Биохимия. Полный набор лекций. Нейромедиаторов
 Скачать 18.11 Mb.
|
|
НАДН или ФАДН 2 ) передает в цепь переноса электронов по 2 электрона. для восстановления кислорода вводу необходима 1 пара электронов. при прохождении пары электронов через всю дыхательную цепь (те. через I, III, IV комплексы) выкачивается столько ионов Н, сколько необходимо для синтеза 3 молекул АТФ, или по-другому, в состав АТФ включается три атома неорганического фосфата. при прохождении пары электронов через III и IV комплексы дыхательных ферментов ионов Н выкачивается столько, сколько необходимо для синтеза 2 молекул АТФ, или, по-другому, в состав АТФ включается два атома неорганического фосфата. Таким образом, коэффициент РО для НАДН равен 3, коэффициент РО для ФАДН 2 равен. РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА РО ПРИ ОКИСЛЕНИИ НЕКОТОРЫХ АМИНОКИСЛОТ При расчете энергетической ценности, те. количества АТФ, образующейся при окислении аминокислот, и коэффициента РО необходимо представлять себе весь путь аминокислоты до полного окисления ее углеродных атомов в СО. При этом необходимо учитывать число атомов углерода в молекуле. Например, аспартат содержит 4 атома углерода и поэтому его остатку необходимо пройти 2 оборота ЦТК, прежде чем они выделятся в виде СО. Подсчитывая число восстановленных НАДН, ФАДН 2 и ГТФ, образуемых в двух оборотах ЦТК, определяем сумму АТФ – 24 молекулы. При расчете коэффициента РО учитываем только фосфат, включенный в АТФ ферментом АТФ-синтазой, те. в процессе окислительного фосфорилирования. Это значит, что фосфат, входящий в ГТФ, не учитывается И, наконец, помним, что каждая молекула восстановленного эквивалента (те. НАДН или ФАДН 2 ) передает на дыхательную цепь по одной паре электронов, которые проходят разное расстояние от НАДН – три комплекса ферментов, от ФАДН 2 – 2 комплекса ферментов, нов любом случае восстанавливают доводы по одному атому кислорода. Общие пути биологического окисления Схожим образом рассчитываем требуемые значения суммы АТФ и коэффициента РО для аланина и глутамата. Два атома углерода аланина попадают в ЦТК после того, как безазотистый остаток аланина – пируват – окислится в пируват-дегидрогеназном комплексе с образованием НАДН. Образованный ацетил-SКоА входит в ЦТК и полностью окисляется водном его обороте. В результате вдыхательную цепь направляется 4 молекулы НАДН и 1 молекула ФАДН 2 В случае с глутаматом надо учесть, что α-кетоглутарат, образуемый из глутаминовой кислоты, является метаболитом цикла Кребса. Он сразу превращается в сукцинил-SКоА и www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии далее по реакциям ЦТК до оксалоацетата. Для окисления оксалоацетата требуется два оборота ЦТК (см выше. Г И ПО ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ Причинами гипоэнергетических состояний может быть следующее o гиповитаминозы экзогенные и/или эндогенные – снижается скорость и эффективность окислительных реакций. Возникает обычно при нехватке витаминов группы В – В, В, никотиновой кислоты, В, пантотеновой кислоты и аскорбиновой кислоты. дефицит белка в пище – снижается синтез всех ферментов и ферментов катаболизма в частности. снижение потребления углеводов и липидов как основных источников энергии. дефицит кислорода – отсутствие акцептора для электронов вызывает "переполнение" дыхательных ферментов, повышение электрохимического градиента, накопление НАДН и ФАДН 2 в клетке и прекращение катаболизма. дефицит железа – компонента цитохромов, миоглобина и гемоглобина, и медиком- понента цитохромоксидазы. Общие пути биологического окисления ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АТФ И ЕГО ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ В МЕДИЦИНЕ. Внутримышечные инъекции раствора АТФ используют при мышечной дистрофии и атрофии, спазме периферических сосудов (болезнь Рейно, облитерирующий тромбоангиит), для стимулирования родовой деятельности. 2. Фосфаден – лекарственное название АМФ. Особенностью препарата является его сосудорасширяющий эффект и способность улучшать периферическое кровообращение. Фосфаден применяют при свинцовом отравлении, острой перемежающейся порфирии, сосудистых нарушениях и ишемической болезни сердца, болезнях печени. 3. Рибоксин или Инозин является непосредственным предшественником АТФ. Инозин способен проникать в клетки и повышать их энергетический баланс. Имеются данные о способности препарата повышать активность ферментов ЦТК, стимулировать синтез нуклеотидов и улучшать коронарное кровообращение. ОБМЕН АМИНОКИСЛОТ И БЕЛКОВ АЗОТИСТЫЙ БАЛАНС Во всех клетках организма постоянно идут процессы анаболизма и катаболизма. Также как и любые другие молекулы, белковые молекулы в организме непрерывно распадаются и синтезируются, те. идет процесс самообновления белков. В здоровом организме мужчины массой 70 кг величина скорости распада соответствует скорости синтеза и равна 500 г белка в сутки. Если скорость синтеза белков равна скорости их распада, наступает азотистый баланс, или, по другому, это состояние, когда количество выводимого азота равно количеству получаемого (V поступ = вывод. Если синтез белков превышает скорость их распада, то количество выводимого азота снижается и разность между поступающим азотом и выводимым (V поступ – вывод) становится положительной. В этом случае говорят о положительном азотистом балансе. Положительный азотистый баланс наблюдается у здоровых детей, при нормальной беременности, выздоравливающих больных, спортсменов при наборе формы, те. в тех случаях, когда усиливается синтез структурных и функциональных белков в клетках. При возрастании доли выводимого азота наблюдается отрицательный азотистый баланс. Отрицательный баланс отмечается у больных и голодающих. Всемирная организация здравоохранения рекомендует принимать не менее 42 г полноценного белка в сутки – это физиологический минимум. Только в этом случаев организме наступает азотистый баланс. В реальности нормы потребления белка устанавливаются, исходя из представлений о белковом составе пищевых продуктов, о соотношении полноценных и неполноценных белков в рационе. В России нормы суточного поступления пищевого белка для взрослых установлены на уровне 100-120 г, для детей 1 года жизни – 2-3 г на кг веса тела, у старших детей- около 1,5-2 г/кг веса. Животных белков должно быть не менее 60% от общего количества. Основной трудностью при расчете нормативов потребления белков является разнообразие их аминокислотного состава и неодинаковая потребность организма в разных аминокислотах. В связи с этим введены критерии качества белка соотношение заменимых и незаменимых аминокислот – в белке должно быть не менее незаменимых аминокислот, внутри группы незаменимых аминокислот также должен соблюдаться баланс, близость аминокислотного состава белка к аминокислотному составу усредненного белка тела человека, легкость переваривания в ЖКТ. Обмен аминокислот и белков Существует понятие оптимального по всем параметрам идеального белка, к нему наиболее близок белок куриного яйца. Растительные белки считаются неполноценными, так как в их составе мало незаменимых аминокислот, доля тех или иных аминокислот врасти- тельном белке резко отличается от таковой животного белка. Так как аминокислоты необходимы в определенном соотношении, то возникает понятие "лимитирующей аминокислоты, те. поступающей в минимальном и недостаточном количестве. Отсутствие этой аминокислоты препятствует использованию (включению в состав белка) других аминокислот, которых может быть достаточно. У детей при недостатке белка в пище задерживается рост, отстает физическое и умственное развитие, изменяется состав костной ткани, снижается активность иммунной системы и сопротивляемость к заболеваниям, тормозится деятельность эндокринных желез. Выраженным нарушением потребления белков является квашиоркор – нехватка белков, особенно животных, в пище. В результате возникает дисбаланс аминокислотного состава пищи и недостаток незаменимых аминокислот. Заболевание наиболее характерно для слаборазвитых стран Азии и Африки и его начало совпадает с отнятием ребенка от груди матери (1,5-3 годика, когда он лишается полноценного белка и переходит на скудное растительное питание взрослых. У больных наблюдается истощение, остановка роста, отечность, анемия, нарушение интеллекта и памяти, умственная отсталость, гипопротеинемия и аминоацидурия. ВНЕШНИЙ ОБМЕНАМИ НО КИСЛОТ И БЕЛКОВ Переваривание белков начинается в желудке, продолжается в двенадцатиперстной кишке и тонком кишечнике. Распад белков и аминокислот может происходить также в толстом кишечнике под влиянием микрофлоры. Протеолитические ферменты подразделяют по особенности их действия на экзопепти- дазы , отщепляющие концевые аминокислоты, и эндопептидазы, действующие на внутренние пептидные связи. ЖЕЛУДОК В желудке пища подвергается воздействию желудочного сока, включающего соляную кислоту и ферменты. К ферментам желудка относятся две группы протеаз с разным оптимумом рН, которые упрощенно называют пепсин и гастриксин. У грудных детей основным ферментом является реннин. РЕГУЛЯЦИЯ ЖЕЛУДОЧНОГО ПИЩЕВАРЕНИЯ нервными (условные и безусловные рефлексы) и гуморальными механизмами. К гуморальным регуляторам желудочной секреции относятся гастрин и гистамин. Гастрин выделяется специфичными клетками в ответ на раздражение механорецепторов, в ответ на раздражение хеморецепторов (продукты первичного гидролиза белков, под влиянием n.vagus. Гастрин стимулирует главные, обкладочные и добавочные клетки, что вызывает секрецию желудочного сока, в большей мере соляной кислоты. Также гастрин обеспечивает секрецию гистамина. Гистамин, образующийся в энтерохромаффиноподобных клетках (клетки, принадлежат фундальным железам) слизистой оболочки желудка, взаимодействует с Н 2 -рецепторами на обкладочных клетках желудка, увеличивает в них синтез и выделение соляной кислоты. www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии 95 Закисление желудочного содержимого подавляет активность клеток и по механизму обратной отрицательной связи снижает секрецию гастрина и желудочного сока. СОЛЯНАЯ КИСЛОТА Одним из компонентов желудочного сока является соляная кислота. В образовании соляной кислоты принимают участие париетальные (обкладочные) клетки желудка, образующие ионы Ни переносящие ионы Сиз крови в полость желудка. Источником ионов Н является угольная кислота, образуемая ферментом карбоангидразой. При ее диссоциациии, кроме ионов водорода, образуются карбонат-ионы НСО 3 – . Они по градиенту концентрации движутся в кровь в обмен на ионы СВ полость желудка ионы Н попадают энергозависимым антипортом с ионами К (Н + ,К + -АТФаза), хлорид-ионы перекачиваются в просвет желудка также с затратой энергии. При нарушении нормальной секреции HCl возникают гипоацидный или гиперацид- ный гастрит, отличающиеся друг от друга по клиническим проявлениями требуемой схеме лечения. Функции соляной кислоты o денатурация белков пищи, бактерицидное действие, высвобождение железа из комплекса с белками и перевод его в двухвалентную форму, что необходимо для его всасывания, превращение неактивного пепсиногена в активный пепсин, снижение рН желудочного содержимого дои создание оптимума рН для работы пепсина. П ЕПСИН Пепсин – эндопептидаза, то есть расщепляет внутренние пептидные связи в молекулах белков и пептидов. Синтезируется в главных клетках желудка в виде неактивного профермента пепсино- гена , в котором активный центр "прикрыт" концевым фрагментом. При наличии соляной кислоты конформация пепсиногена изменяется таким образом, что "раскрывается" активный центр фермента, который отщепляет остаточный пептид (концевой фрагмент, блокирую Обмен аминокислот и белков 96 щий работу фермента, те. происходит аутокатализ. В результате образуется активный пепсин, активирующий и другие молекулы пепсиногена. Оптимум рН для пепсина 1,5-2,0. Пепсин гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами ароматических аминокислот (тирозина, фенилаланина, триптофана, и, значительно хуже, карбоксигруппами лейцина. Г АСТРИКСИН Его оптимум рН соответствует 3,2-3,5. Наибольшее значение этот фермент имеет при питании молочно-растительной пищей, слабо стимулирующей выделение соляной кислоты и одновременно нейтрализующей ее в просвете желудка. Гастриксин является эндопептида- зой и гидролизует связи, образованные карбоксильными группами дикарбоновых аминокислот. ДВЕНАДЦАТИПЕРСТНАЯ КИШКА И Т ОН КИЙ КИШЕЧНИК Покинув желудок, пища подвергается действию панкреатического сока, кишечного сока и желчи. Сок поджелудочной железы содержит проферменты – трипсиноген, химотрипсино- ген, прокарбоксипептидазы, проэластазу. Проферменты в просвете кишечника активируются до трипсина, химотрипсина, карбоксипептидаз и эластазы, соответственно. Указанные ферменты осуществляют основную работу по перевариванию белков. В кишечном соке активны дипептидазы и аминопептидазы. Они заканчивают переваривание белков. РЕГУЛЯЦИЯ КИШЕЧНОГО ПИЩЕВАРЕНИЯ bВ тонком кишечнике под влиянием низкого рН начинается секреция гормона секретина, который стоком крови достигает поджелудочной железы и стимулирует выделение жидкой части панкреатического сока, богатого карбонат-ионами (HCO 3 – ). В результате рН хи- муса повышается до 7,0-7,5. Благодаря работе желудочных ферментов в химусе имеется некоторое количество аминокислот, вызывающих освобождение холецистокинина-панкреозимина. Он стимулирует секрецию другой, богатой проферментами, части поджелудочного сока, и секрецию желчи. www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии Нейтрализация кислого химуса в двенадцатиперстной кишке происходит также при участии желчи. Формирование желчи (холерез) идет непрерывно, не прекращаясь даже при голодании. Т РИПСИН Выделяемый в pancreas трипсиноген в двенадцатиперстной кишке подвергается частичному протеолизу под действием фермента энтеропептидазы, секретируемой клетками кишечного эпителия. От профермента отделяется гексапептид (Вал-Асп-Асп-Асп-Асп-Лиз), что приводит к формированию активного центра трипсина. Трипсин специфичен к пептидным связям, образованным с участием карбоксильных групп лизина и аргинина. Трипсин может осуществлять аутокатализ, те. превращение последующих молекул трипсиногена в трипсин, также он активирует остальные протеолитические ферменты панкреатического сока – химотрипсиноген, проэластазу, прокарбоксипептидазу. Также трипсин участвует в переваривании пищевых липидов, активируя фермент переваривания фосфолипидов фосфолипазу Аи колипазу фермента липазы, отвечающей за гидролиз три- ацилглицеролов. Х ИМОТРИПСИН Образуется из химотрипсиногена при участии трипсина и промежуточных, уже активных, форм химотрипсина, которые выстригают два дипептида из цепи профермента. Три образованных фрагмента удерживаются друг с другом посредством дисульфидных связей. Фермент специфичен к пептидным связям, образованным с участием карбоксильных групп фенилаланина, тирозина и триптофана, те. также, как пепсин. Э ЛАСТАЗА Активируется в просвете кишечника трипсином из проэластазы. Гидролизует связи, образованные карбоксильными группами малых аминокислот аланина, пролина, глицина. Обмен аминокислот и белков 98 К АРБОКСИПЕПТИДАЗЫ Карбоксипептидазы являются экзопептидазами, те. гидролизуют пептидные связи с С-конца пептидной цепи. Различают два типа карбоксипептидаз – карбоксипептидазы Аи карбоксипептидазы В. Карбоксипептидазы А отщепляют с С-конца остатки алифатических и ароматических аминокислот, карбоксипептидазы В – остатки лизина и аргинина. А МИНОПЕПТИДАЗЫ Являясь экзопептидазами, аминопептидазы отщепляют концевые аминокислоты. Важными представителями являются аланинаминопептидаза и лейцинаминопептидаза, обладающие широкой специфичностью. Например, лейцинаминопептидаза отщепляет с конца белка не только лейцин, но и ароматические аминокислоты и гистидин. Д ИПЕПТИДАЗЫ Дипептидазы гидролизуют дипептиды, в изобилии образующиеся в кишечнике при работе других ферментов. Малое количество дипептидов и пептидов пиноцитозом попадают в энтероциты и здесь гидролизуются лизосомальными протеазами. ТОЛСТЫЙ КИШЕЧНИК При богатой белками диете часть пептидов, не успевая расщепиться, достигает толстого кишечника и потребляется живущими там микроорганизмами (см "Гниение белков в кишечнике. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕВАРИВАНИЯ БЕЛКА У ДЕТЕЙ Сразу после рождения ребенка кислотность желудочного сока составляет около 6,0, затем он в течение первых 6-12 ч снижается до 1-2 единиц рН. Однако к концу первой недели жизни рН вновь повышается дои сохраняется на этом уровне продолжительное время, постепенно снижаясь к концу первого года жизни до величины рН 3,0-4,0. В возрасте 4-7 лет уровень рН в среднем составляет 2,5, в дальнейшем он снижается до величины взрослых. Еще одной особенностью является то, что кислотность желудочного сока у грудных детей обеспечивается в основном молочной, а не соляной кислотой. Протеолитическая активность желудочного сока к концу первого года жизни возрастает в 3 раза, но остается вдвое ниже, чему взрослых. Из-за сниженной кислотности желудка в грудном возрасте (за исключением первых дней жизни) пепсин не играет существенной роли в переваривании белка и основным ферментом желудка грудных детей является реннин. Его активность обнаруживается еще в антенатальном периоде, являясь максимальной к моменту рождения и не меняясь до 10 дня жизни. Реннин (химозин) имеет значение только для переваривания молочного белка казеина. Отщепление гликопептида от казеина превращает последний в параказеин, который связывает ионы кальция, створаживается и образует нерастворимую www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии соль. Благодаря этому молочный белок задерживается в желудке и подвергается частичному перевариванию гастриксином. У взрослых функцию реннина берет на себя соляная кислота, денатурирующая казеин. В раннем грудном возрасте активность поджелудочной железы относительно низка, однако в течение первого года жизни секреция панкреатических ферментов возрастает от 2 до 10 рази уже в грудном возрасте всасывается около 98% поступивших аминокислот. Низкая кислотность желудка и "слабая" протеолитическая активность ЖКТ впервые часы, дни и месяцы жизни обеспечивают формирование пассивного иммунитета младенца, т.к. антитела молозива и грудного молока всасываются не перевариваясь. Благодаря этому дети, находящиеся нагрудном вскармливании, гораздо менее подвержены детским болезням, перенесенными матерью в ее детстве, и взрослым инфекциям. ТРАНСПОРТА МИН О КИСЛОТ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНЫ Перенос аминокислот через мембраны клеток, как в кишечнике, таки в других тканях, осуществляется при помощи двух механизмов вторичный активный транспорт и глутатио- новая транспортная система. 1. Транспорт с использованием градиента концентрации натрия – вторичный активный |