БХ. Ответы к экзамену.. Предмет биохимии. Важн этапы развития. Обмен веществ и энергии. Гетеро и аутотрофы(различия по питанию,истм энергии). Катаболизм,анаболизм. Осне разделы и направления в биохимии

• Название: Предмет биохимии. Важн этапы развития. Обмен веществ и энергии. Гетеро и аутотрофы(различия по питанию,истм энергии). Катаболизм,анаболизм. Осне разделы и направления в биохимии
• Анкор: БХ. Ответы к экзамену..doc
• Дата: 29.09.2017
• Размер: 0.88 Mb.
• Имя файла: БХ. Ответы к экзамену..doc
• Тип: Документы; #9068
• Категория: Биология. Ветеринария. Сельское хозяйство
• страница: 9 из 10

Вторичное ожирение - ожирение, развивающееся в результате какого-либо основного заболевания, чаще всего эндокринного. Например, к развитию ожирения приводят гипотиреоз, синдром Иценко-Кушинга, гипогонадизм и многие другие заболевания.
.Биосинтез триацилглиридов и фосфолипидов.Функции фосфолипидов.Регуляция и патология липидного обмена.

Фосфолипиды - большой класс липидов, получивший своё название из-за остатка фосфорной кислоты, придающего им свойства амфифильности . Благодаря этому свойству фосфолипиды формируют бислойную структуру мембран, в которую погружены белки. Клетки или отделы клеток, окружённые мембранами, отличаются по составу и набору молекул от окружающей среды, поэтому химические процессы в клетке разделены и ориентированы в пространстве, что необходимо для регуляции метаболизма. Стероиды, представленные в животном мире холестеролом и его производными, выполняют разнообразные функции. Холестерол - важный компонент мембран и регулятор свойств гидрофобного слоя. Кроме стероидных гормонов, многие производные липидов выполняют регуляторные функции и действуют, как и гормоны , в очень низких концентрациях. Например, тромбоцитактивирующий фактор - фосфолипид особой структуры - оказывает сильное влияние на агрегацию тромбоцитов в концентрации 10 -12 М . Жирные кислоты - структурные компоненты различных липидов. В составе фосфолипидов и сфинголипидов жирные кислоты образуют внутренний гидрофобный слой мембран, определяя его свойства. Жиры и фосфолипиды организма при нормальной температуре тела имеют жидкую консистенцию, так как количество ненасыщенных жирных кислот преобладает над насыщенными . Фосфолипиды делят на глицерофосфолипиды , основу которых составляет трёхатомный спирт глицерол , и сфингофосфолипиды - производные аминоспирта сфингозина . Благодаря своим свойствам фосфолипиды не только являются основой всех клеточных мембран, но и выполняют другие функции: образуют поверхностный гидрофильный слой липопротеинов крови, выстилают поверхность альвеол, предотвращая слипание стенок во время выдоха. Некоторые фосфолипиды участвуют в передаче гормонального сигнала в клетки. Сфингомиелины являются фосфолипидами , формирующими структуру миелиновых оболочек и других мембранных структур нервных клеток. Плазмалогены - фосфолипиды , у которых в первом положении глицерола находится не жирная кислота, а остаток спирта с длинной алифатической цепью, связанный простой эфирной связью. Характерный признак плазмалогенов - двойная связь между первым и вторым атомами углерода в алкильной группе. Плазмалогены составляют до 10% фосфолипидов мембран нервной ткани; особенно много их в миелиновых оболочках нервных клеток. Некоторые типы плазмалогенов вызывают очень сильные биологические эффекты, действуя как медиаторы. Например, тромбоцитактивирующий фактор (ТАФ) стимулирует агрегацию тромбоцитов. Церамиды - основа большой группы липидов - гликолипидов. Водород в гидроксильной группе церамида может быть замещён на разные углеводные фрагменты. Гликолипиды находятся в основном в мембранах клеток нервной ткани. Ганглиозиды - наиболее сложные по составу липиды. Они содержат несколько углеводных остатков, среди которых присутствует N-ацетилнейраминовая кислота. Главная роль ганглиозидов определяется их участием в осуществлении межклеточных контактов. Некоторые ганглиозиды служат своеобразными рецепторами для ряда бактериальных токсинов. . В организме человека основной стероид - холестерол , остальные стероиды - его производные. Метаболизм фосфолипидов тесно связан со многими процессами в организме: образованием и разрушением мембранных структур клеток, формированием ЛП, мицелл жёлчи, образованием в альвеолах лёгких поверхностного слоя, предотвращающего слипание альвеол во время выдоха.

Обмен глицерофосфолипидов . Синтез фосфатидилхолинов , фосфатидилэтаноламинов и фосфатидилсеринов . Н ачальные этапы синтеза глицерофосфолипидов и жиров происходят одинаково до образования фосфатидной кислоты. Фосфатидная кислота может синтезироваться двумя разными путями: через глицеральдегид-3-фосфат и через дигидроксиацетонфосфат . На следующем этапе фосфатидаза отщепляет от фосфатидной кислоты фосфатный остаток, в результате чего образуется диацилглицерол . Дальнейшие превращения диацилглицерола также могут идти разными путями. Один из вариантов - образование активной формы "полярной головки" фосфолипида : холин, серии или этаноламин превращаются в ЦДФ-холин , ЦДФ-серин или ЦДФ-этаноламин . Образовавшийся ЦДФ-холин - донор холина для синтеза молекул фосфатидилхолинов . Далее диацилглицерол взаимодействует с ЦМФ-производными , при этом выделяется ЦМФ, и образуется фосфатидилхолин . Фосфатидилсерин может превращаться в фосфа-тидилэтаноламин путём декарбоксилирования . Фосфатидилэтаноламин может превращаться в фосфатидилсерин путём обмена этаноламина на серии.

Дипальмитоилфосфатидилхолин основной компонент сурфактанта легких . Сурфактант - внеклеточный липидный слой с небольшим количеством гидрофобных белков, выстилающий поверхность лёгочных альвеол и предотвращающий слипание стенок альвеол во время выдоха. Сурфактант уменьшает поверхностное натяжение жидкости, выстилающей поверхность альвеол, и предотвращает слипание стенок альвеол во время выдоха. Синтез дипальмитоилфосфатидилхолина (лецитина) в пневмоцитах II типа происходит в процессе эмбрионального развития и резко увеличивается в период от 32 до 36 нед беременности. Важным показателем нормального формирования сурфактанта служит соотношение фосфатидилхолин / сфингомиелин >4. Это соотношение можно определять, исследуя состав амниотической жидкости.

Другой путь превращений диацилглицерола приводит к образованию фосфатидилинозитола и кардиолипина . Фосфатидилинозитол далее может фосфорилироваться с образованием фосфолипида , располагающегося в наружной мембране клеток и участвующего в передаче гормональных сигналов внутрь клетки. Кардиолипин находится, главным образом, во внутренней мембране митохондрий и в небольшом количестве в сурфактанте лёгких.

Различные типы фосфолипаз , локализованных в клеточных мембранах или в лизосомах, катализируют гидролиз глицерофосфолипидов . Синтез сфинголипидов начинается с образования церамида . Серин конденсируется с пальмитоил-КоА . После окисления FAD-зависимой дегидрогеназой образуется церамид . Церамид служит предшественником в синтезе большой группы сфинголипидов : сфингомиелинов , не содержащих углеводов, и гликосфинголипидов . Соединение фосфорилхолина с церамидом сфингомиелин-синтазой приводит к образованию сфингомие-лина . Донорами углеводных компонентов служат активированные сахара: УДФ-галактоза и УДФ-глюкоза . В распаде сфингомиелинов участвуют 2 фермента - сфингомиелиназа , отщепляющая фосфорилхолин , и церамидаза , продуктами действия которой являются сфингозин и жирная кислота. Катаболизм гликосфинголипидов начинается с перемещения их с поверхности клетки в цитоплазму по механизму эндоцитоза . В результате молекулы, расположенные на поверхности мембран, оказываются в эндоцитозных везикулах в цитоплазме и сливаются с лизосомами. В лизосомах находятся все ферменты, необходимые для гидролиза сложных молекул гликосфинголипидов : α- и β- галактозидазы, β-глюкозидазы, нейраминидаза ( сиалидаза ) и церамидаза . В результате последовательных реакций гидролиза сложные молекулы гликосфинголипидов распадаются до мономеров: глюкозы, галактозы, жирной кислоты, сфингозина и других метаболитов. Синтез триглицеридов в стенке кишечника может происходить из моноглицерида (из 2-моноацилглицерола) и двух молекул активных жирных кислот (остатки жирных кислот в комплексе с ацилпереносящим энзимом – S-КоА), или из глицерина и трех молекул активных жирных кислот с участием АТФ, что более характерно для процессов в печени и жировой ткани. При голодании увеличивается секреция глюкагона, при физической работе - адреналина. Эти гормоны, действуя через аденилатциклазную систему, стимулируют мобилизацию жиров. Нарушения липидного обмена могут быть как первичными, так и вторичными, т.е. вызванными патологией эндокринной системы или компенсаторные при различных заболеваниях.Нарушения переваривания и всасывания липидов сопровождаются развитием стеатореи (повышенное содержание липидов и жирных кислот в кале) и обусловливаются одной из следующих причин:1.Дефицит панкреатической липазы, связанный с заболеваниями поджелудочной железы;2.Дефицит желчи в кишечнике, обсуловленный заболеваниями печени или желчевыводящих путей;3.Угнетение ферментных систем ресинтеза триглицеридов в стенке кишечника при его заболеваниях. Ожирением считают состояние, когда масса тела превышает 20% от "идеальной" для данного индивидуума. Первичное ожирение развивается в результате алиментарного дисбаланса - избыточной калорийности питания по сравнению с расходами энергии. Суточные потребности организма в энергии складываются из:

основного обмена - энергии, необходимой для поддержания жизни; основной обмен измеряют по поглощению кислорода или выделению тепла человеком в состоянии покоя утром, после 12-часового перерыва в еде;

энергии, необходимой для физической активности.

Вторичное ожирение - ожирение, развивающееся в результате какого-либо основного заболевания, чаще всего эндокринного. Например, к развитию ожирения приводят гипотиреоз, синдром Иценко-Кушинга, гипогонадизм и многие другие заболевания.
.Обмен стероидов.Биосинтез холестерина.

Стероиды - производные восстановленных конденсированных циклических систем - циклопентанпергидрофенантренов. В организме человека основной стероид - холестерол, остальные стероиды - его производные. Холестерол входит в состав мембран и влияет на структуру бислоя, увеличивая её жёсткость. Из холестерола синтезируются жёлчные кислоты, стероидные гормоны и витамин D₃. Нарушение обмена холестерола приводит к развитию атеросклероза. Холестерол представляет собой молекулу, содержащую 4 конденсированных кольца, обозначаемые латинскими буквами А, В, С, D, разветвлённую боковую цепь из 8 углеродных атомов в положении 17, 2 "ангулярные" метальные группы (18 и 19) и гидроксильную группу в положении 3. Наличие гидроксильной группы позволяет относить холестерол к спиртам, поэтому его правильное химическое название "холестерол", однако в медицинской литературе часто используют термин "холестерин". Присоединение жирных кислот сложноэфирной связью к гидроксильной группе приводит к образованию эфиров холестерола. В неэтерифицированной форме холестерол входит в состав мембран различных клеток. Все атомы углерода в структуре холестерина происходят из активной уксусной кислоты (Ацетил-КоА). Сам процесс синтеза можно условно разделить на три этапа: 1 – образование мевалоната; 2 – образование сквалена: 3 – формирование структуры и завершающий этап синтеза холестерола. Первый этап сходен с синтезом кетоновых тел, но происходит не в митохондриях, а в цитозоле. После образования b-гидрокси-b-метилглютарил-КоА (ГМГ-КоА) под действием фермента Гидроксиметилглютарил-КоА-редуктазы (мевалонатсинтетазы) ГМГ-КоА восстанавливается за счет двух молекул НАД*Н2 до мевалоновой кислоты.Далее следует второй этап синтеза – образование сквалена (последний этап синтеза сквалена свойственен только животным клеткам, у растений вместо сквалена синтезируются каротины, структуры не из 30, а из 35 глеродных атомов). На третьем этапе синтеза холестерина при участии молекулярного кислорода и восстановленного НАДФ (т.е. НАДФ*Н2) под действием ланостеринсинтетазы образуется циклическая структура, формируются кольца циклопентанпергидрофенантрена и таким образом синтезируется ланостерин – непосредственный предшественник холестерола. Под влиянием ряда ферментов ланостерин теряет три углерода и трансформируется в холестерин. В печени холестерин используется как предшественник желчных кислот, а в половых железах и надпочечниках из него образуются стероидные гормоны. Кроме того, он необходим для синтеза витамина D, играющего ключевую роль в развитии костной ткани. С химической точки зрения, холестерин - жирорастворимый спирт, относящийся к классу стероидов. Высокий уровень холестерина в крови (гиперхолестеринемия) способствует формированию на стенках кровеносных сосудов холестериновых бляшек, на которых легко образуются тромбы. Если такие тромбы отрываются и попадают в кровоток, они могут вызвать закупорку сосудов в жизненно важных органах и, в частности, стать причиной инфаркта миокарда. Гиперхолестеринемия относится к ведущим факторам развития атеросклероза. Для транспорта холестерина организм использует четыре типа липопротеинов: все они состоят из липидов (жиров) и белков, но различаются по своей плотности (удельному весу). По всей вероятности, развитие сосудистой недостаточности зависит от двух типов липопротеинов: липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) и липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). Было показано, что высокий уровень холестерина в составе ЛПНП повышает вероятность сосудистой недостаточности, тогда как при высоком содержании в крови связанного с ЛПВП холестерина риск сосудистой недостаточности, напротив, снижен. Этот факт может объясняться, в частности, тем, что холестерин в составе ЛПВП эффективнее выводится из организма.
.Биосинтез жирных кислот,регуляция синтеза.Источники цитоплазматического ацетил-КоА.Роль биотина,НАДФН2,АПБ в синтезе жирных кислот.(АПБ-ацилпереносяций белок).

С пищей в организм поступают разнообразные жирные кислоты, в том числе и незаменимые. Значительная часть заменимых жирных кислот синтезируется в печени, в меньшей степени - в жировой ткани и лактирующей молочной железе. Источником углерода для синтеза жирных кислот служит ацетил-КоА, образующийся при распаде глюкозы в абсорбтивном периоде. Таким образом, избыток углеводов, поступающих в организм, трансформируется в жирные кислоты, а затем в жиры. Синтез жирных кислот происходит в абсорбтивный период. Активный гликолиз и последующее окислительное декарбоксилирование пирувата способствуют увеличению концентрации ацетил-КоА в матриксе митохондрий. Так как синтез жирных кислот происходит в цитозоле клеток, то ацетил-КоА должен быть транспортирован через внутреннюю мембрану митохондрий в цитозоль. Однако внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ацетил-КоА, поэтому в матриксе митохондрий ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом с образованием цитрата при участии цитратсинтазы:

Ацетил-КоА + Оксалоацетат -> Цитрат + HS-КоА. Затем транслоказа переносит цитрат в цитоплазму. Перенос цитрата в цитоплазму происходит только при увеличении количества цитрата в митохондриях, когда изоцитратдегидрогеназа и α-кетоглутаратдегидрогеназа ингибированы высокими концентрациями NADH и АТФ. Эта ситуация создаётся в абсорбтивном периоде, когда клетка печени получает достаточное количество источников энергии. В цитоплазме цитрат расщепляется под действием фермента цитратлиазы:

Цитрат + HSKoA + АТФ → Ацетил-КоА + АДФ + Pi + Оксалоацетат.

Ацетил-КоА в цитоплазме служит исходным субстратом для синтеза жирных кислот. Образование малонил-КоА из ацетил-КоА - регуляторная реакция в биосинтезе жирных кислот. Первая реакция синтеза жирных кислот - превращение ацетил-КоА в малонил-КоА. Фермент, катализирующий эту реакцию (ацетил-КоА-карбоксилаза), относят к классу лигаз. Он содержит ковалентно связанный биотин. В первой стадии реакции СО₂ ковалентно связывается с биотином за счёт энергии АТФ, во второй стадии СОО^- переносится на ацетил-КоА с образованием малонил-КоА. Активность фермента ацетил-КоА-карбоксилазы определяет скорость всех последующих реакций синтеза жирных кислот. После образования малонил-КоА синтез жирных кислот продолжается на мультиферментном комплексе - синтазе жирных кислот (пальмитоилсинтетазе). Этот фермент состоит из 2 идентичных протомеров, каждый из которых имеет доменное строение и, соответственно, 7 центров, обладающих разными каталитическими активностями. В каждом цикле биосинтеза пальмитиновой кислоты проходят 2 реакции восстановления, донором водорода в которых служит кофермент NADPH. Регуляторный фермент синтеза жирных кислот - ацетил-КоА-карбоксилаза. Этот фермент регулируется несколькими способами. В неактивной форме ацетил-КоА-карбоксилаза представляет собой отдельные комплексы, каждый из которых состоит из 4 субъединиц. Активатор фермента - цитрат; он стимулирует объединение комплексов, в результате чего активность фермента увеличивается. Ингибитор - пальмитоил-КоА; он вызывает диссоциацию комплекса и снижение активности фермента. Синтаза жирных кислот- комплекс, состоящий из двух идентичных полипептидных мономеров 1 и 2. Каждый мономер включает 6 индивидуальных ферментов и ацилпереносящий белок (АПБ).
.Синтез желчных кислот,регуляция процесса.Их роль в переваривании и всасывании липидов.Желчно-каменная болезнь.

Желчные кислоты обладают поверхностно-активными свойствами и участвуют в переваривании жиров, эмульгируя их и делая доступными для действия панкреатической липазы. Желчные кислоты - производные холестерола с пятиуглеродной боковой цепью в положении 17, которая заканчивается карбоксильной группой. Желчные кислоты – продукты конечного метаболизма холестерина. В печени образуются холевая и хенодезоксихолевая кислоты (первичные), затем, под действием бактерий кишечника они переходят в дезоксихолевую и литохолевую. Кроме того, желчные кислоты конъюгируют с глицином или с таурином и образуют гликохолевую, таурохолевую, гликодезоксихолевую и т.д.В печени эмульгирующие свойства жёлчных кислот увеличиваются за счёт реакции конъюгации, в которой к карбоксильной группе жёлчных кислот присоединяются таурин или глицин, полностью ионизированные при рН кишечного сока. Эти производные - конъюгированные желчные кислоты - находятся в ионизированной форме и поэтому называются солями желчных кислот. Именно они служат главными эмульгаторами жиров в кишечнике. Желчные кислоты, как амфифильные соединения, ориентируются на границе жир-вода, погружаясь гидрофобной частью молекулы в жир, а гидрофильной – в воду. Это приводит к снижению поверхностного натяжения и дроблению капель жира. В итоге увеличивается общая поверхность капель жира, что увеличивает контакт жира с ферментами (по закону адсорбции), растворенными в водной среде.Играют важную роль в процессах переваривания и всасывания жиров; способствуют росту и функционированию нормальной кишечной микрофлоры. В печени Ж.к. образуются преимущественно из холестерина. Печень — единственный орган, способный превращать холестерин в гидроксилзамещенные холановые кислоты, так как ферменты, участвующие в гидроксилировании и конъюгации желчных кислот, находятся в микросомах и митохондриях гепатоцитов. Конъюгация желчных кислот, осуществляемая ферментным путем, происходит в присутствии ионов магния, АТФ, НАДФ, СоА. Активность этих ферментов изменяется соответственно колебаниям скорости циркуляции и состава пула желчных кислот в печени. Синтез последних контролируется механизмом отрицательной обратной связи, т. с. интенсивность синтеза желчных кислот в печени обратно пропорциональна току вторичных желчных кислот в печень. Конъюгирование - присоединение ионизированных молекул глицина или таурина к карбоксильной группе жёлчных кислот; усиливает их детергентные свойства, так как увеличивает амфифильность молекул. Регуляторные ферменты синтеза жёлчных кислот (7-α-гидроксилаза) и холестерола (ГМГ-КоА-редуктаза) ингибируются жёлчными кислотами. В течение суток активность обоих ферментов меняется сходным образом, т.е. увеличение количества жёлчных кислот в печени приводит к снижению синтеза как жёлчных кислот, так и холестерола. Возвращение жёлчных кислот в печень в процессе энтерогепатической циркуляции оказывает важное регуляторное действие; прерывание циркуляции приводит к активации 7-α-гидроксилазы и увеличению захвата холестерола из крови. Этот механизм лежит в основе одного из способов снижения конценграции холестерола в крови при лечении гиперхолестеролемии. Желчнокаменная болезнь - патологический процесс, при котором в жёлчном пузыре образуются камни, основу которых составляет холестерол. У большинства больных желчнокаменной болезнью активность ГМГ-КоА-редуктазы повышена, следовательно увеличен синтез холестерола, а активность 7-α-гидроксилазы, участвующей в синтезе жёлчных кислот, снижена. Гидроксиметилглютарил-КоА-редуктазы (мевалонатсинтетазы) ГМГ-КоА восстанавливается за счет двух молекул НАД*Н2 до мевалоновой кислоты.
.Гиперхолестеролемия.Механизм развития атеросклероза и лечение.

Нарушения обмена холестерола чаще всего приводят к гиперхолестеролемии и последующему развитию атеросклероза. При атеросклерозе происходит образование на стенках артерий так называемых атеросклеротических бляшек, представляющих собой в основном отложения холестерола. Атеросклеротические бляшки разрушают клетки эндотелия сосудов, и в таких местах часто образуются тромбы. Атеросклероз - полигенное заболевание. Одна из основных причин развития атеросклероза - нарушение баланса между поступлением холестерола с пищей, его синтезом и выведением из организма. Важным фактором развития атеросклероза являются генетические дефекты белков и ферментов, участвующих в обмене холестерола. Концентрация холестерола в крови взрослых людей составляет 200±50 мг/дл (5,2±1,2 ммоль/л) и, как правило, увеличивается с возрастом. Превышение нормальной концентрации холестерола в крови называют гиперхолестеролемией. Гиперхолестеролемия часто развивается вследствие избыточного поступления холестерола с пищей, а также углеводов и жиров. Гиперкалорийное питание - один из распространённых факторов развития гиперхолестеролемии, так как для синтеза холестерола необходимы только ацетил-КоА, АТФ и NADPH. Все эти субстраты образуются при окислении глюкозы и жирных кислот, поэтому избыточное поступление этих компонентов пищи способствует развитию гиперхолестеролемии. Развитие атеросклероза проходит в несколько стадий. Процесс начинается с повреждения эндотелия сосудов, причём повреждение может иметь различные механизмы, повреждение провоцируется свободными радикалами, образующимися в процессе метаболизма или поступающими извне. Окисленные ЛПНП захватываются макрофагами через скевенджер-рецепторы. Этот процесс не регулируется количеством поглощённого холестерола, как в случае его поступления в клетки через специфические рецепторы, поэтому макрофаги перегружаются холестеролом и превращаются в "пенистые клетки", которые проникают в субэндотелиальное пространство. Это приводит к образованию жировых полосок в стенке кровеносных сосудов. При увеличении количества "пенистых клеток" происходит повреждение эндотелия сосудов. В норме клетки эндотелия секретируют простагландин I₂ (простациклин I₂), который ингибирует агрегацию тромбоцитов. При повреждении клеток эндотелия тромбоциты активируются. Они секретируют тромбоксан А₂ (ТХ А₂, который стимулирует агрегацию тромбоцитов, что может привести к образованию тромба в области атеросклеротической бляшки. Далее происходит прорастание бляшки фиброзной тканью (коллагеном,эластином); клетки под фиброзной оболочкой некротизируются, а холестерол откладывается в межклеточном пространстве. На последних стадиях развития бляшка пропитывается солями кальция и становится очень плотной. В области бляшки часто образуются тромбы, перекрывающие просвет сосуда, что приводит к острому нарушению кровообращения в соответствующем участке ткани и развитию инфаркта. Важным лечебным фактором, снижающим риск развития гиперхолестеролемии и атеросклероза, является гипокалорийная и гипохолестериновая диета. Растительная пища не содержит холестерола, поэтому у людей среднего и старшего возраста она должна составлять основу рациона. Витамины С, Е, А, обладающие антиоксидантными свойствами, ингибируют перекисное (свободнорадикальное) окисление липидов в ЛПНП и поддерживают нормальную структуру липидов ЛПНП и их метаболизм.
.Регуляция обмена углеводов,липидов и аминокислот.

Метаболи́зм (от греч. μεταβολή — «превращение, изменение»), или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых; в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты. Органические вещества представлены в основном аминокислотами, углеводами, липидами и нуклеиновыми кислотами. Катаболизмом называют метаболические процессы, при которых расщепляются относительно крупные органические молекулы сахаров, жиров, аминокислот. В ходе катаболизма образуются более простые органические молекулы, необходимые для реакций анаболизма (биосинтеза). Часто, именно в ходе реакций катаболизма организм мобилизует энергию, переводя энергию химических связей органических молекул, полученных в процессе переваривания пищи, в доступные формы: в виде АТФ, восстановленных коферментов и трансмембранного электрохимического потенциала. Анаболизм — совокупность метаболических процессов биосинтеза сложных молекул с затратой энергии. Сложные молекулы, входящие в состав клеточных структур, синтезируются последовательно из более простых предшественников. Анаболизм включает три основных этапа, каждый из которых катализируется специализированным ферментом. На первом этапе синтезируются молекулы-предшественники, например, аминокислоты, моносахариды, терпеноиды и нуклеотиды. На втором этапе предшественники с затратой энергии АТР преобразуются в активированные формы. На третьем этапе активированные мономеры объединяются в более сложные молекулы, например, белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты. Регуляция метаболизма позволяет организмам отвечать на сигналы и активно взаимодействовать с окружающей средой.В случае фермента, регуляция заключается в повышении и снижении его активности в ответ на сигналы. С другой стороны, фермент оказывает некоторый контроль над метаболическим путем, который определяется как эффект от изменения активности фермента на данный метаболический путь. В метаболическом пути происходит саморегуляция на уровне субстрата или продукта; например, уменьшение количества продукта может компенсировано увеличить поток субстрата реакции по данному пути. Внешний контроль включает клетку многоклеточного организма, изменяющую свой метаболизм в ответ на сигналы от других клеток. Эти сигналы, как правило, в виде растворимых посредников, например гормоны и факторы роста, определяются специфическими рецепторами на поверхности клеток.атем эти сигналы передаются внутрь клетки системой вторичных посредников, которые зачастую связаны с фосфорилированием белков. пример внешнего контроля — регуляция метаболизма глюкозы инсулином.Инсулин вырабатывается в ответ на повышение уровня глюкозы в крови. Гормон связывается с инсулиновым рецептором на поверхности клетки, затем активируется каскад протеинкиназ, которые обеспечивают поглощение молекул глюкозы клетками и преобразовать их в молекулы жирных кислот и гликогена.Метаболизм гликогена контролируется активностью фосфорилазы (фермента, который расщепляет гликоген) и гликогенсинтазы (фермента, который образует его). Эти ферменты взаимосвязаны; фосфорилирование ингибируется гликогенсинтазой, но активируется фосфорилазой. Инсулин вызывает синтез гликогена путём активации белковых фосфатаз и уменьшает фосфорилирование этих ферментов.
.Биохимические представления о сахарном диабете.

При недостаточности инсулина возникает сахарный диабет, который сопровождается нарушениями метаболизма углеводов, жиров и белков. Са́харный-группа эндокринных заболеваний, развивающихся вследствие недостаточности гормона инсулина, в результате чего развивается гипергликемия — стойкое увеличение содержания глюкозы в крови. Различают 2 формы заболевания:

инсулинзависимый сахарный диабет (ИЗСД) – диабет 1 типа, на долю которого приходится 10-20 % случаев заболевания;

инсулиннезависимый сахарный диабет (ИНСД) – диабет 2 типа, на долю которого приходится 80-90 % случаев заболевания;

ИЗСД возникает вследствие разрушения β клеток поджелудочной железы, вызванного:аутоиммунными реакциями, обусловленными генетическими дефектами белков иммунной системы,вирусной инфекцией,некоторыми токсическими нитро- и аминосодержащими веществами. ИНСД может быть связан с:мутацией генов, контролирующих синтез и секрецию инсулина, повышением скорости катаболизма инсулина в печени,нарушением механизмов передачи сигнала инсулином в клетки, например, при генетических дефектах рецепторов инсулина, уменьшении их количества или образования антител к рецепторам и генетическими нарушениями . При диабете 1 типа концентрация инсулина в крови снижена, а при 2 типе может быть снижена, оставаться в норме или даже превышать ее, но при этом наблюдается инсулинорезистентность клеток-мишеней. В обоих случаях возникает недостаточность содержания инсулина в крови по отношению к содержанию глюкагона, поэтому индекс инсулин/глюкагон снижается. Это приводит к тому, что даже в абсорбтивный период метаболизм углеводов, жиров и белков в печени, мышцах и жировой ткани осуществляется в режиме голодания и обусловливает основные проявления сахарного диабета.
.Регуляция водно-солевого обмена гормонами.Вазопрессин и альдостерон.

Объем жидкостей организма зависит от массы тела человека. Важнейшей его характеристикой является водный баланс, который в номе должен обеспечить равенство количества воды, поступающей или образующейся в организме, и количеством жидкости, экскретируемой из организма.Поддержание основных параметров в норме осуществляют почки, а регуляторную функцию выполняют гормоны вазопрессин (антидиуретический гормон – АДГ), альдостерон и предсердный натриуретический фактор(ПНФ).Вазопрессин (АДГ) является пептидом из 9 аминокислот. Он синтезируется в нейронах гипоталамуса, по аксонам транспортируется в заднюю долю гипофиза и хранится там в составе секреторных гранул. Сигналом, вызывающим секрецию гормона является повышение осмотического давления внеклеточной жидкости. Осморецепторы гипоталамуса реагируют на эти изменения, сигнал передается в заднюю долю гипофиза, и гормон секретируется из окончаний аксонов в кровь. АДГ имеет 2 типа мембранных рецепторов – V₁ и V₂, которые отличаются по тканевой локализации, системе передачи сигнала и имеют разное сродство к гормону. V₁-рецепторы находятся на гладкомышечных клетках сосудов. При взаимодействии АДГ с рецепторами этого типа активируется инозитолфосфатная система, повышение концентрации Са²⁺ приводит к сужению сосудов. V₁-рецепторы имеют низкое сродство к гормону, поэтому при физиологических концентрациях АДГ связывается только V₂-рецепторами. V₂-рецепторы имеют эпителиальные клетки дистальных канальцев и собирательных трубочек почек. Альдостерон – стероидный гормон, синтезируется из холестерола в клубочково й зоне коры надпочечников. Альдостерон – липофильный гормон. По крови перемещается в комплексе с белком альбумином. Его инактивация происходит в печени. Образование и секреция гормона регулируются ионами натрия и калия. При снижении осмотического давления секреция гормона в кровь возрастает. Самым мощным регуляторным фактором является ангиотензин II – один из белков системы ренин-ангиотензин-альдостерон. Ангиотензин II взаимодействует с рецепторами мембран клеток коры надпочечников и активирует инозитолфосфатную систему. В клетках-мишенях идет фосфорилирование специфических ферменов, ответственных за синтез альдостерона. Образующийся гормон, действуя на клетки-мишени, вызывает реабсорбцию Na⁺ и K⁺. Задержка натрия в организме приводит к восстановлению осмотического давления и снижению синтеза и секреции гормона в кровь. Клетками-мишенями альдостерона являются эпителиальные клетки почечных канальцев.
.Ренин-альдостерон-ангиотензиновая система.Почечная гипертония.Нар-е водно-солевого обмена.

Система ренин-ангиотензин-альдостерон играет важную роль в восстановлении объема крови и артериального давления при кровотечении, сильной рвоте, поносе и обильном потоотделении.Ключевую роль в этой системе играет фермент ренин, который синтезируется юкстагломерулярными клетками, окружающими приносящую артериолу почечного клубочка. Эти клетки выполняют функцию рецепторов, реагирующих на растяжение стенки артериолы. Уменьшение объема крови приводит к снижению давления (растяжения) на юкстагломерулярные клетки и секреции ренина в кровь. Ренин – протеолитический фермент, его субстратом является белок крови ангиотензиноген, который синтезируется и секретируется печенью в кровь. Ренин отщепляет с N-конца ангиотензиногена пептид ангиотензин I из 10 аминокислот. Ангиотензин-превращающий фермент (АПФ), локализованный на мембране эндотелиальных клеток сосудов легких, катализирует образование ангиотензина II из ангиотензина I. Под действием АПФ (карбоксидипептидилпептидазы) с С-конца ангиотензина I отщепляется дипептид.Ангиотензин II взаимодействует с мембранными рецепторами гипоталамуса, гладкомышечных клеток сосудов, клетками канальцев нефрона и клубочковой зоны коры надпочечников и передает сигнал через инозитолфосфатную систему. Действуя на гипоталамус, ангиотензин II вызывает жажду. В коре надпочечников пептид повышает синтез и секрецию альдостерона, в почках стимулирует увеличение реабсорбции Na⁺, задержку Н₂О. Передавая сигнал на гладкомышечные клетки, вызывает сужение сосудов. Нормализация артериального давления повышает растяжение стенки артериолы почечного клубочка, что является сигналом к прекращению секреции ренина в кровь. Задержка натрия в результате нарушения экскреции его почками ведет к увеличению объема внеклеточной жидкости (ОВКЖ) и повышению артериального давления. Почки выделяют в кровь вещества, обладающие прессорным-повышающим и депрессорным(простогландины)-понижающим артериальное давление действием. И если функция почек нарушается, нарушается и их роль как регулятора артериального давления. Все нарушения водно-солевого обмена (дисгидрии) можно объединить в две формы: гипергидратация, характеризующаяся избыточным содержанием жидкости в организме, и гипогидратация (или обезвоживание), заключающаяся в уменьшении общего объема жидкости. Гипогидратация. Данная форма нарушения возникает вследствие либо значительного снижения поступления воды в организм, либо черезмерной ее потери. Крайняя степень обезвоживания называется эксикозом. Гипергидратация. Эта форма нарушения возникает вследствие либо избыточного поступления воды в организм, либо недостаточного ее выведения. В ряде случаев эти два фактора действуют одновременно. Почечная недостаточность также ведет к увеличению количества жидкости в результате нарушения ее выведения почками.
.Парат-гормон и кальцитонин.Гипо-гиперкальциемия.

Обмен кальция и фосфатов регулируют паратгормон (ПТГ) и кальцитонин. Основная задача этих гормонов - поддержание концентрации кальция в крови в норме. Паратгормон синтезируется в паращитовидных железах в виде пре-про-гормона. В ходе посттрансляционной модификации – отщепления части пептидной цепи он превращается в гормон, пептидная цепь которого включает 84 аминокислоты. Сигналом к секреции ПТГ в кровь являются снижение концентрации Са²⁺ и повышение уровня НРО₄^2- в крови. Гормон имеет мембранные рецепторы, входящие в состав аденилатциклазной системы. Основные органы-мишени – кости и почки. В клетках-мишенях гормон повышает уровень цАМФ, который стимулирует выход кальция из органелл клетки. Ионы кальция активируют Са²⁺–зависимую протеинкиназу, которая фосфорилирует регуляторные белки цитозоля клеток. Перенося сигнал в ядро, они индуцируют транскрипцию определенных генов. В результате образуются белки, обеспечивающие повышение концентрации Са²⁺ в крови. Кальцитонин образуется в С-клетках паращитовидных желез, К-клетках щитовидной железы и представляет собой пептид из 32 аминокислот. Сигналом к секреции является повышение концентрации Са²⁺ в крови. Рецепторы гормона являются интегральными белками цитоплазматических мембран клеток-мишеней. Кальцитонин передает сигнал посредством аденилатциклазной системы, гормон снижает активность остеокластов и подавляет реабсорбцию Са²⁺ из почечных канальцев. Причиной гипокальциемии является снижение секреции ПТГ или нарушение передачи сигнала гормона. Гипопаратиреоз может быть вызван врожденным недоразвитием, удалением и аутоиммунной деструкцией паращитовидных желез.Гипокальциемии могут наблюдаться и при нормальной концентрации ПТГ в крови, так как в этом случае причиной являются нарушение структуры рецептора или их аутоиммунная деструкция. При недостатке ПТГ или нарушении трансдукции его сигнала в крови изменяются соотношения кальций/фосфат и натрий/калий. Это вызывает нарушение проницаемости клеточных мембран нервных клеток и процессов поляризации в области синапсов. В результате повышения нервно-мышечной возбудимости возрастает судорожная активность. Гиперпаратиореозы – могут быть вызваны гормон-продуцирующей опухолью паращитовидных желез или нарушением выработки кальцитриола. При гиперфункциональной аденоме избыток секреции гормона приводит к активации синтеза кальцитриола, вымыванию кальция и фосфатов из костной ткани, повышенной реабсорбции кальция в почках и абсорбции в кишечнике. На ранних стадиях заболевания у больных наблюдаются расшатывание и выпадение зубов, что объясняется остеопорозом костной ткани и деструкцией альвеолы. . При недостаточности кальцитриола или нарушении передачи его сигнала клеткам-мишеням у детей развивается рахит. У больных наблюдаются нарушении минерализации растущей костной ткани, замедленное прорезывание зубов.
.Кальцитриол.Витамин D3-предшественник кальцитриола.

Кальцитриол является стероидным гормоном, он образуется из витамина D₃ (холекальциферола), который поступает с пищей и может синтезироваться в коже из холестерола под действием УФО. Реакции превращения D₃ в гормон протекают в печени и почках. ПТГ индуцирует синтез ключевого фермента процесса - 1α-гидроксилазу почек и ускоряет синтез и секрецию гормона в кровь. Поэтому можно сказать, что сигналом на секрецию гормона в кровь является снижение концентрации кальция в крови. Как и все стероидные гормоны, кальцитриол проходит через мембраны клеток-мишеней и взаимодействует с внутриклеточными рецепторами. Образованный комплекс присоединяется к регуляторным зонам ДНК и активирует транскрипцию структурных генов. В энтероцитах, остеобластах, эпителиальных клетках канальцев нефрона повышается количество индуцированных гормоном белков. Синтез кальцитриола происходит в три этапа. Первый этап протекает в коже, где под влиянием ультрафиолетовых лучей из провитамина образуется витамин D3 или холекальциферол. Второй — связан с печенью, куда холекальциферол транспортируется кровью и где в эндоплазматическом ретикулуме гепатоцитов происходит его гидроксилирование по 25-му атому углерода с образованием 25(ОН)D3. Этот метаболит поступает в кровь и циркулирует в связи с альфа-глобулином. Его физиологические концентрации не влияют на обмен кальция. Третий этап осуществляется в почках, где в митохондриях клеток проксимальных канальцев происходит второе гидроксилирование и образуются два соединения. Первое — является наиболее активной формой витамина D3, обладает мощным регуляторным влиянием на обмен кальция в организме и называется кальцитриолом.Второе соединение-обладает способностью угнетать секрецию паратирина по принципу обратной связи. Инактивация кальцитриола происходит в печени. Основной эффект кальцитриола заключается в активации всасывания кальция в кишечнике. Гормон стимулирует все три этапа всасывания: захват ворсинчатой поверхностью клетки, внутриклеточный транспорт, выброс кальция через базолатеральную мембрану во внеклеточную среду. Холекальциферо́л(витамин D3) -жирорастворимый витамин. Образуется в коже под действием УФ-лучей из 7-дегидрохолестерина. Усиливает всасывание кальция и фосфатов в кишечнике, участвует в транспорте минеральных солей и в процессе кальцификации костей, регулирует также выведение кальция и фосфатов почками. Повышает проницаемость клеточных и митохондриальных мембран кишечного эпителия, облегчая трансмембранный транспорт катионов кальция. Основным признаком недостаточности витамина D является рахит и размягчение костей. При недостаточности кальцитриола или нарушении передачи его сигнала клеткам-мишеням у детей развивается рахит. У больных наблюдаются нарушении минерализации растущей костной ткани, замедленное прорезывание зубов. Недостаток кальцитриола может быть вызван дефицитом витамина D₃ в пище, нарушением всасывания жирорастворимых витаминов, снижением активности 1α-гидроксилазы почек. Снижение синтеза и секреции кальцитриола нарушает усвоение пищевого кальция и фосфатов. Для ребенка, костная ткань которого находится в состоянии постоянного роста, потеря этого источника кальция приведет к замедлению процесса формирования гидроксиапатитов. Усугубляет ситуацию ПТГ, секреция которого возрастает.
.Взаимосвязь обмена углеводов и липидов.Синтез глюкозы из аминокислот и глицерина.Биосинтез жиров и аминокислот из углеводов.

Обмен веществ, или метаболизм, — лежащий в основе жизни закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение; совокупность всех химических реакций, протекающих в организме. Все превращения органических веществ, процессы анаболизма и катаболизма тесно связаны друг с другом.На I этапе полисахариды расщепляются до моносахаридов (обычно гексоз); жиры распадаются на глицерин и высшие жирные кислоты, а белки – на составляющие их свободные аминокислоты. Указанные процессы в основном являются гидролитическими, поэтому освобождающаяся в небольшом количестве энергия почти целиком используется организмами в качестве тепла. На II этапе мономерные молекулы (гексозы, глицерин, жирные кислоты и аминокислоты) подвергаются дальнейшему распаду, в процессе которого образуются богатые энергией фосфатные соединения и ацетил-КоА. На III этапе ацетил-КоА (и некоторые другие метаболиты, например α-кетоглутарат, оксалоацетат) подвергаются окислению («сгоранию») в цикле ди- и трикарбоновых кислот Кребса. Окисление сопровождается образованием восстановленных форм НАДН + Н+ и ФАДН2.На IV этапе осуществляется перенос электронов от восстановленных нуклеотидов на кислород (через дыхательную цепь). Он сопровождается образованием конечного продукта – молекулы воды. Этот транспорт электронов сопряжен с синтезом АТФ в процессе окислительного фосфорилирования. Для некоторых аминокислот (аланин, аспарагиновая и глутами-новая кислоты) связь с глюконеогенезом является непосредственной, для других она осуществляется через побочные метаболические пути. Следует особо подчеркнуть, что три α-кетокислоты (пируват, оксалоацетат и кето-глутарат), образующиеся соответственно из аланина, аспартата и глутамата, не только служат исходным материалом для синтеза глюкозы, но являются своеобразными кофакторами при распаде ацетильных остатков всех классов пищевых веществ в цикле Кребса для получения энергии. Процесс синтеза углеводов из аминокислот получил название глюконеогенеза. Исходными субстратами для глюконеогенеза являются те аминокислоты, распад которых сопровождается образованием прямо или опосредованно пировиноградной кислоты (например, аланин, серин, треонин и цистеин). Взаимосвязь обмена углеводов, жиров, белков проявляется в двух аспектах: а) в наличии единых промежуточных продуктов обмена и б) во взаимопревращениях углеродов, жиров, белков. Таким образом, процессы распада жиров, белков, углеводов сходятся (в большинстве своем на стадии образования ацетил КоА), образуя в дальнейшем единый метаболический цикл (цикл трикарбоновых кислот), завершающий их превращения. Этим достигается определенная экономия на разнообразии ферментов, на внутриклеточных структурных образованиях, обеспечивающих локализацию ферментных систем и процессов. В условиях истощения углеводных ресурсов организма жиры начинают энергично использоваться в качестве источника энергии. При этом жирные кислоты или непосредственно используются тканями, или превращаются в печени в кетоновые тела, которые поступают в кровь и также утилизируются тканями в качестве энергетического субстрата. Из другого продукта мобилизации жира – глицерина образуется глюкоза , которая поступая в кровь , обеспечивает энергетическим сырьем ткани , предпочитающие глюкозу другим субстратам . При избыточном поступлении в организм углеводов они могут превращаться в жиры . При этом глицерин образуется из промежуточного продукта гликолиза- фосфоглицеринового альдегида , а непосредственным сырьем для синтеза ж.к. является ацетил КоА , образовавшийся при распаде углеводов . Часть аминокислот организма вообще не способен образовывать из других веществ , другие могут быть синтезированы . Но для этого требуется включить в их состав аминогруппу . Источником аминогруппы могут служить другие аминокислоты или свободный аммиак , в свою очередь , образующийся при дизаминировании аминокислот. Т.о. взаимосвязь обмена углеводов, жиров, белков и их взаимопревращения имеет чрезвычайно важное значение для организма человека и животных. Также это обеспечивает возможность создания в организме запаса энергетических субстратов при любом характере питания. Наличие углеводных депо, возможность образования углеводов из продуктов не углеводной природы играет чрезвычайную роль в жизни человека. Благодаря этому обеспечивается относительное постоянство концентрации глюкозы в крови и непрерывное снабжение ею тканей, использующих глюкозу в качестве основного энергетического субстрата (мозговые ткани, почки, эритроциты и пр.).
.Механизмы обезвреживания токсических веществ в печени.Микросомальное окисление.Реакции конъюгации.

Печень - самая крупная железа пищеварительного тракта. Она выполняет в организме функцию биохимической лаборатории и играет важную роль в белковом, углеводном и липидном обменах. В печени синтезируются важнейшие белки плазмы крови: альбумин, фибриноген, протромбин, церулоплазмин, трансферрин, ангиотензиноген и др. Через эти белки опосредуется участие печени в таких важных процессах, как поддержание онкотического давления, регуляция АД и объёма циркулирующей крови, свёртывание крови, метаболизм железа и др. Важнейшая функция печени - детоксикационная (или барьерная). Она имеет существенное значение для сохранения жизни организма. В печени происходит обезвреживание таких веществ, как билирубин и продукты катаболизма аминокислот в кишечнике, а также инактивируются лекарственные препараты и токсические вещества экзогенного происхождения, NH₃ - продукт азотистого обмена, который в результате ферментативных реакций превращается в нетоксичную мочевину, гормоны и биогенные амины. Вещества, поступающие в организм из окружающей среды и не используемые им для построения тканей организма или как источники энергии, называют чужеродными веществами, или ксенобиотиками. Чужеродные вещества, или ксенобиотики, делят на 2 группы:

продукты хозяйственной деятельности человека (промышленность, сельское хозяйство, транспорт);

вещества бытовой химии - моющие средства, вещества для борьбы с насекомыми, парфюмерия.

Обезвреживание ксенобиотиков происходит путём химической модификации и протекает в 2 фазы. В результате этой серии реакций ксенобиотики становятся более гидрофильными и выделяются с мочой. Вещества, более гидрофобные или обладающие большой молекулярной массой, чаще выводятся с желчью в кишечник и затем удаляются с фекалиями. Микросомальные ферменты катализируют реакции С-гидроксилирования, N-гидроксилирования, О-, N-, S-дезалкилирования, окислительного дезаминирования, сульфоокисления и эпоксидирования. Первый этап инактивации большинства ксенобиотиков начинается с реакции их окисления ферментами мембран гладкого ЭР клеток печени. При выделении из клеток фрагменты этих мембран образуют микросомы, поэтому окисление субстратов при участии электронтранспортной системы, локализованной в мембране ЭР, называют микросомальным окислением.

Вторая фаза - реакции конъюгации, в результате которых чужеродное вещество, модифицированное ферментными сисгемами ЭР, связывается с эндогенными субстратами - глюкуроновой кислотой, серной кислотой, глицином, глутатионом. Образовавшийся конъюгат удаляется из организма. Микросомальная система не содержит растворимых в цитозоле белковых компонентов, все ферменты - мембранные белки, активные центры которых локализованы на цитоплазматической поверхности ЭР. Система включает несколько белков, составляющих электронтранспортные цепи (ЦПЭ). В ЭР существуют две такие цепи, первая состоит из двух ферментов - NADPH-P₄₅₀ редуктазы и цитохрома Р₄₅₀, вторая включает фермент NADH-цитохром-b₅ редуктазу, цитохром b₅ и ещё один фермент - стеароил-КоА-десатуразу.