Биохимия. Полный набор лекций. Нейромедиаторов
 Скачать 18.11 Mb.
|
|
Х РОМОПРОТЕИНЫ Хромопротеины содержат окрашенные простетические группы. Сюда относят гемопро- теины (содержат гем, ретинальпротеины (содержат витамин А, флавопротеины (содержат витамин В, кобамидпротеины (содержат витамин В. Гемопротеины Подразделяются на неферментативные (гемоглобин, миоглобин) и ферменты (цитохромы, каталаза, пероксидаза. Небелковой частью их является гем – структура, включающая в себя порфириновое кольцо (состоящее из 4 пиррольных колец) и иона Fe 2+ . Железо связывается с порфириновым кольцом двумя координационными и двумя ковалентными связями. Цитохромы Цитохромы отличаются аминокислотным составом пептидных цепей и числом цепей и разделяются на типы ас. Все они неспособны связывать кислород, кроме цитохрома а, который содержит ионы меди. Цитохромы находятся в составе дыхательной цепи митохондрий и цепи микросомального окисления. Флавопротеины Являются ферментами окислительно-восстановительных реакций, содержат производные витамина В – флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД). Строение, свойства и классификация аминокислот и белков ГЛИКОПРОТЕИНЫ ( ГЛИКОКОНЪЮГАТЫ ) Гликопротеины – белки, содержащие углеводный компонент, ковалентно присоединенный к полипептидной основе. Содержание углеводов варьирует от 1 до 85% по массе. Выделяют два подкласса белков, содержащих углеводы протеогликаны и гликопротеины. Между этими подклассами имеются существенные отличия Гликопротеины o доля углеводов 15-20%, не содержат уроновых кислот, углеводные цепи содержат не более 15 звеньев, углевод имеет нерегулярное строение. Протеогликаны o доля углеводов 80-85%, имеются уроновые кислоты, углеводные цепи крайне велики, углевод имеет регулярное строение. Гликопротеины Для собственно гликопротеинов характерно низкое содержание углеводов. Они присоединены либо N-гликозидной связью к амидному азоту аспарагина, либо О-гликозидной связью к гидроксигруппе остатка серина, треонина, гидроксилизина. Углевод имеет нерегулярное строение и содержит маннозу, галактозу, глюкозу, их аминопроизводные, ацетил- нейраминовую кислоту. Функцией гликопротеинов являются 1. Структурная – клеточная стенка бактерий, костный матрикс, например, коллаген, эластин Тимин О.А. Лекции по биологической химии 25 2. Защитная – например,антитела, интерферон, факторы свертывания крови (протромбин, фибриноген. 3. Транспортная – перенос веществ в крови и через мембраны, например, трансферрин, транскортин, альбумин, Na + ,К + -АТФаза. 4. Гормональная – гонадотропный, адренокортикотропный и тиреотропный гормоны. 5. Ферментативная – холинэстераза, нуклеаза. 6. Рецепторная – присоединение эффектора приводит к изменению конформации белка- рецептора, что вызывает внутриклеточный ответ. Протеогликаны Другая группа гликопротеинов – протеогликаны – характеризуется наличием полисахаридов, состоящих из повторяющихся дисахаридных остатков. Дисахариды включают в себя уроновую кислоту и аминосахар. Многократно дублируясь, дисахариды образуют олиго- и полисахаридные цепи – гликаны. В литературе встречаются другие названия – кислые гетерополисахариды(т.к. имеют много кислотных групп, гликозаминогликаны(содержат аминогруппы Эти молекулы входят в состав протеогли- канов – сложных белков, функцией которых является заполнение межклеточного пространства и удержание здесь воды, также они выступают как смазочный и структурный компонент суставов и других тканевых структур. Углеводная часть, аналогично с гликопротеинами, связывается с белком через остатки серина и аспарагина. Основными представителями гликозаминогликанов является гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, кератансульфаты и дерматансульфаты, гепарин. По функции протеогликаны особенно значимы для межклеточного пространства, особенно соединительной ткани, в которое погружены коллагеновые волокна. При помощи электронной микроскопии выяснено, что они имеют древовидную структуру. Молекулы гликанов весьма гидрофильны, создают сетчатый желеподобный матрикс и заполняют пространство между клетками, являясь преградой для крупных молекул и микроорганизмов. ВИТАМИНЫ, ИХ КОФЕРМЕНТНЫЕ ФОРМЫ, ФУНКЦИИ Понятием витамины в настоящее время объединяется группа низкомолекулярных веществ разнообразной природы, которые необходимы для биохимических реакций, обеспечивающих рост, выживание и размножение организма. Витамины обычно выступают в роли коферментов – таких молекул, которые непосредственно участвуют в работе ферментов. Витамины называют пламень жизни, так как жизнь без витаминов невозможна. Различают следующие группы витаминов 1. Жирорастворимые А, D, E, K, F. 2. Водорастворимые B 1 , B 2 , B 3 , B 5 , B 6 , B 9 = Вс, B 12 , H, C. 3. Также выделяют витаминоподобные вещества o жирорастворимые – Q, водорастворимые – B 4 (холин, P (биофлавоноиды), B T (карнитин), B 8 инозит, U (S-метилметионин), N (липоевая кислота, B 13 (оротовая кислота, B 15 (пангамовая кислота. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Независимо от своих свойств витамины характеризуются следующими общебиологическими свойствами 1. В организме витамины не образуются, их биосинтез осуществляется вне организма человека, те. витамины должны поступать с пищей. Тех витаминов, которые синтезируются кишечной микрофлорой обычно недостаточно для покрытия потребностей организма (строго говоря, это тоже внешняя среда. Исключением является витамин РР, который может синтезироваться из триптофана и витамин D (холекальциферол, синтезируемый из холестерола. 2. Витамины не являются пластическим материалом. Исключение – витамин F. 3. Витамины не служат источником энергии. Исключение – витамин F. 4. Витамины необходимы для всех жизненных процессов и биологически активны уже в малых количествах. 5. При поступлении в организм они оказывают влияние на биохимические процессы, протекающие в любых тканях и органах, те. они неспецифичны по органам. 6. В повышенных дозах могут использоваться в лечебных целях в качестве неспецифи- ческих средств при сахарном диабете – B 1 , B 2 , B 6 , при простудных и инфекционных заболеваниях витамин С, при бронхиальной астме – витамин РР, при язвах ЖКТ – витаминоподобное вещество U. Жирорастворимые витамины при увеличении дозы накапливаются и могут вызывать гипервитаминозы с рядом общих симптомов (потеря аппетита, расстройство ЖКТ, сильные головные боли, повышенная возбудимость нервной системы, выпадение волос, шелушение кожи) и со специфическими признаками. Яркая картина гипервитаминозов отмечается только для витаминов Аи. Нехватка витаминов ведет к развитию патологических процессов в виде специфических гиповитаминозов или авитаминозов. Широко распространенные скрытые формы витаминной недостаточности не имеют каких-либо внешних проявлений и симптомов, но оказывают отрицательное влияние на работоспособность, общий тонус организма и его устойчивость к разным неблагоприятным факторам. Причины нехватки витаминов могут быть www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии а. Экзогенные нерациональное питание, те. недостаточное потребление с пищей, o гельминтозы, лямблиозы, дизентерия, дисбактериоз кишечника. б. Эндогенные нарушение всасывания (энтероколиты, гастроэнтериты различного происхождения. Например, пернициозная анемия Аддисон-Бирнера, заболевания печении желчного пузыря (для жирорастворимых витаминов, повышенная потребность (беременность, лактация, физические нагрузки, генетические дефекты кофермент-образующих ферментов. Некоторые витамины поступают в организм в виде провитаминов. В организме провитамины превращаются в активные формы, например каротиноиды превращаются в витамин А, пищевой эргостерол или 7-дегидрохолестерол под действием ультрафиолетовых лучей превращаются соответственно в эргокальциферол (D 2 ) и холекальциферол витамин. Вещества, которые замещают витаминные коферменты в биохимических реакциях, или препятствуют синтезу кофермента или еще каким-либо образом препятствуют действию витамина, получили название антивитамины, например o дикумарол (антивитамин К) – препятствует образованию активной формы витамина К, что блокирует синтез факторов свертывания крови, o изониазид (антивитамин РР) – образует "неправильные" коферменты, аналогичные НАД и НАДФ, что блокирует протекание окислительно-восстановительных реакций, o птеридины (антифолаты) – вытесняют витамин Виз реакций и препятствуют синтезу пуриновых и пиримидиновых оснований и, как следствие, нуклеиновых кислот, o авидин (антивитамин Н) – связывается с витамином в кишечнике и не допускает его всасывания в кровь. ЖИР О РАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ ВИТАМИН АРЕ Т И НО Л АНТИК СЕРО Ф ТАЛЬ МИ ЧЕСКИ Й) Источники С пищевыми продуктами в организм поступает как витамин Атаки каротины – вещества, схожие с ним построению. витамин А содержат рыбий жир (19 мг, печень морских рыб (до 14 мг, печень крупного рогатого скота и свиньи, жирномолочные продукты (сливочное масло, сливки, сметана, желток яиц (0,6 мг, каротиноиды имеются в моркови, красном перце, томатах (красные овощи, в пальмовом масле (80 мг, облепиховом масле (40 мг. Суточная потребность 1,0-2.5 мг или 5000 ЕД. Метаболизм Всасывается только 1/6 часть потребленных каротиноидов. После всасывания некоторые каротиноиды в печении кишечнике превращаются в ретинол, при этом из каротина образуется 2 молекулы витамина А. Витамины, их коферментные формы, функции 28 Строение Ретиноиды представляют собой ароматическое кольцо с метильными заместителями и изопреновой цепью. В организме спиртовая группа ретинола окисляется в свои активные формы альдегидную (ретиналь) или карбоксильную (ретиноевая кислота) группы. Биохимические функции 1. Антиоксидантная функция. Благодаря наличию двойных связей в изопреновой цепи витамин осуществляет нейтрализацию свободных кислородных радикалов, особенно эта функция проявляется у каротиноидов. 2. Регуляция экспрессии генов Ретиноевая кислота стимулирует экспрессию генов многих рецепторов к факторам роста. Иными словами, повышает чувствительность клеток к ростовым стимулам. Благодаря этому она регулирует нормальный рост и дифференцировку клеток эмбриона и молодого организма, стимулирует деление и дифференцировку быстро делящихся тканей – хряща, костной ткани, сперматогенного эпителия, плаценты, эпителия кожи, слизистых, иммунной системы. 3. Участие в фотохимическом акте зрения. Ретиналь в комплексе с белком опсином формирует зрительный пигмент родопсин, который находится в клетках сетчатки глаза, отвечающих за черно-белое сумеречное зрение (палочки. Максимум спектра поглощения родопсина находится в области 500 нм. При попадании кванта света на молекулу родопсина последний распадается на опсин и алло-транс-ретиналь. При этом в мембране генерируется электрический сигнал, идущий в зрительный центр головного мозга. В дальнейшем под влиянием ферментов алло-транс- ретиналь превращается в 11-цис-ретиналь и связывается с опсином, образуя родопсин. www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии Гиповитаминоз Причина. Помимо пищевой недостаточности, причиной гиповитаминоза А может быть 1) нехватка витаминов Е и С, защищающих ретинол от окисления, 2) снижение функции щитовидной железы (гипотиреоз, т.к. в кишечнике и печени превращение каротиноидов в витамин А катализируют железосодержащие ферменты (например, β-каротин-диоксигеназа), активируемые тиреоидными гормонами. Клиническая картина. 1. Стерильность – желтое тело беременности накапливает каротиноиды каротин и люте- ин. Вероятно, они несут антиоксидантную нагрузку, обеспечивая жизнеспособность и нормальное функционирование желтого тела. 2. При сильном гиповитаминозе и авитаминозе роисходит нарушение темновой адаптации – куриная слепота. 3. Задержка роста, похудание, истощение. 4. Специфические поражения глаз, слизистых оболочек, кожи кожа – гиперкератоз (пролиферация и патологическое ороговение кожи, сухость и шелушение – т.н. "жабья кожа) приводит к вторичным гнойным процессам, глаза – ороговение эпителия слезного канала (ксерофтальмия) приводит к его закупорке. Это порождает, во-первых, сухость роговой оболочки глаза, ткнет слезы, во- вторых, влечет за собой воспаление роговой оболочки из-за отсутствия лизоцима (антибактериального фермента слезы. Оба фактора приводят к кератомаляции – отек, изъязвление, размягчение роговой оболочки, слизистые оболочки – из-за снижения синтеза гликопротеинов и нарушения барьерной функции слизистых оболочек происходит поражение эпителия желудочно- кишечного тракта, дыхательных путей и мочеполовой системы (также нарушение сперматогенеза. Гипервитаминоз Причина. Избыточный прием витамина Ас витаминными препаратами и, реже, спи- щей. Клиническая картина. Острое отравление сопровождается головной болью, тошнотой, слабостью, ступором, отеком соска зрительного нерва (вследствие ликворной гипертензии, может повышаться температура. При хроническом отравлении нарушается пищеварение, исчезает аппетит, наступает потеря веса тела, снижается активность сальных желез кожи и развивается сухой дерматит, ломкость костей. У витамина А в высоких дозах имеется нефротоксичность, канцерогенность и эмбрио- токсичность. Витамины, их коферментные формы, функции 30 Лекарственные формы Ретинолацетат, ретинолпальмитат (функциональная ОН-группа защищена жирными кислотами. ВИТАМИН КАЛЬЦИФЕРОЛА Н ТИРАХ И Т И ЧЕСКИ Й) Источники Имеется два источника поступления витамина D: печень, дрожжи, жирномолочные продукты (сливочное масло, сливки, сметана, желток яиц, образуется в коже при ультрафиолетовом облучении из 7-дегидрохолестерола вколи- честве 0,5-1,0 мкг/сут. Суточная потребность Для детей – 12-25 мкг или 500-1000 МЕ, у взрослых потребность гораздо меньше. Строение Витамин представлен двумя формами – эргокальциферол и холекальциферол. Химически эргокальциферол отличается от холекальциферола наличием в молекуле двойной связи между Си Си метильной группой при С 24 После всасывания в кишечнике или после синтеза в коже витамин попадает в печень. Здесь он гидроксилируется по Си кальциферолтранспортным белком переносится к почкам, где еще раз гидроксилируется, уже по С. Образуется 1,25-дигид- роксихолекальциферол или кальцитриол. Реакция гидроксилирования в почках стимулируется парат- гормоном, пролактином, соматотропным гормоном и подавляется высокими концентрациями фосфатов и кальция. Биохимические функции 1. Увеличение концентрации кальция и фосфатов в плазме крови. Для этого кальцитриол: стимулирует всасывание ионов Ca 2+ и фосфат-ионов в тонком кишечнике (главная функция, стимулирует реабсорбцию ионов Ca 2+ и фосфат-ионов в проксимальных почечных канальцах. 2. В костной ткани роль витамина D двояка: стимулирует мобилизацию ионов Ca 2+ из костной ткани, так как способствует дифференцировке моноцитов и макрофагов в остеокласты и снижению синтеза коллагена I типа остеобластами, www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии 31 o повышает минерализацию костного матрикса, так как увеличивает производство лимонной кислоты, образующей здесь нерастворимые соли с кальцием. 3. Участие в реакциях иммунитета, в частности в стимуляции легочных макрофагов ив выработке ими азотсодержащих свободных радикалов, губительных, в том числе, для микобактерий туберкулеза. 4. Подавляет секрецию паратиреоидного гормона через повышение концентрации кальция в крови, но усиливает его эффектна реабсорбцию кальция в почках. Гиповитаминоз Приобретенный гиповитаминоз Причина Часто встречается при пищевой недостаточности у детей, при недостаточной инсоляции у людей, не выходящих на улицу или при национальных особенностях одежды. Также причиной гиповитаминоза может быть снижение гидроксилирования кальциферола заболевания печении почек) и нарушение переваривания липидов (целиакия, холестаз). Клиническая картина У детей 2-24 месяцев проявляется в виде рахита, при котором, несмотря на поступление с пищей, кальций не усваивается в кишечнике, а в почках теряется. Это ведет к снижению концентрации кальция в плазме крови, нарушению минерализации костной ткани и, как следствие, к остеомаляции (размягчение кости. Остеомаляция проявляется деформацией костей черепа (бугристость головы, грудной клетки (куриная грудь, искривление голени, рахитические четки на ребрах, увеличение живота из-за гипотонии мышц, замедляется прорезывание зубов и зарастание родничков. У взрослых тоже наблюдается остеомаляция, те. остеоид продолжает синтезироваться, ноне минерализуется. Развитие остеопороза частично также связывают с витамин недостаточностью. Наследственный гиповитаминоз Витамин зависимый наследственный рахит I типа, при котором имеется рецессивный дефект почечной α 1 -гидроксилазы. Проявляется задержкой развития, рахитическими особенностями скелета и т.д. Лечение – препараты кальцитриола или большие дозы витамина. Витамин зависимый наследственный рахит II типа, при котором наблюдается дефект тканевых рецепторов кальцитриола. Клинически заболевание схоже с I типом, но дополнительно отмечаются аллопеция, milia, эпидермальные кисты, мышечная слабость. Лечение варьирует в зависимости от тяжести заболевания, помогают большие дозы кальциферола. Гипервитаминоз Причина. Избыточное потребление с препаратами (1,5 млн МЕ в сутки. Клиническая картина. Ранними признаками передозировки витамина D являются тошнота, головная боль, потеря аппетита и веса тела, полиурия, жажда и полидипсия. Могут быть запоры, гипертензия, мышечная ригидность. Хронический избыток витамина D приводит к гипервитаминозу, при котором отмечается o деминерализация костей, приводящая к их хрупкости и переломам. увеличение концентрации ионов кальция и фосфора в крови, приводящее к кальци- фикации сосудов, ткани легких и почек. Лекарственные формы Витамин D – рыбий жир, эргокальциферол, холекальциферол. 1,25-Диоксикальциферол (активная форма) – остеотриол, рокальтрол, форкал плюс. |