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);

— из пролина      оксипролин;

— из лизина        оксилизин;

— 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

2Н₂О₂                       2Н₂О + 2О₂

 

— супероксиддисмутаза (СД), глутатионпероксидаза, обезвреживающие О₂ˉ:

 

                     СД

2О₂^— + 2Н⁺                        2Н₂О₂ + О₂

 

         каталаза

2Н₂О₂                             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:

Основание Основание Основание

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

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, дикумарол, жирные кислоты, непрямой билирубин, трийодтиронин.

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