Методические рекомендации по работе с литературой Методические рекомендации по подготовке доклада
 Скачать 1.81 Mb.
|
Водорастворимые витамины и соответствующие им коферментыТиамин (витамин В1) Тиамин является предшественником кофермента тиаминпирофосфата (рис. 1), который катализирует перенос альдегидной группы с молекулы-донора на молекулу-акцептор. Как и случае большинства других витаминов, превращение витамина в кофермент заключается в присоединении к молекуле витамина «якорной группы», служащей для связывания кофермента с апоферментом. Как правило, в качестве якорной группы клетка использует либо отрицательно заряженный пирофосфат (реже монофосфат), либо комбинацию заряженной и гидрофобной группировок (аденозинпирофосфат).    Рисунок 1 - Тиамин и его коферментные формы. Рибофлавин (витамин В2) Как и в предыдущем случае, превращение витаминной формы (рис. 2) в коферментную заключается в присоединении якорной групп. Существуют две коферментных формы рибофлавина — флавинмононулеотид (якорная группа — остаток фосфорной кислоты,), сокращенно называемый FMN и флавинадениндинуклеотид (якорная группировка — остаток аденозинпирофосфата, рис. 3), сокращенно FAD. Эти коферменты катализируют реакции окисления-восстановления в составе флавиндегидрогеназ. В состав активного центра некоторых флавиндегидрогеназ входят также ионы железа или других металлов. Изоаллоксазиновое кольцо этих коферментов служит переносчиком атомов водорода, отщепляемых от субстрата.  Рисунок 2 - Рибофлавин (витамин В2).   Рисунок 3 - Коферментные формы рибофлавина — флавинмононуклеотид FMN (слева) и флавинадениндинуклеотид FAD (справа). Никотинамид (витамин РР) и его коферментные формы С  троение витамина и его коферментных форм приведено на рисунке 4. СООН Рисунок 4 - Витамин РР существует в двух витаминных формах (показаны слева) и в двух коферментных формах (справа). Никотинамидный фрагмент этих коферментов является переносчиком гидрид-иона в реакциях окисления-восстановления Пантотеновая кислота и кофермент А Пантотеновая кислота и кофермент А представлены на рис. 5  Рисунок 0 - Пантотеновая кислота (слева) и кофермент А (справа). Кофермент А переносит ацильные группы, которые он ковалентно связывает в виде тиоловых эфиров. Пиридоксин (витамин В6) и его коферментные формы  Пиридоксаль-зависимые ферменты катализируют многие реакции аминокислотного обмена и, в частности, реакции трансаминирования.Биотин и биоцитин Биотин является переносчиком карбоксильных групп в реакциях ферментативного карбоксилирования.  Рисунок 6 - Биотин (слева) и биоцитин (в середине). Справа приведен пример ферментативного карбоксилирования пирувата пируваткарбоксилазой. В биотин-зависимых ферментах биотин ковалентно связан с α-аминогруппой лизинового остатка полипептидной цепи. Фолиевая кислота Коферментная форма фолиевой кислоты, тетрагидрофолат, является переносчиком одноуглеродных фрагментов. Двухвалентные фрагменты, такие как метиленовая и метенильные группы, связываются с тетрагирофолатом по N5 и N10 в циклический промежуточный продукт.  Рисунок 7 - Фолиевая кислота и ее коферментная форма, тетрагидрофолат. Внизу показан промежуточный продукт с присоединенной метиленовой группой.  Рисунок 8 - Одноуглеродные фрагменты, переносимые тетрагидрофолат-зависимыми ферментами. Витамин В12 и его коферментная форма  Рисунок 9 - Витамин В12 (цианкобаламин) Основой витамина В12 и его коферментной формой является сложная корриновая циклическая система, схожая с порфириновой системой гема. С корриновой системой координирован ион кобальта. Ферменты, содержащие кофермент В12, обладают способностью осуществлять обмен между связанным с углеродом атомом водорода и группировкой, находящейся при соседнем атоме углерода. Факторы Касла и витамин В12 Поступление витамина В12 из желудочно-кишечного тракта в кровь зависит от второго вещества, называемого «внутренним фактором Касла». Без внутреннего фактора, которым является уникальный белок (соединение, состоящее из белковой части и мукоидов - секрета, выделяемого клетками слизистой оболочки желудка), поступающий в желудок, витамин В12 не может поступить в кровь, а затем и к участкам, где он необходим.  Рисунок 10 - Факторы Касла и витамин В12 Витамин В12 относится к внешним факторам Касла. Внутренний же фактор Касла связывает витамин В12 и способствует его всасыванию эпителиальными клетками подвздошной кишки. Секреция внутреннего фактора Касла может снизиться (или даже полностью прекратиться) при поражении желудочно-кишечного тракта или при удалении части желудка и т. д. При нарушении выделения внутреннего фактора нарушается связывание и всасывание витамина B12, что приводит к развитию B12-дефицитной мегалобластной, или пернициозной, анемии. Основной функцией B12 является его участие в развитии эритроцитов. Как было уже отмечено выше, витамин относится к внешним факторам Касла, которые отвечают в организме за поддержание нормального кроветворения. Без витамина B12, синтез ДНК не возможен, и невозможно образование полноценных красных кровяных телец. Клетки становятся негабаритных форм, и функционируют неэффективно. Чаще всего, злокачественная анемия вызвана не отсутствием B12, а уменьшением его поглощения из-за отсутствия внутреннего фактора. Аскорбиновая кислота (витамин С) Биологическая роль витамина “С” связана с его участием в окислительно-восстановительных реакциях): 1. Витамин С, являясь сильным восстановителем, играет роль кофактора в реакциях окислительного гидроксилирования, что необходимо для окисления аминокислот пролина и лизина в оксипролин и в оксилизин в процессе биосинтеза коллагена. Коллаген может синтезироваться и без участия витамина С, но такой коллаген не является полноценным (не формирутся его нормальная структура). 2. Участвует в синтезе стероидных гормонов надпочечников. 3. Необходим для всасывания железа. 4. Участвует в неспецифической иммунной защите организма.  Рисунок 10 - Строение аскорбиновой кислоты.  Большинство животных и растений могут синтезировать это соединение из глюкозы. Только люди и некоторые другие позвоночные должны получать ее с пищей. Жирорастворимые витаминыЧетыре жирорастворимых витамина (A, D, Е и K) в биологических системах образуются из молекул изопрена (метилбутадиена). Молекулы изопрена могут соединяться двумя способами: либо «голова к хвосту», либо «хвост к хвосту».  Рисунок 11 - Строение изопрена и два способа соединения молекул изопрена при димеризации. Одной из важных особенностей жирорастворимых витаминов является то, что они могут запасаться в организме в больших количествах. Поэтому их отсутствие в пище может не проявляться на физиологическом уровне многие месяцы. Витамин А  Рисунок 12 - Строение витамина А. Витамин А участвует в процессе зрения. Роль активного компонента в зрительном процессе играет окисленная форма витамина А — ретиналь, который является кофактором зрительного пигмента родопсина.  Роль витамина А в зрительном процессе При возбуждении светом зрительного пигмента родопсина (комплекс 11-цис-ретиналя и белка опсина) цис-ретиналь поглощает световую энергию и изомеризуется в полностью транс-ретиналь. Этот процесс возбуждает нервный импульс. Поскольку структура транс-ретиналя не соответствует конформации связывающего центра опсина, ретиналь отщепляется от него. В результате действия двух ферментов, ретинальредуктазы и ретинолизомеразы транс-ретиналь изомеризуется в цис-изомер и вновь связывается с опсином с образованием родопсина. Витамин D Витамин D3 не обладает биологической активностью, но он служит предшественником 1,25-дигидроксихолекальциферола. Витамин D3 гидроксилируется в два этапа — сначала в печени, а затем в почках. Затем 1,25-дигидроксихоле-кальциферол переносится в другие органы и ткани, где он регулирует обмен кальция и фосфора.  Рисунок 13 - Витамин D3 и его активная форма. Витамин ЕБиологическая функция витамина Е заключается в том, что он участвует в защите липидов клеточных мембран от разрушающего действия кислорода.  Рисунок 14 – Витамин Е (α - токоферол).В зависимости от метильных групп и их расположения различают α-, β-, γ-, δ-, ε-, η – токоферолы. Наибольшей активностью обладает α – токоферол. Витамин КСуществуют две формы витамина К, различающиеся длиной боковой цепи. Витамин К2 содержится в основном в животных организмах. Витамин К1 имеет боковую цепочку из четырех изопреноидных единиц и встречается в растениях.  Рисунок 15 - Витамин К2 (менахинон). Витамин К необходим для нормального образования белка плазмы крови протромбина, который является неактивным предшественником тромбина — фермента, превращающего белок плазмы крови фибриноген в фибрин нерастворимый волокнистый белок, способствующий формированию кровяного сгустка. Что бы протромбин мог превратиться в тромбин он должен связать ионы Ca2+. Для этого в молекуле протромбина содержится несколько остатков особой аминокислоты — α-карбоксиглутаминовой кислоты. Карбоксилирование остатков глутаминовой кислоты осуществляется ферментом, для действия которого необходим витамин К. Поэтому при авитаминозе витамина К возникают самопроизвольные паренхиматозные и капиллярные кровотечения (носовые кровотечения, внутренние кровоизлияния). Кроме того, любые поражения сосудов (включая хирургические операции) при авитаминозе К могут привести к обильным кровотечениям. Причины развития гипо- и авитоминозов Все причины можно разделить на внешние и внутренние. Внешние причины гиповитаминозов: 1. Недостаточное содержание витамина в пище (при неправильной обработке пищи, при неправильном хранении пищевых продуктов) 2. Состав рациона питания (например, отсутствие в рационе овощей и фруктов) 3. Не учитывается потребность в том или ином витамине. Например, при белковой диете возрастает потребность в витамине “РР” (при обычном питании он может частично синтезироваться из триптофана). Если человек потребляет много белковой пищи, то может увеличиться потребность в витамине “В6“ и снизиться потребность в витамине РР. 4. Социальные причины: урбанизация населения, питание исключительно высокоочищенной и консервированной пищей; наличие антивитаминов в пище Внутренние причины гиповитаминозов: 1. Физиологическая повышенная потребность в витаминах, например, в период беременности, при тяжелом физическом труде. 2. Длительные тяжелые инфекционные заболевания, а также период выздоровления; 3. Нарушение всасывания витаминов при некоторых заболеваниях ЖКТ, например, при желчнокаменной болезни нарушается всасывание жирорастворимых витаминов; 4. Дисбактериоз кишечника. Имеет значение, так как некоторые витамины синтезируются полностью микрофлорой кишечника (это витамины В3, Вc, В6, Н, В12 и К); 5. Генетические дефекты некоторых ферментативных систем. Например, витамин Д-резистентный рахит развивается у детей при недостатке ферментов, участвующих в образовании активной формы витамина Д (1,25-диоксихолекальциферола). Задачи по разделу «Витамины»
а) почему дефицит витамина В1 может привести к таким состояниям; б) для объяснения представьте схемы метаболических путей, в которых принимает участие витамин В1.
а) почему дефицит витамина В2 может привести к таким состояниям; б) для объяснения представьте схемы метаболических путей, в которых принимает участие витамин В2.
а) почему дефицит витамина РР может привести к таким состояниям; б) для объяснения представьте схемы метаболических путей, в которых принимает участие витамин РР. 13. При преобладание в пище очищенных круп или хлеба, приготовленного из муки высшего сорта, может возникнуть гиповитаминоз В1. Какую роль играет витамин В1 в обмене углеводов в организме? Для ответ: а) назовите кофермент, в состав которого входит витамин В1, и ферменты, для функционирования которых требуется этот кофермент; б) напишите метаболический путь в обмене углеводов, в котором участвуют эти ферменты, и объясните почему изменится скорость процесса при недостатке В1. Тестовые задания по разделу «Витамины» 1. Установите соответствие между словами, обозначенными буквами А, Б, В, Г, Д и смысловыми предложениями (обозначены буквами а, б, в, г, д): 1. Никотинамид. 2. Тиамин. 3. Рибофлавин. 4. Пантотеновая кислота 5. Пиридоксальфосфат. а) содержит кольцо тиазола; б) является составной частью кофермента, способного присоединять и отдавать атомы водорода по изоаллоксазиновому кольцу; в) синтезируется в организме животных из триптофана; г) участвует в качестве кофермента в реакциях трансаминирования, декарбоксилирования и рацемизации аминокислот; д) входит в состав коэнзима А. 2. Выберите правильные парные сочетания ключевых слов (обозначены буквами А, Б, В, Г, Д) и ключевых завершающих предложений (обозначены буквами а, б, в, г, д):
4. Рахит. 5. Пеллагра. а) заболевание роговицы глаза, вызванное А- авитаминозом; б) нарушение нормального отложения фосфата кальция в костной ткани из-за отсутствия кальциферолов; в) авитаминоз витамина В1; г) поливитаминоз, вызванный отсутствием витаминов РР и В6 и зависящий от количества триптофана в диете; д) болезнь, выражающаяся в повышенной проницаемости и хрупкости кровеносных сосудов. 3. Отметьте витамин, участвующий в биосинтезе коллагена. Напишите его структурную формулу. а) Филлохинон; б) дегидроаскорбиновая кислота; в) оксипролин; г) витамин С; д) витамин В и С. 4. Выберите причину развития недостаточности фолиевой кислоты. А. Недостаточное употребление в пищу зеленых овощей. Б. Недостаточное воздействие ультрафиолетовых лучей. В. Действие сульфаниламидных препаратов. Г. Мальабсорбция. Д. Все ответы правильные. Напишите структурную формулу витамина. Укажите коферментную форму и функции в организме человека. 5. Установите соответствие: Антивитамин: Витамин: 1. Аминоперин А. Витамин А 2. Дикумарол Б. Витамин Вб 3. Изониазид В. Фолиевая кислота Г. Витамин К Д. Пантотеновая кислота 6. Выберите свойства, соответствующие витаминам. А. Витамин С. Б. Витамин Е. В. Оба. Г. Ни один. 1. Является биологическим антиоксидантом. 2. Участвует в реакциях гидроксилирования пролина и лизина при синтезе коллагена. 3. Является жирорастворимым витамином. 4. Участвует в процессе свертывания крови. 5. Участвует в акте зрения. 7. Укажите органы, где происходит заключительное гидроксилирование с образованием активного метаболита витамина D 1,25-дигидроксихолекальциферола. А. Печень. Б. Кости. В. Почки. Г. Кишечник. Д. Мышцы. 8. Активность какого фермента снижается при дефиците витамина В2? 1) малатдегидрогеназы; 2) сукцинатдегидрогеназы; 3) изоцитратдегидрогеназы; 4) глутаматдегидрогеназы; 5) глицеральдегидфосфатдегидрогеназы. 9. Определите биологическую роль витамина К. А. Участвует в работе аденилатциклазной системы. Б. Служит донором и акцептором протонов и электронов в дыхательной цепи митохондрий. В. Входит в состав коферментов микросомальных гидроксилаз. Г. Кофактор карбоксилирования на этапе посттрансляционной модификации. 10. Выберите витамин, участвующий в обмене одноуглеродных радикалов различной степени окисления. А. Витамин В2 Б. Биотин В. Пантотеновая кислота Г. Фолиевая кислота Д. Аскорбиновая кислота 11. Нередко гиповитаминоз К и геморрагическая болезнь новорожденных развиваются вскоре после рождения при исключительно грудном вскармливании. Укажите причину. А. Материнское молоко содержит мало витамина К. Б. Плацента плохо пропускает витамин К, и его запасы в печени новорожденного ограничены. В. В стерильном при рождении кишечнике при вскармливании материнским молоком микроорганизмы длительное время не имеют возможности размножаться и синтезировать витамин К. Г. Все ответы правильные. 12. Выберите соединения, пригодные в качестве антидота при передозировке кумаринов. А. Унитиол. Б. Гепарин. В. Витамин К. Г. Плазминоген. Д. Витамин Е. 13. В β-окислении в составе кофермента участвует витамин: а) биотин; б) фолиевая кислота; в) пиридоксаль; г) пантотеновая кислота; д) В12 . Раздел 4. Понятие о катаболизме и анаболизме. Биоэнергетика. Развитие жизни на Земле пошло по пути использования в качестве главного экзоэргонического процесса, обеспечивающего энергетические потребности живых организмов, практически универсального для всей живой природы химического превращения — гидролиза одной из пирофосфатных связей аденозин-5’-трифосфата.    СО2 АТФ Выделение энергии: окисление углеводов, жиров, белков Использование энергии: биосинтез молекул, сокращение мышц, активный транспорт, продукция тепла    АДФ + Фi О2 Рисунок 16. Цикл АТФ – АДФ. Окисление органических веществ в организме кислородом (воздуха) с образованием воды и углекислого газа называется тканевым дыханием. Тканевое дыхание включает: а) отнятие водорода от субстрата (дегидрирование) б) многоэтапный процесс переноса электронов на кислород. Синтез АТФ из АДФ и Н3РО4 за счет энергии, выделяющейся при тканевом дыхании, называется окислительным фосфорилированием.  Рисунок 18. Структура митохондрии. СОПРЯЖЕНИЕ ДЫХАНИЯ И СИНТЕЗА АТФ (ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ФОСФОРИЛИРОВАНИЯ)  |