Гипоэнергетическое состояние


Для постоянного синтеза АТФ клетками необходим приток метаболитов как субстратов дыхания и кислорода как конечного акцептора электронов в реакциях окисления, сопряженных с синтезом АТФ.

Нарушения какого-либо этапа метаболизма, приводящие к прекращению синтеза АТФ, гибельны для клетки.

Состояния, при которых синтез АТФ снижен, объединяют термином «гипоэнергетические».

Причины «гипоэнергетических состояний»:

• Голодание (недостаток субстратов дыхания);

• Гиповитаминозы В1, В2, В3, РР – эти витамины входят в состав ферментов, участвующих в транспорте электронов на кислород.

• Гипоксия может возникнуть: при недостатке кислорода во вдыхаемом воздухе; при заболеваниях легких и нарушении легочной вентиляции; при нарушениях кровообращения, вызванных заболеваниями сердца, спазмом и тромбозом сосудов, кровопотерей; при наследственных и приобретенных нарушениях структуры гемоглобина (анемии) и др.

 

Микросомальное окисление, биологическая роль.


• Протекает в микросомах эндоплазматического ретикулума.

• 10% молекулярного кислорода не является акцептором протонов Н+ , а непосредственно включается в молекулу субстрата;

• В процессе микросомального окисления АТФ не синтезируется.

 

Функции.

• Детоксикационная (обезвреживающая) функция. В реакциях микросомального окисления субстраты гидроксилируются, повышается их растворимость, что способствует их выведению или снижению их токсичности (вывод лекарственных веществ из организма, избытка холестерина и т.д.);

• Пластическая функция – синтез различных соединений:

— из холестерина образуются желчные кислоты, стероидные гормоны (гормоны коры надпочечников, половые гормоны);

Гипоэнергетическое состояние — из пролина      оксипролин;

Гипоэнергетическое состояние — из лизина        оксилизин;

Гипоэнергетическое состояние — из фенилаланина           тирозин и др.

В реакциях микросомального окисления участвуют ферменты- гидроксилазы (оксигеназы), которые делятся на монооксигеназы, катализирующие включение одного атома кислорода в молекулу субстрата и диоксигеназы- включение двух атомов кислорода в молекулу субстрата.

 

Обезвреживание перекиси водорода ферментом каталазой.

В организме существуют защитные механизмы:

— гемсодержащие ферменты: каталаза, которая расщепляет Н2О2:

            каталаза


Гипоэнергетическое состояние2О2                       2Н2О + 2О2

 

— супероксиддисмутаза (СД), глутатионпероксидаза, обезвреживающие О2ˉ:

 

                     СД

Гипоэнергетическое состояние2+ 2Н+                        2Н2О2 + О2

 

         каталаза

Гипоэнергетическое состояние2О2                             2Н2О + 2О2

 

— антиоксиданты, обезвреживающие свободные радикалы – витамины Е, А, С; глутатион, цистеин, биофлавоноиды, Q10 , мочевая кислота, янтарная кислота, селенит натрия и др.

 

Лабораторно-практическая работа.

Источник: studopedia.net

Наиболее частой причиной гипоэнергетических состояний является гипоксия, возникновение которой в свою очередь связано с нарушением:


  • поступления кислорода в кровь, что наблюдается при недостаточности О2 во вдыхаемом воздухе или нарушении легочной вентиляции;
  • транспорта кислорода в ткани при нарушении кровообращения или снижении транспортной функции гемоглобина;
  • функций митоходрий, вызванное действием ядов, разобщителей.

Кроме того, причиной гипоэнергетических состояний могут быть гиповитаминозы, так как в реакциях общих путей катаболизма и дыхательной цепи участвуют коферменты, содержащие витамины. Так, витамин В1 входит в состав тиаминдифосфата, В2 является составной частью FMN и FAD, витамин РР в виде никотинамида входит в состав NAD+ и NADP+, пантотеновая кислота — в состав кофермента А, биотин также выполняет коферментную функцию активации СО2.

16. Ферменти та їхні властивості як біологічних каталізаторів, біологічна роль.

Ферменты(лат. fermentum брожение, бродильное начало; синоним энзимы) специфические вещества белковой природы, присутствующие в тканях и клетках всех живых организмов и способные во много раз ускорять протекающие в них химические реакции. Вещества, в небольших количествах ускоряющие химические реакции в результате взаимодействия с реагирующими соединениями (субстратами), но не входящие в состав образовавшихся продуктов и остающиеся неизмененными по окончании реакции, называют катализаторами.


рменты представляют собой биокатализаторы белковой природы. Катализируя подавляющее большинство биохимических реакций в организме, Ф. регулируют Обмен веществ и энергии, играя тем самым важную роль во всех процессах жизнедеятельности. Все функциональные проявления живых организмов (дыхание, мышечное сокращение, передача нервного импульса, размножение и т.д.) обеспечиваются действием ферментных систем. Совокупностью катализируемых Ф. реакций являются синтез, распад и другие превращения белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, гормонов и других соединений.

Как правило, Ф. присутствуют в биологических объектах в ничтожно малых концентрациях, поэтому больший интерес представляет не количественное содержание Ф., а их активность по скорости ферментативной реакции (по убыли субстрата или накоплению продуктов). Принятая международная единица, активности ферментов (ME) соответствует такому количеству фермента, которое катализирует превращение 1 мкмоля субстрата за 1 мин в оптимальных для данного Ф. условиях. В Международной системе единиц (СИ) единицей активности Ф. является катал (кат) — количество Ф., необходимое для каталитического превращения 1 моля субстрата за 1 с.

Все ферменты имеют белковую природу. Они представляют собой либо простые белки, целиком построенные из полипептидных цепей и распадающиеся при гидролизе только на аминокислоты (например, гидролитические ферменты трипсин и пепсин, уреаза), либо — в большинстве случаев — сложные белки, содержащие наряду с белковой частью (апоферментом) небелковый компонент (кофермент или простетическую группу).


В процессе развития от оплодотворенного яйца до взрослого организма различные ферментные системы синтезируются неодновременно, поэтому с возрастом ферментный состав тканей изменяется. Возрастные изменения метаболической активности особенно выражены в период эмбрионального развития по мере дифференцировки различных тканей с их характерным набором ферментов. На самых ранних стадиях развития эмбриона (непосредственно после оплодотворения яйцеклетки) преобладают те типы Ф. которые транслируются с материнского генетического материала. В печени выявлены 3 основные группы Ф., появляющиеся в позднем внутриутробном периоде, в периоде новорожденности и в конце периода грудного вскармливания. Содержание некоторых Ф. изменяется в онтогенезе более сложным — фазным образом. Недостаточная активность определенных Ф. у новорожденных может приводить к развитию патологических состояний. Современные представления о механизме действия Ф. базируются на предположении, согласно которому в реакциях, катализируемых Ф. образуется фермент-субстратный комплекс, распадающийся с образованием продуктов реакции и свободного фермента.


евращения фермент-субстратного комплекса — сложный процесс, включающий стадии присоединения молекулы субстрата к ферменту, перехода этого первичного комплекса в ряд активированных комплексов, отделение продуктов реакции от ферментов. Специфичность действия Ф. объясняют наличием в их молекуле специфического участка — активного центра. Активный центр содержит каталитический участок, принимающий непосредственное участие в катализе, а также контактный участок (площадку), или участок (участки) связывания, где осуществляется связывание фермента с субстратом.

По субстратной специфичности — способности избирательно ускорять определенную реакцию — различают Ф., обладающие абсолютной специфичностью (т.е. действующие только на одно конкретное вещество и катализирующие только определенное превращение этого вещества), и Ф., обладающие относительной или групповой специфичностью (т.е. катализирующие превращения молекул, обладающих определенным сходством). К первой группе относятся, в частности, Ф., использующие в качестве субстрата определенные стереоизомеры (например, сахара и аминокислоты L или D ряда). Примерами Ф., характеризующихся абсолютной специфичностью, являются уреаза, катализирующая гидролиз мочевины до NH3 и СО2, Лактатдегидрогеназа, оксидазы D и L аминокислот. Относительная специфичность характерна для многих ферментов, в т.ч. для ферментов класса гидролаз: протеаз, эстераз, фосфатаз.

От неорганических катализаторов Ф. отличаются не только химической природой и субстратной специфичностью, но и способностью ускорять реакции в физиологических условиях, характерных для жизнедеятельности живых клеток, тканей и органов.


орость катализируемых Ф. реакций зависит от ряда факторов, в первую очередь — от природы фермента, обладающего низкой или высокой активностью, а также от концентрации субстрата, наличия в среде активаторов или ингибиторов, температуры и реакции среды (рН). В определенных пределах скорость реакции прямо пропорциональна концентрации субстрата, а начиная с определенной (насыщающей) его концентрации скорость реакции не меняется с возрастанием концентрации субстрата. Одной из важных характеристик Ф. является константа Михаэлиса (Км) — мера сродства между Ф. и субстратом, соответствующая концентрации субстрата в моль/л, при которой скорость реакции составляет половину максимальной, а в комплексе с субстратом находится половина молекул Ф. Другой характеристикой ферментативной реакции является величина «число оборотов фермента», показывающая, сколько молекул субстрата подвергается превращению за единицу времени в расчете на одну молекулу Ф.

Подобно обычным химическим реакциям, ферментативные реакции ускоряются при повышении температуры. Оптимальная температура для активности ферментов составляет обычно 40—50°. При более низкой температуре скорость ферментативной реакции, как правило, снижается, а при 0° функционирование Ф. прекращается. При превышении оптимальной температуры скорость реакции снижается, а затем реакция полностью прекращается вследствие постепенной денатурации белков и инактивацип Ф. Известны, однако, единичные Ф., устойчивую к тепловой денатурации. Отдельные Ф. различаются по оптимальному для их действия значению рН. Многие Ф. наиболее активны при величине рН, близкой к нейтральной (рН около 7.0), но ряд Ф. имеет оптимум рН вне этой области. Так, пепсин наиболее активен в сильнокислой среде (рН 1,0—2,0), а трипсин — в слабощелочной (рН 8,0—9,0).


Существенное влияние на активность Ф. оказывает наличие в среде определенных химических веществ: активаторов, повышающих активность Ф., и ингибиторов, подавляющих ее. Часто одно и то же вещество служит активатором одних Ф. и ингибитором других. Ингибирование Ф. может быть обратимым и необратимым. В качестве ингибиторов или активаторов часто могут выступать ионы металлов. Иногда ион металла является постоянным, прочно связанным компонентом активного центра Ф., т.е. Ф. относится к металлосодержащим сложным белкам, или металлопротеидам. Активация некоторых Ф. может происходить с использованием другого механизма, предусматривающего протеолитическое расщепление неактивных предшественников Ф. (проферментов или зимогенов) с образованием активных Ф. (например, трипсина).

Большинство Ф. функционирует в тех клетках, в которых происходит их биосинтез. Исключение составляют пищеварительные ферменты, секретируемые в пищеварительный тракт, Ф. плазмы крови, участвующие в процессе свертывания крови, и некоторые другие.

Многие Ф.


рактеризуются наличием изоферментов — молекулярных разновидностей ферментов. Катализируя одну и ту же реакцию, изоферменты определенного Ф. могут различаться по ряду физико-химических свойств (по первичной структуре, субъединичному составу, оптимуму рН, термостабильности, чувствительности к активаторам и ингибиторам, сродству к субстратам и т.д.). Множественные формы Ф. включают генетически детерминированные изоферменты (например, лактатдегидрогеназа) и негенетические изоферменты, образующиеся в результате химической модификации исходного фермента или его частичного протеолиза (например, изоферменты пируваткиназы). Различные изоформы одного Ф. могут быть специфичны для разных органов и тканей или субклеточных фракций. Как правило, многие Ф. присутствуют в тканях в разных концентрациях и часто в разных изоформах, хотя известны и Ф., специфичные для определенных органов.

Регуляция активности ферментативных реакций многообразна. Она может осуществляться за счет изменения факторов, влияющих на активность Ф., в т.ч. рН, температуры, концентрации субстратов, активаторов и ингибиторов. Так называемые аллостерические Ф. способны в результате присоединения к их некаталитическим участкам метаболитов — активаторов и ингибиторов — изменять стерическую конфигурацию белковой молекулы (конформацию). За счет этого изменяется взаимодействие активного центра с субстратом и, следовательно, активность Ф. Возможна регуляция активности Ф. за счет изменения количества его молекул в результате модуляции скорости его биосинтеза или деградации, а также за счет функционирования различных изоферментов.


17. Окислювальне перетворення глюкозо-6-фосфату (пентозофосфатний шлях і його значення).

Пентозофосфатный путь является альтернативным путем окисления глюкозы. Он включает несколько циклов, в результате функционирования которых из трех молекул глюкозо-6-фосфата образуются три молекулы CO2 и три молекулы пентоз . Последние используются для регенерации двух молекул глюкозо-6-фосфата и одной молекулы глицеральдегид-3-фосфат а. Поскольку из двух молекул глицеральдегид-3-фосфата можно регенерировать молекулу глюкозо-6-фосфата, глюкоза может быть полностью окислена при превращении по пентозофосфатному пути:

3 Глюкозо-6-фосфат + 6 NADP+ -> 3 CO2 + 2 Глюкозо-6-фосфат + Глицеральдегид-3-фосфат + 6 NADPH + 6 H+.

3*G6P + 6*NADP(+) + 3*CO(2) + 2*G6P + GAP + 6*NADPH + 6*H(+)

Пентозофосфатный цикл не приводит к синтезу ATP . Он выполняет две главные функции:

1) образование NADPH для восстановительных синтезов, таких, как синтез жирных кислот и синтез стероидов ;

2) обеспечение рибозой синтеза нуклеотидов и синтеза нуклеиновых кислот . Недостаточность ряда ферментов пентозофосфатного пути является причиной гемолиза эритроцитов. Например, одна из форм гемолитической анемии обусловлена недостаточностью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы . На земле живет около 100 миллионов людей с генетически обусловленным пониженным уровнем глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы; этот фермент представлен изоформами с различной активностью. Эти формы могут быть выявлены с помощью электрофореза или других методов.

Первая реакция заключается в фосфорилировании глюкозы с помощью АТФ и превращении ее в метаболически активную форму глюкозо-6-фосфата, аналогично тому, что имеет место на первом этапе гликолиза . Следующий этап заключается в дегидрировании глюкозо-6- фосфата, катализируемом глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназой. Особенность реакции в том, что в ней участвует НАДФ+ в качестве акцептора водорода. Образовавшийся продукт реакции очень нестоек и спонтанно или с помощью фермента лактоназы гидролизуется с образованием 6-фосфоглюконовой кислоты , которая подвергается окислительному декарбоксилированию , катализируемому фосфоглюконатдегидрогеназой. Эта реакция приводит к образованию соответствующего пентозофосфата, НАДФ*Н2 и выделению СО2. Рибулозо-5- фосфат обратимо превращается в ксилулозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат с участием ферментов фосфопентозоэпимеразы и фосфопентозоизомеразы соответственно.

Суммарно весь процесс можно представить в виде следующего уравнения:

глюкозо-6-фосфат + 2НАДФ+ переходит обратимо в

рибозо-5-фосфат + СО2 + 2НАДФ*Н2.

Как видно, на этом этапе образуются 2 молекулы НАДФ*Н2, которые могут потребляться в восстановительных биосинтетических процессах, и молекула рибозо-5-фосфата, используемого в синтезе нуклеиновых кислот и пентозосодержащих коферментов. (Некоторые авторы считают, что особенность окислительного пентозофосфатного пути — перенос электронов на окислительных этапах на НАДФ+, а не на НАД+ — в последующем оказалась очень "выгодной" для аэробов , так как позволила иметь два отдельных пула восстановленных пиридиновых переносчиков, с одного из которых ( НАД*Н2 ) электроны поступали в дыхательную цепь, а с другого ( НАДФ*Н2 ) использовались в биосинтетических восстановительных реакциях.

Примечательно, что ни на одном из окислительных этапов не синтезируется АТФ .

Первоначально окислительный пентозофосфатный путь возник, вероятно, для обеспечения эубактерий пентозами. В этом случае возникновение только трех новых ферментов (глюкозо-6- фосфатдегидрогеназы, лактоназы и фосфоглюконатдегидрогеназы) уже приводило к синтезу пентоз. Поскольку к этому времени функционировали изомеразные ферменты гликолитического пути , формирование фосфопентозоизомеразы произошло довольно легко. Действительно, при определенных условиях окислительный пентозофосфатный путь на этом завершается.

Дальнейшее его развитие, вероятно, связано с энергетическими потребностями клетки. Меньшей части образующегося рибозо-5-фосфата оказалось достаточно для удовлетворения всех потребностей клетки в пентозах. Остальная часть синтезируемого пентозофосфата была субстратом, хранившим в себе большие запасы энергии. Способность использовать в энергетических целях этот субстрат связана с возникновением двух ферментов: фосфопентозоэпимеразы, катализирующей превращение рибулозо-5- фосфата в ксилулозо-5-фосфат, и пентозофосфокетолазы, катализирующей расщепление ксилулозо-5-фосфата на 3-ФГА и ацетилфосфат .

Использование в качестве источника энергии в анаэробных условиях пентозных субстратов, образуемых в окислительном пентозофосфатном пути, свойственно группе гетероферментативных молочнокислых бактерий , для которых характерно образование в качестве конечных продуктов брожения ряда органических соединений: молочной и уксусной кислот, этилового спирта, глицерина, СО2 и др. Этим гетероферментативные молочнокислые бактерии отличаются от гомоферментативных молочнокислых бактерий , почти полностью сбраживающих гексозы по гликолитическому пути в молочную кислоту. Изучение механизмов образования конечных продуктов брожения гетероферментативными молочнокислыми бактериями обнаружило, что они связаны с дальнейшими различными путями метаболизирования С2- и С3- фрагментов фосфокетолазной реакции. 3-ФГА претерпевает ряд ферментативных превращений, идентичных таковым гликолитического пути , и через пируват превращается в молочную кислоту. Судьба двухуглеродного фрагмента различна: двухступенчатое восстановление ацетилфосфата приводит к накоплению в среде этанола ; окислительный путь превращения ацетилфосфата завершается образованием уксусной кислоты .

Преобладание в ферментационной среде того или иного продукта зависит от вида культуры, условий культивирования и фазы развития. Гетероферментативные молочнокислые бактерии Leuconostoc mesenteroides сбраживают глюкозу в молочную кислоту, этанол и СО2 по следующему уравнению:

С6Н12О6 переходит в СН3-СНОН-СООН + СН3-СН2ОН + СО2.

У других гетероферментативных молочнокислых бактерий больший удельный вес занимают процессы, ведущие к накоплению уксусной кислоты . Образование уксусной кислоты из ацетилфосфата сопряжено с синтезом АТФ . Если брожение идет с образованием этанола, то выход энергии равен 1 молекуле АТФ на молекулу сброженной глюкозы; если образуется уксусная кислота, то общий энергетический баланс процесса составляет 2 молекулы АТФ на молекулу глюкозы, т.е. такой же, как при гликолизе .

Окислительный пентозофосфатный путь функционирует в качестве единственного пути сбраживания углеводов у облигатных гетероферментативных молочнокислых бактерий. Эти бактерии лишены ключевых ферментов гликолитического пути, например альдолазы и триозофосфатизомеразы.

Большинство молочнокислых бактерий имеют два пути сбраживания углеводов: гликолитический и окислительный пентозофосфатный. Сбраживание гексоз, как правило, протекает по гликолитическому пути, а пентоз — по окислительному пентозофосфатному. Это имеет место, например, у Lactobacillus plantarum . Ферменты окислительного пентозофосфатного пути обнаружены у клостридиев .

Таким образом, возникнув сначала как механизм синтеза клеткой С5- соединений, т.е. для выполнения узкой специфической задачи, этот путь получил дальнейшее развитие и стал выполнять дополнительную функцию снабжения эубактерий энергией в анаэробных условиях. Субстратная база для окислительного пентозофосфатного пути позднее была расширена, так как он стал использоваться и для сбраживания пентоз биогенного происхождения, накапливавшихся в окружающей среде.

18. Біологічна цінність харчових ліпідів. Переварювання, всмоктування та ресинтез ліпідів у органах травного тракту.

Липиды – это гетерогенная группа органических соединений тканей животных и растений непосредственно или опосредованно связанных с высшими жирными кислотами. Их общими свойствами являются относительная нерастворимость в воде и растворимость в полярных растворителях.

По биологическим функциям липиды подразделяют на три основные группы:

1) структурные или рецепторные компоненты мембран. Неполярные липиды служат электроизоляторами, обеспечивая быстрое распространение волн деполяризации вдоль миелиновых волокон (фосфолипиды, холестериды, сфинголипиды);

2) эффективный источник энергии — либо непосредственно используются, либо потенциально в форме «депо» энергии в организме (триацилглицеролы – ТАГ);

3) передатчики биологических сигналов (жирорастворимые витамины и стероидные гормоны).

По состоянию липидов в организме их можно разделить на две группы:

1) резервные жиры, выполняющие роль метаболического топлива – это ТАГ жировой ткани (подкожной клетчатки, сальника, брыжейки).

2) протоплазматические липиды – содержатся в комплексе с углеводами и белками в мембранах клеток (фосфо- и гликолипиды).

Жир – ценный компонент пищи человека. В составе пищевых продуктов различают видимые жиры (растительное и сливочное масло, маргарин) и невидимые (жир мяса и мясопродуктов, рыбы, молока и молочных продуктов и др). Наиболее важные источники жиров в питании: растительные масла, сливочное масло, маргарин, молочные продукты, продукты из свинины, колбасные изделия, майонез, шоколад. В гречневой крупе содержится 3,3% жира, овсяной — 6,2%, пшене — 3,3%.

По происхождению различают растительные и животные жиры.

Функции жиров в организме:

1. Жиры обеспечивают всасывание из кишечника ряда минеральных веществ и жирорастворимых витаминов.

2. Хранение в жировой ткани антиоксидантов, включая жирорастворимый витамин Е, и фитовеществ, полученных из фруктов и овощей.

3. Жиры участвуют в обменных процессах. Незаменимые жирные кислоты регулируют обмен холестерина, действуют на стенки кровеносных сосудов, увеличивая их эластичность.

4. Полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) образуют в организме гормоноподобные вещества — простагландины, лейкотриены, простациклины, тромбоксаны.

5. Жировые клетки секретируют гормоны, именуемые цитокинами, которые составляют часть защитного механизма иммунной системы.

6. Жиры являются строительным материалом для некоторых тканей (мозга, нервной); резервным материалом, откладывающимся в некоторых тканях; смазочным, теплоизоляционным, амортизирующим средством.

7. Арахидоновая жирная кислота является предшественником тканевых гормонов, участвующих в процессах активизации свертывающей и противосвертывающей систем крови.

Снижение содержания жира в организме женщины ниже 14-15% от общей массы тела сдвигает баланс между женскими и мужскими половыми гормонами в сторону последних. Уменьшается выработка эстрогена, необходимого для восстановления костей, т.е. для процесса, который идет в нормальном организме непрерывно. Это вызывает преждевременный остеопороз — заболевание, при котором кости становятся более тонкими и более хрупкими, что, в свою очередь, увеличивает риск возникновения переломов. Поэтому не следует снижать содержание жира ниже физиологической нормы.

Надеюсь, понятно, что жиры играют огромную роль в обеспечении жизни нашего организма. Но и избыточное количество липидов в рационе вредно, так как значительно ухудшает усвоение белков, кальция и магния, повышает потребность в витаминах, участвующих в жировом обмене. Что приводит к формированию патологии (атеросклероз, желчно-каменная болезнь и др). Следовательно, при избытке жира в питании и откладывании его в жировой ткани сверх нормы пагубное действие жиров начинает преобладать над полезными свойствами.

Метаболизм липидов

Контролирование уровня насыщения осуществляется двумя различными способами. Жиры, попадая в желудок, стимулируют секрецию гормона эстерогастрона, который препятствует проходу пищи через желудочно-кишечный тракт; жирная пища дольше находится в желудке, замедляя пищеварение. Одновременно, жирная пища стимулирует секрецию гормона холецистокинина-панкреозимина (гормон ССК), который дает знать мозгу о том, что в желудоке есть пища.

Переваривание и всасывание липидов. Переваривание липидов происходит в тонком отделе кишечника и частично в желудке. Желудочная липаза действует только на хорошо эмульгированные жиры, например, на жиры молока, и почти не гидролизует другие жиры. Панкреатическая липаза – наиболее важный фермент, участвующий в гидролитическом расщеплении жиров. (КФ. 3.1.1.3.)

Панкреатическая липаза синтезируется в поджелудочной железе и с панкреатическим соком поступает в 12-ти перстную кишку, оптимум рН 7,2. Липаза активируется желчными кислотами и действует только на высокоэмульгированные жиры. Важнейшую роль в гидролизе жиров играют желчные кислоты: холевая, литохолевая, гликохолевая, которые являются производными холестерола (рис.2). Желчные кислоты синтезируются в печени из холестерола и поступают в 12-ти перстную кишку с желчью. Поступление желчи стимулируется гормоном тонкого кишечника – холецистокинином. На гидролиз 100 г жиров необходимо 240 г желчи.

Желчные кислоты – (первичные хенодезоксихолевая и холевая) образуются в клетках печени из холестерина.

После выделения в кишечник под влиянием бактерий они преобразуются во вторичные (литохолевая и дезоксихолевая). В кишечник желчные кислоты поступают в составе желчи в виде конъюгатов с глицином и таурином. После переваривания и всасывания желчные кислоты возвращаются через воротную вену в печень, совершая такой цикл до 10 раз в сутки. Этот цикл называется кишечно-печеночная циркуляция желчных кислот. Постоянным компонентом желчи является холестерин. Как и желчные кислоты, он подвергается обратному всасыванию, но некоторое количество желчных кислот и холестерина теряются с калом. Для восполнения потери желчных кислот, выводимых с фекалиями, происходит постоянно синтез желчных кислот из холестерина. Получается, что удаление холестерина в свободном виде или в виде желчных кислот является единственным способом освобождения организма от него.

Роль желчи в пищеварении:

1. Соли желчных кислот эмульгируют жиры, снижая их поверхностное натяжение. Размер частиц эмульгированного жира 0,5 мк;

2. Желчные кислоты активируют липазу;

3. Желчь и желчные кислоты оказывают бактериостатическое действие на вредную микрофлору кишечника;

4. Желчные кислоты участвуют во всасывании жирных кислот;

5. Желчь вместе с бикарбонатами поджелудочной железы нейтрализует кислое содержимое желудка и создает оптимальные условия для действия липазы.

У человека, даже получающего достаточное количество пищи значительная часть депонированных липидов ежесуточно используется. Липиды, поступающие в печень, могут храниться или распадаться. Триацилглицерины жировых депо используются как источник энергии. Их мобилизация происходит при участии гормонов: адреналина и норадреналина, а также стероидов надпочечнков, глюкагона. На мобилизацию жиров из жировых депо влияют также вазопрессин, тиротропин, адренокортикотропин, липотропин, которые стимулируютлиполиз. Жиры отличаются от гликогена очередностью мобилизации. При голодании и физической нагрузке вначале мобилизуется гликоген, затем по мере расходования гликогена нарастает скорость мобилизации липидов. В жировой ткани интенсивно протекает липогенез. Источником для синтеза ЖК и глицерина служат метаболиты глюкозы.

Внутриклеточный метаболизм липидов включает:

1) мобилизацию жира из жировых депо, их гидролиз внутриклеточными липазами, окисление глицерина и ЖК, сопровождающееся большим энергетическим эффектом.

2) Синтез глицерина и жирных кислот из метаболитов глюкозы

3) Синтез простых и сложных липидов

19. Принципи організації та функціонування живої матерії. Біохімічні компоненти клітини. Біохімічний склад, будова, функції біомембран. Компартменталізація процесів у клітині.

Принципы организации живой материи:

1. Принцип молекулярной экономии – комбинация небольшого числа молекул дает бесконечное множество макромолекул. Например, миллионы белков составлены из набора в 20 аминокислот, а в состав ДНК входят в основном 4 азотистых основания.

2. Принцип простой сложности – все биомолекулы состоят из нескольких элементов – органогенов (С, Н, О, N, S, P).

3. Принцип комплементарности – необходимость пространственного соответствия отдельных частей биомолекул при их образовании (например, для ДНК – это расположение азотистых оснований по правилам Чаргаффа), а также при взаимодействии макромолекул (например, комплексы антиген-антитело, фермент-субстрат и т.д.) по типу «ключ-замок».

Принципы функционирования живой материи

1. Все реакции в живых организмах подчиняются ІІ закону термодинамики и происходят по закону действующих масс

2. Большинство реакций в живых организмах являются ферментативными, то есть протекают при участии ферментов – катализаторов белковой природы

3. Все реакции в живых организмах протекают в водной среде, в том числе и реакции окисления, при относительно невысоких температурах.

4. Энергия в организмах выделяется при окислении питательных веществ (углеводов, белков, жиров) и значительная ее часть аккумулируется в виде макроэргических связей АТФ.

Методы используемые в биохимии: химические; физические; ферментативные методы – есть только в биохимии; молекулярно-генетические и другие. Материал для биохимических исследований * кровь, моча, желудочный сок, спинномозговая жидкость, синовиальная жидкость, слюна, биоптаты органов.

Биохимические компоненты клетки. Живые организмы и клетки – самовоспроизводящиеся химические системы,требующие связи разных групп, потому основа клеточной химии -соединения углерода (способного соединятся в прочные цепи -С-С-Э, с легкими элементами, 99% занимают СНОNPS, 70% — вода), предмет органической химии, включая общие для всех четыре основных типа молекул (с группами ОН,NН2, СН3 и С=О, Мг 100-1000):

1. Сахара как пища для клеток, с формулой (СН2О)п- моно- и полисахариды, бывающие и скелетом и запасом энергии, при окислении(1У.Е)как и, из-за связи восстановления с гидрофобностью, (СН2)п-цепей,

2. Жирные кислоты — компоненты клеточных мембран, границ, в связи через остатки глицерина, с Ф- и +азотсодержащими,

3. Аминокислоты — субъединицы белков (сNН3+ и СОО- полюсами,источники разнообразных групп, зарядов и биоактивных веществ), 20 их кодируют(2х2)3также содержащие N+основание и Ф-

4. Нуклеотиды — субъединицы ДНК и РНК, носитель и информации и энергии-полифосфатов, способные к автокатализу и воспроизводству, основы жизни.

20. Структура і роль ДНК.

Азотистые основания ДНК обычно варьируют у разных видов организмов, однако почти не претерпевают изменений у одного и того же вида в процессе развития или в зависимости от изменений окружающей среды либо характера питания. Показано также, что ДНК, выделенная из разных тканей одного и того же вида, имеет одинаковый состав азотистых оснований. Полученные количественные соотношения были названы правилами Чаргаффа. При анализе состава очищенной ДНК, выделенной из разныхисточников, были сделаны следующие выводы:

1)молярная доля пуринов равна молярной доле пиримидинов:

А + Г = Ц + Т или (А + Г)/(Ц + Т)= 1

2)количество аденина и цитозина равно количеству гуанина и тимина:

А + Ц = Г + Т или ( А + Ц)/(Г + Т)= 1;

3) количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина: А = Т и Г = Ц;

4) существенным для характеристики вида (таксономическое значение) оказался так называемый коэффициент специфичности, отражающий отношение

(Г + Ц)/(А + Т)

структурными единицами нуклеиновых кислот являются мономерные молекулы – мононуклеотиды. Следовательно, нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды. Это продукты полимеризации мононуклеотидов, число и последовательность расположения которых в цепях ДНК и РНК определяются в строгом соответствии с программой,заложенной в молекуле матрицы. Мононуклеотиды легко образуются при гидролизе ДНК и РНК в присутствии нуклеаз, состоят из трех специфических компонентов: азотистого основания, углевода и фосфорной кислоты. В этой триаде мононуклеотида углевод занимает среднее положение. Соединения азотистого (любого) основания и углевода(рибозы или дезоксирибозы), получившие название нуклеозидов, легко образуются из мононуклеотида при гидролитическом отщеплении фосфорной кислоты в присутствии щелочи или при участии специфических ферментов – нуклеотидаз.

Первичная структура нуклеиновых кислот

Под первичной структурой нуклеиновых кислот понимают порядок, последовательность расположения мононуклеотидов в полинуклеотидной цепиДНК и РНК. Такая цепь стабилизируется 3′,5′-фосфодиэфирными связями. Поскольку молекулярная масса нуклеиновых кислот колеблется в широких пределах (от 2•104 до 1010–1011), установить первичную структуру всех известных РНК и особенно ДНК весьма сложно. Тем не менее во всех нуклеиновых кислотах (точнее, в одноцепочечной нуклеиновой кислоте) имеется один и тот же тип связи – 3′,5′-фосфодиэфирная связь междусоседними нуклеотидами. Эту общую основу структуры можно представить

следующим образом:

Гипоэнергетическое состояние Основание Основание Основание

Гипоэнергетическое состояние

Гипоэнергетическое состояние Гипоэнергетическое состояние Пентоза Пентоза Пентоза

Установлено, что в образовании межнуклеотидной связи участвуют гидроксильные группы в 3′- и 5′-положениях остатков углевода.

Три варианта схемы нуклеотидной последовательности ДНК( рис.)J

В последнее время о первичной структуре ДНК (точнее, отдельных ее фрагментов) судят по ряду косвенных данных, например, по степени сплоченности нуклеотидных звеньев в молекуле ДНК (определение сводится в конечном счете к выяснению числа и структуры отдельных фракций нуклеотидов, так называемых изоплитов), также по кинетике реассоциации ДНК (метод позволяет выяснить наличие в молекуле повторяющихся

последовательностей нуклеотидов). О первичной структуре ДНК судят,кроме того, по распределению минорных оснований (имеются данные о существовании подобной закономерности) и обнаружению в ДНК и определению последовательности палиндромов (≪обратно бегущие≫ последовательности, или перевертыши), которые обнаруживаются главным образом в местах рестрикции . Большие надежды в определении первичной структуры ДНК исследователи возлагают на физические, химические (синтез генов), генетические и другие методы, а также на методы выделения некоторых генов (или их фрагментов) из природных источников и синтеза генов на мРНК при участии фермента обратной транскриптазы.Для установления первичной структуры ДНК недавно предложен экспрессметод, включающий применение двух ДНК-полимераз (из E.coli и из

бактериофага Т4). Однако во всех этих случаях определяется структуранебольшого участка ДНК, поэтому полная расшифровка первичной структуры ДНК генома человека ждет своего решения.

Источник: studopedia.ru

Гипоэнергетические состояния

Причиной гипоэнергетических состояний может быть следующее:

  • гиповитаминозы экзогенные и/или эндогенные – снижается скорость и эффективность окислительных реакций. Возникает обычно при нехватке витаминов – В1, В2, никотиновой кислоты, В6, пантотеновой кислоты и аскорбиновой кислоты,
  • дефицит белка в пище – снижается синтез всех ферментов и ферментов катаболизма в частности,
  • снижение потребления углеводов и липидов как основных источников энергии,
  • дефицит кислорода – отсутствие акцептора для электронов вызывает «переполнение» дыхательных ферментов, накопление НАДН и ФАДН2 в клетке и прекращение катаболизма,
  • дефицит железа – компонента цитохромов, миоглобина и гемоглобина, и меди – компонента цитохромоксидазы.

Разобщение окисления и фосфорилирования

Разъединение (разобщение) процессов окисления и фосфорилирования осуществляют вещества, называемые разобщители. Они снижают величину электрохимического градиента, что приводит к уменьшению синтеза АТФ, несмотря на увеличение скорости движения электронов по дыхательной цепи и возрастание катаболизма.

К разобщителям в первую очередь относят «протонофоры» – молекулы, переносящие ионы водорода из межмембранного пространства в матрикс митохондрии. При этом одновременно уменьшаются оба компонента электрохимического градиента – электрический и химический, и энергия градиента не используется для синтеза АТФ, а рассеивается в виде тепла. Следствием эффекта протонофоров является возрастание катаболизма жиров и углеводов в клетке.

Строение динитрофенола

Строение динитрофенола
Перенос протонов при участии динитрофенола

Схема переноса ионов водорода через мембрану
при помощи динитрофенола

Классическим экспериментальным протонофором является динитрофенол, жирорастворимое соединение, присоединяющий ионы водорода на внешней поверхности внутренней митохондриальной мембраны и отдающий их на внутренней поверхности. Физиологическими протонофорами являются особые разобщающие белки, в частности термогенин (см ниже).

Кроме динитрофенола и термогенина протонофорами, к примеру, являются салицилаты, дикумаролжирные кислоты, непрямой билирубинтрийодтиронин.

Бурая жировая ткань

При фосфорилировании АТФ-синтазой АДФ до АТФ используется не вся энергия протонного градиента, лишь его часть тратится на совершение работы (синтез АТФ), а другая часть рассеивается в виде тепла. 

Особые клетки организма умеют увеличивать долю рассеиваемой тепловой энергии – это клетки бурой жировой ткани. В отличие от белых жировых клеток бурые адипоциты содержат большое количество митохондрий, которые и придают им буро-красный цвет. Во внутренней мембране митохондрий этих клеток имеется белок термогенин (до 15% от всех белков митохондрий), относящийся к семейству разобщающих белков, называемых UCP-белки (англ. uncoupling protein).

При охлаждении организма бурые адипоциты получают сигналы по симпатическим нервам, и в них активируется расщепление жира – липолиз. Окисление жиров приводит к получению большого количества НАДН и ФАДН2, активизации работы дыхательной цепи и возрастанию электрохимического градиента. Однако АТФ-синтазы в мембранах митохондрий этих клеток относительно мало, зато много термогенина, близкого по строению к Fо-субъединице АТФ-синтазы. Термогенин является каналом во внутренней мембране через который в матрикс проходит часть ионов Н+ и снижается протонный градиент. В итоге АТФ не синтезируется, несмотря на непрерывно возрастающий (по правилу дыхательного контроля) катаболизм. Благодаря термогенину большая часть энергии ионов водорода рассеивается в виде тепла, подогревая протекающую через ткань кровь и обеспечивая поддержание температуры тела при охлаждении.

Роль термогенина в снижении протонного градиента

Ингибирование ферментов дыхательной цепи

Ряд веществ может ингибировать ферменты дыхательной цепи и блокировать движение электронов от НАДН и ФАДН2 на кислород. В результате прекращается движение электронов, выкачивание ионов Н+ и работа АТФ-синтазы. Синтез АТФ резко снижается, метаболизм в клетке нарушается вплоть до ее гибели. Выделяют три основных группы ингибиторов:

  • действующие на I комплекс, например, амитал (успокаивающее и снотворное средство), ротенон (пестицид широкого спектра),
  • действующие на III комплекс, например, антимицин А (экспериментальный антибиотик),
  • действующие на IV комплекс, например, сероводород (H2S), угарный газ (СО), цианиды (-CN).
Ингибиторы ферментов дыхательной цепи

Источник: biokhimija.ru

Все живые клетки постоянно нуждаются в АТФ для осуществления различных видов деятельности. Нарушение какого-либо этапа метаболизма, приводящие к прекращению синтеза АТФ, гибельны для клетки. Ткани с высокими энергетическими потребностями (ЦНС, миокард, почки, скелетные мышцы и печень) являются наиболее уязвимыми. Состояния, при которых синтез АТФ снижен объединяют термином «гипоэнергетические». Причины данных состояний можно разбить на две группы:

Алиментарные – голодание и гиповитаминозы В2 и РР – возникает нарушение поставки окисляемых субстратов в ЦТД или синтез коферментов.

Гипоксические – возникают при нарушении доставки или утилизации кислорода в клетке.

Регуляция ЦТД.Осуществляется с помощью дыхательного контроля.

Дыхательный контроль – это регуляция скорости переноса электронов по дыхательной цепи отношением АТФ/АДФ. Чем меньше это отношение, тем интенсивнее идет дыхание и активнее синтезируется АТФ. Если АТФ не используется, и его концентрация в клетке возрастает, то прекращается поток электронов к кислороду. Накопление АДФ увеличивает окисление субстратов и поглощение кислорода. 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 может изменяться в десятки раз.

Американский биохимик Д.Чанс предложил рассматривать 5 состояний митохондрий, при которых скорость их дыхания ограничивается определенными факторами:

1. Недостаток SH2 и АДФ – скорость дыхания очень низкая.

2. Недостаток SH2 при наличии АДФ – скорость ограничена.

3. Есть SH2 и АДФ – дыхание очень активно (лимитируется только скоростью транспорта ионов через мембрану).

4. Недостаток АДФ при наличии SH2 – дыхание тормозится (состояние дыхательного контроля).

5. Недостаток кислорода, при наличии SH2 и АДФ – состояние анаэробиоза.

Митохондрии в покоящейся клетке находятся в состоянии 4, при котором скорость дыхания определяется количеством АДФ. Во время усиленной работы могут пребывать в состоянии 3 (исчерпываются возможности дыхательной цепи) или 5 (недостаток кислорода) – гипоксии.

Ингибиторы ЦТД – это лекарственные препараты, которые блокируют перенос электронов по ЦТД. К ним относят: барбитураты (амитал), которые блокируют транспорт электронов через I комплекс дыхательной цепи, антибиотик антимицин блокирует окисление цитохрома b; монооксид углерода и цианиды ингибируют цитохромооксидазу и блокируют транспорт электронов на кислород.

Ингибиторы окислительного фосфорилирования (олигомицин) – это вещества, которые блокируют транспорт Н+ по протонному каналу АТФ-синтазы.

Разобщители окислительного фосфорилирования (ионофоры) – это вещества, которые подавляют окислительное фосфорилирование, не влияя при этом на процесс переноса электронов по ЦТД. Механизм действия разобщителей сводится к тому, что они являются жирорастворимыми (липофильными) веществами и обладают способностью связывать протоны и переносить их через внутреннюю мембрану митохондрий в матрикс, минуя протонный канал АТФ-синтазы. Выделяющаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла.

Искусственные разобщители – динитрофенол, производные витамина К (дикумарол), некоторые антибиотики (валиномицин).

Естественные разобщители – продукты перекисного окисления липидов, жирные кислоты с длинной цепью, большие дозы йодсодержащих гормонов щитовидной железы, белки термогенины.

На разобщении дыхания и фосфорилирования базируется терморегуляторная функция тканевого дыхания. Митохондрии бурой жировой ткани продуцируют больше тепла, так как присутствующий в них белок термогенин разобщает окисление и фосфорилировние. Это имеет важное значение в поддержании температуры тела новорожденных.

Глава 11
ТИПЫ ОКИСЛЕНИЯ. АНТИОКСИДАНТНЫЕ СИСТЕМЫ

 

все реакции с участием кислорода, протекающие в живом организме, называются биологическим окислением. Почти во всех клетках около 90 % потребляемого кислорода восстанавливается в цепи тканевого дыхания с участием цитохромоксидазы (окисление, сопряженное с фосфорилированием АТФ, выполняет энергетическую функцию). Однако в некоторых тканях содержатся ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции, в которых атомы кислорода включаются непосредственно в молекулу субстрата (свободное окисление, выполняет пластическую функцию). Хотя в таких специализированных реакциях потребляется лишь небольшая часть кислорода, поглощаемого клетками, эти реакции очень важны для организма.

Выделяют четыре типа реакций с участием кислорода
(табл 11.1.).

Таблица 11.1.

Типы окисления

Тип окисления Ферменты Основные продукты реакции
оксидазный Оксидазы S + Н2О
пероксидазный ФАД-зависимые оксидазы S + Н2О2
диоксигеназный Диоксигеназы SO2
монооксигеназный Монооксигеназы (гидроксилазы) SOH + H2O

 

Источник: helpiks.org


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.