И. Э. Егорова, А. И. Суслова, В. И. Бахтаирова биохимия. Краткий курс
 Скачать 1.92 Mb.
|
|
Синтез катехоламинов из тирозина. В нервной ткани, в мозговом веществе надпочечников тирозин гидроксилируется, превращается в небелковую аминокислоту дигидрофенилаланин (ДОФА), который декарбоксилируется в дофаминергической системе, превращаясь в дофамин. В симпатико-адреналовой системе дофамин гидроксилируется с участием аскорбата, превращаясь в норадреналин. Последний метилируетсяSAM в адреналин. Декарбоксилирование триптофана. Декарбоксилированию триптофана предшествует его гидроксилирование в 5-ОН-триптофан. Продукт декарбоксилирования 5-ОН-триптофана – серотонин. Серотонин – нейротрансмиттер в некоторых проводящих путях головного мозга (реализует эффекты с участием группы серотониновых рецепторов). Серотонин обнаружен в высокой концентрации в энтерохромафинных клетках желудочно-кишечного тракта (кишечник), а также в лѐгких. В крови транспортируется в комплексе с тромбоцитами. Серотонин способствует лидерству (много серотонина вырабатывается у боевого генерала, у волка – вожака стаи), снижает чувство страха, агрессивность. Серотонин – мощный антидепрессант (большая группа антидепрессантов является ингибиторами обратного захвата серотонина и/ или норадреналина). Серотонин является важным нейрогормоном, поддерживающим нормальную психическую деятельность, обладает сосудосуживающим действием, регулирует ряд центральных вегетативных функций – регулирует температуру тела, дыхание, кровяное давление. 70 Кроме того, серотонин снижает активность половых желѐз, увеличивает моторику кишечника, увеличивает свѐртывание крови, увеличивает пролиферацию, участвует в воспалительных и аллергических реакциях. Метаболизируется серотонин, главным образом, под действием моноаминооксидазы (МАО). Конечный продукт метаболизма – 5- оксииндолилуксная кислота выводится почками, содержание которой в моче характеризует состояние синтеза и освобождения серотонина из депо. В шишковидной железе из серотонина синтезируется гормон мелатонин, который снижает активность половых желѐз, пигментацию кожи, способствует сну («гормон темноты»). Малые дозы мелатонина в медицине применяются как снотворное. 6.3. ОБМЕН ПО АМИНОГРУППЕ Аминокислоты, поступившие в клетки, подвергаются катаболизму. Катаболизм большинства аминокислот начинается с отщепления - аминогруппы. Аминокислоты теряют аминогруппу в результате двух типов реакций: трансаминирования (переаминирования) и дезаминирования – прямого для глутамата и непрямого – для остальных аминокислот. Переаминирование – обратимый процесс переноса -аминогруппы с аминокислоты на -кетокислоту, в результате чего образуются новая кетокислота и новая аминокислота (рис. 16). Процесс протекает без промежуточного образования аммиака. Катализируют реакции ферменты аминотрансферазы, коферментом которых служит пиридоксальфосфат – производное витамина В 6 . Аминотрансферазы обладают субстратной специфичностью. Наиболее распространенными ферментами являются Рис. 16. Обмен аминокислот аланинаминотрансфераза (АЛТ), которая катализирует реакцию переаминирования между аланином и -кетоглутаратом, и аспартатаминотрансфераза (АСТ), которая катализируетреакцию переаминирования между аспартатом и -кетоглутаратом. Активность АЛТ наиболее велика в ткани печени, а АСТ – в сердечной мышце. Поэтому 71 повышение в крови активности АЛТ характерно для заболеваний печени, а повышение активности АСТ – для инфаркта миокарда. Иногда для диагностики используют коэффициент де Ритиса (отношение активности АСТ/АЛТ). В норме он равен 1,33±0,42. Отношение менее 1,0 характерно для острого вирусного гепатита. При инфаркте миокарда коэффициент возрастает. Значение переаминирования: переаминирование – первая стадия непрямого дезаминирования большинства аминокислот, т.е. начальный этап их катаболизма. Образующиеся при этом кетокислоты окисляются в ЦТК или используются для синтеза глюкозы и кетоновых тел. Переаминирование – это заключительный этап синтеза заменимых аминокислот из соответствующих кетокислот, если они в данный момент необходимы клеткам. Дезаминирование аминокислот – реакция отщепления -аминогруппы от аминокислоты, в результате чего образуется -кетокислота (безазотистый остаток) и выделяется молекула аммиака. Дезаминирование бывает окислительным и непрямым. Окислительному дезаминированию подвергается глутамат. Реакцию катализирует глутаматдегидрогеназа, коферментом которой является НАД. Реакция протекает в 2 этапа: сначала происходит ферментативное дегидрирование глутамата с образованием иминоглутаровой кислоты, затем – неферментативное гидролитическое отщепление иминогруппы в виде аммиака, в результате чего образуется -кетоглутарат. Глутаматдегидрогеназная реакция обратима и при повышении концентрации аммиака в клетке может протекать в обратном направлении, как восстановительное аминирование -кетоглутарата (рис. 17). Глутаматдегидрогеназа является регуляторным ферментом. Ее аллостерически ингибируют АТФ, ГТФ, НАДН. Высокие концентрации АДФ активируют фермент. Таким образом, низкий энергетический уровень в клетках стимулирует разрушение аминокислот и образование -кетоглутарата, поступающего в ЦТК как энергетический субстрат. Рис.17. Взаимопревращение амино- и кетокислот 72 Непрямое дезаминирование. Большинство аминокислот не способно дезаминироваться в одну стадию, подобно глутамату. Аминогруппы таких аминокислот в результате переаминирования переносятся на -кетоглутарат с образованием глутамата, который затем подвергается прямому окислительному дезаминированию. Такой механизм дезаминирования аминокислот в 2 стадии получил название непрямогодезаминирования. Оно протекает при участии 2 ферментов: аминотрансфераз и глутаматдегидрогеназы. 6.4. ИСТОЧНИКИ АММИАКА И ЕГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ. Аммиак образуется в результате дезаминирования глутамата, биогенных аминов, нуклеотидов.Часть аммиака образуется в кишечнике в результате действия бактерий (гниение белков в кишечнике). Образование аммиака происходит во всех клетках, а процессы его окончательного обезвреживания – в печени и почках (рис.18). Рис. 18. Поток азота при катаболизме аминокислот Аммиак – токсичное соединение (в первую очередь для ЦНС). Низкая концентрация аммиака в крови свидетельствует о том, что в клетках происходит связывание аммиака (первичное обезвреживание) с образованием нетоксичных соединений (транспортных форм) в виде которых аммиак доставляется в печень и почки для окончательного обезвреживания. Основным путем первичного обезвреживания аммиака является образование амидов – глутамина и аспарагина. Глутамин образуется под действием глутаминсинтетазы, при этом затрачивается молекула АТФ. Аспарагин образуется под действием аспарагинсинтетазы, при этом также затрачивается молекула АТФ, но она расщепляется до АМФ. 73 В мозге и некоторых других тканях аммиак связывается в результате восстановительногоаминирования под действием глутаматдегидрогеназы. В печени и почках происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием аммиака. Аммиак, соединяясь с кислотами, выводится в виде солей аммония с мочой (0,5 г в сутки). Этот процесс является одним из механизмов регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме и сохранения важнейших катионов для поддержания осмотического давления. Синтез глутаминазы повышается при ацидозе, образующийся при этом аммиак нейтрализует кислые продукты обмена. Эта реакция защищает организм от излишней потери ионов Nа + и К + , которые также могут использоваться для выведения анионов кислот и утрачиваться. В печени аммиак обезвреживается путем синтеза мочевины (рис.19). Мочевина – нетоксичный, водорастворимый конечный продукт азотистого обмена, выводимый почками. За сутки с мочой выделяется около 25 г мочевины. При повышении количества потребляемого с пищей белка выделение мочевины увеличивается. Синтез мочевины (орнитиновый цикл) происходит только в печени. Рис. 19. Синтез мочевины Мочевина – полный амид угольной кислоты (карбамид) – содержит 2 атома азота. Источником одного из них является аммиак, который связывается с СО 2 с образованием карбамоилфосфата под действием карбамоилфосфатсинтетазы. Далее карбамоильная группа карбамоилфосфата переносится на орнитин с образованием цитруллина. В следующей реакции аргининосукцинатсинтетаза связывает цитруллин с аспартатом и образует ар- гининосукцинат. Аспартат является источником второго атома азота мочевины. Далее аргининосукцинат расщепляется на аргинин и фумарат, при этомаминогруппа аспартата оказывается в молекуле аргинина. Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы, в результате чего образуется орнитин и мочевина. 74 Нарушение реакций обезвреживания аммиака может вызвать повышение концентрации аммиака в крови – гипераммониемию, что оказывает токсическое действие на организм. Причинами гипераммониемии могут выступать как генетические дефекты ферментов орнитинового цикла в печени, так и вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита. К симптомам гипераммониемии относят тремор, тошноту, рвоту, нечленораздельную речь, головокружение, судороги, потерю сознания. В тяжелых случаях может развиться кома с летальным исходом. 6.5. СУДЬБА БЕЗАЗОТИСТОГО ОСТАТКА АМИНОКИСЛОТ В ходе катаболизма аминокислоты превращаются в кетокислоты (безазотистые остатки). Большая часть аминокислот превращается в пируват или непосредственно (серин, аланин), либо более сложным путем – сначала превращаются в один из метаболитов ЦТК, который затем в реакциях цикла Кребса превращается в оксалоацетат, из которого затем синтезируется фосфоенолпируват. Из фосфоенолпирувата под действием пируваткиназы образуется пируват. Пируват подвергается окислительному декарбоксилированию и превращается в ацетил-КоА, который сгорает в ЦТК до СО 2 и воды с выделением энергии. Такой путь преимущественно проходят аминокислоты пищи. Аминокислоты, которые превращаются в пируват и промежуточные продукты ЦТК и в конечном итоге образуют оксалоацетат, могут использоваться в процессе глюконеогенеза для синтеза глюкозы. Такие аминокислоты называют гликогенными (их 14). Некоторые аминокислоты в процессе катаболизма превращаются в ацетоацетат (кетоновое тело) или ацетил-КоА и могут использоваться в синтезе кетоновых тел. Такие аминокислоты называют кетогенными (их две: лейцин и лизин). Ряд аминокислот используется и для синтеза глюкозы, и для синтеза кетоновых тел. Такие аминокислоты называют смешанными, или глико- кетогенными. Их 4: фенилаланин, тирозин, триптофан, изолейцин. 6.6. ОБМЕН ОТДЕЛЬНЫХ АМИНОКИСЛОТ Кроме общих путей обмена, характерных для большинства аминокислот (например, дезаминирование), существуют и специфические пути превращения многих аминокислот, что определяется особенностями их радикалов. Обмен метионина. Метионин в своей активной форме – S- аденозилметионин (SАМ), которая образуется при участии АТФ, содержит подвижную метильную группу, она используется для различных реакций метилирования, катализируемых метилтрансферазами. Метильная группа SАМ может быть использована: 1. для синтеза холина из этаноламина; 2. для синтеза креатина – азотистого вещества мышц; 75 3. для синтеза адреналина из норадреналина; 4. для инактивации катехоламинов; 5. для метилирования азотистых оснований в ДНК; 6. для метаболизма ксенобиотиков, включая лекарственные препараты; 7. синтез мелатонина в эпифизе (гормона темноты). Обмен фенилаланина и тирозина. Основное количество фенилаланина (около 80%) превращается в тирозин в результате его гидроксилирования при участии фенилаланингидроксилазы. Реакция протекает с участием НАДФН. Остальная часть фенилаланина подвергается переаминированию и превращается в фенилпируват (рис. 20). Рис. 20. Обмен фенилаланина и тирозина При отсутствии фенилаланингидроксилазы образование фенилпирувата становится основным путем катаболизма фенилаланина. Дефект фенилаланингидроксилазы приводит к развитию фенилкетонурии (ФКУ). При этом высокие концентрации фенилпирувататоксически действуют на клетки мозга и нарушают умственное развитие (олигофрения), физическое развитие, может развиться судорожный синдром. Прогрессирующее нарушение умственного развития у детей, больных ФКУ, можно предотвратить диетой – полным отсутствием фенилаланина. При раннем начале такого лечения повреждение мозга снижается или предотвращается. На такой диете ребенок должен находиться до 7–10 лет. 76 Обмен тирозина значительно сложнее, чем фенилаланина. В печени происходит катаболизм тирозина, завершающийся образованием фумарата и ацетоацетата. Этот путь катаболизма включает в себя несколько стадий: а) переаминирование тирозина с образованием п-гидроксифенилпирувата б) превращение последнего в гомогентизиновую кислоту в) расщепление гомогентизиновой кислоты при участии диоксигеназы с образованием в конечном итоге фумарата и ацетоацетата. При отсутствии диоксигеназыгомогентизиновой кислоты развивается алкаптонурия («черная моча»). Для этого заболевания характерно выделение с мочой большого количества гомогентизиновой кислоты, которая, окисляясь кислородом воздуха, превращается в черный пигмент алкаптон. Этот пигмент откладывается также в хрящевой ткани (пигментация мочек ушей, носа), в суставах, что приводит к артриту. В пигментных клетках (меланоцитах) из тирозина синтезируется пигмент меланин, который окрашивает волосы, кожу, радужную оболочку. Первую реакцию превращения тирозина в меланин с образованием ДОФА катализирует тирозиназа. Врожденный дефект этого фермента приводит к альбинизму. При этом заболевании отсутствует пигментация кожи и волос, у больных может быть снижена острота зрения. В щитовидной железе тирозин необходим для синтеза йодтиронинов, в мозговом веществе надпочечников, в катехоламинэргических нейронах из тирозина синтезируются катехоламины. 6.7. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ Выбрать один правильный ответ 76. ИЗБЫТОК БЕЛКА В РАЦИОНЕ МОЖЕТ ПРИВЕСТИ К 1) ожирению 2) сахарному диабету 3) большой нагрузке на печень и почки 4) атеросклерозу 77. СТИМУЛИРУЮТ СЕКРЕЦИЮ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ В ЖЕЛУДКЕ 1) инсулин 2) простагландины J 2, Е 2 3) глюкагон 4) гастрин 78. ЭНДОПЕПТИДАЗАМИ ЯВЛЯЮТСЯ 1) пепсин 2) аминопептидаза 3) карбоксипептидаза 77 79. ПЕПТИДНЫЕ СВЯЗИ, ОБРАЗОВАННЫЕ ОСНОВНЫМИ АМИНОКИСЛОТАМИ, РАСЩЕПЛЯЕТ 1) пепсин 2) аминопептидаза 3) трипсин 4) карбоксипептидаза 80. НАИБОЛЬШАЯ АКТИВНОСТЬ АСПАРТАТАМИНОТРАНСФЕРАЗЫ ХАРАКТЕРНА ДЛЯ 1) сердца 2) скелетных мышц 3) почек 4) печени 81. ОКИСЛИТЕЛЬНОМУ ДЕЗАМИНИРОВАНИЮ ПОДВЕРГАЕТСЯ АМИНОКИСЛОТА 1) аланин 2)аспартат 3) фенилаланин 4) глутамат 82. ПРИ АЛКАПТОНУРИИ С МОЧОЙ ВЫДЕЛЯЕТСЯ 1) пигмент черного цвета 2) белок 3) глюкоза 4) кетоновые тела 83. СИНТЕЗ МОЧЕВИНЫ ПРОИСХОДИТ В 1) печени 2) всех тканях 3) почках 4) мышцах 84. СН 3 -ГРУППА АКТИВНОЙ ФОРМЫ МЕТИОНИНА МОЖЕТ БЫТЬ ИСПОЛЬЗОВАНА ДЛЯ СИНТЕЗА 1) аланина 2) пуринов 3) адреналина 4) пиримидинов 85. ОСНОВНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ ФОРМОЙ АММИАКА В КРОВИ СЛУЖИТ 1) глутамин 2) креатин 3) лизин 4) аргинин 78 86. СУТОЧНАЯ НОРМА БЕЛКА ДЛЯ ВЗРОСЛОГО ЧЕЛОВЕКА ПРИ ЭНЕРГОЗАТРАТАХ В 2000–3000 ККАЛОРИЙ СОСТАВЛЯЕТ В ГРАММАХ 1) 20 – 30 2) 80 – 115 3) 150 – 200 4) 50 – 75 87. ДЛЯ БИОХИМИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ ПАНКРЕАТИТА В КРОВИ ОПРЕДЕЛЯЮТ АКТИВНОСТЬ 1) аспартатаминотрансферазы 2) α-амилазы 3) калликреина 4) щелочной фосфатазы 88. В РЕЗУЛЬТАТЕ РЕАКЦИЙ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЯ АМИНОКИСЛОТ ОБРАЗУЮТСЯ 1) кетокислоты 2) биогенные амины 3) углеводы 4) гликолипиды 89. В ОСНОВЕ АКТИВАЦИИ КАЛЛИКРЕИН-КИНИНОВОЙ СИСТЕМЫ ЛЕЖИТ 1) ограниченный протеолиз 2) взаимодействие белок-белок 3) химическая модификация 90. АМИНОТРАНСФЕРАЗЫ ИСПОЛЬЗУЮТ В КАЧЕСТВЕ КОФЕРМЕНТА 1) тиаминпирфосфат 2) пиридоксальфосфат 3) НАДФ + 4) флавинмононуклеотид 7. АЗОТИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА ПЛАЗМЫ КРОВИ И МОЧИ Азотистые вещества плазмы крови можно разделить на 3 группы: белки, пептиды, низкомолекулярные вещества. 7.1. БЕЛКИ ПЛАЗМЫ КРОВИ. ФУНКЦИИ ОСНОВНЫХ ФРАКЦИЙ В плазме крови человека содержится более 100 различных белков. Большая часть белков плазмы синтезируется в печени, исключение – иммуноглобулины и белково-пептидные гормоны. Функции белков плазмы крови очень разнообразны. Белки создают онкотическое давление и тем самым 79 поддерживают постоянный объѐм крови, т.е. связывают воду и удерживают еѐ в кровеносном русле. Белки обеспечивают вязкость крови. От вязкости зависят скорость кровотока, артериальное и венозное давление и другие показатели сердечно-сосудистой системы. Белки, совместно с гидрокарбонатной и фосфатной буферными системами, поддерживают кислотно-щелочное равновесие (рН 7,34–7,36). В плазме содержатся белки свѐртывающей (фибриноген) и противосвѐртывающей систем (антитромбин). В плазме содержатся транспортные белки: неспецифические (альбумин) и специфические (трансферрин). В плазме находятся антипротеазы, защищающие от разрушения клетки крови и сосуды. Иммуноглобулины, система комплемента и другие белки иммунной системы обеспечивают гуморальный иммунитет. Белками плазмы являются компоненты кининовой и ангиотензиновой систем. Брадикинин расширяет сосуды и снижает АД, ангиотензин суживает их и повышает АД. Питательная функция белков плазмы важна при голодании и некоторых заболеваниях. Белки на фракции можно разделить несколькими способами. Например, по подвижности при электрофорезе их можно грубо разделить на 5 фракций: альбумин, 1 - , 2 -, - и -глобулины. Каждая фракция представляет собой смесь индивидуальных белков с одинаковым зарядом. Альбумины синтезируются гепатоцитами печени. Среди белков плазмы в количественном отношении это самая большая фракция (42 г/л или 57%). Это простые белки, которые выполняют большинство общих функций белков плазмы крови. Они обеспечивают вязкость крови, онкотическое давление, так как имеют меньшую М и их много; участвуют в регуляции кислотно-щелочного равновесия, так как содержат больше заряженных аминокислот. Альбумины выполняют транспортную функцию для липофильных веществ, транспортируют жирные длинноцепочечные жирные кислоты, билирубин, некоторые гормоны, витамины, лекарства. Кроме того альбумин связывает ионы Са 2+ и Мg 2+ . Альбумины являются резервом аминокислот для глюконеогенеза и выполняют питательную функцию при голодании. 1 -, 2 -, -глобулины синтезируются клетками РЭС, -глобулины синтезируются В-лимфоцитами – 90%, купферовскими клетками – 10 %. 1 -глобулины – фракция, в состав которой входят транспортные белки (тироксинсвязывающий), белки острой фазы ( 1 -антипептидазы), апобелки ЛПВП, протромбин и др. 2 -глобулины – фракция, в составе которой тоже имеется транспортный белок (церулоплазмин), белок острой фазы 2 -макроглобулин, антитромбин и др. -глобулины – фракция, в составе которой находятся апобелки ЛПНП, фибриноген, транскобаламин и др. -глобулины – фракция, в состав которой входят антитела (иммуноглобулины). В норме в плазме крови концентрация общего белка составляет 63 – 83 г/л. Гиперпротеинемия – повышенная концентрация белка чаще бывает 80 относительная при обезвоживании организма (понос, рвота, ожоги). Абсолютная гиперпротеинемия бывает при хронических воспалительных заболеваниях ( -глобулинемия). Гиперпротеинемия обычно это гиперглобулинемия. Гипопротеинемия – пониженная концентрация белка, чаще всего это гипоальбуминемия |