1. Ферменти визначення властивості ферментів як біологічних каталізаторів
 Скачать 0.77 Mb.
|
|
15. Гормональна регуляція концентрації та обміну глюкози крові. У нормі через декілька годин після їди концентрація глюкози в крові людини складає 3,33-5,55 ммоль/л. При споживанні вуглеводної їжі вона зростає до 8-9 ммоль/л, а через 2 год повертається до норми. Голодування протягом декількох діб майже не відбивається на рівні глюкози в крові. Постійність концентрації глюкози дуже важлива з огляду на високу вірогідність порушення функцій головного мозку при гіпоглікемії. Це зумовлюється рядом обставин: 1) енергетичні потреби головного мозку забезпечуються тільки глюкозою (лишена пізній стадії голодування – кетоновими тілами); 2) запаси глікогену в головному мозку дуже незначні; 3) шляхом глюконеогенезу глюкоза в клітинах мозку не синтезується; 4) глюкоза надходить із крові в клітини головного мозку шляхом незалежної від інсуліну дифузії за градієнтом концентрації, при гіпоглікемії надходження стає недостатнім для нормального функціонування мозку. Швидкий розвиток гіперглікемї також може зумовити порушення функцій мозку.Концентрація глюкози в крові залежить від рівноваги між надходженням її в кров і споживанням тканинами. Оскільки виведення глюкози з організму з сечею в нормі дуже незначне, то підтримка сталості концентрації у відносно вузьких межах за значних коливань надходження з їжею забезпечується процесами обміну в тканинах. Система регуляторних механізмів включає гормони інсулін, глюкагон, адреналін, глюкокортикоїди, а також взаємодії між тканинами (печінкою, м'язами, мозком тощо). 16. Пентозофосфатний шлях окислення глюкози: схема процесу та біологічне значення. О сновний шлях катаболізму глюкози в організмі людини і тварин – це поєднання гліколізу і циклу лимонної кислоти. Проте існують другорядні шляхи, які виконують специфічні функції. Один із них (пентозофосфатний) включає перетворення глюкозо-6-фосфату в пентозофосфати і СО і таким чином забезпечує клітини рибозо-5-фосфатом для синтезу нуклеотидів і нуклеїнових кислот. Крім того, ПФШ постачає відновлену форму НАДФН, необхідну для реакцій відновлення під час синтезу жирних кислот і стероїдних сполук, для мікросомального окиснення. ПФШ складається з окисної і неокисної стадій. Усі реакції відбуваються в цитоплазмі клітин. У першій реакції окисної стадії глюкозо-6-фосфат окиснюється НАДФ + -залежною глюкозо-6-фосфатдегідрогеназою з утворенням НАДФН і 6-фосфоглюконолактону. Останній гідролізується лактоназою до 6-фосфоглюконової кислоти. Тому ПФШ називають також фосфоглюконатним. Далі фосфоглюконатдегідрогеназа каталізує одночасне дегідрування і декарбоксилювання 6-фосфоглюконату. Перший атом вуглецю гексозофосфату звільняється у вигляді СО. Утворюються пентоза (рибулозо-5-фосфат) і друга молекула НАДФ. Ці три реакції окисної стадії незворотні.Неокисна стадія ПФШ включає зворотні реакції ізомеризації пентоз і переходу їх у фруктозо-6-фосфат. Перетворення здійснюються через проміжні сполуки – гептозу (седогептулозо-7-фосфат), тетрозу (еритрозо-4-фосфат), тріозу (гліцеральдегід-3-фосфат) – під дією ферментів транскетолази і трансальдолази, які каталізують реакції перенесення, відповідно дво- і тривуглецевого фрагмента з одного вуглеводу на інший. Коферментом транскетолази є тіаміндифосфат. Утворений фруктозо-6-фосфат перетворюється в глюкозо-6-фосфат або розпадається шляхом гліколізу. Таким чином, ПФШ може переходити в гліколітичний. Так здійснюється утилізація пентоз, утворених в окисній стадії ПФШ, і рибозо-5-фосфату, утвореного при розпаді нуклеїнових кислот.Реакції неокисної стадії ПФШ перебігають і у зворотньому напрямку. Завдяки цьому пентози можуть синтезуватись із глюкози не через окисну стадію ПФШ, а із проміжних продуктів гліколізу – фруктозо-6-фосфату і гліцеральдегід-3-фосфату. Сумарний перехід пяти молекул фруктозо-6-фосфату дасть шість молекул рибозо-5-фосфату. Такий напрямок реакцій неокисної стадії ПФШ має місце в тканинах, в яких потреба в пентозах більша, ніж потреба в НАДФН. На відміну від гліколізу і циклу лимонної лимонної кислоти, ПФШ може функціонувати в різних тканинах в декількох варіантах. Вибір напрямку і варіанту ПФШ визначається наявністю субстратів і потребою клітини в продуктах. При потребі в НАДФН і рибозо-5-фосфаті ПФШ може закінчуватись утворенням пентози. 2. Коли потреба в НАДФН більша, ніж потреба в пентозах, окисна стадія доповнюється переходом пентозу глюкозо-6-фосфат, який знову окиснюється до пентоз. Із сумарним процесом краще ознайомитись, розглядаючи 6 молекул глюкозо-6-фосфату.Звернемо увагу, що всі молекули СО утворюються із різних молекул глюкозо-6-фосфату. Значною потребою в НАДФН відрізняються жирова тканина, молочна залоза в період лактації, печінка (для синтезу жирних кислот, кора надниркових залоз і сім'яники (для синтезу стероїдних гормонів), еритроцити (для відновлення окисненого глутатіону). Тому в цих тканинах велика частина глюкози окиснюється пентозофосфатним шляхом. 3. Коли потреба в рибозо-5-фосфаті для синтезу нуклеотидів значно більша, ніж потреба в НАДФН, то відбувається його утворення з фруктозо-6-фосфату реакціями неокисної стадії ПФШ. Величини відносних вкладів окисного і неокисного шляхів утворення пентозу тканинах організму вивчені недостатньо. 4. Рибозо-5-фосфат, що виникає при розпаді нуклеотидів і нуклеїнових кислот, через реакції неокисної стадії ПФШ включається в гліколіз та аеробний розпад і, таким чином, може служити джерелом енергії.Регуляторний фермент ПФШ – глюкозо-6-фосфатдегідрогеназа. Активність його гальмується продуктом реакції – НАДФН. Таким чином, інтенсивність ПФШ залежить від швидкості використання НАДФН у реакціях анаболізму і контролюється відношенням у клітині НАДФ + /НАДФН. Для глюкозо-6-фосфатдегідрогенази еритроцитів відкрита велика кількість варіантів (приблизно 80), які відрізняються за каталітичною активністю, спорідненістю із субстратами, чутливістю до температури, рН, інгібіторів, електрофоретичною рухомістю. Активність ферменту може бути зниженою різною мірою, аж до нульової. Наявність у людини варіанту глюкозо-6-фосфатдегідрогенази з активністю, близькою до нуля, проявляється клінічно гемолітичною анемією. При вираженій недостатності ферменту (активність нижча 10 %) анемія розвивається лише під впливом деяких лікарських середників (протималярійних, сульфаніламідних та ін.). У людей із менш вираженою недостатністю ферменту клінічні прояви, як правило, відсутні. Механізм розвитку гемолітичної анемії при цій спадковій патології полягає в наступному. В еритроцитах НАДФ переводить окиснений глутатіон у відновлений. Останній попереджує пероксидне окиснення ліпідів мембран, захищає від окиснення SH-групи білків, підтримує відновлений стан заліза в гемоглобіні. Знижена продукція НАДФН внаслідок вираженої недостатності глюкозо-6-фосфатдегідрогенази зумовлює зниження рівня в еритроцитах відновленого глутатіону і, як наслідок, гемоліз еритроцитів. 17. Метаболічні шляхи перетворення фруктози та галактози; спадкові ензимопатії їх обміну. Шляхом гліколізу розщеплюється не тільки глюкоза, ай інші моносахариди – фруктоза, галактоза, маноза. У першій реакції моносахариди фосфорилюються через взаємодію з АТФ, а далі по-різному перетворюються в проміжні продукти гліколізу .Фосфорилювання фруктози каталізують два ферменти – гексокіназа і фруктокіназа. Неспецифічна гексокіназа, яка діє на більшість гексоз, перетворює фруктозу у фруктозо-6-фосфат:Гексокіназа має низьку спорідненість із фруктозою, тому цим шляхом фосфорилюється незначна її кількість. Фермент печінки фруктокіназа каталізує фосфорилювання фруктози запершим атомом вуглецю:Фруктозо-1-фосфат, на відміну від фруктозо-6-фосфату, не перетворюється у фруктозо-1,6-дифосфат, а відразу розщеплюється на 2 тріози – діоксіацетонфосфат і гліцеральдегід. Реакцію каталізує альдолаза фруктозо-1-фосфату. Гліцеральдегід фосфорилюється при взаємодії з АТФ під дією тріозокінази і таким чином обидві тріози переходять на шлях гліколізу. Оскільки перетворення фруктози в тріози здійснюється без участі двох регуляторних реакцій гліколізу (гексокіназної і фосфофруктокіназної), які обмежують швидкість процесу, катаболізм фруктози відбувається значно швидше, ніж глюкози. Відомі два спадкові порушення обміну фруктози – есенціальна фруктозурія і непереносимість фруктози У першому випадку зростає її вміст у крові й сечі. Така фруктозурія не супроводжується патологічними ознаками і важливого клінічного значення не має. У другому випадку генетичний дефект альдолази фруктозо-1-фосфату зумовлює суттєві порушення обміну вуглеводів, гіпоглікемію, ураження печінки. При споживанні фруктози накопичується фруктозо-1-фосфат, який гальмує активність глікогенфосфорилази, ряду ферментів гліколізу і глюконеогенезу. Хвороба звичайно виявляється під час переходу від грудного годування дітей до їжі, що містить цукор, коли спостерігаються напади блювання і судоми після їди. При непереносимості фруктози необхідно різко обмежити її споживання.. При спадковій галактоземії відсутня галактозо-1-фосфат-уридилтрансфераза, що зумовлює накопичення в крові й тканинах галактозо-1-фосфату, вільної галактози і спирту дульциту – продукту відновлення галактози. Високий їх вміст діє токсично, в немовлят після споживання молока відзначаються блювання і пронос. Швидко збільшується печінка, погіршується зір із-за катаракти, затримується розумовий розвиток. Раннє виявлення захворювання і вилучення галактози (лактози молока) з їжі дозволяють не допустити появи клінічних симптомів і забезпечити нормальний розвиток дитини. 1. Катаболізм триацилгліцеролів в адипоцитах жирової тканини: послідовність реакцій, механізми регуляції активності тригліцеридліпази. Реакції катаболізму триацилгліцеролівФерментативний гідроліз (ліполіз) триацилгліцеролів в адипоцитах та інших кліти-нах, де накопичуються нейтральні жири, є фізіологічним механізмом, шо має суттєвезначення як постачальник хімічної енергії, особливо в умовах вичерпання вуглевод- них резервів та при стресових ситуаціях. Процес розщеплення триацилгліцеролів ізвивільненням жирних кислот, які виходять у кров, отримав назву мобілізації жирнихкислот із жирової тканини.Внутрішньоклітинний ліполіз триащиюііцеролів ( ГГ) здійснюється в декілька стадій, продуктами яких є діацилгліцероли (дигліцериди - ДГ), моноаішлгліцероли (монопліце-риди - МГ, гліцерол та вільні жирні кислоти: Вільні жирні кислоти (неетерифіковані жирні кислоти - НЕЖК) с субстратамиокислення для клітин багатьох тканин, зокрема міокарда, скелетної, гладенької мус-кулатури тощо, крім головного мозку. Після надходження в плазму крові нерозчинні уводній фазі плазми крові високомолекулярні жирні кислоти транспортуються у зв’язаній із сироватковим альбуміном молекулярній формі. 2. Нейрогуморальна регуляція ліполізу за участю адреналіну, норадреналіну, глюкагону та інсуліну). Регуляція метаболізму ліпідів здійснюється за рахунок впливу фізіологічних та біо-хімічних ефектів нейроендокринної системи відносно швидкість-лімітуючих реакційобміну даного класу біомолекул. Певні гормони та нейромедіатори впливають на ка-талітичну активність і внутрішньоклітинну концентрацію ключових ферментів розщеплення й біосинтезу ліпідів. Найбільш вивченою є нейрогуморальна регуляція внутрішньоклітинного гідролізу або ліполізу резервних триацилгліцеролів.Адреналін, норадреналін, глюкагонАдреналін та норадреналін - катехоламіни, що активують ліполіз у жировій тка-нині за рахунок стимуляції цАМФ-залежного каскадного механізму регуляції актив-ності ТГ-ліпази адипоцитів. Ліполітична дія цих гормонів реалізується за умов фізіо-логічних (фізичне напруження, зниження температури навколишнього середовища)та психологічних (страх, тривога) стресів, що супроводжуються секрецією з мозково-го шару надниркових залоз адреналіну, а також стимуляцією симпатичної нервової системи та вивільненням у синапсах нейронів норадреналіну, які взаємодіють із ад-ренергічними рецепторами мембран адипоцитів.Глюкагон - панкреатичний гормон, що стимулює ліполітичну систему в жировійтканині за механізмом, подібним до дії катехоламінів, тобто за рахунок підвищення вадипоцитах вмісту цАМФ, пов’язаного з активацією аденілатциклази. Дія глюкагонупроявляється в умовах зниження концентрації глюкози в крові через зменшення її над-ходження з кишечнику або посиленого використання в тканинах.У цілому за рахунок розглянутих біохімічних механізмів метаболічні ефекти кате-холамінів та глюкагону призводять до швидкої стимуляції глікогенолізу в печінці і м’язах та ліполізу в жировій тканині, що забезпечує підвищені енергетичні потреби організму за умов стресу або голодування.ІнсулінНа відміну від зазначених гуморальних факторів, що активують ТГ-ліпазу адипо-цитів, спричиняючи мобілізацію НЕЖК із жирової тканини, гормон інсулін гальмуєпроцес ліполізу та вивільнення жирнихкислот. Інгібуюча дія інсуліну відносно ліполізув адипоцитах реалізується за рахунок двох біохімічних механізмів:а) зменшення концентрації цАМФ, що може бути пов’язане з активацією фосфо-дісстсрази цАМФ;б) збільшення проникності мембран адипоцитів до глюкози, результатом чого сактивація в жировій тканині гліколізу і, відповідно, накопичення гліколітичних мета-болітів діоксіацстонфосфаіу та 3-фосфогліцсринальдегіду. Ці метаболіти, усвою чергу,є попередниками гліцсрол-3-фосфату, що необхідний для реетерифікації жирних кислот при біосинтезі триацилгліцеролів. Таким чином, стимульоване інсуліном підвище-не надходження в адипоцити глюкози переключає метаболізм жирних кислот на використання їх здебільшого в синтетичних реакціях і зменшує їх вихід у кров.Розглянуті біохімічні особливості дії інсуліну пояснюють певні зміни вуглеводного таліпідного обмінів, що спостерігаються при голодуванні та цукровану діабеті. Зазначеністани, для яких властиве зниження концентрації інсуліну в крові, характеризуються також зниженням надходження в адипоцити глюкози, що, зменшуючи шюкозозалежне гальмування мобілізації жирних кислот (див. вище), сприяє їх виходу в плазму крові та використанню іншими тканинами як енергетичного джерела. Введення глюкози та інсуліну хворим на цукровий діабет або експериментальним тваринам, що голодують, спричиняє інгібування ліполізу в адипоцитах і протидієнадмірному збільшенню НЕЖК у плазмі крові.Соматотропін - гормон передньої частки гіпофіза, який також стимулює ліполізу жировій тканині за умов голодування, але його ліполітична дія суттєво відрізняється від дії катехоламінів та глюкагону. Соматотропін спричиняє підвищення процесівліполізу за рахунок підвищення синтезу відповідних ферментних білків. Метаболічніефекти соматотропіну розвиваються повільно, що свідчитьпро його значення в поступовій адаптації до голодування.Ліполіз в інших тканинах (м’язах, печінці) регулюється за подібними нейрогу- моральними механізмами. 3. Реакції окислення жирних кислот (β-окислення); роль карнітину в транспорті жирних кислот в мітохондрії. 5. Окислення гліцеролу: ферментативні реакції, біоенергетика. 6. Кетонові тіла. Реакції біосинтезу та утилізації кетонових тіл, фізіологічне значення Гліцерол, що утворюється при розщепленні тріацилгліцеролів або гліцерофосфоліпідів, може вступати на шлях катаболізму (окиснення) або знову використовуватися для біосинтезу різних класів гліцеридів.Обмін гліцерину тісно пов'язаний з гліколізом, у реакції якого метаболіти гліцерину включаються за схемоюГліцеролα-ГліцеролфосфатАТФНАД 7. Порушення обміну кетонових тіл за умов патології (цукровий діабет, голодування). Метаболізм кетонових тіл в умовах патологіїУ нормі концентрація кетонових тіл у крові та більшості тканин незначна (в се-редньому 10-20 мг/л). Протеза умов голодування та цукрового діабету створюються метаболічні умови, за яких кількість кетонових тіл у тканинах різко підвищується за рахунок значної активації їх синтезу. При цьому значно зростають як концентраціякетонових тіл у крові (кетонемія), так і їх виділення з сечею (кетонурія).Біохімічною основою зростання вмісту кетонових тіл в умовах патологи єзменшення ступеня утилізації ацетил-КоА в циклі трикарбонових кислотвнаслідок порушень вуглеводного обміну.Справа в тому, шо входження ацетил-КоА в ЦТК залежить від наявності в клітинідостатньої кількості оксалоацстату, необхідного для утворення цитрату. Усвою чер-гу, утворення оксалоацстату, необхідного для нормального функціонування трикарбонового циклу, залежить від кількості пірувату (розділ 10.4), основним постачальникомякого с гліколітичне розщеплення глюкози. В умовах зменшеного надходження в клітинуглюкози (голодування, цукровий діабет) оксалоацетат спрямовується на шлях піюко-неогенезу і стає недосяжним для взаємодії з ацетил-КоА в цитратсинтазній реакції. Узазначених метаболічних умовах ацетил-КоА значною мірою використовується длясинтезу кетонових тіл - ацетоацетагу та Р-гідроксибутирагу. Сприяє накопиченню вклітинах ацетил-КоА також його підвищене утворення при р-окислснні жирних кислот за рахунок стимуляції в умовах глюкозного голодування ліполізу в жировій тканині. Цібіохімічні закономірності пояснюють давній вислів "Жири згоряють у полум ї вуг-леводів”Введення в організм глюкози (при голодуванні), або глюкози з інсуліном (при цук-ровому діабеті) підвищує внутрішньоклітинний рівень моносахариду і нормалізуєгліколіз, що призводить до активації утилізації ацетил-КоА в циклі трикарбонових кислот і зменшення утворення кетонових тіл. Проте в умовах відсутності необхідної те-рапії концентрація ацетоацетату, Р-гідроксибутирату та ацетону в організмі хворих нацукровий діабет може зростати в десятки разів, супроводжуючись порушенням кислотно-лужного балансу і розвитком метаболічного кетоацидозу, який с небезпечнимдля нормального функціонування клітин головного мозку. 9. Біосинтез моно- та поліненасичених жирних кислот в організмі людини. Мононенасичені жирні кислоти Мононснасичені кислоти - пальмітоолеїнова Ста олеїнова С містять подвійний зв’язок між м там атомами вуглецю.Ці жирні кислоти можуть утворюватися в організмі людини за рахунок дегідрування відповідних насичених кислот (пальмітинової Ста стеаринової С - 2H → C 16:1 C 18 - 2H → C 18:1 Утворення зазначеного подвійного зв’язку здійснюється за участю системи десату-рації жирних кислот (ацил-КоА-оксигенази), що належить за механізмом дії домікросомальних монооксигеназ (оксигеназ мішаної функції), які потребують для свого функціонування НАДФН (або НАДН) та включають цитохром b 5 електроно-транспортного ланцюга, локалізованого в мембранах ендоплазматичного ретикулуму гепатоцитів: Стеароїл-КоА (С) + НАДФН + Н + O 2 Олеїл-КоА (С) + НАДФ + 2 Н |