билеты. Комплементарность взаимодействия молекул белка с лигандом. Обратимость связывания. Основы функционирования белков
 Скачать 488.86 Kb.
|
|
2 .АНАЭРОБНЫЙ РАСПАД ГЛЮКОЗЫ (АНАЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ). ГЛИКОЛИТИЧЕСКАЯ ОКСИДОРЕДУКЦИЯ, ПИРУВАТ КАК АКЦЕПТОР ВОДОРОДА. СУБСТРАТНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЭТОГО ПУТИ РАСПАДА ГЛЮКОЗЫ. АНАЭРОБНЫЙ ГЛИКОЛИЗ Реакции анаэробного гликолиза При анаэробном гликолизе в цитозоле протекают все 10 реакций, идентичных аэробному гликолизу. Лишь 11-я реакция, где происходит восстановление пирувата цитозольным NADH, является специфической для анаэробного гликолиза. Восстановление пирувата в лактат катализирует лактатдегидро-геназа (реакция обратимая, и фермент назван по обратной реакции). С помощью этой реакции обеспечивается регенерация NAD+ из NADH без участия митохондриальной дыхательной цепи в ситуациях, связанных с недостаточным снабжением клеток кислородом. Роль акцептора водорода от NADH (подобно кислороду в дыхательной цепи) выполняет пируват. Таким образом, значение реакции восстановления пирувата заключается не в образовании лактата, а в том, что данная цитозольная реакция обеспечивает регенерацию NAD+ . К тому же лактат не является конечным продуктом метаболизма, удаляемым из организма. Это вещество выводится в кровь и утилизируется, превращаясь в печени в глюкозу, или при доступности кислорода превращается в пируват, который вступает в общий путь катаболизма, окисляясь до СО2 и Н2О Локализация: 1) В эритроцитах гликолиз – единственный путь получения энергии АТФ, поскольку в них отсутствуют митохондрии, а аэробные окислительные процессы идут только в митохондриях. 2) В интенсивно работающей скелетной мышце, особенно на начальных этапах нагрузки или при длительной работе мышцы. 3) В головном мозге примерно 13-15% всей глюкозы окисляется анаэробно, но, в целом, анаэробный гликолиз для нервной ткани – «аварийный» путь. 4) В клетках злокачественных опухолей глюкоза окисляется анаэробно. 5) Преимущественно за счет анаэробного гликолиза обеспечиваются энергией сетчатка глаза, мозговое вещество надпочечников. СУБСТРАТНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ – образование АТФ из высокоэнергетических соединений. Субрстратное фосфорилирование с использованием макроэргических эфиров фосфорной кислоты имеет место в гликолизе, происходящем в цитозоле: Также, субстратное фосфорилирование присутствует в цикле трикарбоновых кислот (образование ГТФ): РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Неэкономный, но в бескислородных условиях единственный способ получения полезной энергии для Эритроцитов, сетчатки, коры надпочечников Поставщик субстратов в реакции аэробного окисления Путь, обеспечивающий взаимосвязь аэробного и анаэробного окисления и всех видов метаболизма Энергетика: На стадии фосфорилирования расходуется 2 АТФ. На стадии оксидоредукции образуется 4 АТФ. Окончательный выход энергии составляет 2 АТФ. Физиологическое значение процесса: единственный способ получения энергии в бескислородных условиях; поставщик субстратов в реакции аэробного окисления; обеспечивает взаимосвязь аэробного и анаэробного окисления и всех видов метаболизма 3.БИОСИНТЕЗ ДНК, СУБСТРАТЫ, ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ, МАТРИЦА, ФЕРМЕНТЫ. ПОНЯТИЕ О РЕПЛИКАТИВНОМ КОМПЛЕКСЕ. ЭТАПЫ РЕПЛИКАЦИИ. БИОСИНТЕЗ ДНК матричный (матрица – обе нити ДНК) комплиментарный фрагментарный (нити ДНК синтезируются в виде фрагментов, которые затем соединяются между собой) полуконсервативный (в каждой из образовавшихся молекул ДНК одна нить исходная – материнская, а одна – вновь синтезированная – дочерняя) Живые организмы в течение S-фазы клеточного цикла, которая предшествует делению клетки, удваивают содержание ДНК Процесс удвоения хромосом называют репликацией (редупликацией). Хромосома содержит одну непрерывную двух-цепочечную молекулу ДНК. При репликации каждая цепь родительской двухцепочечной ДНК служит матрицей для синтеза новой комплементарной цепи. Вновь образованная двойная спираль имеет одну исходную (родительскую) и одну вновь синтезированную (дочернюю)цепь. Такой механизм удвоения ДНК получил название «полуконсервативная репликация». Первичная структура дочерней цепи определяется первичной структурой родительской цепи, потому что в основе её образования лежит принцип комплементарности оснований (G = C и A = T). СУБСТРАТЫ – ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ для синтеза праймера – АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ; для синтеза ДНК – ДАТФ, ДГТФ, ДЦТФ И ДТТФ. МАТРИЦА – нить ДНК ФЕРМЕНТЫ Репликация ДНК осуществляется ДНК-зависимыми ДНК-полимеразами. Субстратами и источниками энергии для синтеза продукта служат 4 макроэргических соединения - дезоксирибонуклеозидтрифосфаты: дАТФ, дГТФ, дЦТФ и дТТФ, для активации которых необходимы ионы магния. Нейтрализуя отрицательный заряд нуклеотидов, они повышают их реакционную способность. Ферменты проявляют каталитическую активность только в присутствии предварительно раскрученной матричной двухцепочечной ДНК. Синтез цепей ДНК происходит в направлении 5'-3' растущей цепи, т.е. очередной нуклеотид присоединяется к свободному З'-ОНконцу предшествующего нуклеотидного остатка. Синтезируемая цепь всегда антипараллельна матричной цепи. В ходе репликации образуются 2 дочерние цепи, представляющие собой копии матричных цепей. РЕПЛИКАТИВНЫЙ КОМПЛЕКС Инициирует репликацию ДНК-полимераза α, которая комплементарна определённому сайту одноце-почечной ДНК. Присоединяясь к нему, ДНК-полимераза α синтезирует небольшой фрагмент РНК - праймер, состоящий из 8-10 рибо-нуклеотидов. ДНКполимераза α состоит из четырёх субъединиц. Каждая из субъединиц фермента выполняет определённую функцию: «узнавание» сайта репликации, синтез прайме-ра (8-10 рибонуклеотидов), синтез фрагмента цепи ДНК, около 50 дезоксирибонуклеотидов. Таким образом, ДНК-полимераза α синтезирует олигонуклеотид, содержащий примерно 60 нуклеотидньгх остатков; первые 8-10 представлены рибонуклеотидами (праймер), а остальные - дезоксирибонуклеотидами ЭТАПЫ РЕПЛИКАЦИИ 1. Инициация: • Топоизомераза находит точку начала репликации, гидролизует одну фосфодиэфирную связь и даёт возможность компоненатам репликативной системы разомкнуть нити ДНК и образовать репликативную «вилку», а затем вновь соединяет связь между мононуклеотиджами • Хеликаза разрывает водородные связи между нитями ДНК • ДНК-связывающие белки (SSB-белки) стабилизируют репликативную вилку, не давая восстанавливаться водородным связям между комплиментарными нуклеотидами • ДНК-полимераза α (праймаза) строит праймер («затравку») из 8-10 рибонуклеотидов и 40-50 дезоксирибонуклеотидов, а ДНК-полимераза δ достраивает нить из дезоксирибонуклеотидов на лидирующей нити, а ДНК-полимераза ε – на отстающей нити ДНК 2. Элонгация • ДНК-полимераза δ продолжает удлинять нить из дезоксирибонуклеотидов на лидирующей нити, а ДНКполимераза ε – фрагменты (фрагменты Оказаки) на отстающей нити ДНК по мере движения репликативной вилки 3. Терминация • ДНК-полимераза β (фермент репарации) удаляет праймеры и достраивает фрагменты ДНК • ДНК-лигаза соединяет фрагменты между собой 4 .САРКОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ БЕЛКИ: МИОГЛОБИН, ЕГО СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ. ЭКСТРАКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА МЫШЦ. САРКОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ БЕЛКИ A. миоглобин; B. миоальбумин; C. глобулины (глобулярные белки); D. миогеновая фракция (ферменты гликолиза, ЦТК, пентозофосфатного цикла) МИОГЛОБИН содержится в красных мышцах и участвует в запасании кислорода. Транспорт кислорода миоглобин не осуществляет. В условиях кислородного голодания (например, при сильной физической нагрузке) кислород высвобождается из комплекса с миоглобином и поступает в митохондрии мышечных клеток, где осуществляется синтез АТФ (окислительное фосфорилирование). СТРОЕНИЕ: небелковая часть (гем); белковая часть (апомиоглобин). Билет 20 (144, 52, 134, 160) 1.ГОРМОН РОСТА, СТРОЕНИЕ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ, НАРУШЕНИЯ ГОРМОНАЛЬНОЙ ФУНКЦИИ. ГОРМОН РОСТА (соматотропин, соматотропный гормон, СТГ) – полипептид, состоящий из 191 аминокислотного остатка, синтезируется в аденогипофизе. Основными регуляторами синтеза и секреции являются гормоны гипоталамуса соматостатин и соматолиберин. Рецепторы к соматотропину находятся на плазматических мембранах всех клеток организма, но наиболее выраженное действие он оказывает на костную, хрящевую, мышечную и жировую ткани, а также на печень. Гормон в состоянии действовать как напрямую, так и через индукцию синтеза инсулиноподобного фактора роста-1 (ИФР-1, соматомедин С) в их клетках. БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ Белковый обмен: вызывает положительный азотистый баланс; повышает транспорт аминокислот в печень, мышечную, хрящевую и костную ткани; активирует все стадии биосинтеза белка, особенно интенсивно в детском и подростковом возрасте. Обмен нуклеиновых кислот: активирует синтез РНК и ДНК. Углеводный обмен: снижает чувствительность к инсулину, подавляет переход глюкозы в периферические ткани, что вызывает гипергликемию; стимулирует глюконеогенез в печени, что также вызывает гипергликемию (при гиперпродукции гормона роста возможно развитие сахарного диабета); в печени повышает запасы гликогена; в мышцах подавляет гликолиз и стимулирует синтез гликогена; у детей стимулирует образование хондроитинсульфата в костной ткани. Липидный обмен: активирует липолиз; вызывает накопление жирных кислот в крови и, при недостатке инсулина, кетогенез. В целом СТГ переводит ткани на использование жирных кислот. Минеральный обмен: стимулирует активацию витамина D в почках. Формирует положительный баланс ионов Мg2+, Ca2+, Na+ , K+ , Cl- , SO42-, фосфатов. НАРУШЕНИЯ Гипопродукция соматотропина приводит к замедлению ростовых процессов. При недостатке СТГ в детском возрасте наблюдается нарушение роста при сохранении нормальных пропорций тела и психического развития – гипофизарный нанизм, или карликовость. Гиперпродукция соматотропина у детей приводит к развитию гигантизма – значительному увеличению роста, у взрослых вызывает акромегалию. Происходит непропорциональное увеличение костей у взрослых (увеличение кистей и стоп, носа и нижней челюсти, промежутки между зубами), огрубление черт лица, увеличение размеров внутренних органов. 2.БИОСИНТЕЗ ГЛЮКОЗЫ (ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ) ИЗ АМИНОКИСЛОТ, ГЛИЦЕРИНА И МОЛОЧНОЙ КИСЛОТЫ. ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЛИКОЛИЗА В МЫШЦАХ И ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА В ПЕЧЕНИ (ЦИКЛ КОРИ). ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ Гликонеогенез – процесс синтеза глюкозы из неуглеводов (лактат, пируват, глицерин) за счет обратимости действия большинства ферментов гликолиза (за исключением трех «киназных барьеров», которые преодолеваются при помощи обходных путей и катализируются ключевыми ферментами гликонеогенеза). Активаторами гликонеогенеза являются глюкокортикоиды. Максимальное голодание- 12 часов Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок. Процесс протекает в основном в печени и менее интенсивно в корковом веществе почек, а также в слизистой оболочке кишечника. Эти ткани могут обеспечивать синтез 80-100 г глюкозы в сутки. На долю мозга при голодании приходится большая часть потребности организма в глюкозе. Это объясняется тем, что клетки мозга не способны, в отличие от других тканей, обеспечивать потребности в энергии за счёт окисления жирных кислот .Кроме мозга, в глюкозе нуждаются ткани и клетки, в которых аэробный путь распада невозможен или ограничен, например эритроциты (они лишены митохондрий), клетки сетчатки, мозгового слоя надпочечников и др. Первичные субстраты глюконеогенеза - лактат, аминокислоты и глицерол. Включение этих субстратов в глюконеогенез зависит от физиологического состояния организма. Лактат - продукт анаэробного гликолиза. Он образуется при любых состояниях организма в эритроцитах и работающих мышцах. Таким образом, лактат используется в глюконеогенезе постоянно. При гликонеогенезе на каждую молекулу лактата расходуется три молекулы АТФ, по скольку для образования глюкозы необходимы две молекулы лактата, то суммарный процесс окисления описывается так: 2 лактат + 6АТФ+6Н2О=глюкоза+6Н3РО4+6АДФ. Цикл кори обеспечивает утилизацию лактата, предотвращает накопление лактата. Глицерол высвобождается при гидролизе жиров в жировой ткани в период голодания или при длительной физической нагрузке. Аминокислоты образуются в результате распада мышечных белков и включаются в глюконеогенез при длительном голодании или продолжительной мышечной работе. Большинство реакций глюконеогенеза протекает за счёт обратимых реакций гликолиза и катализируется теми же ферментами. Однако 3 реакции гликолиза термодинамически необратимы. На этих стадиях реакции глюконеогенеза протекают другими путями. Необходимо отметить, что гликолиз протекает в цитозоле, а часть реакций глюконеогенеза происходит в митохондриях. 1. Образование фосфоенолпирувата из пирувата происходит в ходе двух реакций первая из которых протекает в митохондриях. Пируват, образующийся из лактата или из некоторых аминокислот, транспортируется в матрикс митохондрий и там карбоксилируется с образованием оксалоацетата. Пируват-карбоксилаза, катализирующая данную реакцию, - митохондриальный фермент, коферментом которого является биотин. Реакция протекает с использованием АТФ. Дальнейшие превращения оксалоацетата протекают в цитозоле. Следовательно, на этом этапе должна существовать система транспорта оксалоацетата через митохондриальную мембрану, которая для него непроницаема. Оксалоацетат в митохондриальном матриксе восстанавливается с образованием малата при участии NADH (обратная реакция цитратного цикла). Образовавшийся малат затем проходит через митохондриальную мембрану с помощью специальных переносчиков. Кроме того, оксалоацетат способен транспортироваться из митохондрий в цитозоль в виде аспартата в ходе малат-аспартатного челночного механизма. В цитозоле малат вновь превращается в оксалоацетат в ходе реакции окисления с участием кофермента NAD+ Обе реакции: восстановление оксалоацетата и окисление малага катализируют малатдегидрогеназа, но в первом случае это митохондриальный фермент, а во втором - цитозольный. Образованный в цитозоле из малата оксалоацетат затем превращается в фосфоенолпируват в ходе реакции, катализируемой фосфоенолпируваткарбоксикиназой - ГТФ-зависимым ферментом. 1. Пируваткиназный барьер – 1-я реакция. Пируват под влиянием пируваткиназы и при участии СО2 и АТФ карбоксилируется с образованием оксалоацетата. 2. Пируваткиназный барьер – 2-я реакция. Оксалоацетат в результате декарбоксилирования и фосфорилирования по влиянием фермента фосфоенолпируваткарбоксилазы превращается в фосфоенолпируват. Донором фосфатного остатка в реакции служит гуанозинтрифосфат (ГТФ). 3. Фруктокиназный барьер. Фосфоенолпируват в результате ряда обратимых реакций гликолиза превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат. Далее следует фосфофруктокиназная реакция, которая необратима. Глюконеогенез идет в обход этой эндергонической реакции. Превращение фруктозо-1,6-бис- фосфата во фруктозо-6-фосфат катализируется специфической фосфатазой. 4. Глюкокиназный барьер. Фруктозо-6-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат. Последний может дефосфорилироваться (т.е. реакция идет в обход гексокиназной реакции) под влиянием фермента глюкозо-6- фосфатазы. 2. Образование глюкозы из лактата. Лактат, образовавшийся в интенсивно работающих мышцах или в клетках с преобладающим анаэробным способом катаболизма глюкозы, поступает в кровь, а затем в печень. В печени отношение NADH/NAD+ ниже, чем в сокращающейся мышце, поэтому лактатдегидрогеназная реакция протекает в обратном направлении, т.е. в сторону образования пирувата из лактата. Далее пируват включается в глюконеогенез, а образовавшаяся глюкоза поступает в кровь и поглощается скелетными мышцами. Эту последовательность событий называют "глюкозо-лактатным циклом", или "циклом Кори". Функции: 1 - обеспечивает утилизацию лактата; 2 - предотвращает накопление лактата и, как следствие этого, опасное снижение рН (лактоацидоз). Часть пирувата, образованного из лактата, окисляется печенью до СО2 и Н2О. Энергия окисления может использоваться для синтеза АТФ, необходимого для реакций глюконеогенеза. 3. Образование глюкозы из аминокислот. Аминокислоты, которые при катаболизме превращаются в пируват или метаболиты цитратного цикла, могут рассматриваться как потенциальные предшественники глюкозы и гликогена и носят название гликогенных. Например, окса-лоацетат, образующийся из аспарагиновой кислоты, является промежуточным продуктом как цитратногр цикла, так и глюконеогенеза. Из всех аминокислот, поступающих в печень, примерно 30% приходится на долю аланина. Это объясняется тем, что при расщеплении мышечных белков образуются аминокислоты, многие из которых превращаются сразу в пируват или сначала в оксалоацетат, а затем в пируват. Последний превращается в аланин, приобретая аминогруппу от других аминокислот. Аланин из мышц переносится кровью в печень, где снова преобразуется в пируват, который частично окисляется и частично включается в глюкозонеогенез. Следовательно, существует следующая последовательность событий (глюкозо-аланиновый цикл): глюкоза в мышцах → пируват в мышцах → аланин в мышцах → аланин в печени → глюкоза в печени → глюкоза в мышцах. Весь цикл не приводит к увеличению количества глюкозы в мышцах, но он решает проблемы транспорта аминног азота из мышц в печень и предотвращает лактоацидоз. 4. Образование глюкозы из глицерола. Глицерол образуется при гидролизе триацил-глицеролов, главным образом в жировой ткани. Использовать его могут только те ткани, в которых имеется фермент глицерол киназа, например печень, почки. Этот АТФ-зависимый фермент катализирует превращение глицерола в α-глицерофосфат (глицерол-3-фосфат). При включении глицерол-3-фосфата в глюконеогенез происходит его дегидрирование NAD-зависимой дегидрогеназой с образованием дигидроксиацетонфосфата, который далее превращается в глюкозу. ВЗАИМОСВЯЗЬ ГЛИКОЛИЗА В МЫШЦАХ И ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗА В ПЕЧЕНИ при максимальной активности мышц в результате усиления гликолиза образуется избыток молочной кислоты, диффундирующей в кровь, в печени значительная ее часть превращается в глюкозу (глюконеогенез). Такая глюкоза затем может быть использована как энергетический субстрат, необходимый для деятельности мышечной ткани. ЦИКЛ КОРИ – совокупность биохимических ферментативных процессов транспорта лактата из мышц в печень, и дальнейшего синтеза глюкозы из лактата, катализируемое ферментами глюконеогенеза. 3 .ПАТОГЕНЕЗ ПОЗДНИХ ОСЛОЖНЕНИЙ САХАРНОГО ДИАБЕТА (МАКРО- И МИКРОАНГИОПАТИИ, НЕФРОПАТИЯ, РЕТИНОПАТИЯ, КАТАРАКТА). ДИАБЕТИЧЕСКАЯ КОМА (МЕХАНИЗМ РАЗВИТИЯ). ПАТОГЕНЕЗ ПОЗДНИХ ОСЛОЖНЕНИЙ САХАРНОГО ДИАБЕТА Главная причина поздних осложнений сахарного диабета является гипергликемия, гиперлипидемия и гиперхолестеринемия. Они приводят к повреждению кровеносных сосудов и нарушению функций различных органов и тканей путем гликозилирования белков, образования сорбитола и активации атеросклероза. При гликозилировании белков (протеогликаны, коллагены, гликопротеины) базальных мембран нарушается их обмен, соотношение и структурная организация, происходит утолщение базальных мембран и развитие ангиопатий. Макроангиопатии проявляются в поражениях крупных и средних сосудов сердца, мозга, нижних конечностей. Гликозилированные белки базальных мембран и межклеточного матрикса (коллагена и эластина) снижают эластичности артерий. Гликозилирование в сочетании с гиперлипидемией гликозилированных ЛП и гиперхолестеринемией является причиной активации атеросклероза.Микроангиопатии — результат повреждения капилляров и мелких сосудов. Проявляются в форме нефро-, нейро- и ретинопатии. Нефропатия развивается примерно у трети больных СД. Признаком ранних стадий нефропатии служит микроальбуминурия (в пределах 30—300 мг/сут), которая в дальнейшем развивается до классического нефротического синдрома, характеризующегося высокой протеинурией, гипоальбуминемией и отёками. Ретинопатия, самое серьёзное осложнение сахарного диабета и наиболее частая причина слепоты, развивается у 60-80% больных СД. На ранних стадиях развивается базальная ретинопатия, которая проявляется в кровоизлияниях в сетчатку, расширении сосудов сетчатки, отёках. Если изменения не затрагивают жёлтого пятна, потеря зрения обычно не происходит. В дальнейшем может развиться пролиферативная ретинопатия, проявляющаяся в новообразовании сосудов сетчатки и стекловидного тела. Ломкость и высокая проницаемость новообразованных сосудов определяют частые кровоизлияния в сетчатку или стекловидное тело. На месте тромбов развивается фиброз, приводящий к отслойке сетчатки ДИАБЕТИЧЕСКАЯ КОМА Нарушения обмена углеводов, жиров и белков при сахарном диабете могут приводить к развитию коматозных состояний (острые осложнения). Диабетическая кома проявляется в резком нарушении всех функций организма с потерей сознания. Предшественники диабетической комы - ацидоз и дегидратация тканей. Параллельно кетоацидозу при декомпенсации диабета развивается нарушение водно-электролитного обмена. В его основе лежит гипергликемия, сопровождающаяся повышением осмотического давления в сосудистом русле. Для сохранения осмолярности начинается компенсаторное перемещение жидкости из клеток и внеклеточного пространства в сосудистое русло. Это ведёт к потере тканями воды и электролитов, прежде всего ионов Na+, K+, С1-, НСО3. В результате развиваются тяжёлая клеточная дегидратация и дефицит внутриклеточных ионов (прежде всего К+), затем возникает общая дегидратация. Это приводит к снижению периферического кровообращения, уменьшению мозгового и почечного кровотока и гипоксии. Диабетическая кома развивается медленно, в течение нескольких дней, но иногда может возникнуть и в течение нескольких часов. Первыми признаками могут быть тошнота, рвота, заторможенность. АД у больных снижено. Коматозные состояния при сахарном диабете могут проявляться в трёх основных формах: кетоацидотической, гиперосмолярной и лакто-ацидотической. Для кетоацидотической комы характерны выраженный дефицит инсулина, кетоацидоз, полиурия, полидипсия. Гипергликемия (20-30 ммоль/л), обусловленная инсулиновой недостаточностью, сопровождается большими потерями жидкости и электролитов, дегидратацией и гиперосмоляльностью плазмы. Общая концентрация кетоновых тел достигает 100 мг/дл и выше. При гиперосмолярной коме наблюдают чрезвычайно высокие уровни глюкозы в плазме крови, полиурию, полидипсию, всегда проявляется тяжёлая дегидратация. Предполагают, что у большинства больных гипергликемия обусловлена сопутствующим нарушением функции почек. Кетоновые тела в сыворотке крови обычно не определяются. При лактоацидотической коме преобладают гипотония, снижение периферического кровообращения, гипоксия тканей, приводящая к смещению метаболизма в сторону анаэробного гликолиза, что обусловливает повышение концентрации молочной кислоты в крови (лакто-ацидоз). 4 .СВЁРТЫВАЮЩАЯ СИСТЕМА КРОВИ. ВНУТРЕННИЙ И ВНЕШНИЙ ПУТИ СВЁРТЫВАНИЯ И ИХ КОМПОНЕНТЫ.ЭТАПЫ ОБРАЗОВАНИЯ ФИБРИНОВОГО ТРОМБА. Гемостаз – это совокупность механизмов, которая обеспечивает: • Быструю остановку кровотечения и предотвращение кровопотери при повреждении кровеносных сосудов – тромбоцитарный и коагуляционный гемостаз (свертывающая система), • Поддержание жидкого состояния крови внутри сосудов (антикоагулянтная система), • Удаление образовавшегося при коагуляции тромба (фибринолитическая система). Как для коагуляции, так и для поддержания жидкого состояния крови требуются многочисленные вещества, часто называемые факторами коагуляции или фибринолиза, или антикоагуляции. Синтез этих веществ осуществляется в тромбоцитах, эндотелиоцитах, фибробластах, моноцитах. СВЁРТЫВАЮЩАЯ СИСТЕМА КРОВИ I. На первом этапе, при повреждении сосуда происходит сокращение кровеносного сосуда. II. На втором этапе, к месту повреждения прикрепляются тромбоциты, которые, наслаиваясь друг на друга, образуют тромбоцитарную пробку (белый тромб). Белый тромб является непрочным и может закупорить только небольшой кровеносный сосуд. III. На третьем этапе растворимый белок плазмы крови фибриноген превращается в нерастворимый белок фибрин, который откладывается между тромбоцитами, и формируется прочный фибриновый тромб. Такой тромб содержит эритроциты и поэтому называется красным тромбом. В конце происходит растворенние сгустка (тробма) - фибринолиз Образованию фибринового тромба предшествует каскад протеолитических реакций, приводящий к активации фермента тромбина, который и превращает фибриноген в фибрин. Все белки, участвующие в свертывании крови, называют факторами свертывания. ПУТИ СВЁРТЫВАНИЯ При повреждении сосуда запускаются два независимых пути: внешний – активирует тканевой фактор (при нарушении целостности кожных покровов); внутренний – активирует высокомолекулярный кининоген (ВМК) и калликреин (при снижении скорости кровотока). При этом происходит последовательная активация факторов свертывания и образуются комплексы веществ: внешний (VIIa + III + Ф.3 + ионы кальция); внутренний (IХa + VIIIa + Ф.3 + ионы кальция) активаторы, необходимые для превращения препротромбиназы (Х фактора, фактора Прауэра-Стьюарта) в активную протромбиназу (Ха). Протромбиназа в свою очередь превращает протромбин в активный тромбин. ЭТАПЫ ОБРАЗОВАНИЯ ФИБРИНОВОГО ТРОМБА 1) Превращение фибриногена в мономер фибрина: образовавшийся активный тромбин отщепляет от растворимого фибриногена два А и два В фибринопептида (участки молекулы, имеющие большой отрицательный заряд), и образуется нерастворимый фибрин, из которого формируется тромб. 2) Образование нерастворимого геля фибрина: из фибринамономера образуется фибрин-полимер (гель), реакция полимеризации. Фибрин соединен с другими молекулами фибрина с помощью гидрофобных связей. 3) Стабилизация геля фибрина: между отдельными молекулами фибрина образуются ковалентные сшивки при участии фибринстабилизирующего фермента – транстглутамидазы (или трансглутаминазы – фактора XIIIа). Ковалентно (пептидная связь) сшитые между собой нити фибрина образуют прочную трехмерную сеть, таким образом образуется фибрин- полимер (сгусток). Также трансглутамидаза прикрепляет фибрин к фибронектину (белок, который находится в сосудистой стенке), прочно связанному с другими молекулами внеклеточного матрикса. В результате тромб оказывается прикрепленным к матриксу в области поврежденной стенки сосуда. 4) Ретракция фибринового сгустка: активированные тромбоциты, связанные с нитями фибрина через специальные рецепторы, сокращаются под действием тромбостенина (тромбоцитарного фактора 8) – происходит ретракция. Сгусток крови уплотняется, из него выдавливается часть сыворотки. Формирование окончательного тромба наступает на 10–15-й минуте после полимеризации фибрина. Билет 21 (182, 50, метода, 103) 1 .БИОХИМИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И ПРОВЕДЕНИЯ НЕРВНОГО ИМПУЛЬСА. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ. НЕРВНЫЙ ИМПУЛЬС Мембрана обладает избирательной проницаемостью: большей для ионов К+ и значительно меньшей для ионов Nа+ . Кроме того, в нервных клетках существует механизм, который поддерживает внутриклеточное содержание натрия на низком уровне вопреки градиенту концентрации.-натриевый насос. В состоянии покоя внутренняя сторона клеточной мембраны заряжена электроотрицательно по отношению к наружной поверхности. Объясняется это тем, что количество ионов Nа+ , выкачиваемых из клетки с помощью натриевого насоса, не вполне точно уравновешивается поступлением в клетку ионов К+ . В связи с этим часть катионов натрия удерживается внутренним слоем противоионов (анионов) на наружной поверхности клеточной мембраны. Таким образом, возникает трансмембранная разность электрических потенциалов; такие мембраны возбудимы При возбуждении селективно изменяется проницаемость мембраны нервной клетки (аксона): увеличивается избирательно для ионов Nа+ и остается без изменения К + . В результате ионы Nа+ устремляются внутрь клетки, что приводит к возникновению отрицательного заряда на наружной поверхности клеточной мембраны. Внутренняя поверхность приобретает положительный заряд; происходит перезарядка и возникает потенциал действия (спайк) МЕХАНИЗМЫ СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ Синапс – узкое пространство (щель), ограниченное с одной стороны пресинаптической, а с другой – постсинаптической мембраной. В синаптических нервных окончаниях имеются пузырьки, содержащие нейромедиаторы. В холинергических синапсах – ацетилхолин, в адренергических – норадреналин. При возбуждении высвобождение медиатора происходит «квантами», т.е. путем полного опорожнения каждого отдельного пузырька. Деполяризация мембраны синаптических окончаний вызывает быстрый ток ионов Са2+ в клетку, что стимулирует слияние мембраны синаптических пузырьков с плазматической мембраной и таким образом запускает процесс высвобождения их содержимого. Выделенный в синаптическую щель ацетилхолин вступает во взаимодействие с белком- хеморецептором, входящим в состав постсинаптической мембраны. В результате изменяется проницаемость мембраны – резко увеличивается ее пропускная способность для ионов Nа+ . Взаимодействие между рецептором и медиатором запускает ряд реакций, заставляющих постсинаптическую нервную клетку или эффекторную клетку После выделения медиатора должна наступить фаза его быстрой инактивации, или удаления, чтобы подготовить синапс к восприятию нового импульса. В холинергических синапсах это происходит двумя путями: A. ферментативный гидролиз ацетилхолина (под влиянием ацетилхолинэстеразы), в результате чего образуется уксусная кислота и холин; B. энергозависимый активный транспорт ацетилхолина в нейрон, где он накапливается для последующего повторного использования. 2 .ГЛЮКОЗА КАК ВАЖНЕЙШИЙ МЕТАБОЛИТ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА. ОБЩАЯ СХЕМА ИСТОЧНИКОВ И ПУТЕЙ РАСХОДОВАНИЯ ГЛЮКОЗЫ В ОРГАНИЗМЕ. ГЛЮКОЗА КАК ВАЖНЕЙШИЙ МЕТАБОЛИТ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА Основным углеводом, участвующим в метаболизме, является глюкоза. Центральная роль молекулы глюкозы в углеводном обмене обусловлена: 1. Высокой растворимостью глюкозы. 2. Наличием реакционно-способной карбонильной группы в молекуле. 3. Оптимальной стабильностью пиранозного кольца. Источники глюкозы для организма: – животная и растительная пища; – собственные резервные полисахариды (гликоген); – другие моносахара (взаимопревращения); – гликонеогенез (синтез глюкозы из неуглеводов). Пути расходования глюкозы: – анаэробное и аэробное окисление в тканях – 60-65%; – превращение в липиды – 30%; – синтез гликогена – 3%; – превращения в другие моносахара – 5-7%. Катаболизм глюкозы: – дихотомический распад – анаэробный гликолиз и аэробное окисление; – апотомическое окисление – пентозофосфатный путь. Поскольку в составе основных углеводов пищи преобладает глюкоза, её можно считать основным продуктом переваривания углеводов. Другие моносахариды, поступающие из кишечника в процессе метаболизма, могут превращаться в глюкозу или продукты её метаболизма. Часть глюкозы в печени депонируется в виде гликогена, а другая часть через общий кровоток доставляется и используется разными тканями и органами. Глюкоза является альдогексозой. Она может существовать в линейной и циклической формах. Циклическая форма глюкозы, предпочтительная в термодинамическом отношении, обусловливает химические свойства глюкозы. Как и все гексозы, глюкоза имеет 4 асимметричных углеродных атома, обусловливающих наличие стереоизомеров. Возможно образование 16 стереоизомеров, наиболее важные из которых D- и L-глюкоза. Эти типы изомеров зеркально отображают друг друга. Расположение Н- и ОН-групп относительно пятого углеродного атома определяет принадлежность глюкозы к D- или L-ряду. В организме млекопитающих моносахариды находятся в D-конфигурации, так как к этой форме глюкозы специфичны ферменты, катализирующие её превращения. В растворе при образовании циклической формы моносахарида образуются ещё 2 изомера (α- и β-изомеры), называемые аномерами, обозначающие определённую конформацию Н- и ОН-групп относительно С, У α-D-глюкозы ОН-группа располагается ниже плоскости кольца, а у β-D-глюкозы, наоборот, над плоскостью кольца. ОБЩАЯ СХЕМА ИСТОЧНИКОВ И ПУТЕЙ РАСХОДОВАНИЯ ГЛЮКОЗЫ В ОРГАНИЗМЕ КАТАБОЛИЗМ ГЛЮКОЗЫ. Окисление глюкозы до СО2 и Н2О (аэробный распад). Этот процесс включает несколько стадий: Аэробный гликолиз — процесс окисления глюкозы с образованием двух молекул пирувата; Общий путь катаболизма, включающий превращение пирувата в ацетил-КоА и его дальнейшее окисление в цитратном цикле; ЦПЭ на кислород, сопряжённая с реакциями дегидрирования, происходящими в процессе распада глюкозы Обеспечение кислородом тканей может не соответствовать их потребностям. Например, на начальных стадиях интенсивной мышечной работы при стрессе сердечные сокращения могут не достигать нужной частоты, а потребности мышц в кислороде для аэробного распада глюкозы велики. В подобных случаях включается процесс, который протекает без кислорода и заканчивается образованием лактата из пировиноградной кислоты. Анаэробный распад глюкозы энергетически мало эффективен, но именно этот процесс может стать единственным источником энергии для мышечной клетки в описанной ситуации. 4 .ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ. СТРУКТУРА БИОГЕННЫХ АМИНОВ (ГИСТАМИН, СЕРОТОНИН, -АМИНОМАСЛЯНАЯ КИСЛОТА, КАТЕХОЛАМИНЫ). ФУНКЦИИ БИОГЕННЫХ АМИНОВ. ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ Декарбоксилирование – процесс отщепления группы СО2 при участии декарбоксилаз, небелковый компонент которых пиридоксальфосфат (ПФ), активная форма витамина В6. Реакции декарбоксилирования необратимы. Их продуктами являются СО2 и биогенные амины, которые выполняют функцию нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК), гормонов (адреналин, норадреналин), регуляторных факторов местного действия (гистамин, карнозин и др.). СТРУКТУРА БИОГЕННЫХ АМИНОВ Биогенные амины – соединения, которые могут выступать в качестве гормонов местного действия, нейромедиаторов. Они не обладают биологической активностью, но входят в состав биологически активных соединений. Гистамин – образуется путем декарбоксилирования гистидина в тучных клетках соединительной ткани. Секретируется в кровь при повреждении ткани (удар, ожог), развитии иммунных и аллергических реакций. Роль: 1. стимулирует секрецию желудочного сока, слюны; 2. повышает проницаемость капилляров, вызывает отеки, снижает АД (но увеличивает внутричерепное давление, вызывает головную боль); 3. сокращает гладкую мускулатуру легких, вызывает удушье; 4. участвует в формировании воспалительной реакции – вызывает расширение сосудов, покраснение кожи, отечность ткани; 5. выполняет роль нейромедиатора; 6. является медиатором боли. Серотонин – нейромедиатор проводящих путей. Образуется в надпочечниках и ЦНС из аминокислоты 5- окситриптофана. Он может превращаться в гормон мелатонин, регулирующий суточные и сезонные изменения метаболизма организма и участвующий в регуляции репродуктивной функции. Роль: 1. стимулирует сокращение гладкой мускулатуры; 2. оказывает сосудосуживающий эффект; 3. регулирует АД, температуру тела, дыхание; 4. обладает антидепрессантным действием 5. принимает участие в аллергических реакциях. В мозговом веществе надпочечников и нервной ткани тирозин является предшественником катехоламинов (дофамина, норадреналина, адреналина). При образовании катехоламинов и меланина (в меланоцитах) промежуточным продуктом служит диоксифенилаланин (ДОФА). Однако гидроксилирование тирозина в клетках различных типов катализируется различными ферментами: - Тиразиназа ( Cu-зависимый фермент) - Тирозингидроксилаза (1) - ДОФА – декарбоксилаза (2) - дофамингидроксилаза (3) - фенилэтаноламин-N-метилтрансфераза (4) дофамин и норадреналин служат медиаторами в синаптической передаче нервных импульсов, а адреналин – гормон широкого спектра действия, регулирующий энергетический обмен. Одна из функций катехоламинов – регуляция деятельности ССС. γ-аминомаслянная кислота (ГАМК) – образуется путем декарбоксилирования глутаминовой кислоты. Основной тормозной медиатор высших отделов мозга. Роль: 1.увеличивает проницаемость постсинаптических мембран для ионов К+ , что вызывает торможение нервного импульса; 2. повышает дыхательную активность нервной ткани; 3. улучшает кровоснабжение головного мозга. ГАМК в виде препаратов гаммалон или аминалон применяют при сосудистых заболеваниях головного мозга (атеросклероз, гипертония), нарушениях мозгового кровообращения, умственной отсталости, эндогенных депрессиях, травмах головного мозга, эпилепсии. Дофамин – нейромедиатор, предшественник норадреналина и адреналина ГАМК оказывает тормозное воздействие на центральную нервную систему (препараты на основе ГАМК применяются для лечения эпилепсии) ФУНКЦИИ АМИНОВ: Амины, образовавшиеся при декарбоксилировании аминокислот, часто являются биологически активными веществами. Они выполняют функцию нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК и др.), гормонов (норадреналин, адреналин), регуляторных факторов местного действия (гистамин, карнозин, спермин). Билет 22 (25-26, 81, 124, 6-показ) 1 АЛЛОСТЕРИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ, АЛЛОСТЕРИЧЕСКИЕ ИНГИБИТОРЫ И АКТИВАТОРЫ. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ И РЕГУЛЯТОРНЫЙ ЦЕНТРЫ. АЛЛОСТЕРИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ; -К аллостерическому центру присоединяется не субстрат, а эффектор -Аллостерические ферменты построены из двух и более субъединиц: одни субъединицы содержат каталитический центр, другие имеют аллостерический центр(регуляторные). -Присоединение эффектора к аллостерическому центру регуляторной субъединицы изменяет конформацию белка и, соответственно, активность каталитической субъединицы -Регуляторы – исходные вещества и конечные продукты, а также вещества, участвующие в сопряжѐнных реакциях, поэтому аллостерическую регуляцию часто называют саморегуляцией, Конечные продукты (иногда промежуточные метаболиты) – ингибиторы, исходные субстраты – активаторы. АЛЛОСТЕРИЧЕСКИЕ ИНГИБИТОРЫ И АКТИВАТОРЫ В роли аллостерических регуляторов очень часто выступают компоненты самого биохимического процесса – исходные вещества и конечные продукты, а также вещества, участвующие в сопряженных реакциях, поэтому аллостерическую регуляцию часто называют саморегуляцией. В живом организме многие процессы протекают многостадийно, т.е. являются «метаболическими цепями», или «метаболическими путями» (гликолиз, распад и синтез жирных кислот, холестерина и т.д.) или «метаболическими циклами» (цикл Кребса, цикл мочевинообразования). В таких многостадийных процессах часто имеется регуляторный фермент, от которого зависит скорость всего метаболического пути. Конечные продукты (иногда промежуточные метаболиты) – ингибиторы, исходные субстраты – активаторы. Такой фермент обычно катализирует одну из начальных стадий, например, в процессе окисления глюкозы – гликолизе, протекающем в зависимости от условий в 10 или 11 стадий, регуляторным ферментом является фосфофруктокиназа, катализирующая третью реакцию. В окислительных процессах, протекающих с образованием энергии, аллостерическими ингибиторами часто является АТФ, а активатором – АДФ, АМФ и фосфорная кислота. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР Активный(каталитический) центр- относительно небольшой участок молекулы фермента, -отвечающий за распознавание, связывание и превращение субстрата, -расположен в узком гидрофобном углублении (щели) поверхности молекулы фермента, участвующий в катализе -точная пространственная организация больших ансамблей, построенных из аминокислотных остатков -образуется на уровне третичной структуры белка-фермента при образовании вторичной, третичной структур аминокислотные остатки сближаются, формируя активный центр. Активный центр включает субстратсвязывающий участок, который отвечает за специфическое комплементарное связывание субстрата, и каталитический участок непосредственного химического взаимодействия У однокомпонентных -представлен ФГ аминокислот (мб расположен не в соседних участках п-п цепи, но сближаются при формировании функционально активной конформации фермента) У двухкомпонентных - гетероатомы кофакторов+ФГ аминокислот В активном центре выделяют два участка: -связывающий (контактный, якорный) – отвечает за связывание и ориентацию субстрата в АЦ -каталитический –отвечает за осуществление реакции. В активный центр сложных ферментов входит участок для связывания кофактора. Регуляторные (аллостерические) ферменты помимо активного центра имеют аллостерический центр. К аллостерическому центру могут присоединяться гормоны или продукты реакции→изменение структуры активного центра. Эти вещества называются аллостерическими эффекторами (модификаторами)-мб положительными (усиливают действие фермента) и отрицательными (блокируют действие фермента) Теории конформации активного центра: 1. Теория Фишера (теория жѐсткой матрицы, «ключа и замка»): в ферменте существует полностью сформированный активный центр, в котором по принципу комплиментарности происходит взаимодействие фермента и субстрата 2. Теория Кошленда (теория индуцированного соответствия, «руки и перчатки»): в ферменте существует активный центр, который полностью формируется только при взаимодействии фермента и субстрата, т.е. «подстраивается» под субстрат РЕГУЛЯТОРНЫЙ ЦЕНТР Многие ферменты наряду с активным (каталитическим) имеют дополнительный аллостерический центр, к которому присоединяется не субстрат, а эффектор – активатор или ингибитор. Этот центр называют также регуляторным, а ферменты, обладающие таким центром – аллостерическими, или регуляторными, ферментами. Обычно аллостерические ферменты построены из двух и более субъединиц: одни субъединицы содержат каталитический центр, другие имеют аллостерический центр и являются регуляторными. Присоединение эффектора к аллостерическому центру регуляторной субъединицы изменяет конформацию белка и, соответственно, активность каталитической субъединицы. ФЕРМЕНТАТИВНАЯ РЕАКЦИЯ В организме химическая реакция протекает на определенном энергетическом уровне, при определённой энергии активации -снижение энергию активации путем увеличения числа активированных молекул, которые становятся реакционными на более низком энергетическом уровне. -субстрат (S) -вещество, химические превращения которого в продукт (Р) катализирует фермент (Е). Стадии I происходит сближение и ориентация, а также устанавливается индуцированное комплементарное соответствие между ферментом и субстратом, в результате образуется фермент-субстратный комплекс (ЕS). II возникает напряжение и деформация субстрата, в результате чего происходит сдвиг электронной плотности, изменение степени поляризации, связи в молекуле субстрата деформируются и легко распадаются. ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СТРУКТУРА АЛЛОСТЕРИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ И КООПЕРАТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КОНФОРМАЦИИ ПРОТОМЕРОВ ФЕРМЕНТА. ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СТРУКТУРА АЛЛОСТЕРИЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ Все аллостерические ферменты и белки имеют полимерную или четверичную структуру. Это значит, что типичный аллостерический белок будет состоять из ряда отдельных белковых цепей или субъединиц, которые связаны друг с другом слабыми взаимодействиями типа водородных связей и гидрофобного взаимодействия. Полимерная структура – ключевое свойство для функции аллостерического белка. КООПЕРАТИВНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КОНФОРМАЦИИ ПРОТОМЕРОВ ФЕРМЕНТА Аллостерические ферменты обладают свойством кооперативности: взаимодействие аллостерического эффектора с аллостерическим центром вызывает последовательное кооперативное изменение субъединиц, приводящее к изменению конформации активного центра и изменению сродства фермента к субстрату, что снижает или увеличивает каталитическую активность фермента. 2 СИНТЕЗ ЖЁЛЧНЫХ КИСЛОТ ИЗ ХОЛЕСТЕРИНА. КОНЪЮГАЦИЯ ЖЁЛЧНЫХ КИСЛОТ, ПЕРВИЧНЫЕ И ВТОРИЧНЫЕ ЖЕЛЧНЫЕ КИСЛОТЫ. ВЫВЕДЕНИЕ ЖЁЛЧНЫХ КИСЛОТ И ХОЛЕСТЕРИНА ИЗ ОРГАНИЗМА. После того как химус попадает в двенадцатиперстную кишку, здесь прежде всего происходит нейтрализация соляной кислоты желудочного сока, попавшей в кишечник с пищей, бикарбонатами, содержащимися в панкреатическом и кишечном соках. Выделяющиеся при разложении бикарбонатов пузырьки углекислого газа способствуют хорошему перемешиванию пищевой кашицы с пищеварительными соками. Одновременно начинается эмульгирование жира. Наиболее мощное эмульгирующее действие на жиры, несомненно, оказывают соли желчных кислот, попадающие в двенадцатиперстную кишку с желчью в виде натриевых солей, большая часть которых конъюгирована с глицином или таурином. Желчные кислоты представляют собой основной конечный продукт обмена холестерина. В печени из холестерола синтезируются жёлчные кислоты – холевая и хенодезоксихолевая (непарные жёлчные кислоты, первичные). В печени происходит конъюгация непарных желчных кислот (образуют пару) с глицином или таурином, и образуются парные жёлчные кислоты – гликохолевая и гликохенодезоксихолевая, таурохолевая и таурохенодезоксихолевая. И далее они поступают в 12-перстную кишку. Парные жёлчные кислоты обладают более выраженным эмульгирующим действием. Вторичные желчные кислоты: |