Биохимия в таблицах, схемах и графиках. С. Д. Жамсаранова Ю. А. Капустина на. Тыхеева
 Скачать 6.61 Mb.
|
- эмульгирование жира - всасывание жирных кислот. В кишечник желчные кислоты поступают в составе желчи в виде конъюгатов с глицином и таурином. После переваривания и всасывания желчные кислоты возвращаются через воротную вену в печень, совершая такой цикл до 10 разв сутки. Этот цикл называетсяэнтерогепатическая циркуляция или кишечно-печеночнаяциркуляцияжелчных кислот. 62 Постоянным компонентом желчи является холестерин. Как и желчные кислоты, он подвергается обратному всасыванию, но некоторое количество желчных кислот и холестерина теряются с калом. Для восполнения потери желчных кислот, выводимых с фекалиями, постоянно происходит синтез желчных кислот из холестерина. 63 4. Ресинтезжироввслизистойоболочкетонкогокишечника. Первая стадия ресинтеза жиров – реакция активации жирных кислот НSКоА + RСООН + АТФ → R-СОКоА + АМФ + Н 4 Р 2 О 7. Реакция катализируется ферментом ацилКоА-синтетазой. В ресинтезе жиров участвуют не только жирные кислоты, всосавшиеся из кишечника, но и жирные кислоты, синтезированные в организме, поэтому по составу реснтезированные жиры отличаются от жиров, полученных с пищей. В клетках эпителия тонкой кишки из жиров, образовавшихся в результате ресинтеза, а также из эфиров холестерола, жирорастворимых витаминов, поступивших с пищей, формируются липопротеиновые комплексы – хиломикроны (ХМ. ХМ далее доставляют жиры в периферические ткани. ТРАНСПОРТЛИПИДОВ Липиды, в частности жиры, не растворяются вводных фазах организма, поэтому транспорт липидов кровью и лимфой осуществляется в виде комплексов с белками и фосфолипидами, которые называются липопротеинами. Липопротеины - это сферические частицы, в которых можно выделить гидрофобную сердцевину, состоящую из триглицеридов (ТАГ) и эфиров холестерина (ЭХС) и амфифильную оболочку, в составе которой – фосфолипиды, гликолипиды и белки (апобелки). СТРОЕНИЕЛИПОПРОТЕИНОВ Липопротеины разделяются методом ультрацентрифугирования соответственно их плотности на четыре основных типа 64 В кишечнике образуются два типа липопротеинов: хиломикроны - ХМ ив небольшом количестве липопротеины очень низкой плотности - ЛОНП. В составе хиломикронов экзогенные жиры доставляются в органы и ткани. ЛИПОПРОТЕИНЫ - ТРАНСПОРТНЫЕФОРМЫЛИПИДОВВ ОРГАНИЗМЕЧЕЛОВЕКА Хиломик- роны ЛОНП ЛПП ЛНП ЛВП Состав, %: белки ФЛ ХС ЭХС ТАГ 2 3 2 3 85 10 18 7 10 55 11 23 8 30 26 22 21 8 42 7 50 27 4 16 3 65 Функция Транспорт липидов из клеток кишечника Транспорт липидов, синтезируемых в печени Промежуточная форма превращения ЛОНП в ЛНП Транспорт холестерина в ткани Транспорт холестерина из тканей в печень. Удаление избытка холестерина из клеток. Донор апопро- теинов Место образования Эпителий тонкой кишки Клетки печени Кровь Плазма крови из ЛОНП) В клетках печени ЛВП- предшественники Плотность, г/мл Диаметр частиц, нм 0,92 – 0,98 Более 120 0,96 – 1,0 30 - 100 1,00– 1,06 21 - 100 1,06 – 1,21 7 - 15 Основные аполипоп- ротеины В – 48 С ІІ Е В – 100 С – ІІ Е В -100 ЕВА С – ІІ Е Примечание. ХМ – хиломикроны; ФЛ – фосфолипиды ХС – холестерин, ЭХС – эфиры холестерина. Функции аполипопротеинов: В – основной белок ХМ В основной белок ЛОНП и ЛНП, взаимодействует с рецепторами ЛНП; С – ІІ – активатор липопротеинлипазы, переносится с ЛВП на ХМ и ЛОНП в крови Е – взаимодействует с рецепторами ЛНП. Существуют также промежуточные формы в метаболизме липопротеинов: хиломикроны остаточные (ХМост), ЛОНП остаточные или липопротеины средней плотности - ЛСП). Липопротеинлипаза (ЛП-липаза) - фермент, обеспечивающий потребление экзогенных жиров тканями. ЛП-липаза, располагающаяся в эндотелии сосудов, взаимодействует с хиломикронами кровотока и гидролизует триацилглирины на глицерин и жирные кислоты, которые поступают в клетку. По мере извлечения ТАГ из хиломикронов последние превращаются в остаточные хиломикроны и затем поступают в печень. Жирные кислоты поступают либо в жировую ткань, либо в мышечную. 66 ТРАНСПОРТНАЯФУНКЦИЯЛИПОПРОТЕИНОВ КАТАБОЛИЗМ ЖИРА Жиры хранятся до момента их использования. Катаболизм жира идет в три этапа Гидролиз жира до глицерина и жирных кислот (липолиз). Превращение глицерина (вступает в реакции обмена глюкозы) и жирных кислот (подвергаются- окислению) в ацетил-КоА. Общий путь – цикл трикарбоновых кислот. Процесс липолиза известен как МОБИЛИЗАЦИЯЖИРА. Мобилизация жира - это реакция гидролиза жира до глицерина и жирных кислот. Это ферментативный процесс. Осуществляют его два фермента ЛИПАЗАЖИРОВОЙТКАНИиМОНОГЛИЦЕРИДЛИПАЗА. Ключевым ферментом является липаза жировой ткани. Она регулируется гормонами, поэтому часто ее называют «ГОРМОНЧУВСТВИТЕЛЬНАЯЛИПАЗА». ПУТИМЕТАБОЛИЗМАГЛИЦЕРИНА 67 1. Глицерин может быть повторно использован для синтеза жира или других липидов. 2. Глицерин может вступить в обмен углеводов. В любом случаев первую очередь происходит активация глицерина. Она похожа на активацию углеводов. РАСПАДГЛИЦЕРИНАНАПУТИКУГЛЕВОДАМ Если глицерин распадается по пути к углеводам, то происходит дегидрирование. Для фосфоглицеринового альдегида (ФГА) существует два варианта дальнейших превращений 1. ФГА может окисляться в аэробном гликолизе до СО 2 и НО с образованием 21 молекулы АТФ. 2. ФГА может вступить в реакции глюконеогенеза с образованием глюкозы. ПУТИИСПОЛЬЗОВАНИЯЖИРНЫХКИСЛОТ Жирные кислоты могут вступать в реакции только после активации. АКТИВНАЯФОРМАЛЮБОЙЖИРНОЙКИСЛОТЫ – АЦИЛ-КОА. Для активной жирной кислоты, как и для глицерина, возможны два путиметаболическихпревращений: 1. Синтез жира или других липидов. 2. Катаболизм до Ацетил-КоА. Этот процесс называют β - окисление 68 КАТАБОЛИЗМЖИРНЫХКИСЛОТ Активация ЖК происходит в цитоплазме, а β - окисление – в митохондриях. Ацил-КоА не может проходить через мембрану митохондрий. Поэтому имеется специальный механизм транспорта ЖК из цитоплазмы в митохондрию при участии вещества "КАРНИТИН". Во внутренней мембране митохондрий есть специальный транспортный белок, обеспечивающий перенос. Благодаря этому ацилкарнитин легко проникает через мембрану митохондрий. Если жирная кислота попадает в митохондрию, то она обязательно подвергнется катаболизму до ацетил-КоА ОКИСЛЕНИЕЖИРНЫХКИСЛОТ Процесс β - окисления является циклическим. За каждый оборот цикла от жирной кислоты отщепляется 2 углеродных атома в виде ацетильного остатка. После этого укороченный на 2 углеродных атома ацил-КоА снова подвергается окислению (вступает в новый цикл реакций β - окисления. Образующийся Ацетил-КоА может дальше вступить в цикл трикарбоновых кислот 69 Ускорение β - окисления наблюдается во многих тканях, в том числе ив печени при состоянии углеводного голодания и интенсивной мышечной работе. В печени образуется больше Ацетил-КоА, чем ей требуется. Поэтому в печени из Ацетил-КоА синтезируются специальные вещества, которые называются "КЕТОНОВЫЕТЕЛА". 70 РЕАКЦИИСИНТЕЗАКЕТОНОВЫХТЕЛ В норме концентрация кетоновых тел в крови 2 мг/дл. Ацетон, который образуется при спонтанном (неферментативном) декарбоксилировании ацетоацетата, в организме не используется. Кетоновые тела - ацетоацетат и бета-гидроксибутират- синтезируются в печени, легко проходят через митохондриальные и клеточные мембраны и поступают в кровь. Кровью они транспортируются вовсе другие ткани. УТИЛИЗАЦИЯ КЕТОНОВЫХ ТЕЛ Происходит в митохондриях (кроме клеток печени. β-гидроксибутират превращается в ацетоацетат, а ацетоацетат вступает в реакцию с промежуточным продуктом ЦТК - сукцинил-КоА. 71 БИОСИНТЕЗЖИРНЫХКИСЛОТ Процесс осуществляется в различных частях клетки. В цитоплазмесинтезируются насыщенные жирные кислоты с углеродной цепью до С (пальмитат). Субстратом для синтеза жирной кислоты служит ацетил-СоА, образующийся в результате окисления пирувата. Использование пирувата в синтезе пальмитата включает следующие метаболические пути - окисление глюкозы в процессе гликолиза до пирувата в цитозоле, - окислительное декарбоксилирование пирувата в митохондриях и последующая конденсация ацетил-СоА с оксалоацетатом с образованием цитрата. Далее цитрат перемещается в цитозоль, где распадается на ацетил-СоА и оксалоацетат. Существуют механизмы транспорта Ацетил- КоА из митохондрий в цитоплазму. 72 Условием для выхода Ацетил-КоА из митохондрии в цитоплазму является хорошее обеспечение клетки АТФ. Если АТФ в клетке мало, то Ацетил-КоА расщепляется до СО 2 и НО. Перваяреакция в биосинтезе жирной кислоты - это карбоксилирование ацетил-СоА и превращение его в малонил-СоА. Реакция катализируется ацетил-СоА-карбоксилазой, коферментом которой является биотин. Затем следуют повторяющиеся циклы из шести реакций. Катализирует весь процесс пальмитилсинтетаза - полифункциональный белок - фермент, имеющий одну полипептидную цепь, упакованную в два домена. РЕАКЦИИ СИНТЕЗА ЖИРНЫХ КИСЛОТ. 73 Очередной цикл синтеза начинается с присоединения новой молекулы малонил-СоА к одной из групп активных центров доменов. Каждый цикл увеличивает длину цепи на два углеродных атома. Когда цепь достигает длины 16 углеродных атомов, тиоэфирная связь гидролизуется и пальмитат освобождается. Суммарноеуравнениесинтезапальмитата (7 циклов Ацетил-СоА+7Малонил-КоА+14(NADPH+Н+) → пальмитат + 8HS-CoA+ 7CO 2 +14NADP++7H 2 O В митохондриях происходит дальнейшее наращивание цепи, а в ретикулуме насыщенные жирные кислоты превращаются в ненасыщенные, и также происходит удлинение цепи. 74 МЕТАБОЛИЗМХОЛЕСТЕРИНАИЖЕЛЧНЫХКИСЛОТ Функциихолестерина: 1) холестерин является предшественником в синтезе других стероидов желчных кислот, стероидных гормонов, витамина D 3 ; 2) холестерин входит как структурный компонент в состав мембран всех клеток. Существует два пути поступления холестерина из пищи животного происхождения (экзогенный холестерин синтез в печени (эндогенный холестерин. Кроме печени в небольшом количестве холестерин может синтезироваться в клетках кишечника и кожи. ПУТИИСПОЛЬЗОВАНИЯХОЛЕСТЕРИНА БИОСИНТЕЗХОЛЕСТЕРИНА Процесс происходит в цитозоле клетки. Молекула холестерина целиком "собирается" из ацетил-СоА. Скорость синтеза холестерина зависит от количества экзогенного холестерина, то есть поступающего с пищей. При поступлении 2-3 г холестерина в сутки синтез эндогенного холестерина подавляется. 75 Фермент гидроксиметилглутарил-СоА-редуктазаиграет главную роль в регуляции синтеза холестерина. Холестерин подавляет синтез ГМГ-СоА-редуктазы и таким образом по механизму отрицательной обратной связи снижает скорость своего синтеза. ТРАНСПОРТХОЛЕСТЕРИНА В печени пул холестерина составляется из синтезированного холестерина самими клетками и поступившего из остаточных хиломикронов. Этот пул холестерина существует не только для собственных нужд печени, но и для снабжения других тканей. Холестерин печени вместе с жирами, синтезированными из глюкозы, включается в ЛОНП и таким образом транспортируется кровью. После гидролиза жиров ЛП-липазой образуются ЛОНП остаточные. Эти липопротеины либо поглощаются печенью, либо превращаются в ЛНП. Почти во всех клетках имеются рецепторы для апоВ 100 Поэтому ЛНП фиксируются на поверхности клеток. При этом наблюдается переход холестерина в клеточные мембраны. Таким образом, ЛНП способны снабжать холестерином клетки тканей. Транспортируют холестерин из тканей в печень липопротеины высокой плотности (ЛВП). В кровеносном русле к ЛВП присоединяется 76 белок-фермент лецитинхолестеринацилтрансфераза (ЛХАТ). АпоА является активатором ЛХАТ. ЛХАТ катализирует следующую реакцию Реакция важна, потому что образующийся эфир холестерина является очень гидрофобным веществом и сразу переходит в ядро ЛВП – так, при контакте с мембранами клеток ЛВП удаляют из них избыток холестерина. Дальше ЛВП идут в печень, там разрушаются, и избыток холестерина удаляется из организма. Нарушение соотношения между количеством ЛНП, ЛОНП и ЛВП может вызывать задержку холестерина в тканях. Это приводит к атеросклерозу. Поэтому ЛНП называют атерогеннымилипопротеинами, а ЛВП - антиатерогеннымилипопротеинами. ЭЙКОЗАНОИДЫ Биологически активные вещества, синтезируемые большинством клеток из полиеновых жирных кислот, содержащих 20 углеродных атомов. Эйкозаноиды разделяют на классы а) простагландины (включая простациклины); б) тромбоксаны; в) лейкотриены. БИОЛОГИЧЕСКОЕДЕЙСТВИЕОСНОВНЫХТИПОВЭЙКОЗАНОДОВ Эйкозаноиды Основное место снтеза Основное биологическое действие РGЕ 2 Большинство тканей, особенно почки Расслабляет гладкую мускулатуру, расширяет сосуды, инициирует родовую активность РGF 2 α Большинство тканей Сокращает гладкую мускулатуру, сужает сосуды, бронхи, стимулирует сокращение матки 77 Р Сердце, клетки эндотелия сосудов Уменьшает агрегацию тромбоцитов, расширяет сосуды, в клетках-мишенях увеличивает образование сАМФ ТХА 2 Тромбоциты Стимулирует агрегацию тромбоцитов, сужает сосуды, в клетках уменьшает образование сАМФ ТХВ 2 Тромбоциты Сужает сосуды L ТВ 4 Клетки белой крови, клетки эпителия Стимулирует хемотаксис и агрегацию лейкоцитов L ТС 4 →LТD 4 Клетки белой крови, альвеолярные макрофаги Стимулирует расширение сосудов, увеличивают их проницаемость, вызывают сокращение бронхов. Основные компоненты медленно ТРАНСМЕМБРАННАЯПЕРЕДАЧАСИГНАЛА Мембраны способны воспринимать (наличие рецептора) и передавать внутрь клетки сигналы из внешней среды. Внеклеточными химическими сигналами могут быть гормоны нейромедиаторы, эйкозаноиды или другие сигнальные молекулы. Гормоны – это молекулы, которые вырабатываются специализированными клетками, секретируются в кровь в ответ на изменение какого-либо специфического параметра внутренней среды организма и оказывают влияние на метаболизм и функциональное состояние клеток мишеней. По механизму передачи сигнала в клетку различают гормоны, взаимодействующие с мембранными рецепторами, и гормоны, передающие сигнал через внутриклеточные рецепторы. Взаимодействие большинства гормонов, эйкозаноидов и др. с рецептором приводит к активации внутриклеточных регуляторных систем, в частности аденилатциклазной и инозитолфосфатной. АДЕНИЛАТЦИКЛАЗНАЯСИСТЕМА Включает 5 мембранных белков рецептор активатора (R S ), рецептор ингибитора (Ri), стимулирующий белок) и Gi ингибирующий белок, фермент аденилатциклазу (АЦ) и цитозольный фермент протеинкиназу А – ПКА (цАМФ-зависимую протеинкиназу). 78 ИНОЗИТОЛФОСФАТНАЯСИСТЕМА Включает 3 основных мембранных белка R (рецептор, фосфолипазу Си Gрlс – белок, активирующий фосфолипазу С, а также белки и ферменты мембран цитозоля, участвующие в связывании и транспорте Са 2+ 79 СТРУКТУРАНУКЛЕИНОВЫХКИСЛОТ Нуклеиновые кислоты - гетерополимеры, их мономерами являются мононуклеотиды. Роль нуклеиновых кислот 1. ДНК хранение генетической информации. 2. РНК а) хранение генетической информации у некоторых вирусов б) реализация генетической информации м-РНК – матричная РНК, т-РНК транспортная, р-РНК (рибосомальная); 80 в) некоторые молекулы РНК способны катализировать реакции гидролиза 3’,5’- фосфодиэфирной связи в самой молекуле РНК. Такие РНК называют рибозимами. Мононуклеотид состоит из азотистого основания + рибоза у РНК или дезоксирибоза у ДНК) - вместе они составляют нуклеозид, и остатка фосфорной кислоты. НОМЕНКЛАТУРАНУКЛЕОТИДОВ Азотистое основание Нуклеозид Нуклеотид аденин аденозин Аденозинмонофосфат (АМФ) гуанин гуанозин Гуанозинмонофосфат (ГМФ) урацил уридин уридинмонофосфат (УМФ) тимин тимидин тимидинмонофосфат (ТМФ) цитозин цитидин цитидинмонофосфат (ЦМФ) 81 В составе нуклеиновых кислот мононуклеотиды связаны 3’,5’- диэфирными связями между рибозами (d-рибозами) соседних мононуклеотидов через остаток фосфорной кислоты. Первичнаяструктура нуклеиновых кислот определяется как последовательность нуклеотидных остатков в полимерной цепи. Как многие другие биополимеры, нуклеиновые кислоты имеют ещё и вторичнуюструктуру, под которой понимают их пространственную организацию. Вторичнаяструктура ДНК Молекула ДНК представляет собой правозакрученную спираль, состоящую из двух полинуклеотидных цепей с антипараллельным ходом. Это означает, что концу одной цепи соответствует конец другой цепи и наоборот. СТРУКТУРАДВОЙНОЙСПИРАЛИДНК Остатки оснований направлены внутрь спирали. На один виток спирали приходится 10 пар оснований. Цепи ДНК неидентичны, так как нуклеотидный состав их различен, однако первичная структура одной цепи предопределяет нуклеотидную последовательность другой цепи, то есть они комплементарны друг другу. Это связано с существованием комплементарныхпароснований. 82 Физико-химическую основу комплементарности составляют водородные связи, которые могут образоваться только между аденином одной цепи и тимином другой, противоположно направленной цепи (пара АТ, и аналогично между гуанином и цитозином (пара ГЦ. ВторичнаяструктураРНК несколько иная. Молекула РНК состоит из одной полинуклеотидной цепи. Отдельные участки этой цепи до 20-30 нуклеотидных пар) могут быть комплементарны между собой и образовывают спиральную структуру за счет связей между аденином и урацилом (пара У) и гуанином и цитозином (пара ГЦ. Между спирализованными участками располагаются одноцепочечные петли. Существует несколько разновидностей РНК матричная (mRNA), транспортная (тРНК), рибосомная (рРНК). На рисунке приведена структура тРНК, у которой спирализованные участки определяют специфическую пространственную конформацию фигуру клеверного листа. ПРОСТРАНСТВЕННАЯСТРУКТУРАТРАНСПОРТНОЙРНК « Клеверный лист — обобщенная вторичная структура, характерная для всех тРНК. Кружками обозначены нуклеотидные остатки, пунктиром — водородные связи между комплементарными основаниями. тРНК имеет на конце ССА для связывания аминокислоты, а в средней части молекулы - антикодоновый участок - последовательность нуклеотидов, обеспечивающую взаимодействие тРНК с кодоном мРНК. 83 |