билеты. Комплементарность взаимодействия молекул белка с лигандом. Обратимость связывания. Основы функционирования белков
 Скачать 488.86 Kb.
|
|
2 .СВОЙСТВА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ГЛИКОГЕНА КАК РЕЗЕРВНОГО ПОЛИСАХАРИДА. БИОСИНТЕЗ ГЛИКОГЕНА В ПЕЧЕНИ И В МЫШЦАХ. Гликоген – резервный гомополисахарид, состоящий из остатков α-D-глюкозы • гликоген мышц – резерв энергии для мышечной ткани, • гликоген печени – резерв глюкозы крови В большинстве органов и тканей является энергетическим запасным материалом только для этого органа, но в печени играет важнейшую роль в поддержании постоянства концентрации глюкозы в крови в организме в целом. Особенно высоко содержание Г. именно в печени (до 6—8% и выше), а также в мышцах (до 2% и выше). В 100 мл крови здорового взрослого человека содержится около 3 мг гликогена. Встречается Г. также в некоторых высших растениях, грибах, бактериях, дрожжах. При врожденных нарушениях обмена Г. большие количества этого полисахарида накапливаются в тканях(гликогенозы) Гликоген, как и крахмал, начинает перевариваться в ротовой полости человека под действием a-амилазы слюны, в двенадцатиперстной кишке он расщепляется до олигосахаридов a-амилазой сока поджелудочной железы. Образовавшиеся олигосахариды мальтазами и изомальтазой слизистой оболочки тонкой кишки расщепляются до глюкозы, которая всасывается в кровь. Древовидная структура с молекулярной массой >1ּ107 Да (до 50 000 остатков), в которой имеется только одна свободная аномерная ОН-группа, т. е. только один восстанавливающий конец. Остатки глюкозы соединены в линейных участках α-1,4- гликозидной связью. В точках ветвления мономеры соединены α-1,6-гликозидными связями. Г. представляет собой белый аморфный порошок, растворимый в воде, оптически активен, раствор гликогена опалесцирует. Из раствора гликоген осаждается спиртом, ацетоном, танином, сульфатом аммония и др. Г. практически не обладает восстанавливающей (редуцирующей) способностью. Поэтому он устойчив к действию щелочей, под влиянием кислот гидролизуется сначала до декстринов, а при полном кислотном гидролизе — до глюкозы. Различные препараты Г. окрашиваются йодом в красный (до желтобурого) цвет. Внутриклеточное расщепление Г. — гликогенолиз происходит фосфоролитически (главный путь) и гидролитически. Фосфоролитический путь гликогенолиза катализируется двумя ферментами: гликогенфосфорилазой и амило-1,6-глюкозидазой. Образованные глюкозо-1-фосфат и глюкоза вступают в энергетический обмен. Гидролитический путь гликогенолиза катализируется a-амилазой (образовавшиеся при этом олигосахариды используются в клетках главным образом в качестве «затравки» для синтеза новых молекул Г.) и g-амилазой. Внутриклеточный биосинтез Г. — гликогеногенез — происходит путем переноса остатка глюкозы на олигосахаридную или декстриновую «затравку». В организме в качестве донора остатка глюкозы используется богатая энергией уридиндифосфатглюкоза (УДФглюкоза). Эта реакция катализируется ферментом УДФ-глюкоза-гликоген-глюкозилтрансферазой. Точки ветвления Г. образуются переносом остатка глюкозы с помощью фермента a-глюканветвящей глюкозилтрансферазы. Есть данные о том, что синтез Г. может происходить не только на углеводной «затравке», но и на белковой матрице. Гликоген в клетках находится как в растворенном состоянии, так и в виде гранул(10-40нм). В цитоплазме Г. быстро обменивается, и его содержание зависит от соотношения активностей ферментов синтезирующих (гликогенсинтетазы) и расщепляющих Г. (фосфорилазы), а также от снабжения тканей глюкозой крови. Г. усиленно синтезируется при гипергликемии, а при гипогликемии — распадается. БИОСИНТЕЗ ГЛИКОГЕНА В ПЕЧЕНИ И В МЫШЦАХ Синтез гликогена протекает не во всех тканях, а только в печени, мышцах и в лейкоцитах. Гликогенсинтаза (является гормонзависимымым ферментом) не может соеинять между собой два остатка глюкозы, а способна только достраивать уже имеющийся фрагмент гликогена. Этот фрагмент называют «праймер» или «затравка». Под действием гликогенсинтазы происходит наращивание линейных участков, т.к. она катализирует образование α-1→4 гликозидных связей. Когда длина линейного участка достигает шести (или более) остатков глюкозы, амило- α1,4-α1,6-гликозитрансфераза – «гликоген-ветвящий» фермент – переносит фрагмент с минимальной длиной в 6 остатков глюкозы на соседнюю цепь с образованием α-1→6 гликозидной связи. 4 АЛКАПТОНУРИЯ И АЛЬБИНИЗМ: БИОХИМИЧЕСКИЕ ДЕФЕКТЫ, ПРИ КОТОРЫХ ОНИ РАЗВИВАЮТСЯ. НАРУШЕНИЕ СИНТЕЗА ДОФАМИНА, ПАРКИНСОНИЗМ. АЛКАПТОНУРИЯ(«чёрная моча») Причина заболевания - дефект диоксигеназы гомогентизиновой кислоты. Для этой болезни характерно выделение с мочой большого количества гомогентизиновой кислоты, которая, окисляясь кислородом воздуха, образует тёмные пигменты алкаптоны. Клиническими проявлениями болезни, кроме потемнения мочи на воздухе, являются пигментация соединительной ткани (охроноз) и артрит. Частота - 2-5 случаев на 1 млн новорождённых. Заболевание наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Диагностических методов выявления гетерозиготных носителей дефектного гена к настоящему времени не найдено. АЛЬБИНИЗМ Причина метаболического нарушения - врождённый дефект тирозиназы. Этот фермент катализирует превращение тирозина в ДОФА в меланоцитах. В результате дефекта тирозиназы нарушается синтез пигментов меланинов. Клиническое проявление альбинизма (от лат. albus - белый) - отсутствие пигментации кожи и волос. У больных часто снижена острота зрения, возникает светобоязнь. Длительное пребывание таких больных под открытым солнцем приводит к раку кожи. Частота заболевания 1:20 000. НАРУШЕНИЕ СИНТЕЗА ДОФАМИНА – ПАРКИНСОНИЗМ Заболевание развивается при недостаточности дофамина в чёрной субстанции мозга. Это одно из самых распространённых неврологических заболеваний (частота 1:200 среди людей старше 60 лет). При этой патологии снижена активность тирозингидроксилазы, ДОФА-декарбоксилазы. Заболевание сопровождается тремя основными симптомами: акинезия (скованность движений), ригидность (напряжение мышц), тремор (непроизвольное дрожание). Дофамин не проникает через гематоэнцефалический барьер и как лекарственный препарат не используется. Для лечения паркинсонизма предлагаются следующие принципы: • заместительная терапия препаратами-предшественниками дофамина (производными ДОФА) - леводопа, мадопар, наком и др. • подавление инактивации дофамина ингибиторами МАО (депренил, ниаламид, пиразидол и др.). Билет 30 (28, 115, 181, 47) 1.РАЗЛИЧИЯ ФЕРМЕНТНОГО СОСТАВА ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ. ОРГАНОСПЕЦИФИЧЕСКИЕ ФЕРМЕНТЫ. ИЗМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ В ПРОЦЕССЕ ОНТОГЕНЕЗА. РАЗЛИЧИЯ ФЕРМЕНТНОГО СОСТАВА ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ ферменты жизнеобеспечения (одинаковые во всех клетках и участвующих в синтезе белков, ДНК и РНК, в энергетическом обмене) и органоспецифические ферменты ОРГАНОСПЕЦИФИЧЕСКИЕ ФЕРМЕНТЫ – катализируют химические превращения, характерные только для одного или немногих органов. Такие ферменты особенно ценны в диагностике, поскольку, зная их место локализации и определив их повышенную активность, можно четко отграничить участок развития патологического процесса. а. Органоспецифические ферменты: секреторные (холинэстераза, церулоплазмин, про- и антикоагулянты); индикаторные (ЛДГ, АЛТ, АСТ, ГлДГ, сукцинатДГ, малатДГ); экскреторные (лейцинаминопептидаза, 5-нуклеотидаза, глюкоронидаза, глутаматтранспептидаза). Лактатдегидрогеназа (ЛДГ) является тетрамером и состоит из субъединиц типа M (англ. muscle – мышца) и Н (англ. heart – сердце). Существует пять типов ЛДГ с различным составом и локализацией. ЛДГ 1 (Н4) и 2 (H3M1) присутствуют в тканях с аэробным обменом (миокард, мозг, корковый слой почек), обладают высоким сродством к молочной кислоте (лактату) и превращают его в пируват. ЛДГ4 (H1M3) и ЛДГ5 (М4) находятся в тканях, склонных к анаэробному обмену (печень, скелетные мышцы, кожа, мозговой слой почек), обладают низким сродством к лактату и катализируют превращение пирувата в лактат. ЛДГ3 (H2M2)-в тканях с промежуточным типом обмена (селезенка, поджелудочная железа, надпочеч-ники, лимфатические узлы). Активность разных изоферментов ЛДГ в сыворотке крови имеет клинико-диагностическое значение ИЗМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТОВ В ПРОЦЕССЕ ОНТОГЕНЕЗА 1) Внутриутробный период. Характеризуется высокой активностью ферментов синтеза белка, липидов, происходит увеличение массы организма. Плод находится в анаэробных условиях и для метаболизма характерно анаэробная направленность. Основной источник энергии – жирные кислоты, поступающие из организма матери; ЖК также выполняют строительную функцию (фосфолипиды мембран), Активность липаз Глюкоза утилизируется анаэробным путем (анаэробный гликолиз) и идет на развитие ЦНС. У новорожденных - отсутствуют ферменты поджелудочной железы, но к двум годам жизни они уже синтезируются в адекватном количестве) и при болезнях (наследственные и вторичные энзимопатии). 2) Пренатальный период. Характеризуется изменением активности ферментов, происходит подготовка организма к пребыванию в аэробной среде. Изменяется спектр гемоглобина, уменьшается его сродство к кислороду, изменяется активность митохондриальных ферментов. 3) Грудной период. Потребность в глюкозе резко возрастает, она начинает утилизироваться аэробно, но примерно до двух лет основным источником энергии является все же липиды, причина –соматотропин. 4) Ранний дошкольный период. С 3-х до 5-и лет. В этот период клетки начинают питаться углеводами. Происходит стабилизация обмена и интенсивная миелизация нервных волокон. 5) Школьный и пубертантный период. Обмен веществ модулируется под действием половых гормонов. 6) Зрелый период. Происходит стабилизация массы тела, репродуктивного гомеостаза. После 35-40 лет основным источником энергии являются опять липиды, что связано с ослаблением чувствительности тканей к Гл и изменение гормонального фона: гиперстресс (увеличивается уровень гормонов) заставляет клетку работать на пределе, т. е. использовать в качестве энергии жиры. 2 .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. 3 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН В НЕРВНОЙ ТКАНИ. ЗНАЧЕНИЕ АЭРОБНОГО РАСПАДА ГЛЮКОЗЫ. В нервной ткани, составляющей только 2 % от массы тела человека, взрослого животного или человека потребляется до 20-25% кислорода (у ребёнка – до 50%), поступающего в организм, и до 70% свободной глюкозы крови. Основной путь получения энергии – аэробный дихотомический распад глюкозы (анаэробный гликолиз – запасной, «аварийный» путь). Продукты окисления глюкозы в пентозофосфатном пути – НАДФН+Н+ и рибозо-5-фосфат – используются для биосинтезов. Глюкоза является почти единственным энергетическим субстратом, поступающим в нервную ткань, который может быть использован ее клеткамидля образования АТФ. В экстремальных условиях (например, при голодании) нервная ткань способна окислять кетоновые тела. Жирные кислоты в нервной ткани в качестве источника энергии не используются. Проникновение глюкозы в ткань мозга не зависит от действия инсулина, который не проникает через гематоэнцефалический барьер. Влияние инсулина проявляется лишь в периферических нервах. 4 ЦИКЛ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ: ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РЕАКЦИЙ И ХАРАКТЕРИСТИКА ФЕРМЕНТОВ.. ЦИТРАТНЫЙ ЦИКЛ (Цикл лимонной кислоты, цикл Кребса, цикл трикарбоновых кислот, ЦТК) - заключительный этап катаболизма, в котором углерод ацетильного остатка ацетил-КоА окисляется до 2 молекул СО2. Атомы водорода, освобождающиеся в окислительно-восстановительных реакциях, доставляются в ЦПЭ при участии NAD- и FAD-зависимых дегидрогеназ, в результате чего происходят синтез воды и окислительное фосфорилирование АДФ. Связь между атомами углерода в ацетил-КоА устойчива к окислению. В условиях организма окисление ацетильного остатка происходит в несколько этапов, образующих циклический процесс из 8 реакций: Функции ЦТК. • Интегративная функция (объединяющая обмен белков, жиров и углеводов через образование ацетил-КоА). • Водородгенерирующая функция – образуется 4 пары протонов Н+. • Энергетическая функция – образуется 1 молекула АТФ между сукцинил-КоА и сукцинат (субстратное фосф) • Анаболическая (пластическая) – метаболиты ЦТК используются для синтеза других веществ: ЦТК играет важную роль в процессах анаболизма (промежуточные продукты ЦТК): - из цитрата -------> синтез жирных кислот - из aльфа-кетоглутарата и ЩУК ---------> синтез аминокислот - из ЩУК ----------> синтез углеводов - из сукцинил-КоА -----------> синтез гема гемоглобина - ацетил-КоА – в синтезе холестерина и его производных (желчных кислот, стероидных гормонов, провитамина Д3), высших жирных кислот, кетоновых тел, ацетилхолина и др; - α-кетоглутаровая кислота – глутаминовая, глутамин, ГАМК, пролин, аргинин; - сукцинил-КоА – гем; - СО2 – глюкоза, высшие жирные кислоты, пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды; - фумаровая кислота – в синтезе мочевины; - ЩУК – аспарагиновая кислота, аспарагин, глюкоза, метионин, треонин. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РЕАКЦИЙ СВЯЗЬ МЕЖДУ ОБЩИМИ ПУТЯМИ КАТАБОЛИЗМА И ЦЕПЬЮ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ И ПРОТОНОВ При окислении субстрата в общих путях катаболизма происходит восстановление коферментов, которые затем окисляются в дыхательной цепи, то есть сбрасывают протоны и электроны в дыхательную цепь: - НАД на первичный акцептор (НАД зависимая дегидрогеназа) – 3 молекулы АТФ; - ФАД на вторичный акцептор (ФАД зависимая дегидрогеназа) – 2 молекулы АТФ. Энергетический баланс ЦТК. Субстраты ЦТК: изоцитрат, α-кетоглутарат и малат отдают протоны и электроны на НАД-зависимые дегидрогеназы, которые транспортируют протоны и электроны в ЦПЭ на I комплекс, следовательно протоны и электроны проходят все три пункта сопряжения (I, III, IV комплексы). Коэффициент окислительного фосфорилирования для: - изоцитрат – 3/1=3АТФ; - α-кетоглутарат – 3/1=3АТФ; 9АТФ в ЦПЭ - малат – 3/1=3АТФ Субстрат ЦТК: сукцинат отдает протоны и электроны на сукцинат-фумарат-дегидрогеназу (II комплекс), которая переносит протоны и электроны на убихинон, минуя I комплекс ЦПЭ, следовательно, электроны проходят два пункта сопряжения (III, IV комплексы). Коэффициент окислительного фосфорилирования для сукцинат – 2/1=2АТФ. Между сукцинил-КоА и сукцинат образуется 1 молекула АТФ (субстратное фосфорилирование). Энергетический баланс ЦТК= 9АТФ (ЦПЭ) + 2АТФ (ЦПЭ) + 1АТФ (субстратное фосфорилирование) = 12 молекул АТФ. |