Зачет аминокислоты. ЗАЧЕТ АМИНОКИСЛОТЫ. Вариант 1 Реакции утилизации аммиака
 Скачать 72.26 Kb.
|
|
Часть аминокислот, метаболизм которых связан с образованием ацетил-КоА или ацетоацетил-КоА, катаболизируют путем превращения в кетоновые тела или жирные кислоты. К кетогенным аминокислотам относятся фенилаланин, лизин, тирозин, лейцин, изолейцин и триптофан. Вариант 5 Реакции образования биогенных аминов. Биогенные амины являются продуктами декарбоксилирования ряда аминокислот (тирозина, триптофана, гистидина, глутамата) или их гидроксипроизводных (дигидроксифенилаланина – ДОФА, 5-гидрокситриптофана). К биогенным аминам относятся катехоламины (дофамин, норадреналин, адреналин), гистамин, серотонин, триптамин, тирамин, ГАМК (гамма-аминомасляная кислота). Образование биогенных аминов происходит в специализированных клетках (например, катехоламины образуются в клетках мозгового слоя надпочечников, гистамин – в тучных клетках и т.д.) под влиянием специфических тканевых В6-витаминозависимых декарбоксилаз. Синтезированные биогенные амины накапливаются в клетке в комплексе с белками или нуклеотидами. Под влиянием внешнего стимула происходит высвобождение биогенных аминов из связанных форм и активный выход из клетки путем экзоцитоза. Биогенные амины, обладая высокой физиологической активностью, могут выполнять следующие функции: а) нейромедиаторов: дофамин, норадреналин, гистамин, серотонин, триптамин, ГАМК; б) истинных гормонов: адреналин, норадреналин; в) тканевых гормонов: гистамин, серотонин. Накопление биогенных аминов могло бы отрицательно сказаться на течении физиологических процессов и привести к серьезным нарушениям регуляции обменных процессов в отдельных тканях и организме в целом. Однако органы и ткани организма обладают специальными механизмами инактивации биогенных аминов. Основным механизмом инактивации биогенных аминов является их окислительное дезаминирование под влиянием фермента – моноаминооксидазы. Образующиеся в результате окислительного дезаминирования альдегиды окисляются до соответствующих кислот. Моноаминооксидаза является ФАД-содержащим ферментом и локализуется преимущественно в митохондриях. Некоторые ингибиторы моноаминооксидазы используются в медицине для лечения гипертонической болезни, депрессии, шизофрении. Гистамин образуется при декарбоксилировании гистидина, является нейромедиатором. Вызывает расширение кровеносных сосудов, понижает артериальное давление, способствует притоку лейкоцитов к местам воспаления (защитная реакция организма против инфекции). Участвует в процессах сенсибилизации организма (поэтому аллергические состояния лечат противогистаминными препаратами). Способствует отделению соляной кислоты в желудочном соке. ГАМК образуется при декарбоксилировании глутамата. Реакция происходит под действием глутаматдекарбоксилазы, локализованной в сером веществе мозга. Является нейромедиатором, оказывает выраженное тормозное влияние на центральную нервную систему. Используется как компонент лекарственных средств, применяемых при эпилепсии, а также при заболеваниях с выраженным моторным компонентом. Серотонин образуется при декарбоксилировании 5-гидрокситриптофана, является мощным сосудосуживающим агентом и стимулятором сокращения гладких мышц. Серотонин известен как важный нейромедиатор, участвующий в восприятии болевых раздражений (и в блокировке болевой чувствительности в экстремальных ситуациях), координации моторной активности, эмоциональном поведении, поддержании ритма сна и бодрствования (наряду с мелатонином, производным серотонина), терморегуляции, а также во многих других процессах. Серотонин регулирует кишечную перистальтику, вызывает сокращение мускулатуры матки, бронхов и других гладкомышечных органов у животных и человека. Катехоламины образуются в мозговом слое надпочечников, а также в клетках мозга. Предшественником в синтезе является тирозин, который в первой реакции подвергается гидроксилированию с образованием ДОФА – дигидроксифенилаланина. В дальнейшем ДОФА декарбоксилируется и образуется дофамин. b-гидроксилирование дофамина приводит к образованию норадреналина, который в реакции трансметилирования (донором метильной группы выступает S-аденозилметионин) превращается в адреналин. В клетках мозга отсутствует фермент трансметилирования, поэтому образуется только норадреналин. Адреналин и норадреналин являются истинными гормонами. Они обладают сосудосуживающим эффектом, расширяют просвет бронхов, увеличивают частоту сердечных сокращений, способствуют мобилизации жира и гликогена из депо, усиливают гликогенолиз в мышцах. 2. Какие ферменты ЖКТ гидролизуют следующие связи: Ала-Фен, Три-Тир, Вал-Тир, Арг-Три, Лиз-Фен? Ала-Фен: пепсин Три-Тир: химотрипсин и пепсин Вал-Тир: пепсин Арг-Три: трипсин Лиз-Фен: трипсин и пепсин 3. Может ли питание полноценными белками уменьшить потребность в витамине РР? Полноценное белковое питание обеспечит поступление в организм триптофана, из него синтезируется вит.РР. 4.Объясните, почему у больных сахарным диабетом медленно заживают операционные и другие раны? При сахарном диабете происходит гиперсекреция глюкокортикоидов, что ведет к истончению кожи, плохому заживлению ран. Медленный синтез белка. 5. Как отразится увеличение концентрации аммиака на скорости реакций цикла трикарбоновых кислот? Скорость реакции ЦТК уменьшиться. (Связано с вымыванием из этого процесса 2-кетоглутарат) 6. Почему при длительном питании животных пищей, содержащих только белки концентрация глюкозы в крови у них оставалась на постоянном уровне? Усиливается глюконеогенез, для которого используются аминокислоты. 7. Общая характеристика катаболизма аминокислот. Кетогенные и гликогенные аминокислоты. В процесс катаболизма (распада) вовлекаются только те амиинокислоты, которые оказались не использованными в ходе реакций синтеза белка или образования других соединений. Катаболизм аминокислот включает два этапа (рис. 5): 1. Дезаминирование, заключающееся в отщеплении аминогруппы в виде аммиака с образованием a-кетокислоты. 2. Катаболизм углеродного скелета аминокислоты, т.е. a-кетокислоты. Обязательным этапом катаболизма аминокислот является удаление аминогруппы, т.е. их дезаминирование. Азот аминогруппы выводится у человека в виде мочевины и аммонийных солей. Эти вещества являются конечными продуктами азотистого обмена. Частично аммиак, образующийся при дезаминировании аминокислот, реутилизируется в ходе восстановительного аминирования кетокислот. Углеродные скелеты аминокислот в конечном итоге поступают в ЦТК, где они расщепляются до углекислого газа и воды. Например, при дезаминировании глутамата образуется 2-кетоглутарат, аспартата – оксалоацетат, они являются интермедиатами ЦТК. Катаболизм аланина связан с образованием пирувата, который подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием ацетил-КоА, вовлекаемый в ЦТК. Безазотистые углеродные скелеты практически всех протеиногенных аминокислот (за исключением лейцина и лизина) могут служить субстратами глюконеогенеза, т.е. катаболизм некоторой части аминокислот связан с превращением в глюкозу, которая окисляется ради образования энергии. Часть аминокислот, метаболизм которых связан с образованием ацетил-КоА или ацетоацетил-КоА, катаболизируют путем превращения в кетоновые тела или жирные кислоты. К кетогенным аминокислотам относятся фенилаланин, лизин, тирозин, лейцин, изолейцин и триптофан. 8. Взаимосвязь обмена углеводов и липидов. Вариант 6 1. Метаболические блоки при наследственных нарушениях обмена тирозина. Альбинизм – молекулярная болезнь, связанная с дефектом тирозиназы (II). При этой ферментопатии нарушено превращение диоксифенилаланина (ДОФА) в ДОФА-хинон и далее в меланин (пигмент черного цвета). Тирозинемия – ферментопатия, связанная с дефектом гидроксифенилпируватдиоксигеназы (III). При этом заболевании не образуется гомогентизиновая кислота из предшественников, вследствие чего содержание тирозина и гидроксифенилпирувата в крови и выделение их с мочой повышается. Алкоптонурия – ферментопатия, связанная с дефектом гомогентизатдиоксигеназы (IV). При этой болезни нарушено окисление гомогентизиновой кислоты в тканях, вследствие чего содержание ее в жидкостях организма и выделение с мочой повышается. В присутствии кислорода гомогентизиновая кислота полимеризуется с образованием черного пигмента – алкаптона. 2. В состав белков пищи, которую скармливали животным, входили пептиды следующего состава: Ала-Вал-Мет-Лей-Фен-Сер-Иле-Три-Лиз-Тре-Глу-Про-Три-Лиз-Мет-Вал-Лей-Гли-Асп-Глн. А. Назовите ферменты, которые расщепляют эти пептиды: -в желудке – пепсин -в просвете тонкого кишечника – трипсин, химотрипсин, карбоксипептидазы -в слизистой тонкого кишечника - аминопептидазы Б. Является ли данный пептид полноценным с биологической точки зрения. Нет, т.к. отсутствуют аминокислоты аргинин и гистидин 3.Какие свойства пищевого белка положены в основу оценки его биологической ценности? Биологическая ценность пищевого белка, которая оценивается по наличию незаменимых аминокислот в пищевом белке и соответствию их соотношения в синтезируемых организмом белках. А также учитывается перевариваемость и усваиваемость. 4. К каким последствиям приведет нарушение функционирования орнитинового цикла образования мочевины? К накоплению аммиака в организме (Гипераммониемии) Токсичность аммиака обусловлена следующими обстоятельствами: 1. Связывание аммиака при синтезе глутамата вызывает отток α-кетоглутарата из цикла трикарбоновых кислот, при этом понижается образование энергии АТФ и ухудшается деятельность клеток. 2. Продукт связывания аммиака с глутаминовой кислотой — глутамин — является осмотически активным веществом. Это приводит к задержке воды в клетках и их набуханию, что вызывает отёк тканей. 5. Какое соединение выступает в роли катализатора орнитинового цикла? Орнитин 6. Какое отношение имеет активация пентозного пути окисления углеводов к анаболическому эффекту инсулина? Инсулин активирует дигидрогеназы пентозного пути, одним из продуктов которого является рибоза-5фосфат, необходимый для синтеза нуклеотидов. 7. Переваривание белков. Всасывание продуктов переваривания белков. Гниение белков (аминокислот) в кишечнике. Поскольку белки организма отличаются видовой и тканевой специфичностью, живой организм способен использовать вводимый с пищей белок только после полного его расщепления в ЖКТ до аминокислот, из которых в клетках синтезируются специфические для данного вида белки. Процесс высвобождения аминокислот из белков катализируется специальными ферментами, получившими название протеиназы. Протеиназы – это ферменты, которые относятся к классу гидролаз. По характеру действия их разделяют на эндопептидазы и экзопептидазы. Эндопептидазы разрывают пептидные связи внутри пептидной цепи. К ним относятся: пепсин и гастриксин желудка; трипсин, химотрипсин, эластаза поджелудочной железы. Экзопептидазы катализируют разрыв концевой пептидной связи с отделением концевой аминокислоты. К ним относятся карбоксипептидазы А и В поджелудочной железы, аминопептидазы и дипептидазы тонкого кишечника (мембраносвязанные ферменты). Ферменты, участвующие в переваривании белков, обладают относительной субстратной специфичностью, которая обусловлена тем, что пептидазы быстрее гидролизуют пептидные связи между определенными аминокислотами, что позволяет за более короткое время расщепить белковую молекулу. Начальные стадии гидролиза белков осуществляются за счет полостного пищеварения эндопептидазами желудочного и поджелудочного соков. В результате полипептиды расщепляются до полипептидов меньшего размера. Главным механизмом промежуточных и заключительных стадий гидролиза является мембранное пищеварение. Оно осуществляется адсорбированными ферментами поджелудочного сока и кишечными мембраносвязанными ферментами. Роль соляной кислоты в переваривании белков 1. Вызывает денатурацию и набухание белков, способствуя тем самым лучшему их гидролизу. 2. Создает рН-оптимум для пепсина (1,5–2,5) и гастриксина (3,5). 3. Осуществляет частичный протеолиз пепсиногена и переводит его в пепсин, т.е. является активатором пепсина. 4. Способствует секреции секретина – гормона пищеварения. 5. Обладает антимикробным действием. От денатурирующего влияния соляной кислоты и переваривающего действия пепсина собственные белки стенок желудка предохраняет слизистый секрет, содержащий гликопротеины. Всасывание Основным продуктом гидролиза белков являются аминокислоты. Их всасывание в тонком кишечнике, так же как и транспорт через другие клеточные мембраны, осуществляется с помощью специальных транспортных систем (пермиаз) для аминокислот. Транспорт аминокислот является активным и требует необходимого градиента ионов Nа+, создаваемого Nа+/К+-АТФ-азой мембраны эпителия тонкого кишечника. Существует не менее пяти специфических транспортных систем (пермиаз), каждая из которых функционирует для переноса определенной группы близких по строению аминокислот: 1) нейтральных с короткой боковой цепью; 2) нейтральных с длинной боковой цепью; 3) с катионными радикалами; 4) с анионными радикалами; 5) иминокислот (пролина). Аминокислоты этих групп конкурируют за участки связывания с переносчиком соответствующей транспортной системы. При транспорте аминокислот через мембрану кишечного эпителия ион Nа+ входит вместе с ними внутрь клетки, т.е. имеет место симпорт аминокислот и ионов Nа+ специальной системой переносчиков. Натрий вновь «откачивается» из клетки Nа+/К+-АТФ-азой, а аминокислоты остаются внутри клетки. Есть и другая разновидность механизма транспорта аминокислот через мембрану клеток кишечного эпителия и других клеток – g-глутамильный цикл (рис. 1). Перенос аминокислоты совершается в комплексе с глутамильным остатком трипептида глутатиона с помощью специального фермента g-глутамилтрасферазы, который находится в мембране клеток кишечного эпителия. На первом этапе фермент осуществляет присоединение транспортируемой через мем-брану аминокислоты к g-глутамильному остатку глутатиона и одновременный распад уже тетрапептида на два дипептида: g-глу-тамиламинокислоту и цистеинил-глицин. На втором этапе происходит расщепление дипептида g-глутамиламинокислоты с освобождением поступившей аминокислоты и ресинтез затраченной на ее транспорт молекулы глутатиона. Для транспорта одной аминокислоты с помощью g-глутамильного цикла затрачивается 3 АТФ. ГНИЕНИЕ БЕЛКОВ В КИШЕЧНИКЕ Около 5% невсосавшихся аминокислот в нижних отделах тонкого и в толстом кишечнике подвергается действию энзимов гнилостной флоры – гниению. В основе гниения лежат реакции декарбоксилирования и дезаминирования с образованием множества продуктов гниения. Кадаверин и путресцин – трупные яды. Обнаруживаются в больших количествах при гастроэнтерите, холере. В ходе гниения тирозина и триптофана исходная молекула утрачивает радикал целиком. Продукты гниения аминокислот являются токсичными. Они частично выводятся, а частично всасываются в толстом кишечнике, в последующем обезвреживаются в печени и выводятся с мочой. Для уменьшения количества образующихся продуктов гниения необходимо, чтобы потребление белков соответствовало физиологическому состоянию организма (физическая активность, возраст и т.д.). Кроме того, потребление пищевых волокон (целлюлоза, лигнин, пектин и т.д.) в составе растительных продуктов приводит к подкислению среды в результате их расщепления микрофлорой с образованием кислых продуктов. Кислая среда препятствует процессу гниения. Пищевые волокна улучшают также моторную функцию кишечника, что ускоряет опорожнение толстого кишечника и уменьшает всасывание продуктов гниения. 8. Дезаминирование аминокислот. Роль витаминов В6 и РР. Обязательным этапом катаболизма аминокислот является удаление аминогруппы, т.е. их дезаминирование. Азот аминогруппы выводится у человека в виде мочевины и аммонийных солей. Эти вещества являются конечными продуктами азотистого обмена. Частично аммиак, образующийся при дезаминировании аминокислот, реутилизируется в ходе восстановительного аминирования кетокислот. Углеродные скелеты аминокислот в конечном итоге поступают в ЦТК, где они расщепляются до углекислого газа и воды. Например, при дезаминировании глутамата образуется 2-кетоглутарат, аспартата – оксалоацетат, они являются интермедиатами ЦТК. Катаболизм аланина связан с образованием пирувата, который подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием ацетил-КоА, вовлекаемый в ЦТК. Окислительному дезаминированию подвергается только глутамат. Для этой аминокислоты существует специфичный и высокоактивный фермент глутаматдегидрогеназа, который катализирует реакцию окислительного дезаминирования глутамата. Окислительное дезаминирование проходит в две стадии: На первой стадии под действием глутаматдегидрогеназы происходит ферментативное дегидрирование аминокислоты с образованием иминокислоты. Акцептором атомов водорода является НАД(Ф). На второй стадии иминокислота спонтанно, с участием воды распадается на аммиак и 2-кетоглутарат. Реакция имеет значение для катаболизма таких аминокислот как пролин, аргинин, глутамин, гистидин, т.к. их метаболизм происходит через стадию образования глутамата. Непрямое дезаминирование происходит в две стадии: 1) Реакция трансаминирования, использующая 2-кетоглутарат в качестве акцептора аминогруппы 2) Образовавшийся глутамат вступает в реакцию окислительного дезаминирования |