|
|
билеты. Комплементарность взаимодействия молекул белка с лигандом. Обратимость связывания. Основы функционирования белков
2. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ, ЭТАПЫ: ПИТАНИЕ, ТРАНСПОРТ, МЕТАБОЛИЗМ, ВЫДЕЛЕНИЕ ПРОДУКТОВ
МЕТАБОЛИЗМА. ОРГАНИЧЕСКИЕ И МИНЕРАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПИЩИ.
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ
—это совокупность химических реакций, протекающих в организме
—представляет собой высоко координированную и целенаправленную клеточную активность, обеспеченную
участием многих взаимосвязанных ферментативных систем, и включает два неразрывных процесса
анаболизм и катаболизм
—процессы, происходящие в просвете желудочно-кишечного тракта, не входят в понятие метаболизма,
поскольку полость желудочно-кишечного тракта рассматривается как часть внешней среды
—включает в себя более чем 100 000 разнообразных реакций, но существуют основные метаболические пути,
построенные по единому плану. Такие пути могут быть линейными и разветвленными. Ферменты,
катализирующие реакции, протекающие на этих путях, в организме объединены в мультиферментные системы.
В мультиферментных системах продукт предыдущей реакции является субстратом для последующей.
—это двуединый процесс, складывающийся из 2-х частей: катаболизма и анаболизма. В ходе катаболизма
происходит разрушение, расщепление сложных веществ до более простых. В процессе анаболизма организм
синтезирует собственные сложные из простых.
—Оба процесса связаны между собой большим числом реакций, хотя в клетке часто бывают пространственно
разделены.
—существуют химические реакции из числа обратимых, которые в равной степени можно отнести как к
катаболизму, так и анаболизму. Принадлежность той или иной реакции к одному из этих процессов
определяется -в какую сторону сдвинуто ее равновесие в данный момент времени
Анаболизм
— это биосинтез белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот и других макромолекул из простых
молекул
—сопровождается усложнением структуры, то требует затрат энергии. Источник-энергия АТФ.
—используется энергия, освобождающаяся при катаболизме (эндергонические реакции)
Катаболизм
—расщепление и окисление сложных органических молекул до простых конечных продуктов
—сопровождается высвобождением энергии, заключенной в химических связях веществ
—Большая часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть используется для синтеза АТФ.
—Конечные продукты превращений органических веществ у животных и человека - СО2, Н2О и мочевина
—сопровождаются выделением энергии (экзергонические реакции).
Направление химической реакции определяется значением ΔG.
Экзергоническая реакция=величина отрицательна-реакция протекает самопроизвольно и сопровождается
уменьшением свободной энергии
Если при этом абсолютное значение ΔG велико, то реакция идёт практически до конца, и её можно
рассматривать как необратимую.
Эндергоническая реакция= ΔG положительно, то реакция будет протекать только при поступлении свободной
энергии извне
Если абсолютное значение ΔG велико, то система устойчива, и реакция в таком случае практически не
осуществляется
При ΔG, равном нулю, система находится в равновесии.
Энергетически сопряжённые реакции- в биологических системах термодинамически невыгодные
(эндергонические) реакции могут протекать лишь за счёт энергии экзергонических реакций
—Многие происходят при участии аденозинтрифосфата (АТФ), играющего роль сопрягающего фактора.
Высокоэнергетические фосфаты (макроэргические соединения)— группа органических фосфатов, гидролиз
которых приводит к освобождению большого количества свободной энергии.
ЭТАПЫ
I. Переваривание – ферментативное расщепление белков, жиров и углеводов до растворимых в воде
аминокислот, моно- и дисахаридов, глицерина, жирных кислот и других соединений, происходящее в
различных отделах желудочно-кишечного тракта.
II. Транспорт веществ:
всасывание (резорбция);
физический транспорт кровью и лимфой;
трансмембранный перенос в клетку.
III. Метаболизм (анаболизм + катаболизм), результатом которого является ферментативное расщепление
питательных веществ до конечных продуктов. Часть этих продуктов используется для построения
составных частей мембран, цитоплазмы, для синтеза биологически активных веществ и
воспроизведения клеток и тканей. Расщепление веществ сопровождается выделением энергии,
которая используется для процесса синтеза и обеспечения работы каждого органа и организма в
целом.
Связь анаболизма и катаболизма: энергия и вещества, выделяющиеся в катаболических процессах,
используются в анаболических. Биомолекулы, образующиеся при анаболизме, разрушаются в
катаболических реакциях.
Значение метаболизма:
снабдить клетку энергией;
обеспечить строительными блоками;
собрать макромолекулы для построения клеточных структур;
обеспечить синтез и распад сецифических и функционально активных молекул (ферментов,
гормонов, медиаторов и др.), необходимых для выполнения клеткой своих функций.
IV. Выведение конечных продуктов обмена из организма (СО2, вода, мочевина, аммиак, мочевая
кислота, билирубин и др.) в составе мочи, кала, пота, через легкие и т.д.
ОРГАНИЧЕСКИЕ И МИНЕРАЛЬНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ПИЩИ
Основные компоненты пищи, которые необходимы в разных количествах и соотношениях: вода, витамины,
углеводы, жиры, белки, минеральные вещества. Необходимо рассказать про атомарное содержание и функции
в-в
ПОНЯТИЕ ОБ ОСНОВНЫХ И МИНОРНЫХ КОМПОНЕНТАХ ПИЩИ
1) Основные пищевые вещества (макронутриенты):
o белки (
100 г/сут);
o липиды (
100 г/сут);
o углеводы (
450 г/сут).
2) Минорные пищевые вещества (микронутриенты): – природные компоненты пищи установленной
химической структуры (витаминоподобные соединения, некоторые минералы, индольные соединения,
флавоноиды, изофлавоны, фитостерины и др.), присутствующие в пище в миллиграммах и
микрограммах, играющие важную и доказанную роль в адаптационных реакциях организма и
поддержании здоровья, но не являющиеся эссенциальными пищевыми веществами.
o витамины (А, Д, Е, К, С, группа В);
o минеральные вещества (Na, K, Ca, Mg, Fe, Cl, P и т.д.)
3.НАСЛЕДСТВЕННЫЕ НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА ДИСАХАРИДОВ: ПОНЯТИЕ О МАЛЬАБСОРБЦИИ.
ГЛИКОГЕНОЗЫ И АГЛИКОГЕНОЗЫ.
Поступившие с пищей дисахариды в щеточной кайме на поверхности слизистой кишечника подвергаются
расщеплению при участии ферментов кишечного сока: мальтазы, расщепляющей мальтозу на две молекулы
глюкозы; сахаразы, расщепляющей сахарозу на фруктозу и глюкозу; лактазы, расщепляющей лактозу на
глюкозу и галактозу.
МАЛЬАБСОРБЦИЯ – синдром, обусловленный расстройством переваривания и всасывания пищевых веществ
в тонком кишечнике, сопровождающийся нарушением процессов метаболизма в тканях. В основе
мальабсорбции лежат генетически обусловленные или сформировавшиеся при стойком повреждении
слизистой тонкой кишки дефекты ферментных систем.
Виды:
- наследственная как результат генетического дефекта ферментов лактазы, мальтазы или сахаразы;
- приобретенная – при нарушении функции тонкого кишечника.
Нерасщепленные ферментами тонкой кишки дисахариды спускаются в толстый кишечник и подвергаются
сбраживанию ферментами микрофлоры толстого кишечника. Клинически это проявляется чувством
переполнения после приема пищи, содержащей дисахариды, вздутием живота, болями, жидким стулом.
Недостаточное всасывание моносахаров приводит к гипоэнергетическому состоянию вследствие расстройства
метаболизма.
АГЛИКОГЕНОЗЫ – генетически обусловленные, врожденные заболевания, связанные с дефектом ферментов
синтеза гликогена (чаще всего гликогенсинтаза). Симптомами является резкая гипогликемия натощак,
особенно утром, появляется рвота, судороги, потеря сознания. В результате гипогликемии наблюдается
задержка психомоторного развития, умственная отсталость. Болезнь несмертельна при адекватном лечении
(частое кормление), хотя и опасна.
ГЛИКОГЕНОЗЫ – наследственные болезни, в основе которых лежит генетический дефект ферментов,
принимающих участие в метаболизме гликогена. Характерный общий признак – чрезмерное отложение
гликогена или изменение его структуры в миоцитах, гепатоцитах и других клетках организма. Гликогенозы
проявляются симптомами гипогликемии, гепатомегалии, мышечной слабости, печеночной, сердечной,
дыхательной и почечной недостаточности. Самая тяжелая болезнь Гирке – печеночная форма (не дает
свободную глюкозу крови). Это ведет к превращению глюкозо-6-фосфата в лактат, его накоплению и к ацидозу
– закисление pH крови. Мышечные формы не дают распад гликогена
4. ТРАНСПОРТ КИСЛОРОДА И ДИОКСИДА УГЛЕРОДА КРОВЬЮ. СХЕМА ПЕРЕНОСА ГАЗОВ КРОВЬЮ.
ГЕМОГЛОБИН ПЛОДА (НBF) И ЕГО ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ.
ТРАНСПОРТ КИСЛОРОДА И ДИОКСИДА УГЛЕРОДА КРОВЬЮ
Транспорт кислорода
Кровь осуществляет дыхательную функцию, прежде всего благодаря наличию в ней гемоглобина.
Физиологическая функция гемоглобина как переносчика кислорода основана на способности обратимо
связывать кислород. Поэтому в легочных капиллярах происходит насыщение крови кислородом, а в тканевых
капиллярах, где парциальное давление кислорода резко снижено, осуществляется отдача кислорода тканям.
Поскольку растворимость кислорода в воде очень низкая, то он транспортируется только в связанном с
гемоглобином виде (в виде оксигемоглобина) – Hb(Fe2+)•4О2.
! 100 г гемоглобина могут связывать 134 мл кислорода, а каждый грамм гемоглобина – 1,34 мл кислорода.
Кооперативность действия субъединиц гемоглобина:
Присоединение молекул кислорода к гемоглобину происходит постепенно, причем оксигенация одной из
субъединиц облегчает присоединение следующих молекул О2. Это происходит вследствие того, что
взаимодействие гемоглобиновой субъединицы с лигандом (О2) приводит к изменению конформации глобиновых цепей и активации их центров связывания.
Взаимовлияние протомеров олигомерного белка друг на друга называется кооперативное
взаимодействие. В легких такое взаимодействие субъединиц гемоглобина повышает его сродство к кислороду и ускоряет присоединение кислорода в 300 раз. В тканях идет обратный процесс, сродство снижается и ускорение отдачи кислорода также 300-кратное.
Транспорт углекислого газа
Организм располагает несколькими механизмами переноса СО2 от тканей к легким, так как растворимость двуокиси углерода значительно выше, чем кислорода.
Транспортные формы СО2:
Физически растворенный - 7-8%
Карбгемоглобин – 12-13%
Бикарбонаты – 80% (основная форма транспорта):
NaHCO3 в плазме, КНCO3 в эритроците
Связывание газов гемоглобином:
- Оксигемоглобин Hb O2 (Fe2+);
- Карбоксигемоглобин Hb CO (Fe2+);
- Карбгемоглобин Hb-NH-COOH (Fe2+);
- Метгемоглобин Мet Hb(Fe3+).
Избыток карбоксигемоглобина в крови приводит к кислородному голоданию, головокружению, тошноте, рвоте или даже смерти, так как угарный газ, связанный с гемоглобином, лишает его
возможности присоединять к себе кислород.
Метгемоглобин не способен переносить кислород. Образование метгемоглобина в организме, при отравлениях нитратами, анилином, приводит к кислородному голоданию.
В легких (в альвеолах) – парциальное давление около 100 мм рт.ст.
! Чем выше парциальное давление тем больше сродство гемоглобина с кислородом.
1) Реакция насыщения. В результате получается оксигенированная (НЕ окисленная) форма гемоглобина;
2) Бикарбонат калия + оксигенированная форма гемоглобина = калий содержащий оксигенированный гемоглобин и угольная кислота, которая распадается на воду и СО2
3) Карбгемоглобин распадается на гемоглобин и углекислый газ
Далее эритроцит пошел к тканям.
В тканях – парциальное давление примерно 26 мм рт.ст.
! Чем интенсивнее работает клетка, тем ниже парциальное давление, тем ниже сродство гемоглобина с кислородом. Если клетка в покое, то только половина оксигенированного гемоглобина отдаст кислород, а если интенсивно работает, то отдаст больше. Все это для того чтобы была адекватная концентрация кислорода.
1) Получается соль калий гемоглобин + кислород (идет в плазму, потом в ткани);
2) Бикарбонаты образуются, чтобы pH венозной крови было в норме. Часть бикарбоната уйдет в плазму, вместо него зайдет хлорид (это показана электронейтральная система).
3) Образование карбгемоглобина.
Эритроцит пошел в альвеолы.
ГЕМОГЛОБИН ПЛОДА (НBF)
Фетальный гемоглобин Hb F α2 γ2 – синтезируется с 3-4 недели и к четвертому месяцу достигает максимума.
Он имеет более низкое сродство к кислороду, чем эмбриональный гемоглобин (размер плода больше, но и
снабжение кислородом через плаценту лучше), но более высокую способность его удерживать и
транспортировать.
Билет 7 (142,146,101)
1. РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА И СЕКРЕЦИИ ГОРМОНОВ ПО ПРИНЦИПУ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ.
Вся гормональная система подчиняется принципам обратной связи, т.е. на секрецию гормонов влияет как
концентрация самого гормона в крови, так и изменение того показателя, на уровень которого действует данный гормон.
Это можно проиллюстрировать на примере кортизола, основного глюкокортикоидного гормона
надпочечников. Кортизол является регулятором углеводного обмена организма, увеличивая концентрацию глюкозы в крови за счет гликонеогенеза, а также принимает участие в развитии стрессовых реакций. Его продукция регулируется по механизму обратной связи, который действует на уровне гипоталамуса. Когда в
крови снижается уровень кортизола, гипоталамус секретирует кортиколиберин – рилизинг-фактор, стимулирующий выделение гипофизом кортикотропина (адренокортикотропного гормона,
АКТГ). Повышение уровня АКТГ, в свою очередь, стимулирует секрецию кортизола в надпочечниках,
и в результате содержание кортизола в крови возрастает. Повышенный уровень кортизола
подавляет затем по механизму обратной связи выделение кортиколиберина – и содержание
кортизола в крови снова снижается. Повышение уровня глюкозы в крови также снижает секрецию кортизола.
2.МЕТАЛЛОТИОНЕИН И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ. БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО
ШОКА.
МЕТАЛЛОТИОНЕИН– простой белок, который практически не синтезируется в организме. Он является
индуцибельным белком (т.е. нарабатывается в ответ на неблагоприятные условия, а в обычных условиях
практически нет) и начинает синтезироваться в больших количествах (амплификация), когда происходит
отравление тяжёлыми металлами.
ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Тяжелые металлы будут денатурировать многие белки, особенно опасно, если денатурация настигает белки,
которые нужны в обменных процессах. Металлотионеин связывает эти тяжелые металлы, и они теряют свою
денатурирующую способность по отношению к белкам, что позволяет человеку жить.
БЕЛКИ ТЕПЛОВОГО ШОКА
Некоторые шапероны защищают белки от денатурирующий воздействий (температуры, рН, гипоксий и пр.)
Синтез шаперонов увеличивается при росте температуры, а также воздействие некоторых других
экстремальных факторов. Такие шапероны называют «белками теплового шока».
Сюда относятся только низкомолекулярные шапероны. Они тоже являются индуцибельными. Они
называются «белками теплового шока» потому, что были впервые обнаружены в опыте, когда нагревали
клетку, и начиналось активное выделение этих белков.
Если у человека повышается температура, то вырабатываются эти низкомолекулярные шапероны и, как
бочонок, обволакивают важные для организма белки, защищая их от денатурирования (сами они могут
разрушаться). Также они могут не только обволакивать их, но и уже денатурированные участки частично
возвращать в нормальное состояние (восстанавливать), при этом сами уходят как отработанные
продукты
3.ОБМЕН ФЕНИЛАЛАНИНА И ТИРОЗИНА В НОРМЕ. ФЕНИЛКЕТОНУРИЯ; БИОХИМИЧЕСКИЙ ДЕФЕКТ,
ПРОЯВЛЕНИЕ БОЛЕЗНИ, МЕТОДЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ, ДИАГНОСТИКА И ЛЕЧЕНИЕ.
ОБМЕН ФЕНИЛАЛАНИНА И ТИРОЗИНА
Фенилаланин - незаменимая аминокислота, так как в клетках животных не синтезируется её бензольное кольцо.
Тирозин - условно заменимая аминокислота, поскольку образуется из фенилаланина. Содержание этих аминокислот в пищевых белках (в том числе и растительных) достаточно велико. Фенилаланин и тирозин используются для синтеза многих биологически активных соединений. В разных тканях
метаболизм этих аминокислот происходит по-разному
Метаболизм фенилаланина
Основное количество фенилаланина расходуется по 2 путям:
включается в белки;
превращается в тирозин.
Превращение фенилаланина в тирозин прежде всего необходимо для удаления избытка фенилаланина, так как высокие концентрации его токсичны для клеток. Образование тирозина не имеет большого значения, так как недостатка этой аминокислоты в клетках практически не бывает. Основной путь метаболизма фенилаланина начинается с его гидроксилирования, в результате чего образуется тирозин. Эта реакция катализируется специфической монооксигеназой -фенилаланингидроксилазой, коферментом которой служит
тетрагидробиоптерин (Н4БП). Активность фермента зависит также от наличия Fe2+. Реакция необратима. Н4БП в результате реакции окисляется в дигидробиоптерин (Н2БП).
Регенерация последнего происходит при участии дигидроптеридинредуктазы с использованием NADPH + H+
Метаболизм тирозина значительно сложнее, чем обмен фенилаланина. Кроме использования в синтезе белков, тирозин в разных тканях выступает предшественником таких соединений, как катехоламины, тироксин, меланины, и катаболизируется до СО2 и Н2О.
В щитовидной железе синтезируются и выделяются гормоны йодтиронины: тироксин (тетрайодтиронин) и
трийодтиронин. Данные гормоны представляют собой йодированные остатки тирозина, которые попадают в клетки щитовидной железы через базальную мембрану.
В мозговом веществе надпочечников и нервной ткани тирозин является предшественником катехоламинов
(дофамина, норадреналина, адреналина), а в меланоцитах меланина. При этом промежуточным продуктом
служит диоксифенилаланин (ДОФА)
Катаболизм тирозина в печени
Трансаминирование тирозина с α-кетоглутаратом в присутствии тирозинаминотрансферазы с образованием п-гидроксифенилпирувата;
Окисление п-гидроксифенилпирувата в присутствии п- гидроксифенилпируватдиоксигеназы с образованием гомогентезиновой кислоты;
Превращение гомогентезиновой кислоты под действием диоксигеназы гомогентезиновой кислоты в фумарилацетоацетат;
Гидролиз фумарилацетоацетата под действием фумарилацетоацетатгидролазы с образованеим фумарата и ацетоацетата.
ФЕНИЛКЕТОНУРИЯ
Фенилкетонурия (фенилпировиноградная олигофрения) – наследственное заболевание. В случае отсутствия
фенилаланингидроксилазы в организме накапливается сам фенилаланин и продукты альтернативных путей
его превращения – фенилпировиноградная кислота (фенилпируват), фенилацетат и фениллактат,
вызывающие нарушение развития мозга и умственную осталось.
Заболевание наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Частота 1 случай на 10000 новорожденных.
Диагностика: проведение скрининг-тестов на 3–5 день у всех новорожденных (проводятся данные тесты в
роддоме).
Особенности скрининг-теста:
проводится для 100% популяции;
доклиническое исследование;
не дает ложноотрицательных результатов, но может
давать ложноположительный;
является поводом не для постановки диагноза, а
только для более детального обследования;
простой, быстрый и недорогой.
Лечение: диета с пониженным содержанием фенилаланина и увеличенным – тирозина. Данной диеты придерживаются до 12–13 лет. Полностью фенилаланин не исключается, так как помимо синтеза тирозина он участвует в синтезе белков |
|
|
Скачать 488.86 Kb.