биохимия экзамен. 1. Белки элементный и аминокислотный состав. Физиологическая роль белков. Первичная структура белков и ее информационная роль. Конформация белка этапы формирования, особенности влияния условий среды. Конформационная лабильность белков
 Скачать 6.55 Mb.
|
Органоспецифичные аминотрансферазы АЛТ и АСТ 1%).Токсичность аммиака Аммиак — токсичное соединение. Даже небольшое повышение его концентрации оказывает неблагоприятное действие на организм, и, прежде всего на ЦНС. Механизм токсического действия аммиака: 1. Аммиак легко проникает через мембраны в клетки и в митохондриях сдвигает реакцию, катализируемую глу-ДГ, в сторону образования глу: α-Кетоглутарат + НАДH2 + NH3 → глу + НАД. Уменьшение концентрации α-кетоглутарата вызывает: · угнетение реакции трансаминирования АК и снижение синтеза из них нейромедиаторов (ацетилхолина, дофамина и др.); · снижения скорости ЦТК и развитие энергодефицита. Недостаточность α-кетоглутарата ускоряет реакции синтеза ЩУК из ПВК, сопровождающейся интенсивным потреблением СО2 (особенно характерны для клеток головного мозга). 2. Повышение концентрации аммиака в крови сдвигает рН в щелочную сторону, вызывает алкалоз. Алкалоз увеличивает сродство гемоглобина к кислороду, что препятствует отдачи им кислорода. В результате 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: 4. Глу + NH3 + АТФ → Глн + АДФ + Н3РО4. Накопление глн в клетках нейроглии приводит к повышению в них осмотического давления, набуханию астроцитов и в больших концентрациях вызвает отёк мозга. Снижение концентрации глу нарушает обмен АК и нейромедиаторов, в частности синтез γ-аминомасляной кислоты (ГАМК), основного тормозного медиатора. При недостатке ГАМК и других медиаторов нарушается проведение нервного импульса, возникают судороги. 5. Ион NH4+ практически не проникает через цитоплазматические и митохондриальные мембраны. Избыток NH4+ в крови нарушает трансмембранный перенос одновалентных катионов Na+ и К+, конкурируя с ними за ионные каналы, что также влияет на проведение нервных импульсов. 6. Низкие концентрации аммиака стимулируют дыхательный центр, а высокие – угнетают. Связывание (обезвреживание) аммиака В связи с токсичностью аммиака в тканях происходит его связывание с образованием нетоксичных соединений – АК и мочевины. Процесс образования и обезвреживания аммиака регулируют в основном ферменты глутаматдегидрогеназа и глутаминсинтетаза. Обмен глутамата В мозге и некоторых других органах может протекать восстановительное аминирование α-кетоглутарата под действием глутаматдегидрогеназы, катализирующей обратимую реакцию. Однако этот путь обезвреживания аммиака в тканях используется слабо, так как глутаматдегидрогеназа катализирует преимущественно реакцию дезаминирования глутамата. Хотя, если учитывать последующее образование глутамина, реакция выгодна для клеток, так как способствует связыванию сразу 2 молекул NH3. Обмен глутамина Основной реакцией связывания аммиака, протекающей во всех тканях организма (основные поставщики мышцы, мозг и печень), является синтез глутамина под действием глутаминсинтетазы: Глутаминсинтетаза находиться в митохондриях клеток, содержит кофактор — ионы Mg2+, является одним из основных регуляторных ферментов обмена АК. Глутамин, путём облегчённой диффузии, легко проходит клеточные мембраны (для глутамата возможен только активный транспорт), поступает из тканей в кровь и транспортируется в кишечник и почки. В почках происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием аммиака: Аммиак с протонами и анионами образует соли аммония (0,5 г/сут), которые выделяются с мочой. Этот процесс используется для регуляции КОС и сохранения в организме важнейших катионов Na+ и К+. Глутаминаза почек значительно индуцируется при ацидозе, ингибируется при алкалозе. В клетках кишечника также под действием глутаминазы происходит гидролитическое освобождение амидного азота в виде аммиака: Образовавшийся аммиак поступает через воротную вену в печень или удаляется из организма с фекалиями. Высокий уровень глутамина в крови и лёгкость его поступления в клетки обусловливают использование глутамина во многих анаболических процессах. Глутамин — основной донор азота в организме. Амидный азот глутамина используется для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, аспарагина, аминосахаров и других соединений. Обмен аспарагина Обезвреживание аммиака в тканях происходит незначительно при синтезе аспарагина под действием глутаминзависимой и аммиакзависимой аспарагинсинтетазы. Первая функционирует в животных клетках, вторая преобладает в бактериальных клетках, но присутствует и у животных. Обмен аланина Из мышц и кишечника избыток аминого азота выводится преимущественно в виде аланина. В кишечнике: Глутамат подвергается трансаминированию с ПВК с образованием аланина и α-кетоглутарата. Аланин поступает из кишечника в кровь воротной вены и поглощается печенью. В мышцах: Образование аланина в мышцах, его перенос в печень связан с обратным переносом в мышцы синтезированной в печени глюкозы. Этот процесс называется глюкозо-аланиновый цикл: Он необходим, так как активность глу-ДГ в мышцах невелика и непрямое дезаминирование АК малоэффективно. Мышцы выделяют особенно много аланина в силу их большой массы, активного потребления глюкозы при физической работе, а также потому, что часть энергии они получают за счёт распада АК. Образовавшийся аланин поступает в печень, где подвергается непрямому дезаминированию. Выделившийся аммиак идет на синтез мочевины, а ПВК включается в глюконеогенез. Глюкоза из печени поступает в ткани и там, в процессе гликолиза, опять окисляется до ПВК. 40.Биосинтез мочевины. Цикл Кребса-Хензелайта (орнитиновый цикл). Химизм процесса, роль аспартата в этом процессе. Нарушение биосинтеза мочевины. Гипераммониемия. Врожденные ферментныенарушения цикла мочевинообразования (цитрулинемия и аргининемия). Большая часть свободного аммиака, а также аминного азота в составе АК (в основном глутамин, аланин) поступают в печень, где из них синтезируется нетоксичное и хорошо растворимое в воде соединение — мочевина. Мочевина является основной формой выведения азота из организма человека. Синтез мочевины происходит в цикле, который замыкается орнитином. Цикл открыли в 40-х годах XX века немецкие биохимики Г. Кребс и К. Гензелейт. Мочевина (карбамид) — полный амид угольной кислоты — содержит 2 атома азота, один из аммиака, другой – из асп. Реакции орнитинового цикла  Предварительно в митохондриях под действием карбамоилфосфатсинтетазы I с затратой 2 АТФ аммиак связывается с СО2 с образованием карбамоилфосфата (Карбамоилфосфатсинтетаза II локализована в цитозоле клеток всех тканей и участвует в синтезе пиримидиновых нуклеотидов). В митохондриях орнитинкарбамоилтрансфераза переносит карбамоильную группу карбамоилфосфата на орнитин и образуется — цитруллин 2. В цитозоле аргининосукцинатсинтетаза с затратой 1 АТФ (двух макроэргических связей) связывает цитруллин с аспартатом и образует аргининосукцинат(аргининоянтарная кислота). Фермент нуждается в Mg2+. Аспартат — источник второго атома азота мочевины. 3. В цитозоле аргининосукцинатлиаза (аргининсукциназа) расщепляет аргининосукцинат на аргинин и фумарат (аминогруппа аспартата оказывается в аргинине). 4. В цитозоле аргиназа гидролизует аргинин на орнитин и мочевину. У аргиназы кофакторы ионы Са2+ или Мn2+, ингибиторы - высокие концентрации орнитина и лизина. Образующийся орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата,и цикл замыкается.  Регенерация аспартата из фумарата Фумарат, образующийся в орнитиновом цикле, в цитозоле превращается в ЩУК, который переаминируется с аланином или глутаматом с образованием аспартата. Аланин поступает главным образом из мышц и клеток кишечника Малат может направиться в митохондрии и включиться в ЦТК. Пируват, образующийся в этих реакциях из аланина, используется для глюконеогенеза. Общее уравнение синтеза мочевины: CO2 + NH3 + асп + 3 АТФ + 2 Н2О → мочевина + фумарат + 2АДФ + АМФ + 2Фн + ФФн Энергетический баланс орнитинового цикла На синтез 1 мочевины расходуются 4 макроэргических связи 3 АТФ. Дополнительные затраты энергии связаны с трансмембранным переносом веществ и экскрецией мочевины. Энергозатраты при этом частично компенсируются: · при окислительном дезаминировании глутамата образуется 1 молекула НАДН2, которая обеспечивает синтез 3 АТФ; · в ЦТК, при превращении малата в ЩУК образуется еще 1 молекула НАДН2, которая также обеспечивает синтез 3 АТФ; Орнитиновый цикл в печени выполняет 2 функции: 1. превращение азота АК в мочевину, которая экскретируется и предотвращает накопление токсичных продуктов, главным образом аммиака; 2. синтез аргинина и пополнение его фонда в организме. Полный набор ферментов орнитинового цикла есть только в гепатоцитах. Отдельные же ферменты орнитинового цикла обнаруживаются в разных тканях. Но активность этих рассеянных по разным органам ферментов значительно ниже, чем в печени. Выделение азота из организма Азот выводиться из организма с мочой, калом, потом и с выдыхаемым воздухом в виде различных соединений. Основная масса азота выделяется из организма с мочой в виде мочевины (до 90%). В норме соотношение азотсодержащих веществ в моче составляет: мочевина 86%, креатинин 5%, аммиак 3%, мочевая кислота 1,5% и другие вещества 4,5%. Экскреция мочевины в норме составляет 25 г/сут, солей аммония 0,5 г/сут. ГИПЕРАММОНИЕМИЯ Нарушение реакций обезвреживания аммиака может вызвать повышение содержания аммиака в крови — гипераммониемию, что оказывает токсическое действие на организм. Причинами гипераммониемии могут быть: 1. генетические дефекты ферментов орнитинового цикла в печени; 2. вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита или других заболеваний. Известны пять наследственных заболеваний, обусловленные дефектом пяти ферментов орнитинового цикла.  Снижение активности какого-либо фермента синтеза мочевины приводит к накоплению в крови субстрата данного фермента и его предшественников. При гипераммониемиях I и II типа происходит накопление карбамоилфосфата в митохондриях и выход его в цитозоль. Это вызывает увеличение скорости синтеза пиримидиновых нуклеотидов (вследствие активации карбамоилфосфатсинтетазы II), что приводит к накоплению оротата, уридина и урацила и выведению их с мочой. Тяжесть течения заболевания зависит также от степени снижения активности ферментов. Все нарушения орнитинового цикла приводят к значительному повышению в крови концентрации аммиака (до 6000 мкмоль/л), глутамина и аланина. Гипераммониемия сопровождается появлением следующих симптомов: · тошнота, повторяющаяся рвота; · головокружение, тремор, судорожные припадки; · нечленораздельная речь; · потеря сознания, отёк мозга (в тяжёлых случаях); · отставание умственного развития (при хронической врождённой форме). · В тяжёлых случаях развивается кома с летальным исходом. Все симптомы гипераммониемии — проявление действия аммиака на ЦНС. Для диагностики различных типов гипераммониемии производят определение содержания аммиака в крови, метаболитов орнитинового цикла в крови и моче, активности фермента в биоптатах печени. Лечение больных с различными дефектами орнитинового цикла в основном направлено на снижение концентрации аммиака в крови за счёт малобелковой диеты, введения кетоаналогов АК в рацион и стимуляцию выведения аммиака в обход нарушенных реакций |