению в них осмотического давления, набуханию астроцитов и в больших концентрациях вызвает отёк мозга. Снижение концентрации глутамата нарушает обмен АК и нейромедиаторов, в частности синтез
·-аминомасляной кислоты (ГАМК), основного тормозного медиатора. При недостатке ГАМК и других медиаторов нарушается проведение нервного импульса, возникают судороги.
4) Избыток аммиака в крови нарушает трансмембранный перенос одновалентных катионов Na+ и К+, конкурируя с ними за ионные каналы, что влияет на проведение нервных импульсов.
Синтез мочевины: локализация процесса, источники атомов азота, значение. Значение определения мочевины в крови и моче для оценки функционирования печени и почек.
Мочевина является главным конечным продуктом обмена аминокислот. Синтезируется мочевина из аммиака, который постоянно образуется в организме при окислительном и неокислительном дезаминировании аминокислот, при гидролизе амидов глутаминовой и аспарагиновой кислот, а также при распаде пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Часть аммиака образуется в кишечнике в результате действия бактерий на пищевые белки (гниение белков в кишечнике) и поступает в кровь воротной вены. Аммиак - токсичное соединение. Даже небольшое повышение его концентрации оказывает неблагоприятное действие на организм, и прежде всего - на центральную нервную систему. Несмотря на то, что аммиак постоянно продуцируется в тканях, он содержится в периферической крови лишь в следовых количествах, так как быстро удаляется из кровеносной системы печенью, где входит в состав глутамата, глутамина и мочевины. Биосинтез мочевины является основным механизмом обезвреживания аммиака в организме.
Определение концентрации мочевины в моче проводится значительно реже, чем определение уровня мочевины в крови и используется обычно при при обнаружении повышенного уровня мочевины в крови и решении вопроса о состоянии выделительной функции почек. При этом определяют суточную экскрецию мочевины с мочой. Повышенное содержание мочевины крови при снижении суточной экскреции с мочой чаще свидетельствует о нарушении азотовыделительной функции почек. Однако не стоит забывать, что повышение уровня мочевины в крови с одновременным снижением ее экскреции встречается и при экстраренально возникающей функциональной почечной недостаточности, развивающейся при уменьшении почечного кровотока, что наблюдается при возникновении гиповолемии или в условиях застоя при сердечной недостаточности. Напротив, одновременное увеличение уровня мочевины в крови и экскреции ее с мочой свидетельствует о том, что азотовыделительная функция почек не нарушена, одновременное повышение содержания мочевины в крови и моче связано с избыточным образованием мочевины в организме и носит транзиторный характер. На уровень мочевины в моче, также как и в крови, могут влиять не только патологические, но и физиологические факторы (характер питания, физическая нагрузка и т. д.), а также прием лекарственных препаратов.
Связь орнитинового цикла с обменом аминокислот и энергетическим обменом. Недостаточность ферментов орнитинового цикла, причины и последствия.
Основным механизмом обезвреживания аммиака в организме является биосинтез мочевины (в основном,в печени).Она выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белкового, соответственно аминокислотного, обмена. На долю мочевины приходится до 80-85% всего азота мочи. Реакции синтеза мочевины, представлены в виде орнитинового цикла мочевинообразования. На первом этапе синтезируется макроэргическое соединение карбамоилфосфат – это метаболически активная форма аммиака, используемая в качестве исходного продукта для синтеза ряда других азотистых соединений. На втором этапе цикла мочевинообразования происходит конденсация карбамоилфосфата и орнитина с образованием цитруллина; реакцию катализирует орнитин-карбамоил-трансфераза. На следующей стадии цитруллин превращается в аргинин в результате двух последовательно протекающих реакций. Первая из них, энергозависимая, сводится к конденсации цитруллина и аспаргиновой кислоты с образованием аргининосукцината (эту реакцию катализирует аргининосукцинат-синтетаза). Аргининсукцинат распадается во второй реакции на аргинин и фумарат поддействием аргининосукцинат-лиазы. На последнем этапе аргинин расщепляется на мочевину и орнитин под действием аргиназы. Суммарная реакция синтеза мочевины без учёта промежуточных продуктов: Это энергетически выгодная реакция, поэтому процесс всегда протекает в направлении синтеза мочевины.
Причинами гипераммониемии могут быть: генетические дефекты ферментов орнитинового цикла в печени; вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита или других заболеваний. Дефекты ферментов орнитинового цикла характеризуются гипераммониемией в условиях катаболизма или белковой нагрузки. Клинические симптомы нарушения орнитинового цикла варьируют от легких (например, гипотрофия, задержка умственного развития, эпизодическая гипераммониемия) до тяжелых (например, нарушения сознания, кома, смерть).
Роль в метаболизме серина и глицина. Синтез серина из глюкозы. Превращение серина в глицин. Образование одноуглеродных фрагментов и их роль в метаболизме. Тетрагидрофолиевая кислота как кофермент переноса одноуглеродных фрагментов.
Серин - заменимая аминокислота, синтезируется из промежуточного продукта гликолиза - 3-фосфоглицерата в последовательности реакций дегидрирования, трансаминирования и гидролиза под действием фосфатазы. В организме серин используется для синтеза: фосфолипидов (фосфатидилсерины, сфингомиелины); аминокислот (глицина, цистеина).
Основной путь катаболизма серина - его дезаминирование с образованием пирувата.
Глицин образуется из серина под действием сериноксиметилтрансферазы. Коферментом этого фермента является тетрагидрофолиевая кислота (Н4-фолат), которая присоединяет
·-углеродный атом серина, образуя метилен - Н4-фолат. Глицин является предшественником: порфиринов (гема), пуриновых оснований, коферментов, глутатиона и др. Катаболизм глицина происходит также с участием Н4-фолата, который связывает а-СН2-группу глицина. Н4-фолат образуется в печени из фолиевой кислоты с участием ферментов фолатредуктазы и дигидрофолатредуктазы. Коферментом этих редуктаз является НАДФН. Метиленовая группа -СН2- в молекуле метилен-Н4-фолата может превращаться в другие одноуглеродные группы. Одноуглеродные фрагменты используются для синтеза нуклеотидов и ряда соединений (метилен-Н4-фолат, метенил-Н4-фолат, формил-Н4-фолат).
Витамин В9, пищевые источники, особенности поступления в организм, коферментные функции, проявления недостаточности (анемии), профилактика недостаточности. Механизм бактериостатического действия сульфаниламидных препаратов.
Фолиевая кислота является витамином для человека и большинства млекопитающих (витамин ВС или В9). Она широко распространена в пищевых продуктах (молоко, печень, почки, огурцы, петрушка) и синтезируется бактериями кишечника. Гиповитаминоз у человека возникает достаточно редко. Причинами его могут послужить: неправильное питание - недостаточное потребление овощей, фруктов и мясных продуктов; нарушение всасывания фолиевой кислоты в кишечнике; гепатит, цирроз и другие поражения печени, вызывающие снижение активности фолатредуктазы.
Гиповитаминоз фолиевой кислоты приводит к нарушению синтеза нуклеиновых кислот в организме, что сказывается прежде всего на быстро делящихся клетках крови, и развитию мегалобластной анемии.
Многие патогенные микроорганизмы способны синтезировать фолиевую кислоту из парааминобензойной кислоты, которая является составной частью фолата. На этом основано бактериостатическое действие сульфаниламидных лекарственных препаратов, которые являются структурными аналогами n-аминобензойной кислоты. Препараты являются конкурентными ингибиторами ферментов синтеза фолиевой кислоты у бактерий или могут использоваться как псевдосубстраты, в результате чего образуется соединение, не выполняющее функции фолиевой кислоты, Это делает невозможным деление клеток, бактерии перестают размножаться и погибают.
Витамины В12, пищевые источники, особенности поступления в организм, коферментные функции, проявления недостаточности (анемии), профилактика недостаточности.
Витамин В12 (кобаламин) входит в структуру ферментов, катализирующих реакции перегруппировки, метилирования, карбоксилирования, сопровождающие синтетические процессы. Наиболее ярко функции витамина проявляются в эритропоэзе; дефицит его, независимо от причин, сопровождается анемией (пернициозной) и характеризуется появлением в костном мозге мегалобластов, внутрикостно-мозговым разрушением эритроцитов, гиперхромной анемией, тромбоцитопенией и нейтропенией.
Ковалентная связь B12 участвует в двух типах ферментативных реакций:
1) Реакции переноса атомов, при которых атом водорода переносится непосредственно с одной группы на другую, при этом замещение происходит по алкильной группе, спиртовому атому кислорода или аминогруппе.
2) Реакции переноса метильной группы (CH3) между двумя молекулами.
В организме человека есть только два фермента с коферментом B12:
1) Метилмалонил-КоА-мутаза, фермент, использующий в качестве кофактора аденозилкобаламин, который катализирует перестановку атомов в углеродном скелете. В результате реакции из L-метилмалонил-КоА получается сукцинил-КоА. Эта реакция является важным звеном в цепи реакций биологического окисления белков и жиров.
2) 5-метилтетрагидрофолат-гомоцистеин-метилтрансфераза, фермент из группы метилтрансфераз, использующий в качестве кофактора метилкобаламин, катализирует превращение аминокислоты гомоцистеина в аминокислоту метионин.
Источники: продукты животного происхождения (печень, яйца, почки, молоко, мясо), микроорганизмы кишечника.
Пути обмена метионина и их значение. Образование S -аденозилметионина (SАМ), его участие в реакциях трансметилирования. Ресинтез метионина, роль ТГФК и витамина В12 в этом процессе. Метионин как липотропное вещество.
Метионин - незаменимая аминокислота, необходимая для синтеза белков. Мет-тРНКмет участвует в инициации процесса трансляции каждого белка. Как и многие другие аминокислоты, метионин подвергается транс- и дезаминированию. Особая роль метионина заключается в том, что метильная группа этой аминокислоты используется для синтеза целого ряда соединений в реакциях трансметилирования. Основным донором метильной группы является S-аденозилметионин (SAM) - активная форма метионина, который присутствует во всех типах клеток и синтезируется из метионина и АТФ под действием фермента метионин-аденозилтрансферазы. Структура S-CH3 в SAM является нестабильной, метильная группа легко отщепляется, что определяет высокую способность ее к переносу на другие соединения в реакциях трансметилирования. В реакциях трансметилирования SAM превращается в S-аденозилгомо- цистеин (SAr), который гидролитически расщепляется с образованием аденозина и гомоцистеина. Последний может снова превращаться в метионин с участием метил-Н4-фолата и витамина В12. Регенерация метионина тесно связана с обменом серина и глицина и взаимопревращениями производных Н4-фолата.
Метионина оказывает некоторое липотропное действие, повышает синтез холина, лецитина и других фосфолипидов, в некоторой степени способствует снижению содержания холестерина в крови и улучшению соотношения фосфолипиды/холестерин, уменьшению отложения нейтрального жира в печени и улучшению функции печени, может оказывать умеренное антидепрессивное действие (за счёт влияния на биосинтез адреналина).
Связь обменов метионина и цистеина, значение витаминов В6, В9, В12. Роль цистеина в метаболизме.
Цистеин – серосодержащая условнозаменимая АК. Синтезируется из незаменимого метионина и заменимого серина. Нарушение синтеза цистеина возникает при гиповитаминозе фолиевой кислоты, В6, В12 или наследственных дефектах цистатионинсинтазы и цистатионинлиазы. Гомоцистеин превращается в гомоцистин, который накапливается в крови, тканях и выделяется с мочой. Цистеин: используется в белках для формирования третичной структуры (дисульфидные мостики); SH группы цистеина формируют активный центр многих ферментов; идет на синтез глутатиона, таурина (парные желчные кислоты), НS-КоА, ПВК (глюкоза); является источником сульфатов, которые идут на синтез ФАФС или выделяются с мочой. ФАФС используется: в обезвреживании ксенобиотиков и в синтезе гликозаминогликанов (сульфирование ОН групп производных глюкозы, галактозы сульфотрансферазой).
Схема путей обмена глутаминовой кислоты, биосинтез, участие в обезвреживании аммиака. Глутамин как донор аминогруппы при синтезе ряда соединений.
Одним из путей связывания и обезвреживания аммиака в организме, в частности в мозге, сетчатке, почках, печени и мышцах - это биосинтез амидов глутаминовой и аспарагиновой кислот (глутамина или аспарагина):
·-Кетоглутаровая к-та + NH3(глутаматдегидрогеназа) глутаминовая к-та + NH3. Эта реакция протекает во многих тканях, но наиболее важна для нервной, особенно чувствительной к токсическому действию аммиака. Первая реакция представляет собой обращение глутаматдегидрогеназной реакции (обратная окислительному дезаминированию ГЛУ). Обезвреживание аммиака путем синтеза глутамина имеет и анаболическое значение, поскольку глутамин используется для синтеза ряда соединений. Прежде всего нужно отметить, что глутамин одна из 20 аминокислот, входящих в белки. Кроме того, амидная группа глутамина используется для синтеза аспарагина, глюкозамина и других аминосахаров, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Таким образом, в этих реакциях азот аммиака включается в разнообразные структурно-функциональные компоненты клетки. Глутамин затем может поступать во все ткани, где осуществляется его гидролиз при участии глутаминазы: Глутамин + H2O (глутаминаза) Глутаминовая к-та + NH3.
Образование и использование в организме
·-аминомасляной кислоты.
ГАМК образуется из глутаминовой кислоты под действием глутамат-дегидрогеназы.
является основным тормозным медиатором, снимает возбуждение и оказывает успокаивающее действие. Инактивации ГАМК происходит либо путем трансаминирования и превращения в сукцинат, являющийся метаболитом ЦТК, либо окислительным путем под действием моноаминооксидазы (МАО). ГАМК в виде препаратов гаммалон или аминалон применяют при нарушениях мозгового кровообращения, умственной отсталости, эндогенных депрессиях и травмах головного мозга. Избыток ГАМК может увеличить беспокойство, одышку, дрожание конечностей (синдром «китайского ресторана»).
Фенилаланин: схема обмена, реакции образования тирозина. Фенилкетонурия как энзимопатия обмена фенилаланина Превращение тирозина в катехоламины: типы реакций, витамины, тканевые особенности процесса. Инактивация катехоламинов
Фенилаланин незаменимая АК, которая содержится в достаточных количествах в пищевых продуктах. Фенилаланин идет в основном на синтез белков и тирозина.
Превращение фенилаланина в тирозин необратимо катализирует фенилаланингидроксилаза (монооксигеназа), коферментом которой служит тетрагидробиоптерин (Н4БП), кофактором - Fe2+. Н4БП в результате реакции окисляется в дигидробиоптерин (Н2БП). Регенерация последнего происходит при участии дигидроптеридинредуктазы с использованием НАДФH2. Реакция необходима для удаления избытка фенилаланина, так как высокие концентрации его токсичны для клеток. Образование тирозина не имеет большого значения, так как недостатка этой аминокислоты в клетках практически не бывает.
Фенилкетонурия – наследственное заболевание, связанное с мутациями в гене фенилаланингидроксилазы, что приводит к частичной или полной его инактивации. Концентрация ФЕН увеличивается в крови в 20-30 раз, в моче – в 100-300раз. Наиболее тяжелые проявления ФКУ – нарушения физического и умственного развития, судороги, они связаны с токсическим действием на клетки мозга высоких концентраций ФЕН, ФЕН-пирувата, ФЕН-лактата.
Тирозин условно заменимая АК, образуется из незаменимого фенилаланина. Содержание тир в пищевых белках достаточно велико. Тирозин используется в синтезе белков, катехоламинов, тиреоидных гормонов и меланинов. Обмен тирозина зависит от типа тканей.
В мозговом веществе надпочечников и нервной ткани тирозин метаболизирует по катехоламиновому пути с образованием дофамина, норадреналина и адреналина (только в надпочечниках): Тир (тирозинмонооксигеназа) ДОФА (ДОФА-декарбоксилаза, В6) Дофамин (дофамин-монооксигеназа, вит С) норадреналин.
Инактивация Катехоламинов происходит при участии двух ферментов: Катехол-О-метилтрансферазы и Моноаминооксидазы с образованием в конечном итоге ванилилминдальной кислоты. Определение ванилилминдальной кислоты в моче используется с целью диагностики феохромоцитомы (опухоли мозгового вещества надпочечников).
Превращение тирозина в меланины. Функции меланинов. Гомогентизиновый путь катаболизма тирозина. Альбинизм и алкаптонурия как энзимопатии обмена тирозина.
В пигментных клетках (меланоцитах) обмен тирозин идет по меланиновому пути. Из тирозина синтезируются пигменты меланины 2 типов: эумеланины и феомеланины. Эумеланины (чёрного и коричневого цвета) нерастворимые высокомолекулярные полимеры 5,6-дигидроксииндола. Феомеланины жёлтые или красновато-коричневые полимеры, растворимые в разбавленных щелочах. Меланины присутствуют в сетчатке глаз, в составе волос, в коже. Цвет кожи зависит от распределения меланоцитов и количества в них разных типов меланинов.
Альбинизм. При наследственном дефекте тирозиназы в меланоцитах нарушается синтез меланинов и развивается альбинизм. Клиническое проявление альбинизма отсутствие пигментации кожи, сетчатки глаз и волос. У больных часто снижена острота зрения, возникает светобоязнь. Длительное пребывание таких больных под открытым солнцем приводит к раку кожи.
Катаболизм тирозина происходит в печени по гомогентизиновому пути: Тир (тирозинаминотрансфераза) п-гидроксифенилпируват (гидроксифенилпируват, В6 –деоксигеназа, вит С) Гомогенизированная к-та.
Алкаптонурия («чёрная моча»). При наследственном дефекте диоксигеназы гомогентизиновой кислоты (25 случаев на 1 млн новорождённых) развивается алкаптонурия. При алкаптонурии происходит накопление в организме гомогентизиновой кислоты, избытки которой выделяются с мочой. На воздухе гомогентизиновая кислота окисляется с образованием тёмных пигментов - алкаптонов. Клиническими проявлениями болезни, кроме потемнения мочи на воздухе, являются пигментация соединительной ткани (охроноз) и артрит.
Триптофан, его роль в биосинтезе серотонина и мелатонина. Функции серотонина и мелатонина. Значение триптофана для образования кофермента НАД и снижения потребности в витамине РР.
Триптофан – незаменимая АК. В физиологических условиях >95% триптофана метаболизирует по кинурениновому пути и 1% по серотониновому пути. Триптофан является биологическим прекурсором серотонина (из которого затем может синтезироваться мелатонин
L-триптофан (триптофан-гидроксилаза) Серотонин (N-ацетил-трансфераза) Мелатонин. Синтез НАД+ уменьшает потребность организма в витамине РР.
Серотонин облегчает двигательную активность, играет важную роль в механизмах гипоталамической регуляции гормональной функции гипофиза, увеличение секреции пролактина и некоторых других гормонов передней доли гипофиза, участвует в регуляции сосудистого тонуса.
Мелатонин регулирует периодичность сна, сезонную ритмику у многих животных, замедляет процессы старения, усиливает эффективность функционирования иммунной системы, обладает антиоксидантными свойствами, влияет на процессы адаптации при смене часовых поясов.
Функции нуклеотидов в организме. Биосинтез пуриновых нуклеотидов: источники атомов для пуринового ядра, роль витамина В9, регуляция процесса.
Нуклеотидами называются соединения, состоящие из азотистого основания, углевода-пентозы и фосфорной кислоты. Пример - уридиловая кислота. По характеру углевода-пентозы они могут быть рибонуклеотидами (содержат рибозу) или же дезоксирибонуклеотидами (содержат дезоксирибозу ). Нуклеатиды выполняют ряд функций:
1) АМФ, ГМФ,УМФ, дАМФ, дГМФ, выполняют структурную функцию, являясь мономерными единицами нуклеиновых кислот;
2) УДФ-глюкоза, ГДФ-манноза, ЦДФ-холин участвуют во многих метаболических процессах в клетке в качестве активаторов переносчиков различных;
3) АТФ и ГТФ выступают в клетке как акумуляторы и переносчики энергии, высвобождающейся при биологическом окислении:
4) НАД+ , НАДФ+ , ФАД, ФМН являются переносчиками восстановительных эквивалентов в клетках (промежуточными переносчиками протонов и электронов);
5) мононуклеотиды выступают в клетках в качестве биорегуляторов;
6) цАМФ или цГМФ выполняют роль мессенджеров или вторых вестников в реализации клеткой внеклеточного регуляторного сигнала.
Бисинтез нуклеотидов пиримидинового ряда начинается в цитозоле, где при участии цитозольной карбамоилфосфатсинтетазы образуется карбамоилфосфат. Далее карбамоилфосфат взаимодействуя с аспартатом в реакции, катализируемой аспартаттранскарбамоилозай, превращается в карбамоиласпартат, а затем при участии дигигидрооротазы - в дигидрооротовую кислоту.
Дигидрооротовая кислота при участии митохондриального фермента дигидрооротатдегидрогеназы переходит в оротовую кислоту.
В следующей реакции принимает участие фосфорибозилпирофосфат. Он образуется из рибозо-5-фосфата с участием АТФ в ходе реакции, катализируемой ферментом фосфорибозилпирофосфатсинтетазой: Реакция синтеза фосфорибозилпирофосфата (ФРПФ ) не является специфичной для синтеза пиримидиновых нуклеотидов, в ходе этой реакции синтезируется ФРПФ, необходимый для синтеза различных мононуклеотидов.
при недостатке фолиевой кислоты (В9) в организме будет нарушен синтез дезокситимидиловой кислоты, необходимой для последующего синтеза ДНК в клетках.
Реакции распада пуриновых нуклеотидов до мочевой кислоты. Нарушение обмена пуриновых нуклеотидов: гиперурикемия, подагра, мочекаменная болезнь.
Расщепление пуриновых нуклеотидов идет во всех клетках. Конечным продуктом катаболизма образующихся при расщеплении нуклеотидов пуриновых азотистых оснований является мочевая кислота. С наибольшей интенсивностью образование мочевой кислоты идет в печени, тонком кишечнике и почках.
Нуклеотиды в клетках подвергаются дефосфорилирования с образованием аденозина или гуанозина. Аденозин при участии фермента аденозиндезаминазы превращается в инозин и далее путем фосфоролиза в гипоксантин. Гипоксантин при участии ксантиноксидазы вначале окисляется в ксантин, а затем при участии того же фермента ксантин переходит в мочевую кислоту. При расщеплении ГМФ вначале в несколько этапов происходит образование свободного гуанина, который при участии фермента гуаназы переходит непосредственно в ксантин, а затем окисляется в мочевую кислоту.
Подагра. У больных с этой патологией наблюдается повышенное содержание мочевой кислоты в крови (гиперурикемия) и тканях, а также избыточное количество уратов в моче. Повышение содержания мочевой кислоты в биологических жидкостях приводит к появлению в них кристаллов мочевой кислоты. Если кристаллы появляются в суставной жидкости, развивается подагрические артриты. Выпадение кристаллов мочевой кислоты непосредственно в ткани вызывает асептическое воспаление с последующим инкапсулированием образовавшихся кристаллов и формированием подагрических узелков. Наиболее тяжелым проявлением этого заболевания является подагрическая нефропатия с нарушением функции почек.
Модуль 5: Регуляция и интеграция метаболизма.
Системы регуляции: определение понятий – гормоны, гормоноиды, гистогормоны, дисперсная эндокринная система, иммунная регуляторная система, их общие свойства, уровни и принципы организации.
Для нормального функционирования многоклеточного организма необходима взаимосвязь между отдельными клетками, тканями и органами. Эту взаимосвязь осуществляют:
1) нервная система (центральная и периферическая) через нервные импульсы и нейромедиаторы;
2) эндокринная система через эндокринные железы и гормоны, которые синтезируются специализированными клетками этих желез, выделяются в кровь и транспортируются к различным органам и тканям;
3) паракринная и аутокринная системы посредством различных соединений, которые секретируются в межклеточное пространство и взаимодействуют с рецепторами либо близлежащих клеток, либо той же клетки (простагландины, гормоны ЖКТ, гистамин и др.);
4) иммунная система через специфические белки (цитокины, антитела).
Гормоны – вещества, вырабатываемые специализируемыми клетками, и, реагирующие обмен веществ в отдельных органах и во всем организме в целом.
Гормоноиды – гормоноподобные вещества, секретируемые не железами внутренней секреции, а клетками ЖКТ, тучными клетками соединительной ткани. Их особенность – они не секретируются в кровь, а действуют в месте образования (ацетилхолин).
Гистогормоны – соединения, обеспечивающие саморегуляцию тканевых процессов в месте их образования (брадикинин, каллидин, простагландины, гистамин, серотонин).
Связь эндокринной и нервной системы. Роль гипоталамуса. Регуляция эндокринной системы. Концепции прямо и обратной положительной и отрицательной связи; концепция ткани-мишени.
Нейроэндокринная регуляция есть результат взаимодействия нервной и эндокринной систем. Она осуществляется благодаря влиянию гипоталамуса на гипофиз. Нейроны гипоталамуса выделяют нейрогормоны (рилизингфакторы), которые, поступая в гипофиз, усиливают (либерины) или тормозят (статины) биосинтез и выделение тройных гормонов гипофиза. Тройные гормоны гипофиза, в свою очередь, регулируют активность периферических желез внутренней секреции (щитовидной, надпочечников, половых), которые в меру своей активности изменяют состояние внутренней среды организма и оказывают влияние на поведение. Это так называемые прямые нисходящие регулирующие связи. Обратные связи могут исходить как от периферической железы, так и от гипофиза. В основе работы нейроэндокринной системы лежит принцип прямой, обратной, положительной и отрицательной связи.
Принцип прямой положительной связи – активация текущего звена системы приводит к активации следующего звена системы, распространению сигнала в сторону клеток-мишеней и возникновению метаболических или физиологических изменений.
Принцип прямой отрицательной связи – активация текущего звена системы приводит к подавлению следующего звена системы и прекращению распространения сигнала в сторону клеток-мишеней.
Принцип обратной отрицательной связи – активация текущего звена системы вызывает подавление предыдущего звена системы и прекращение его стимулирующего влияния на текущую систему.
Принципы прямой положительной и обратной отрицательной связи являются основой для поддержания гомеостаза.
Принцип обратной положительной связи – активация текущего звена системы вызывает стимуляцию предыдущего звена системы. Основа циклических процессов.
Ткань мишень – ткань, в которой гормон вызывает специфическую биохимическую или физиологическую реакцию. Клетки тканей мишеней для взаимодействия с гормоном синтезируют специальные рецепторы, количество и тип которых определяет интенсивность и характер ответа.
Рецепторы гормонов (мембранные, цитозольные) функции. Механизмы действия стероидных гормонов.
Рецепторы пептидных гормонов и адреналина располагаются на поверхности клеточной мембраны. Рецепторы стероидных и тиреоидных гормонов находятся внутри клетки. Причём внутриклеточные рецепторы для одних гормонов, например глюкокортикоидов, локализованы в цитозоле, для других, таких как андрогены, эстрогены, тиреоидные гормоны, расположены в ядре клетки.
Рецепторы по своей химической природе являются белками и, как правило, состоят из нескольких доменов: домен узнавания - обеспечивает узнавание и связывание гормона; трансмембранный домен - они играют важную роль в межклеточных связях и передаче сигнала; цитоплазматический домен - создаёт химический сигнал в клетке, который сопрягает узнавание и связывание гормона с определённым внутриклеточным ответом.
Рецепторы стероидных и тиреоидных гормонов содержат 3 функциональные области: домен узнавания и связывания гормона; домен связывания ДНК; домен, отвечающий за связывание с другими белками, вместе с которыми участвует в регуляции транскрипции.
Стероидные гормоны легко проникают внутрь клетки через мембрану клетки и взаимодействуют в цитозоле со специфическими рецепторами. Там образуется комплекс «гормон-рецептор», движущейся в ядро. В ядре комплекс распадается и гормон взаимодействует с ядерным хроматином. Происходит взаимодействие с ДНК, а затем индукция матричной РНК. Первый этап действия стероидных гормонов активация транскрипции. Одновременно происходит активация РНК-полимеразы, осуществляющего синтез р-РНК. За счет этого образуется дополнительное количество рибосом, которые связываются с мембранами эндоплазматического ретикулума и образуют полисомы. В ходе транскрипции и трансляции после воздействия стероида наблюдается усиленный синтез индуцированных белков.
Механизм действия гормонов белково-пептидной природы. Внутриклеточные посредники действия гормонов. Аденилатциклазная система.
Белковые гормоны взаимодействуют с мембранными рецепторами и через систему внутриклеточных посредников регулируют активность ферментов, что влияет на интенсивность метаболизма в тканях мишенях. Внутриклеточные посредники: ц-АМФ, ц-ГТФ, Са2+ и др. используются для внутриклеточного распространения сигналов некоторых гормонов, которые не могут проходить через клеточную мембрану.
При участии аденилатциклазной системы реализуются эффекты различных сигнальных молекул - гормонов, нейромедиаторов, эйкозаноидов. Взаимодействие гормона с рецептором (Rs) изменяет конформацию рецептора. Увеличивается сродство рецептора к G-белку (состоит из субъединиц
·-,
·-,
·). Увеличивается сродство
·- субъединицы к ГТФ.
·-ГТФ отделяется и мигрирует к аденилатциклазе. АЦ увеличивает скорость образования ц-АМФ из АТФ ц-АМФ-вторичный вестник гормонального сигнала ц-АМФ активирует протеинкиназу. ПКА фосфорилирует ферменты, повышая их активность.
Гормоны гипоталамуса: особенности биосинтеза, структуры, механизмов действия, функций.
Гормоны гипоталамуса: кортиколиберин, тиреолиберин, гонадолиберин, соматолиберин, меланолиберин, пролактостатин, соматостатин, меланостатин. По химическому строению все гормоны гипоталамуса являются низкомолекулярными пептидами.
Гонадотропин рилизинг-гормон полипептидной природы. Стимулируют секрецию гипофизом гонадотропных гормонов.
Кортиколиберин рилизинг-гормон локализуется в основном в задней доле гипоталамуса и регулирует функцию коры надпочечников.
Тиролиберин, оказывая выраженное действие по освобождению АКТГ, также способствует выделению эндорфинов. Активно влияет на поведенческие реакции, усиливает двигательную активность, проявляет депрессивные эффекты.
Соматолиберин наряду с другими функциями регулирует продукцию и выделение СТГ.
Соматостатин – рилизинг-гормон кроме ингибирования секреции СТГ, соматостатин угнетает освобождение ТТГ, пролактина, инсулина и глюкагона.
Тропные гормоны гипофиза; классификация, химическая природа, значение в регуляции функций периферических желез. СТГ: метаболизм, метаболические и физиологические эффекты.
Гормоны гипофиза: СТГ, АКТГ, ЛТГ, ТТГ, АДГ, МСГ, ФСГ, ЛГ.
АКТГ – гормон передней доли гипофиза, полипептид. Стимулирует синтез кортикостероидов немедленного действия, активируя соответствующие ферменты, и увеличивает массу коры надпочечников.
СТГ – гормон передней доли гипофиза, белок, определяет анаболическую направленность обмена веществ, способствует задержке N в организме, минеральных солей, катионов Na, K, Mg, анионов P и Cl. Увеличение уровня – гигантизм, акромегалия, почечная недостаточность, стресс. Снижение – карликовость, гиперкортицизм.
ЛТГ – гормон передней доли гипофиза, , пептид.
ТТГ – гормон передней доли гипофиза, пептид, воздействуя на специфические рецепторы в щитовидной железе, стимулирует выработку и активацию тироксина.
Нейрогормоны - окситоцин и вазопрессин, их биологическое действие.
Вазопрессин (АДГ) и окситоцин секретируются в в супраоптическом и паравентрикулярном ядрах гипоталамуса. В составе нейросекрета эти гормоны по нервному гипоталамо-гипофизарному тракту поступают в заднюю долю гипофиза, где они депонируются и откуда затем расходуются в зависимости от потребностей организма. Оба гормона пептидной природы.
Вазопрессин скорость реабсорбции воды в дистальных канальцах почки, диурез, за счет активации гиалуронидазы и деполимеризации основного вещества соединительно ткани, вызывает сужение артериол и капилляров, кровяное давление. ся при опухолях, поражении сосудов мозга, пневмонии, туберкулезе легких, ся при несахарном диабете.
Окситоцин вызывает сокращение матки, стимулирует выделение молока из молочных желез, стимулирует продукцию простагландинов в эндометрии.
Гормоны коры надпочечников - глюкокортикостероиды, строение, влияние на обмен веществ.
Сама кора надпочечников морфо-функционально состоит из 3 слоёв, выделяющих гормоны:
1) Клубочковая зона: находится непосредственно под капсулой и синтезирует минералокортикоид альдостерон.
2) Пучковая зона: прилежит к клубочковой зоне и синтезирует глюкокортикоиды, основной из них кортизол.
3) Сетчатая зона: самая внутренняя зона, которая синтезирует в основном андрогены..
Глюкокортикоиды относятся к стероидам, характеризуются наличием группы HO или О = С при 11-м и 17-м атомах углерода. Образование глюкокортикоидов стимулирует адренокортикотропный гормон, выделяемый гипофизом.
Альдостерон - участвует в регуляции водно-солевого обмена: удерживает Na и воду, выводит K.
Кортикостероиды - оказывают действие на весь организм; обладают выраженными противовоспалительными свойствами; поддерживают уровень сахара в крови, АД и мышечный тонус; участвуют в регуляции водно-солевого обмена
Кортизол - регулятор углеводного обмена организма, принимает участие в развитии стрессовых реакций. Для него характерен суточный ритм секреции.
Гормоны коры надпочечников - минералокортикостероиды, строение, влияние на обмен веществ.
Минералокортикоиды это гормоны надпочечников, которые способны регулировать минеральный обмен, т. е. обмен солей. Главный представитель этих гормонов альдостерон. Основной функцией альдостерона является задержка жидкости в организме и поддержание нормальной осмолярности внутренней среды. При избытке этого гормона происходит повышение артериального гормона, за счет избыточного количества воды в организме. Также происходит поражение почек. Регулируется уровень минералокортикоидов системой ренин-ангеотензин-альдостерон. Система тесно связана с работой почек, т. к ангиотензин, который сам по себе является мощным гормоном, сужающим сосуды и синтезируется в почках, влияет на синтез альдостерона.
Адреналин, строение, влияние на обмен веществ.
В мозговом веществе надпочечников содержатся хромаффинные клетки, в которых синтезируются адреналин и норадреналин. Примерно 80% гормональной секреции приходится на адреналин и 20% на норадреналин. Продукция этих гормонов резко усиливается при возбуждении симпатической части автономной нервной системы.
Адреналин - симпатомиметический агент, произвольное тирозина, гормон, влияющий на метаболизм глюкозы и жирных кислот, способствует их мобилизации из зон депонирования, то есть стимулирует гликогенолиз и липолиз. Адреналин систолическое АД, вызывает расслабление гладкой мускулатуры бронхов, кишечника и мочевого пузыря. ие уровня адреналина в крови сопровождает различные варианты стресса, гипотиреоз, диабетический ацидоз, длительное маниакально-депрессивное состояние. ие - вегетативные невропатии, паркинсонизм.
Гормоны щитовидной железы, строение, влияние на обмен веществ. Роль йода в синтезе тиреоидных гормонов. Проявления йодного дефицита. Профилактика йодистой недостаточности.
Основной структурно-функциональной единицей щитовидной железы являются фолликулы. Фолликулы заполнены коллоидом и содержат гормоны тироксин и трийодтиронин. В межфолликулярном пространстве находятся также парафолликулярные клетки (С-клетки), в которых вырабатывается гормон тиреокальцитонин.
Биосинтез тироксина и трийодтиронина осуществляется за счет йодирования аминокислоты тирозина. Активность тироксина в несколько раз меньше, чем трийодтиронина.
Действие гормонов щитовидной железы проявляется резким усилением метаболической активности организма. Это приводит к увеличению энергообразования и повышению основного обмена. Недостаток гормонов щитовидной железы у детей приводит к задержке умственного и физического развития (кретинизм). У взрослых при гипофункции щитовидной железы наблюдается торможение нервно-психической активности (вялость, сонливость, апатия); при избытке гормонов, наоборот, наблюдаются эмоциональная лабильность, возбуждение, бессонница.
Секреция гормонов щитовидной железы регулируется гипоталамическим тиреолиберином. Выработка тироксина и трийодтиронина резко усиливается в условиях длительного эмоционального возбуждения
Кальцитонин, или тиреокальцитонин, снижает уровень кальция в крови. Он действует на костную систему, почки и кишечник, вызывая при этом эффекты, противоположные действию паратирина. В костной ткани тиреокальцитонин усиливает активность остеобластов и процессы минерализации. В почках и кишечнике угнетает реабсорбцию кальция и стимулирует обратное всасывание фосфатов. Реализация этих эффектов приводит к гипокальциемии.
Белки плазмы крови: классификация, методы разделения. Диагностическое значение электрофореграмм. Диспротеинемии.
Кровь является разновидностью соединительной ткани и, как любая ткань, состоит из клеток и межклеточного вещества. Межклеточное вещество крови называется плазмой крови, она составляет 55% от общего объема крови. В плазме крови открыто более 200 видов белков, которые составляют 7% объема плазмы. Белки плазмы крови синтезируются в основном в печени и макрофагах, а также в эндотелии сосудов, в кишечнике, лимфоцитах, почках, эндокринных железах. Разрушаются белки плазмы крови печенью, почками, мышцами и др. органами. ТЅ белков плазмы крови составляет от нескольких часов до несколько недель.
В плазме крови белки выполняют следующие функции: 1)Создают Ронк; 2) Участвуют в свертывании крови. 3) Образуют буферную систему (белковый буфер); 4)Участвуют в иммунных процессах; 5) влияют на гемодинамику; 6)Участвуют в реакциях воспаления.
По строению белки плазмы крови являются глобулярными, по составу они делятся на простые (альбумины) и сложные. Среди сложных, можно выделить липопротеины (ЛПОНП, ЛППП, ЛПНП, ЛПВП, ХМ), гликопротеины (почти все белки плазмы) и металлопротеины (трансферин, церрулоплазмин).
Электрофорез – это метод, при котором вещества с различным зарядом и массой, разделяются в постоянном электрическом поле. Электрофорез проводят на различных носителях, при этом получают разное количество фракций. При электрофорезе на бумаге белки плазмы крови дают 5 фракций: альбумины,
·1-глобулины,
·2-глобулины,
·-глобулины и
·-глобулины. Целесообразность разделения белков на фракции связана с тем, что белковые фракции плазмы крови отличаются между собой преобладанием в них белков, с определенными функциями, местом синтеза или разрушения. Нарушение соотношения белковых фракций плазмы крови называется диспротеинемия. Выявление диспротеинемии имеет диагностическое значение.
Альбумины сыворотки крови: место биосинтеза, особенности состава, структуры, физико-химических свойств, функций. Ферменты плазмы крови:
Альбумины- простые низкомолекулярные гидрофильные белки. Альбумин. Простой белок из 585 АК, имеет 17 дисульфидных мостиков, много дикарбоновых АК, обладает высокой гидрофобностью. У альбумина наблюдается полиморфизм. Синтезируется в печени (12 г/сут), утилизируется почками, энтероцитами и др. тканями. ТЅ=20 дней. 60% альбуминов находиться в межклеточном веществе, 40% - в кровяном русле. В плазме альбуминов 40-50г/л, они составляют 60% всех белков плазмы крови. Функции: поддержание онкотического давления (вклад 80%), транспорт свободных жирных кислот,  билирубина, жёлчных кислот, стероидных и тиреоидных гормонов, ХС, лекарств, неорганических ионов (Cu2+, Ca2+, Zn2+), является источником аминокислот.
Транстиретин (преальбумин). Тетрамер. В плазме 0,25г/л. Белок острой фазы (5 группа). Транспортирует тиреоидные гормоны и ретинолсвязывающий белок. Снижается при голодании.
Ферменты плазмы крови. Все ферменты, содержащиеся в плазме крови, можно разделить на 3 группы:
1) секреторные ферменты - синтезируются в печени, выделяются в кровь, где выполняют свою функцию (факторы свёртывания крови);
2) экскреторные ферменты - синтезируются в печени, в норме выделяются с желчью (щелочная фосфатаза), их содержание и активность в плазме крови возрастает при нарушении оттока желчи;
3) индикаторные ферменты - синтезируются в различных тканях и попадают в кровь при разрушении клеток этих тканей. В разных клетках преобладают различные ферменты, поэтому при повреждении того или иного органа в крови появляются характерные для него ферменты. Это может быть использовано в диагностике заболеваний.
Глобулины: классификация, отдельные представители белков
·- и
·- фракций: место биосинтеза, особенности структур, физико-химических свойств, функций, диагностическое значение. Белки острой фазы воспаления
Классификация глобулярных белков основывается на скорости разделения их при электрофорезе в зависимости от молекулярной массы. Наиболее подвижны
·1- и
·2-глобулины; медленнее двигаются
·1- и
·2-глобулины и совсем медленно двигаются
·-глобулины, которые имеют достаточно высокую молекулярную массу. Содержание глобулярных белков в тканях организма составляет 90% общей суммы белковых веществ, а в жидкостях организма (плазме и сыворотки крови) приблизительно 50%.
·- и
·-глобулины синтезируются в печени.

·1-глобулины – ингибиторы протеиназ, осуществляют транспорт стероидных гормонов ( ур. в крови при воспалении).
·2-глобулины транспортируют Cu, Zn, ретинол, ингибируют протеиназы ( ур. в крови при воспалении).
·-глобулины – осуществляют транспорт холестерола, Fe и активацию комплемента ( ур. в крови при гиперлипопротеинемии и воспалении).
Белки острой фазы воспаления - 30 белков плазмы крови, участвующих в реакции воспалительного ответа организма на повреждение. Белки острой фазы синтезируются в печени, их концентрация существенно изменяется и зависит от стадии, течения заболевания и массивности повреждения. С-реактивный белок связывает микроорганизмы, токсины, частицы поврежденных тканей. Кислый
·1-гликопротеид транспортирует гормоны.
·1-антитрипсин – ингибитор протеаз. Фибриноген – свертывание крови, гаптоглобин связывает гемоглобин, церулоплазмин предотвращает ПОЛ.
Эритроцит: особенности строения, функции. Особенности углеводного и энергетического обмена в эритроците. Обмен метгемоглобина, связь с гликолизом. Наследственные и приобретенные нарушения обмена в эритроцитах.
Эритроциты - это форменные элементы крови. Функции: регуляция в крови КОС, транспорт по организму О2 и СО2. Эритроциты на своей клеточной мембране адсорбируют и транспортируют аминокислоты, антитела, токсины и ряд лекарственных веществ.
Эритроциты в форме дисков. Такая форма эритроцитов создаёт наибольшую площадь поверхности по отношению к объёму, что обеспечивает максимальный газообмен, а также обеспечивает большую пластичность при прохождении эритроцитами мелких капилляров.
В зрелых эритроцитах углеводы не синтезируются. Катаболизм углеводов происходит на 90% в анаэробном гликолизе и на 10% в ПФШ, основной субстрат – глюкоза. Глюкоза поступает в эритроциты путём облегчённой диффузии с помощью ГЛЮТ-2. Образующаяся в анаэробном гликолизе АТФ используется для функционирования транспортных АТФаз, для работы цитоскелета и синтеза некоторых веществ. За 1 час все эритроциты крови потребляют 0,7г глюкозы.
В течение суток до 3% гемоглобина может спонтанно окисляться в метгемоглобин: (b (Fe2+( ( (et((b (Fe3+( (e-
Восстановление метгемоглобина до гемоглобина осуществляет метгемоглобинредуктазная система. Она состоит из цитохрома b5 и цитохром b5 редуктазы (флавопротеин), донором водорода служит НАДН2, образующийся в гликолизе. Восстановление метгемоглобина может осуществляться также неферментативным путём, например, за счёт витамина В12, аскорбиновой кислоты или глутатиона. У здорового человека концентрация метгемоглобина в крови не превышает 1%. Генетический дефект ферментов гликолиза и метгемоглобинредуктазной системы приводит к накоплению метгемоглобина и увеличению образования активных форм кислорода. Накопление метгемоглобина в крови из-за нарушения транспорта кислорода ведет к гипоксии.
Причины и механизмы снижения осмотической резистентности и старениея эритроцита. Механизмы свободнорадикального окисления и антиоксидантной защиты в эритроцитах. Роль глутатиона и пентозофосфатного пути. Недостаточность глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы эритроцитов.
При старении в эритроцитах: 1)ся активность ферментов гликолиза и ПФЦ, нарушается процесс образования АТФ, НАДН2, НАДФН2. 2) ие проницаемости мембраны сопровождается выходом ионов K в плазму и ем в эритроцитах содержания Na. 3) чувствительность к Росм и механическим воздействиям. 4) ие активности метгемоглобинредуктазной системы способствует накоплению в эритроцитах метгемоглобина и нарушению их газообменной функции.
В результате выпадения или нарушения одного из звеньев ферментативных реакций наступают необратимые изменения, которые приводят к разрушению эритроцитов.
Эритроциты циркулируют в крови около 120 дней и потом разрушаются макрофагами в печени, селезёнке и костном мозге.
Для сдерживания свободнорадикального окисления в эритроците функционирует ферментативная антиоксидантная система. Для ее работы необходим глутатион и НАДФН2.
Супероксиддисмутаза (Cu2+ и Zn2+) превращает супероксидные анионы в перекись водорода: 2О2 + 2H+ H2O2+ O2; Каталаза - геминовый фермент, разрушает перекись водорода до воды и кислорода: 2Н2О2 H2O+ O2
Глутатионпероксидаза (селен) при окислении глутатиона разрушает перекись водорода и гидроперекиси липидов до воды: Н2О2 + 2GSH 2Н2О + G-S-S-G; Глутатионредуктаза восстанавливает окисленный глутатион с участием НАДФН2; GS-SG + НАДФН2 2GSH + НАДФ+.Недостаток глутатиона и НАДФН2 в эритроцитах приводит к снижению АОА, активации ПОП и может стать причиной гемолитической анемии.
Дефицит НАДФН2 возникает при наследственной недостаточности первого фермента ПФЦ глюкозо–6–фосфатдегидрогеназы.
Гемоглобин: строение, функции. Кривая насыщения гемоглобина кислородом. Механизмы оксигенации и деоксигенации гемоглобина, аллостерическая регуляция. Производные гемоглобина. Виды гемоглобинов. Талассемии.
Гемоглобин - тетрамерный хромопротеин, состоит из 4 гемов и 4 глобинов. Глобины представлены полипептидными цепями различных типов 2
·, 2
·. Функции: Обеспечивают перенос О2 от легких к тканям (ок 600 л/сут); участвует в переносе СО2 от тканей к легким; регулирует КОС крови. Гемоглобин присоединяет О2 последовательно, по одной молекуле на каждый гем. Кроме РО2 на насыщение гемоглобина кислородом влияют и другие факторы, например, рН, температура, давление, концентрация 2,3-ДФГ, РСО2.
Увеличение температуры, присоединение к гемоглобину Н+, 2,3-ДФГ, СО2 уменьшает сродство гемоглобина к О2, при этом кривая диссоциации оксигемоглобина сдвигается вправо и гемоглобин легче отдает кислород тканям.
Производные гемоглобина: 1) оксигемоглобин HbО2; 2) карбоксигемоглобин HbСО (Fe2+); 3) метгемоглобин HbОН (Fe3+); 4) цианметгемоглобин HbСN (Fe3+). Виды гемоглобина: эмбрионы содержат примитивный гемоглобин (НbР)., на смену ему приходит фетальный гемоглобин (НbF). Гемоглобин взрослого организма НвА1 (98-100%) и НbА2 (до 2%), а также разновидность Нb - мышечный миоглобин.
Талассемия – генетическое заболевание, обусловленное отсутствием или снижением синтеза одной из цепей гемоглобина. При данном заболевании отсутствуют дефекты в структурных генах, кодирующих
·-,
·-цепи.
Синтез гема. Регуляция процесса. Порфирии.
Синтез гема происходит во всех тканях, но с наибольшей скоростью в костном мозге и костях. 1) Витамин В6 в матриксе митохондрий катализирует образование
·-аминолевулиновой кислоты из глицина и сукцинил-КоА. Реакцию ингибирует гем. [Сукцинил-КоА + Глицин(
·-аминолевулинсинтетаза)
·-АЛК + СО2]. 2) Аминолевулиндегидратаза (Zn2+) в цитоплазме соединяет 2 молекулы
·-аминолевулината в молекулу порфобилиногена [
·-АЛК +
·-АЛК (порфобилиногенсинтетаза) порфобилиноген]. В цитоплазме происходят промежуточные этапы синтеза гема. Фермент феррохелатаза, присоединяя Fe2+, превращает его в гем. Источником Fe служит депонирующий Fe ферритин. Синтезированный гем, соединяясь с
·- и
·-цепями глобина, образует гемоглобин.
Нарушения синтеза гема сопровождаются ем содержания промежуточных продуктов синтеза гема порфириногенов и продуктов их окисления в тканях, моче, крови. Порфирии: наследственные (энзимопатии) и приобретенные (влияние токсинов, Pb на ферменты синтеза).
Обмен железа, нарушения. Нормы потребления железа. Профилактика железодефицитных состояний
В организме человека содержится 3 - 4 г Fe. В нейтральной среде Fe находится в окисленном состоянии –Fe3+. образуя крупные легко агрегирующие комплексы с ОН-, другими анионами и водой. В клетках Fe депонирует белок ферритин, В крови его транспортирует белок трансферрин. Источники Fe для синтеза гема: Fe пищи и Fe, освобождающееся при распаде эритроцитов). В суточном количестве пищи обычно содержится 15-20 мг Fe, всасывается около 10% этого количества. В пище Fe (Fe3+) входит в состав белков или солей органических кислот. Наибольшее количество Fe всасывается в двенадцатиперстной кишке (Fe2+) при участии витамина С. Нарушения метаболизма Fe: Железодефицитная анемия наблюдается при кровотечениях, беременности, родах, язвах, опухолях ЖКТ. При железодефицитной анемии ся размер эритроцитов и количество
гемоглобина (гопохромные эритроциты малых размеров), развивается гипоксия и гипоэнергетические состояния. Гемохроматоз. При избытке Fe откладывается в белковой части молекулы ферритина. Ферритин превращается в гемосидерин. Накопление гранул гомосидорииа в печени, поджелудочной железе, селезенке и печени приводит к повреждению органов.

Модуль 6: Биохимия органов и тканей.

Регуляция водно-солевого обмена: роль альдостерона, вазопресина, ренина, ангиотензина. Восполнение объема крови при обезвоживании, роль системы РААС в развитии гипертензии.
Водно-солевой обмен – обмен воды и основных электролитов организма (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3-, H3PO4).
В организме водно-солевой баланс внутриклеточной среды поддерживается постоянством внеклеточной жидкости. В свою очередь, водно-солевой баланс внеклеточной жидкости поддерживается через плазму крови с помощью органов и регулируется гормонами.
АДГ действует через 2 типа рецепторов: V1, и V2. V1 находятся на клетках дистальных канальцев и собирательных трубочек, которые относительно непроницаемы для молекул воды.
АДГ через V2 рецепторы стимулирует аденилатциклазную систему, в результате фосфорилируются белки, стимулирующие экспрессию гена мембранного белка аквапорина-2. Аквапорин-2 встраивается в апикальную мембрану клеток, образуя в ней водные каналы. По этим каналам вода пассивной диффузией реабсорбируется из мочи в интерстициальное пространство и моча концентрируется.
Ренин продуцируется юкстагломерулярными клетками, расположенными в приносящих артериолах почечного тельца. Секрецию ренина стимулирует падение давления в приносящих артериолах клубочка, вызванное уменьшением АД и снижением концентрации Na+. Секреции ренина также способствует снижение импульсации от барорецепторов предсердий и артерий в результате уменьшения АД. Секрецию ренина ингибирует Ангиотензин II, высокое АД. В крови ренин действует на ангиотензиноген.
Ангиотензиноген АнгиотензинI АнгиотензиногенII. Ангиотензин II стимулирует синтез и секрецию альдостерона клетками клубочковой зоны коры надпочечников.
Альдостерон стимулирует реабсорбцию Na+ в почках, что вызывает задержку NaCl в организме и повышает осмотическое давление. Он стимулирует секрецию К+, NH4+ в почках, потовых железах, слизистой оболочке кишечника и слюнных железах.
Гиперпродукция гормонов РААС вызывает повышение объема циркулирующей жидкости, осмотического и артериального давления, и ведет к развитию гипертонической болезни.
Физиологическая роль кальция и фосфора. Регуляция минерального обмена (роль паратгормона, кальцитонина, кальцитриола), нарушения.
Функции Са: 1) Неорганический компонент костей и зубов; 2) Внутриклеточный посредник ряда гормонов; 3) Участвует в генерации потенциалов действия в нервах и мышцах; 4) Участвует в свертывании крови; 5) Запускает мышечное сокращение, фагоцитоз, секрецию гормонов, нейромедиаторов и т.д.; 6) Участвует в митозе, апоптозе и некробиозе; 7) Увеличивает проницаемость мембраны клеток для ионов K, влияет на Na проводимость клеток, на работу ионных насосов; 8) Кофермент некоторых ферментов.
Функции P: 1) Неорганический компонент костей и зубов; 2) Входит в состав липидов; 3) Входит в состав нуклеотидов; 4) Обеспечивает энергетический обмен т.к. образует макроэргические связи (АТФ, креатинфосфат); 5) Входит в состав белков; 6) Входит в состав углеводов; 7) Регулирует активность ферментов; 8) Участвует в катаболизме веществ (реакция фосфоролиза); 9) Регулирует КОС т.к. образует фосфатный буфер. Нейтрализует и выводит протоны с мочой.
Основными регуляторами обмена кальция и фосфора являются паратгормон, кальцитриол и кальцитонин.
Паратгормон повышает метаболическую активность остеокластов. В остеокластах ускоряется образование щелочной фосфатазы и коллагеназы, которые вызывают распад костного матрикса, в результате чего происходит мобилизация Са2+ и фосфатов из кости во внеклеточную жидкость. В почках паратгормон стимулирует реабсорбцию Са2+, Mg2+ в дистальных извитых канальцах и уменьшает реабсорбцию фосфатов. Паратгормон индуцирует синтез кальцитриола.
Кальцитриол: 1) в клетках кишечника индуцирует синтез Са2+-переносящих белков, которые обеспечивают всасывание Са2+, Mg2+ и фосфатов; 2) в дистальных канальцах почек стимулирует реабсорбцию Са2+, Mg2+ и фосфатов; 3) при низком уровне Са2+ увеличивает количество и активность остеокластов, что стимулирует остеолиз; 4) при низком уровне паратгормона, стимулирует остеогенез.
Кальцитонин: 1) подавляет остеолиз (снижая активность остеокластов) и ингибирует высвобождение Са2+ из кости; 2) в канальцах почек тормозит реабсорбцию Са2+, Mg2+ и фосфатов; 3) тормозит пищеварение в ЖКТ.
Изменение уровня Ca: нарушение функций паращитовидных и щитовидных желез, злокачественные опухоли, дефицит витамина Д, цирроз печени.
Изменение уровня З: рахит, гипо- гиперфункция паращитовидных желез, почечная недостаточность, миеломная болезнь.
Химический состав мочи в норме и при патологии - органические вещества: белок, сахар, кетоновые тела, кровь, ферменты, витамины, гормоны, азотсодержащие вещества минеральные вещества.
Как и любая жидкость организма, моча характеризуется общими свойствами и химическим составом. рН мочи - 5-7. от мясной пищи, при тяжелой физической нагрузке, голодании, лихорадках, СД, туберкулезе. от растительной пищи, минеральной воды, при циститах, сильной рвоте. Изменение кислотности может привести к образованию камней.
Протеинурия (наличие белка в моче > 0,033г/л) наблюдается после тяжелой физической работы, при нефритах, гломерулонефритах, нефротическом синдроме (> 2г/л), амилоидозе (> 2г/л), острых инфекциях, отравлениях и т д.
Глюкозурия (ур. глюкозы в моче > 200 мг/сут) появляется в норме при стрессе, у беременных, избытке углеводов в пище. Патологическая глюкозурия - при сахарном диабете, почечном диабете, избытке стероидов, остром панкреатите, наследственном дефекте ферментных систем почечных канальцев, обеспечивающих реабсорбцию глюкозы, отравлении морфином, стрихнином, фосфором, хлороформом. Обычно она составляет 10-20г, бывает до 100г
Кетонурия (наличие кетоновых тел в моче > 50мг/сут) появляется при СД, голодании, кахексии, гиперинсулинизме, тиреотоксикозах, послеоперационный период, гликогенозах, акромегалиях, инфекциях, интоксикациях.
Гематурия появляется при остром нефрите, гломерулонефрите, пиелонефрите мочекаменной болезни, циститах, инфаркте почек, ишемии почек, опухоле почек, амилоидозе почек, аденоме простаты, лихорадке.
Выделение NaCl (норма 8-15г/сут) снижается при хронических нефритах, диарее, остром суставном ревматизме.
Мышечное волокно – как функциональная единица мышечной ткани. Особенности её структуры, внутриклеточного и химического состава. Особенности обмена белков, углеводов, липидов.
Мышца состоит из отдельных волокон, которые представляют собой мышечные клетки. В мышечной клетке есть миофибриллы – особым образом организованные пучки белков, распространяющиеся вдоль клетки. Миофибриллы в свою очередь построены из белковых нитей двух типов тонких и толстых. Основным белком толстых нитей является миозин, а тонких актин. Миозиновые и актиновые нити – главный компонент всех сократительных систем. Миозин - крупный олигомерный белок состоит из 6 субъединиц, попарно одинаковых. В физиологических условиях (оптимальные pH, температура, концентрации солей) молекулы миозина спонтанно взаимодействуют между собой своими стержневыми участками с помощью слабых типов связей. Взаимодействуют только стержни, головки остаются свободными. Молекула миозина обладает ферментативной активностью. Активные центры расположены на головках миозина. В состав тонких нитей входят три белка: сократительный белок актин; регуляторный белок тропомиозин; регуляторный белок тропонин.
Мышцы характеризуются высоким обменом белков и АК. Белки и АК в мышцах активно синтезируются и распадаются. Мышцы также синтезируют и выделяют много аланина и глутамина. В синтезе этих АК используются аминогруппы, которые образуются при распаде АК с разветвленной цепью и затем переносятся на
·-КГ и ПВК в ходе реакций трансаминирования. Источником почти всего пирувата, идущего на синтез аланина, является гликолиз (глюкозо-аланиновый цикл). При интенсивной работе мышцы выделяют аммиак.
В мышцах преобладает катаболизм липидов. Жирные кислоты, кетоновые тела в аэробных условиях окисляются в мышцах для получения энергии. В мышцах синтезируется немного холестерина.
В мышцах преобладает катаболизм углеводов. Глюкоза окисляется в аэробных или анаэробных условиях для синтеза АТФ. Из глюкозы в мышцах образуется аланин.
Механизмы сокращения, регуляции и энергообеспечения, в состоянии покоя и нагрузки, в различных видах мышечной ткани. Основные биохимические показатели крови и мочи отражающие функциональное состояние мышечной ткани.
Механизм мышечного сокращения: Сродство комплекса "миозин-АТФ" к актину очень низкое. Сродство комплекса "миозин-АДФ" к актину очень высокое. Актин ускоряет отщепление АДФ и Ф от миозина и при этом происходит конформационная перестройка - поворот головки миозина.
1-я стадия, Фиксация АТФ на головке миозина. 2-я стадия, Гидролиз АТФ. Продукты гидролиза (АДФ и Ф) остаются фиксированными, а выделившаяся энергия аккумулируется в головке. Мышца готова к сокращению. 3-я стадия, Образование комплекса "актин-миозин". Он очень прочен. Может быть разрушен только при сорбции новой молекулы АТФ. 4-я стадия, Конформационные изменения молекулы миозина, в результате которых происходит поворот головки миозина. Освобождение продуктов реакции (АДФ и Ф) из активного центра головки миозина.
Головки миозина "работают" циклично, как плавники у рыбы или как весла у лодки, поэтому этот процесс называется "весельным механизмом" мышечного сокращения.
Аминотрансферазы Наиболее часто активность АТ исследуют с целью дифференциальной диагностики патологии печени и миокарда. При инфаркте миокарда активность АСТ в 95% случаев повышена.
Лактатдегидрогеназа При инфаркте миокарда в плазме крови повышена активность ЛДГ1, ЛДГ2. У больных прогрессирующей мышечной дистрофией (миопатией) в мышечной ткани происходит заметное снижение активности ЛДГ4 и ЛДГ5 и повышение активности ЛДГ1, ЛДГ2 и ЛДГ3.
Креатинкиназа КФК-ММ повышается в крови при патологии скелетных мышц, КФК-МВ – при инфаркте миокарда.
Альдолаза Активность энзима сыворотки (плазмы) крови значительно увеличивается при глубоких дистрофических процессах в мышечной системе. Резкое повышение активности альдоазы наблюдается у больных с прогрессирующей мышечной дистрофией. Гиперальдолаземия отмечается у больных с инфарктом миокарда.
Головной мозг: химический состав сухого остатка, белого и серого вещества, нейронов, синапсов, нервных волокон. Особенности обмена – энергетического, углеводного, липидного, белкового, аминокислотного, нуклеотидного и нуклеиновых кислот.
В связи с различием строения, серое и белое вещество нервной ткани отличаются по химическому составу. В сером веществе воды больше, чем в белом. В сером веществе белки составляют половину плотных веществ, а в белом веществе – одну треть. В белом веществе на липиды приходится более половины сухого остатка, а в сером – лишь около 30%.
Оболочка нейрона – плазмолемма, она служит барьером для поддержания внутриклеточного состава, играет активную и пассивную роли в создании мембранного потенциала, транспорте веществ через мембрану и передаче нервного импульса. Внутри нейрон заполнен нейроплазмой. ЭПС нейрона хорошо развита. Мембраны ЭПС связаны с плазмалеммой и оболочкой ядра нейрона. В комплексе Гольджи сосредоточены главным образом липидные компоненты клетки. Митохондрии нейронов содержат меньше ферментов, участвующих в процессах окисления ЖК и АК, чем митохондрии других тканей.
Из аксонов нейронов образуются нервные волокна. Каждое волокно состоит из осевого цилиндра (аксона), внутри которого находится аксоплазма с нейрофибриллами, митохондриями и синаптическими пузырьками.
Для мозга характерна высокая интенсивность энергетического обмена с преобладанием аэробных процессов. Основным энергетическим субстратом нервной ткани является глюкоза, окисления которой обеспечивается ее энергией на 85-90%. В качестве дополнительных энергетических субстратов нейроны и глиальные клетки могут использовать аминокислоты, в первую очередь глутамат и аспартат.
Нервная ткань характеризуется высоким углеводным обменом, в котором преобладает катаболизм глюкозы. Активность ПФЦ нервной ткани невелика. НАДФН2 используется при синтезе нейромедиаторов, аминокислот, липидов, гликолипидов, компонентов нуклеиновых кислот и для работы антиоксидантной системы.
Скорость синтеза и распада белков в разных отделах головного мозга неодинакова. Белки серого вещества больших полушарий и белки мозжечка отличаются высокой скоростью обновления, что связано с синтезом медиаторов, БАВ, специфических белков. Белое вещество, богатое проводниковыми структурам, обновляется особенно медленно. Аминокислоты в нервной ткани используется как: источник «сырья» для синтеза белков, пептидов, некоторых липидов, ряда гормонов, витаминов, биогенных аминов и др; нейротрансмиттеры и нейромодуляторы; источник энергии; для выведения азота.
Особенностью обмена липидов в мозге является то, что они не используются в качестве энергетического материала, а в основном идут на строительные нужды. Липидный обмен в целом невысокий и различается в белом и сером веществе. В нейронах серого вещества из фосфоглицеридов наиболее интенсивно обновляются фосфотидилхолины и особенно фосфотидилинозитол, который является предшественником внутриклеточного посредника ИТФ. Обмен липидов в миелиновых оболочках протекает медленно, очень медленно обновляются холестерин, цереброзиды и сфингомиелины. У новорожденных холестерин синтезируется в самой нервной ткани, у взрослых этот синтез резко снижается, вплоть до полного прекращения.
Биохимические основы нервной деятельности, механизмы передачи нервного импульса по нервному волокну. Виды синапсов и рецепторов, обмен нейромедиаторов и механизмы передачи нервного импульса через синапсы.
В клеточной мембране располагаются Na+, K+ –АТФазы, натриевые и калиевые каналы.
Na+, K+–АТФаза за счет энергии АТФ постоянно перекачивает Na+ наружу и К+ внутрь, создавая трансмембранный градиент концентраций этих ионов. Натриевый насос ингибируется уабаином. Натриевые и калиевые каналы могут пропускать Na+ и К+ по градиентам их концентраций. Натриевые каналы блокируются новокаином, тетродотоксином, а калиевые - тетраэтиламмонием. Работа Na+,K+–АТФазы, натриевых и калиевых каналов может создавать на мембране потенциал покоя и потенциал действия. Потенциал покоя – это разность потенциалов между наружной и внутренней мембраной в условиях покоя, когда натриевые и калиевые каналы закрыты.
Потенциал действия – это кратковременное изменение разности потенциала между наружной и внутренней мембраной в момент возбуждения. Потенциал действия зависит от концентрации Na+ и возникает по принципу «все или ничего». Он состоит из следующих стадий: 1. Локальный ответ; 2. Стадия деполяризации; 3. Стадия реполяризации. Ионные каналы открываются на непродолжительное время и после их закрытия натриевый насос восстанавливает исходное распределение ионов по сторонам мембраны.
Классификация синапсов: По локализации: центральные и периферические. По развитию в онтогенезе: стабильные и динамические. По конечному эффекту: тормозные и возбуждающие. По механизму передачи сигнала: электрические, химические и смешанные.
Химические синапсы делят: а). по форме контакта: терминальные и переходящие; б). по природе медиатора: холинергические, адренергические, дофаминергические, ГАМК-ергические, глициергические, глутаматергические, аспартатергические, пептидергические, пуринергические.
Физиологически активные пептиды головного мозга и биохимические основы эмоций, памяти, боли, сна. Биогенные амины. Нарушения обмена биогенных аминов при психических состояниях.
Эндорфин, динорфин и энкефалины – нейромедиаторы пептидной природы, высокие концентрации которых присутствуют в лимбической системе (которая участвует в регуляции эмоций).
Вещество Р – нейромедиатор пресинаптических окончаний С-волокон первичных сенсорных нейронов, образующих синапсы на сенсорных нейронов второго порядка в задних рогах спинного мозга. Он участвует в восприятии болевых сигналов.
В верхних отделах ствола мозга есть две области – ядра шва и голубое пятно. Медиатором в клетках ядер шва служит серотонин (5-НТ), а голубого пятна – норадренилин.
Биогенные амины вещества, образующиеся в организме человека из аминокислот при их декарбоксилировании ферментами декарбоксилазами и обладающие высокой биологической активностью. К биогенным аминам относятся дофамин, норадреналин и адреналин, серотонин, мелатонин и триптамин и многие другие соединения. В организме человека многие биогенные амины выполняют роль гормонов и нейромедиаторов.
Соединительная ткань: клеточный и химический состав, особенности организации и функции. Строение, функции и обмен коллагена, эластина, фибронектина, ГАГ, протеогликанов, в норме и при патологии ( заживлении ран, коллагенозах, недостаточности витамина С, Д, А, К и др.) Роль гормонов и витаминов в метаболизме соединительной ткани. Биохимическая диагностика дегенеративных процессов в соединительной ткани.
В соединительной ткани различают:межклеточное (основное) вещество, клеточные элементы, волокнистые структуры. Особенность: межклеточного вещества гораздо больше, чем клеточных элементов. Желеобразная консистенция основного вещества объясняется его составом. Основное вещество - это сильно гидратированный гель, который образован высокомолекулярными соединениями, составляющими до 30 % массы межклеточного вещества. Оставшиеся 70 % - это вода. Высокомолекулярные компоненты представлены белками и углеводами. Углеводы по своему строению являются гетерополисахаридами - глюкозоаминогликаны. Эти гетерополисахариды построены из дисахаридных единиц, которые и являются их мономерами. Функции соединительной ткани: структурная, обеспечение постоянства тканевой проницаемости; обеспечение водно-солевого равновесия; участие в иммунной защите организма.
В межклеточном матриксе находятся 2 типа волокнистых структур: коллагеновые и эластиновые волокна. Основным их компонентом является нерастворимый белок коллаген. Коллаген - сложный белок, относится к группе гликопротеинов, имеет четвертичную структуру. Его фибриллярная структура - это суперспираль, состоящая из 3-х -цепей. Нерастворим в воде, солевых растворах, в слабых растворах кислот и щелочей. Это связано с особенностями первичной структуры коллагена. В коллагене 70 % аминокислот являются гидрофобными. Аминокислоты по длине полипептидной цепи расположены триадами, сходными друг с другом по строению, состоящими из трех аминокислот. Каждая третья аминокислота в первичной структуре коллагена - это глицин: (гли-X-Y)n, где X - любая аминокислота, Y - любая аминокислота). Эти аминокислотные группы в полипептидной цепи многократно повторяются. Синтез коллагена стимулируют половые гормоны, аскорбиновая кислота (а также синтез протеогликанов и пролиферацию фибробластов). Тормозят - глюкокортикоиды
Эластин еще более гидрофобен, чем коллаген. В нем до 90 % гидрофобных аминокислот. Много лизина, есть участки со строго определенной последовательностью расположения аминокислот. Цепи укладываются в пространстве в виде глобул. За счет остатков лизина происходит взаимодействие между молекулами эластина.
Клеточные элементы соединительной ткани - это фибробласты, тучные клетки и макрофаги. В них происходят процессы синтеза структурных компонентов, а также процесс распада соединительной ткани. Коллаген обновляется на 50 % за 10 лет. В фибробластах идут синтетические процессы: синтез коллагена, эластина.
При дефиците витамина С нарушается гидроксилирование пролина и лизина, и образуются менее прочные коллагеновые волокна (цинга, хрупкость костей).
Характеристика печени – как органа гомеостаза: структура, особенности кровоснабжения, клеточного и внутриклеточного состава, функции. Роль печени в углеводном, липидном и белковом обменах, в их регуляции и интеграции.
Печень представляет собой центральный орган химического гомеостаза, где создается единый обменный и энергетический пул для метаболизма жиров и углеводов, кроме того, печень участвует в синтезе некоторых ферментов, витаминов, принимает непосредственное участие в водном, минеральном и пигментном обмене; чрезвычайно важное значение имеет детоксицирующая функция печени.
Основной структурной единицей печени является печеночная долька. Клетки в ней образуют печеночные балки, расположенные по радиусам. Между балками к центру дольки, где расположена центральная вена, тянутся синусоиды. На периферии дольки из желчных межклеточных капилляров формируются начальные желчные протоки. Укрупняясь и сливаясь, они образуют в воротах печени печеночный проток, по которому желчь выходит из печени. Поверхность печеночной капиллярной сети достигает 400 м и обеспечивает прохождение через печень около 2 тыс. л/сут крови. Печень перекрещивает метаболизм углеводов, липидов и белков. Печень способна осуществлять взаимодействие реакций обмена белков, жиров и углеводов. Местами "соединения" обмена углеводов и белков является ПВК, оксалоацетат и
·-кетоглутарат из ЦТК, способных в реакциях трансаминирования превращаться в АЛА, АСП и ГЛУ. Аналогично протекает процесс превращения аминокислот в кетокислоты.
Образуемые в пентозофосфатном пути молекулы НАДФН2 используются для синтеза ЖК, ТАГ и ХС. Благодаря синтезу и распаду гликогена печень поддерживает концентрацию глюкозы в крови (3,5-5,5 ммоль/л). При кратковременном голодании происходит гликогенолиз и глюконеогенез. В эндоплазматическом ретикулуме печени происходит синтез желчных кислот при участии Р450, О2, НАДФН
Роль печени в обмене желчных пигментов. Прямой и непрямой билирубин. Стеркобилин.
Эритроциты живут приблизительно 120 дней, а затем разрушаются, главным образом, в печени, селезёнке и костном мозге, при этом разрушается и гемоглобин. Образующийся при распаде гемоглобина билирубин поступает в кровь и связывается альбуминами плазмы это непрямой билирубин. Непрямой билирубин – это токсичный билирубин, который недавно образовался из гемоглобина и еще не связался в печени. Прямой билирубин – это билирубин, обезвреженный в печени и подготовленный для вывода из организма. Попадая в печень, билирубин ковалентно связывается с 2 молекулами УДФ-глюкуроновой кислоты, образуя диглюкуронид билирубина, который называется связанным билирубином. Прямой и небольшая часть непрямого билирубина вместе с желчью поступают в тонкий кишечник, где от прямого билирубина отщепляется УДФ-глюкуроновая кислота и при этом образуется мезобилирубин. Последний в конечных отделах тонкого кишечника под воздействием микроорганизмов восстанавливается в уробилиноген, часть которого всасывается по мезентериальным сосудам и поступает в печень (истинный уробилин), где разрушается до пиррольных соединений. Большая часть уробилиногена поступает в толстый кишечник. Уробилиноген в толстом кишечнике восстанавливается в стеркобилиноген. 80 % стеркобилиногена выделяется с калом и под влиянием кислорода воздуха окисляется в стеркобилин, придающий характерную окраску стулу. Меньшая часть стеркобилиногена всасывается по нижней и средней геморроидальным венам и попадает в большой круг кровообращения, поступает в почки, которыми и выделяется. Под влиянием кислорода воздуха стеркобилиноген мочи также окисляется до стеркобилина. Нередко стеркобилин мочи называют уробилином, однако это не истинный уробилин. В норме в моче истинный уробилин отсутствует.
Гипербилирубинемия, типы желтух, изменения обмена желчных пигментов при желтухах.
Норма билирубина в крови: 1,7-17,0 мкмоль/л. Повышение концентрации билирубина в крови - гипербилирубинемия. При концентрации билирубина > 50 мкмоль/л, он диффундирует в ткани, окрашивая их в жёлтый цвет. Желтуха – пожелтение тканей из-за отложений в них билирубина.
В зависимости от вида нарушений метаболизма билирубина и причин гипербилирубинемии можно выделить три типа желтух:
Надпеченочные желтухи. Возникают в связи с усилением процесса образования билирубина. При этом повышается его непрямая (неконъюгированная) фракция в крови. Кал и моча интенсивно окрашены.
Печеночные желтухи. Их развитие связано с нарушением потребления (захвата) билирубина гепатоцитами. При этом повышается непрямая (неконъюгированная) фракция билирубина в крови. Нарушена экскреция желчи. Кал гипохоличный. Моча интенсивно окрашена.
Подпеченочные желтухи. Возникают при нарушении оттока желчи по внепеченочным желчным протокам (обтурационная желтуха). Нарушена экскреция желчи. Кал ахоличный. Моча цвета пива.

Модуль 7: Экологические аспекты биохимии. Биохимия витаминов.
Влияние на метаболизм организма неорганических токсинов (ионы тяжелых металлов; нитраты и нитриты).
Тяжёлые металлы - это элементы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с относительной молекулярной массой больше 40. Тяжелые металлы – Pb, Hg, Zn, Cd, Mo, Cr, Mn, Ni, Cu.
Бор накапливается в печени, почках, легких, лимфоузлах. Выводится в основном с мочой. Физиологическая функция бора заключается в регуляции активности паратгормона и через него – обмена кальция, магния, фосфора и холекальциферола. Длительное поступление избыточных доз бора сопровождается изменением верхних дыхательных путей и легких, развивается борный энтерит.
Поступление с воздухом больших количеств брома может привести к химическому ожогу легких. Попадание жидкого брома на кожу сопровождается ее ожогом, образованием плохо заживающих язв.
Длительное поступление больших доз лития вызывает нарушение сердечной деятельности, повышение мышечной возбудимости, болевой и осязательной чувствительности, что указывает на нейротоксическое действие лития. Ион лития угнетает подвижность и метаболизм в сперматозоидах.
Ванадий откладывается в печени, костях. Он играет важную роль в липидном обмене. Ванадий, накапливаясь в печени и жировой ткани, подавляет холестериногенез, усиливает катаболизм липидов, тормозит развитие атеросклероза, обладает инсулиноподобным действием. При нарастании тяжести отравления поражаются легкие.
Источником азотного загрязнения ОС являются удобрения (аммиачная селитра, нитрат аммония, калиевая селитра). Превышение норм использования азотсодержащих удобрений приводит не только к накоплению в растениях нитратов, но и к снижению пищевой ценности продуктов растениеводства. При попадании в ЖКТ нитраты подвергаются действию кишечной микрофлоры. При этом нитраты восстанавливаются в нитриты. Нитриты способствуют образованию метгемоглобина. Нитраты, нитриты и нитрозамины обладают мутагенным и канцерогенным действием.
Влияние на метаболизм организма токсических ароматических соединений – полиароматических углеводородов, хлорорганических соединений (ДДТ, пестициды, гербициды, диоксины).
Углеводороды имеют неприятные запахи. Они раздражают глаза, нос и очень вредны для флоры и фауны.
Соединяясь с гемоглобином монооксид углерода, из вдыхаемого воздуха попадает в кровь, препятствуя насыщению крови кислородом, а следовательно, и тканей, мышц, мозга. СО вызывает нарушение нервной системы, головную боль,
похудение, рвоту.
ДДТ обладает острым токсическим воздействием на человека: в небольших и средних дозах вызывает отравление, у взрослых большей частью без негативных последствий в будущем, в больших дозах может вызвать смерть. ДДТ накапливается в жировых тканях организма, попадает в молоко матери, может попадать в кровь ДДТ приводит к индукции микросомальных ферментов, однако не влечёт каких-либо морфологических изменений печени, а ферментативная активность в целом не превышает нормы. Воздействие ДДТ на иммунную систему человека носит ингибирующий характер.
Пестициды (в том числе и консерванты) часто вызывают аллергию, диатез и некоторые другие заболевания.
Гербициды обладают канцерогенным действием. Диоксины, подавляя иммунитет и интенсивно воздействуя на процессы деления и специализации клеток, провоцируют развитие онкологических заболеваний. Вторгаются диоксины и в сложную отлаженную работу эндокринных желез. Вмешиваются в репродуктивную функцию, резко замедляя половое созревание и нередко приводя к женскому и мужскому бесплодию. Они вызывают глубокие нарушения практически во всех обменных процессах, подавляют и ломают работу иммунной системы
Метаболизм этанола. Ацетальдегид – обмен, токсичность.
Основным местом метаболической трансформации этанола является печень, в этом процессе может также принимать участие эпителий желудка. Этанол дегидрируется алкогольдегидрогеназой в этаналь (ацетальдегид), а затем альдегиддегидрогеназой переводится в ацетат. Уксусная кислота в реакции, катализируемой ацетат-КоА-лигазой в присутствии АТФ, превращается в ацетил-КоА. Наряду с цитоплазматической алкогольдегидрогеназой в метаболизме этанола принимают ограниченное участие каталаза и "индуцибельная" микросомальная алкогольоксидаза. Скорость трансформации этанола в печени лимитируется главным образом активностью алкогольдегидрогеназы. Другим лимитирующим фактором является наличие НАД+. Максимальная скорость реакции наблюдается даже при небольших концентрациях этанола. Этанол обладает довольно большой энергетической ценностью. Поэтому алкогольные напитки обеспечивают организм значительной частью энергоресурсов (особенно при алкоголизме).
Повышенное потребление этанола в течение года вызывает заболевание печени. Из-за высокого уровня НАДН и ацетил-КоА, вызванных приемом этанола, в печени тормозится цитратный цикл и кетогенез, нарушается биосинтез нейтральных жиров и холестерина, наблюдается повышенное отложение жира (жировая дистрофия).
Витамины: определение понятия, классификация и номенклатура по физико-химическим свойствам и функциям (коферменты, редоксвитамины, гормоновитамины). Провитамины, витаминоподобные вещества.
Витамины – это необходимые для нормальной жизнедеятельности низкомолекулярные органические соединения, синтез в организме отсутствует или ограничен.
По физиологическому действию витамины разделяют на: витамины, которые повышают общую реактивность организма (В1, В2, РР, А, С); антигеморрагические витамины (С, Р, К); антианемические витамины (В12, С, фолиевая кислота), антиинфекционные витамины (С, А).
По физико-химическим свойствам: жирорастворимые (А, Д, Е, К) и водорастворимые (В, С, Н). По механизму действия выделяют: витамины-коферменты (группа В, РР, фолиевая к-та, биотин, пантотеновая к-та, К); витамины-антиоксиданты (С, Е, каротиноиды) и витамины-прогормоны (А, Д). В организме витамины превращаются в более сложные молекулы (коферменты), которые играют ключевую роль во многих протекающих в клетках реакциях.
Провитамины, биохимические предшественники витаминов. Так, синтезируемый растительными клетками провитамин А, или каротин, в животных клетках превращается в витамины группы А, эргостерин и его производные в витамины группы D (кальциферолы).
Витаминоподобные вещества - соединения, активность которых проявляется в малых дозах, сравнимых с дозами витаминов, но все-таки значительно превышающих дозы последних. Все они обладают небольшим анаболическим действием. Дефицит этих веществ (в отличие от витаминов) не приводит к явно выраженным нарушениям в организме (Убихинон (Q10), холин (В4), липоевая кислота (N), пангамовая к-та (В15), витамин U.
Виды нарушений обмена витаминов: гипер-, гипо-, авитаминозы. Полигиповитаминозы. Этапы обмена витаминов. Первичные – генетические, алиментарные и вторичные нарушения обмена витаминов: причины, механизмы развития метаболических нарушений, клинические проявления, профилактика. Причины возникновения гипервитаминозов.
При недостатке витаминов развивается гиповитаминоз, а при отсутствии их развивается авитаминоз. При избытке витаминов развивается гипервитаминоз. Полигиповитаминоз – это дефицит целой группы необходимых витаминов для организма человека. Этапы обмена витаминов: всасывание в кишечнике с участием специальных транспортных систем; транспорт к местам утилизации или депонирования с помощью транспортных белков; превращение витаминов в коферментные формы с помощью специальных ферментных систем; кооперация коферментов с соответствующими апоферментами.
Различают гиповитаминозы первичные (экзогенные, состав пищи (рафинирование, термообработка, хранение, агротехника), количество пищи, экология, недостаточная инсоляция) и вторичные (эндогенные, нарушение всасывания в ЖКТ, дисбактериоз, гельминтозы, ферментопатии, потеря витаминов, повышение потребности при лактации, беременности). Коррекция гиповитаминозов: индивидуальная профилактика. Причины гипервитаминозов: передозировка препаратов, экзотическая пища.
Нормы потребления витаминов по возрастным группам, лечебные дозы. Витамины-коферменты – регуляторы и интеграторы тканевого обмена: РР, В1, В2, В6, В12, ТГФК, биотин, липоевая кислота, витамин К и викасол, витамин А.
Суточные дозы потребления витаминов зависят от возраста. У взрослого человека, как правило, вес тела остается постоянным, т.е. процессы анаболизма полностью уравновешиваются процессами катаболизма. У ребенка процессы анаболизма превалируют над процессами катаболизма. Часть всасываемых из кишечника питательных веществ задерживается в организме, что ведет к увеличению массы, в основном за счет использования всосавшихся аминокислот для построения из них свойственных организму белков. Энергетический баланс положительный. У детей потребность в витаминах выше, т.к. витамины входят в состав коферментов и регулируют процессы анаболизма.
В повышенных дозах витамины могут использоваться в лечебных целях в качестве неспецифических средств: при СД – В1, В2, В6; при простуде – С; бронхиальной астме – РР; при язвах ЖКТ – U, никотиновая к-та; при гиперхолистеринемии – никотиновая к-та.
Витамин РР является частью кофермента дегидрогеназ (НАД и НАДФ). Тиамин (B1) является коферментом пируватдекарбоксилазного и
·-кетоглутаратдекарбоксилазного комплексов [метаболизм углеводов], а также транскетолазы (ПФП). Рибофлавин (В2) – флавинмононуклеотид и флавинадениндинуклеотид (окисление ЖК). Пиридоксин (В6) – аминотрансферазы (трансаминирование и декарбоксилирование). Каболамин (В12) – метилкобаламин и 5-дезоксиаденозилкобаламин. Тетрагидрофолиевая к-та выполняет функции кофермента ферментов-переносчиков одноуглеродных фрагментов. Биотин (Н) – кофактор ферментов в реакциях декарбоксилирования и тринскарбоксилирования. Липоевая к-та – кофактор окислительного декарбоксилирования
·-кетокислот (ПВК,
·-кетоглутаровая). Витамин К – кофактор, обеспечивающий карбоксилирование и преобразование протромбина в тромбин, участвует в биосинтезе тромботропита. Ретинол (А) – кофермент ферментов в окислительно-восстановительных процессах.
Витамины - антиоксиданты: провитамины витамина А - каратиноиды, токоферол (витамин Е), аскорбиновая кислота (витамин С), флавоноиды (витамин Р).
Витамины-антиоксиданты молекулы с отрицательно заряженным электроном. Антиоксиданты способны предотвратить рак и сердечно-сосудистые заболевания, способные оздоравливать организм и выводить токсины. Антиоксиданты содержатся в живой пище, то есть в овощах, фруктах и зелени.
Ненасыщенная структура
·-каротина позволяет его молекулам адсорбировать свет и предотвращать накопление свободных радикалов и активных форм кислорода.
·-каротин подавляет выработку свободных радикалов, тем самым он защищает клетки иммунной системы от повреждения свободными радикалами и может улучшать состояние иммунитета.
·-каротин естественный иммуностимулятор, который повышает иммунный потенциал организма независимо от вида антигенов, то есть действует неспецифично.
Витамин Е замедляет окисление липидов (жиров) и подавляет рост свободных радикалов, разрушающих клетки, препятствует образованию тромбов, обладает антиканцерогенным действием, укрепляет иммунитет.
Витамин С также влияет на работу кровеносной системы, защищает гемоглобин, не давая ему окисляться, поддерживает запасы железа в организме, нормализует уровень холестерина.
Многие флавоноиды способны регулировать проницаемость стенок кровеносных сосудов и улучшать их эластичность, а также предотвращать склеротические поражения.
Гормоновитамины – ретиноевая кислота, кальцитриол и К.
Прогормоны - вещества, которые являются предшественниками гормонов, в то время как сами по себе они не обладают биологической активностью.
Ретиноевая кислота - форма витамина А, отличающаяся от ретинола наличием карбоксильной группы. Играет важную роль в формировании костей и зубов. Необходима для нормального эмбрионального развития, роста новых клеток, замедляет процесс старения. Влияет на функционирование иммунной системы. Принимает участие в синтезе стероидных гормонов и гликопротеинов.
Витамин D (кальциферол) при гидроксилировании в печени и почках образует гормон кальцитриол. Вместе с двумя другими гормонами (паратгормоном и кальцитонином) кальцитриол принимает участие в регуляции метаболизма кальция. Кальциферол образуется из предшественника 7-дегидрохолестерина, присутствующего в коже человека и животных, при облучении ультрафиолетовым светом. Если УФ-облучение кожи недостаточно или витамин D отсутствует в пищевых продуктах, развивается витаминная недостаточность и, как следствие, рахит у детей, остеомаляция у взрослых. В обоих случаях нарушается процесс минерализации костной ткани.
Витамин K участвует в карбоксилировании остатков глутаминовой кислоты в полипептидных цепях некоторых белков. В результате чего происходит превращение остатков глутаминовой кислоты в остатки
·-карбоксилглутаминовой кислоты. Остатки
·-карбоксилглутаминовой кислоты, благодаря двум свободным карбоксильным группам, участвуют в связывании кальция. Вследствие достаточно широкого распространения витамина К в пищ. продуктах и синтеза его микрофлорой кишечника, недостаточность этого витамина у человека встречается относительно редко.








13PAGE 15


13PAGE 141915





Приложенные файлы

  • doc 18149067
    Размер файла: 519 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий