Основы биохимии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Что такое цитохромная система? Какие группы цитохромов, и в какой последовательности располагаются в цепи переноса электронов?

цитохром электрон бактерия бикарбонатный

Среди оксидаз роль играют железосодержащие ферменты и переносчики, относящиеся к цитохромной системе. В нее входят цитохромы и цитохромоксидаза. Включаясь в определенной последовательности в процесс переноса электронов, они передают их от флавопротеинов на молекулярный кислород. Все компоненты цитохромной системы содержат железопорфириновую простетическую группу.При переносе электронов цитохромами железо обратимо окисляется и восстанавливается, отдавая или приобретая электрон и изменяя таким образом свою валентность. В дыхательной цепи направление транспорта электронов определяется величиной окислительно-восстановительного потенциала цитохромов.

В этой системе передавать электроны непосредственно на кислород способна только цитохромоксидаза. Из всех оксидаз она имеет наибольшее сродство к кислороду. Ингибиторами цитохромоксидазы являются СО, цианид, азид. В растительных митохондриях кроме цитохромоксидазы функционирует оксидаза, не подавляемая цианидом и названнаяальтернативной оксидазой.

Цитохромы-гемопротеиды, биологическая функция которых заключается в переносе электронов и осуществляется (в процессе тканевого дыхания) путем обратимого изменения валентности атомов железа, входящих в состав гема [5].

Цитохромы, принимающие участие на заключительном этапе цепи переноса электронов, представляют собой группу белков, содержащих железопорфириновые простетические группы (гемы). С помощью цитохромов осуществляется перенос электронов, в процессе которого меняется валентность железа: Fe++ переходит обратимо в Fe+++ + e

В митохондриях обнаружено пять цитохромов (b, с, с1, а, а3), различающихся между собой спектрами поглощения и окислительно- восстановительными потенциалами. Различия по этим параметрам обусловлены белковыми компонентами цитохромов, природой боковых цепей их порфиринов и способом присоединения гема к белкам. Конечные цитохромы (а+а3) передают электроны на молекулярный кислород, представляя собой собственно цитохромоксидазу, в реакционном центре которой содержатся помимо двух гемов два атома меди. Образование воды имеет место при переносе на молекулу кислорода 4 электронов. Некоторые цитохромоксидазы осуществляют перенос на О₂ только 2 электронов, следствием чего является возникновение перекиси водорода. Перекись водорода далее разрушается каталазой или пероксидазой.

Электронтранспортные цепи митохондрий эукариот:

Комплекс I. (НАДН дегидрогеназа) окисляет НАД-Н, отбирая у него два электрона и перенося их на растворимый в липидахубихинон, который внутри мембраны диффундирует к комплексу III. Вместе с этим, комплекс I перекачивает 4 протона из матрикса в межмембранное пространство митохондрии.

Комплекс II. (Сукцинатдегидрогеназа) не перекачивает протоны, но обеспечивает вход в цепь дополнительных электронов за счёт окисления сукцината.

Комплекс III.(Цитохром bc₁ комплекс) переносит электроны с убихинола на два водорастворимых цитохрома с, расположенных на внутренней мембране митохондрии.Убихинол передаёт 2 электрона, а цитохромы за один цикл переносят по одному электрону. При этом туда также переходят 2 протона убихинола и перекачиваются комплексом.

Комплекс IV. (Цитохром c оксидаза) катализирует перенос 4 электронов с 4 молекул цитохрома на O₂ и перекачивает при этом 4 протона в межмембранное пространство. Комплекс состоит из цитохромов a и a3, которые, помимо гема, содержат ионы меди.

Кислород, поступающий в митохондрии из крови, связывается с атомом железа в гемецитохрома a3 в форме молекулы O₂. Каждый из атомов кислорода присоединяет по два электрона и два протона и превращается в молекулу воды.

Таким образом, дыхательная цепь переноса электронов в митохондриях состоит из большого числа промежуточных переносчиков, осуществляющих электронный транспорт с органических субстратов на О₂.

Последовательность их расположения, подтверждается различного рода данными: значениями окислительно-восстановительных потенциалов переносчиков, ингибиторным анализом.

Электронтранспортные цепи бактерий:

Бактерии, в отличие от митохондрий, используют большой набор доноров и акцепторов электронов, а также разные пути переноса электрона между ними. Эти пути могут осуществляться одновременно при выращивании на среде, содержащей глюкозу в качестве основного источника органического вещества, использует две НАДН дегидрогеназы и две хинолоксидазы, что означает наличие 4 путей транспорта электрона.

Донором электрона у бактерий могут выступать молекулярный водород, угарный газ, аммоний, нитрит, сера, сульфид, железо.

Вместо НАДН и сукцинатдегидрогеназы могут присутствовать формиат-, лактат-, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, гидрогеназа. Вместо оксидазы, использующейся в аэробных условиях, в отсутствие кислорода бактерии могут использовать редуктазы, восстанавливающие различные конечные акцепторы электрона: фумаратредуктазу, нитрат- и нитритредуктазу.

Дыхание любой клетки обусловлено системой цитохромоксидаза. Биологическое значение заключается в том, что в результате ее каталитического действия приносимые из обменных субстратов электроны передаются в цитохром С клетки, откуда в качестве конечного продукта выделяется СО₂. Цитохромоксидаза является последним энзимом, который воздействует на обусловливающую дыхание клетки цепь.



Биологическая роль буферных систем крови

Установлено, что состоянию нормы соответствует определенный диапазон колебаний рН крови от 7,37 до 7,44 со средней величиной 7,40 . Кровь представляет собой взвесь клеток в жидкой среде, поэтому ее кислотно-основное равновесие поддерживается совместным участием буферных систем плазмы и клеток крови. Буферными системами крови являются бикарбонатная, фосфатная, белковая и гемоглобиновая.

Бикарбонатная буферная система - мощная и, пожалуй, самая управляемая система внеклеточной жидкости и крови. На долю бикарбонатного буфера приходится около 10% всей буферной емкости крови. Бикарбонатная система представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из молекулы угольной кислоты Н₂СО₃, выполняющую роль донора протона, и бикарбонат-иона НСО₃-, выполняющего роль акцептора протона:

Для данной буферной системы величину рН в растворе можно выразить через константу диссоциации угольной кислоты (рКН₂СО₃) и логарифм концентрации недиссоциированных молекул Н₂СО₃, ионов HCO₃-:

Истинная концентрация недиссоциированных молекул Н₂СО₃ в крови незначительна и находится в прямой зависимости от концентрации растворенного углекислого газа (СО₂ + Н₂О <=> Н₂СО₃). Поэтому удобнее пользоваться тем вариантом уравнения, в котором рКH2СО3 заменена «кажущейся» константой диссоциации Н₂СО₃, учитывающей общую концентрацию растворенного СО₂ в крови:

где K₁- «кажущаяся» константа диссоциации Н₂СО₃; [СО₂(р)] - концентрация растворенного СО₂.

При нормальном значении рН крови (7,4) концентрация ионов бикарбоната НСО₃ в плазме крови превышает концентрацию СО₂ в 20 раз. Система функционирует как эффективный регулятор в области рН 7,4 [6].

Механизм действия данной системы заключается в том, что при выделении в кровь относительно больших количеств кислых продуктов водородные ионы Н+ взаимодействуют с ионами бикарбоната НСО₃-, что приводит к образованию слабодиссоциирующей угольной кислоты Н₂СО₃. Последующее снижение концентрации Н₂СО₃ достигается в результате ускоренного выделения СО₂ через легкие в результате их гипервентиляции (концентрация Н₂СО₃ в плазме крови определяется давлением СО₂ в альвеолярной газовой смеси).

Если в крови увеличивается количество оснований, то они, взаимодействуя со слабой угольной кислотой, образуют ионы бикарбоната и воду. При этом не происходит сколько-нибудь заметных сдвигов в величине рН. Кроме того, для сохранения нормального соотношения между компонентами буферной системы в этом случае подключаются физиологические механизмы регуляции кислотно-основного равновесия: происходит задержка в плазме крови некоторого количества СО₂ в результате гиповентиляции легких. Данная буферная система тесно связана с гемоглобиновой системой.

Фосфатная буферная система представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из иона Н₂РО₄- (донор протонов) и иона НРО₄^2- (акцептор протонов):

Роль кислоты в этой системе выполняет однозамещенный фосфат NaH₂PO₄, а роль соли двузамещенный фосфат - Na₂HPO₄.

Фосфатная буферная система составляет 1% от буферной емкости крови. В других тканях эта система является одной из основных. Для фосфатной буферной системы уравнение:

Во внеклеточной жидкости, крови, соотношение [НРО₄^2-]: [Н₂РО₄-] составляет 4:1. Величина рКН₂РО₄- равна 6,86.

Буферное действие фосфатной системы основано на возможности связывания водородных ионов ионами НРО₄^2- с образованием Н₂РО₄- (Н+ + + НРО₄^2- --> Н₂РО₄-), а также ионов ОН- с ионами Н₂РО₄- (ОН- + + Н₂Р О₄- --> HPO₄^2-+ H₂O). Буферная пара (Н₂РО₄--НРО₄^2-) способна оказывать влияние при изменениях рН в интервале от 6,1 до 7,7 и может обеспечивать определенную буферную емкость внутриклеточной жидкости, величина рН которой в пределах 6,9-7,4. В крови максимальная емкость фосфатного буфера проявляется вблизи значения рН 7,2. Фосфатный буфер в крови находится в тесном взаимодействии с бикарбонатной буферной системой. Органические фосфаты также обладают буферными свойствами, но мощность их слабее, чем неорганического фосфатного буфера.

Белковая буферная система имеет меньшее значение для поддержания КОР в плазме крови, чем другие буферные системы [6].

Белки образуют буферную систему благодаря наличию кислотно-основных групп в молекуле белков: белок-Н+ (кислота, донор протонов) и белок (сопряженное основание, акцептор протонов). Белковая буферная система плазмы крови эффективна в области значений рН 7,2-7,4.

Гемоглобиновая буферная система - самая мощная буферная система крови. Она в 9 раз мощнее бикарбонатного буфера; на ее долю приходится 75% от всей буферной емкости крови.

Участие гемоглобина в регуляции рН крови связано с его ролью в транспорте кислорода и углекислого газа. Константа диссоциации кислотных групп гемоглобина меняется в зависимости от его насыщения кислородом. При насыщении кислородом гемоглобин становится более сильной кислотой (ННbО₂). Гемоглобин, отдавая кислород, превращается в очень слабую органическую кислоту (ННb).

Итак, гемоглобиновая буферная система состоит из неионизированного гемоглобина ННb (слабая органическая кислота, донор протонов) и калиевой соли гемоглобина КНb (сопряженное основание, акцептор протонов). Так же может быть рассмотрена оксигемоглобиновая буферная система. Система гемоглобина и система оксигемоглобина являются взаимопревращающимися системами и существуют как единое целое. Буферные свойства гемоглобина обусловлены возможностью взаимодействия кисло реагирующих соединений с калиевой солью гемоглобина с образованием эквивалентного количества соответствующей калийной соли кислоты и свободного гемоглобина:

КНb + Н₂СO₃--> КНСO₃ + ННb.

Превращение калийной соли гемоглобина эритроцитов в свободный ННb с образованием эквивалентного количества бикарбоната обеспечивает поддержание рН крови в пределах физиологически допустимых величин, несмотря на поступление в венозную кровь огромного количества углекислого газа и кисло реагирующих продуктов обмена.

Гемоглобин (ННb), попадая в капилляры легких, превращается в окси-гемоглобин (ННbО₂), что приводит к некоторому подкислению крови, вытеснению части Н₂СО₃ из бикарбонатов и понижению щелочного резерва крови. Перечисленные буферные системы крови играют важную роль в регуляции кислотно-основного равновесия.

Характеристика класса оксидоредуктаз. Пример действия ферментов этого класса. Напишите формулу ФАД. Какова роль ФАД в обмене веществ

Класс оксидоредуктаз включает ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции разных типов. В частности, в него входят НАД-зависимые и флавиновыедегидрогеназы.

Другой тип оксидоредуктаз -- оксидазы. Эти ферменты катализируют окисление субстратов путем присоединения кислорода. Так, аминоксидазы окисляют амины с образованием альдегидов и аммиака.Образующийся в таких реакциях пероксид водорода разлагается тоже оксидоредуктазой - каталазой (гемопротеин): 2Н₂0₂ > 0₂+2Н₂0

К классу оксидоредуктаз относят ферменты, катализирующие реакции окисления-восстановления. Окисление протекает как процесс отнятия атомов Н (электронов) от субстрата, а восстановление как присоединение атомов Н (электронов) к акцептору.Характерной особенностью деятельности оксидоредуктаз в живой клетке является их способность образовывать системы, в которых осуществляется многоступенчатый перенос атомов водорода или электронов от первичного субстрата к конечному акцептору, которым является, как правило, кислород, в результате образуется вода.

Те оксидоредуктазы, которые переносят атомы Н или электроны непосредственно на кислородные атомы, носят название аэробных дегидрогеназ или оксидаз. В отличие от них оксидоредуктазы, переносящие атомы Н и электроны от одного компонента окислительной цепи ферментов к другому без передачи их на кислородные атомы называют анаэробными дегидрогеназами или редуктазами [2].

Другая особенность оксидоредуктаз состоит в том, что, будучи двухкомпонентными ферментами с весьма ограниченным набором активных групп (коферментов), они способны ускорять большое число самых разнообразных окислительно-восстановительных реакций. Это достигается за счет того, что один и тот же кофермент способен соединяться со многими апоферментами, образуя каждый раз оксидоредуктазу, специфичную по отношению к тому или иному субстрату или акцептору.

Примером оксидоредуктазы является фермент алкогольдегидрогеназа, содержащийся в печени животных. Это белок с М=73000, состоящий из двух субъединиц, каждая из которых несет молекулу НАД⁺ и атом Zn. В процессе отнятия атомов Н от спирта образуется тройной апофермент-кофермент-субстратный комплекс, удерживаемый Zn²⁺. Непосредственно к никотинамидадениндинуклеотиду от молекулы спирта переходит один атом водорода в виде гидридного иона (Н), т.е. атома водорода, несущего дополнительный электрон. Второй атом водорода, отнимаемый от молекулы спирта, наоборот, теряет электрон, превращаясь в протон (Н⁺), и поступает в реакционную среду.

Примерами оксидоредуктаз также служат флавопротеины - ферменты, содержащие в качестве кофермента одно из двух производных витамина В₂: флавинмононуклеотид (ФМН) или флавинадениндинуклеотид (ФАД).

ФМН и ФАД, соединяясь с различными апоферментами, дают начало приблизительно тридцати флавопротеинам, отличающимся различной специфичностью по отношению к субстратам.Функция флавопротеинов перенос электронов (атомов Н) от восстановленных пиридинпротеинов к другим компонентам окислительно-восстановительной цепи.



Рис.

Биохимические функции:

Рис.

Что такое глюконеогенез? Напишите схему синтеза глюкозы из молочной кислоты

Глюконеогенез - процесс синтеза глюкозы из веществ неуглеводной природы. Его основной функцией является поддержание уровня глюкозы в крови в период длительного голодания и интенсивных физических нагрузок.

Процесс протекает в основном в печени и менее интенсивно в корковом веществе почек, а также в слизистой оболочке кишечника.

Большинство реакций этого процесса совпадают с реакциями гликолиза - метаболического пути расщепления глюкозы. Однако три необратимых реакции гликолиза невозможно запустить обратно, в сторону образования глюкозы, и вместо них в глюконеогенезе появляются другие пути. В гликолизе необратимыми были превращение глюкозы в глюкозо-6-фосфат, превращение фруктозо-6-фосфата во фруктозо-1,6-дифосфат и превращение фосфоенолпирувата в пируват.

Гликолиз - расщепление глюкозы без потребления кислорода, сложный ферментативный процесс, протекающий в тканях человека и животных. В результате глюкоза превращается в молочную кислоту с образованием богатых энергией фосфорных соединений - АТФ.

глюкоза+2 АТФ+2 Фн ® молочная кислота+2 АТФ+2 Н₂О

Процесс гликолиза катализируется 11 ферментами и протекает в цитоплазме клетки. Биологическое значение гликолиза - образование богатых энергией фосфорных соединений.

В первой стадии гликолиза затрачивается 2 молекулы АТФ (1 и3 реакции). Во второй стадии образуются 4 молекулы АТФ (фосфоглицераткиназная и пируваткиназная реакции).

Таким образом, энергетическая эффективность гликолиза составляет 2 молекулы АТФ на 1 молекулу глюкозы, изменение свободной энергии при расщеплении 1 молекулы глюкозы:

глюкоза®молочная кислота + 210 кДж/моль

к.п.д. составляет около 0,4

В процессе гликолиза ряд последовательных реакций начинается с «активации» глюкозы. Взаимодействие глюкозы с АТФ, в результате которого образуется глюкозо-6-фосфат и АДФ, катализируется ферментом гексокиназой. При этом переносится только концевая фосфатная группа аденозинтрифосфата и остается аденозиндифосфат (АДФ). После этой подготовительной реакции происходит перестройка молекулы с образованием фруктозо-6-фосфата, затем - перенос второй фосфатной группы с образованием фруктозо-1,6-дифосфата (фруктоза с фосфатными группами при 1 и 6 атомах углерода) и АДФ. Фруктозо-1,6-дифосфат, расщепляется ферментом альдолазой на два трехуглеродных сахара: 3-фосфоглицериновый альдегид и диоксиацетонфосфат, которые могут превращаться друг в друга под влиянием фермента триозофосфатизомеразы.

3-фосфоглицериновый альдегид реагирует с соединением, содержащим SH-группу, при этом образуется группировка, способная отдавать водород молекуле НАД. Продукт этой реакции - фосфоглицериновая кислота, связанная с SH-группой фермента, затем реагирует с неорганическим фосфатом, образуя 1,3-дифосфоглицериновую кислоту и свободный фермент с SH-группой. Другой продукт - 3-фосфоглицериновая кислота превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту, после чего происходит образование макроэргического фосфата путем отщепления молекулы воды.

Продукт этой реакции - фосфопировиноградная кислота - может отдавать свою фосфатную группу молекуле АДФ с образованием АТФ и свободной пировиноградной кислоты. Это вторая макроэргическая фосфатная связь, образовавшаяся на уровне субстрата при превращении глюкозы в пировиноградную кислоту. Из каждой молекулы глюкозы образуются по 2 молекулы 3-фосфоглицеринового альдегида и таким образом, в процессе превращения глюкозы в пировиноградную кислоту образуются 4 макроэргические связи. Однако две из них используются в самом этом процессе. Поэтому в конечном итоге мы получаем 2 макроэргические связи [1].

1) глюкоза +АТФ®глюкозо-6-фосфат+АДФ

(фосфорилирование) гексокиназа, Мg²⁺

2) глюкозо-6-фосфат®фруктозо-6-фосфат глюкозофосфатизомераза

3) фруктозо-6-фостат+АТФ®фруктозо-1,6-дифосфат+АТФ

Мg²⁺ , фосфофруктокиназа

4)фруктозо-1,6-дифосфат®дигидроксиацетонфосфат+

3-фосфоглицериновый альдегид, альдолаза

5) изомеризация триозофосфатов

дигидроксиацетонфосфат®3-фосфоглицериновый альдегид

триозофосфатизомераза

6)3-фосфоглицериновый альдегид+НАД+Н₃РО₄® 1,3дифосфоглицериновая кислота, глицеральдегидфосфатдегидрогеназа

7)1,3-дифосфоглицериновая кислота+АДФ®3-фосфоглицериновая кислота+АТФ, фосфоглицераткиназа

8) 3-фосфоглицериновая кислота®2-фосфоглицериновая кислота, фосфоглицеромутаза

9) 2-фосфоглицериновая кислота®фосфопировиноградная кислота, энолаза

10)фосфопировиноградная кислота+АДФ®пировинограднаякислота+АТФ, пируваткиназа

11) пировиноградная кислота+НАДН₂®молочная кислота +НАД, лактатдегидрогеназа1 и 3 реакции лимитируют (определяют) скорость гликолиза, ингибируются АТФ.

В анаэробных условиях, в отсутствие кислорода, служащего конечным акцептором электронов, реакции переноса электронов прекращаются, как только все промежуточные акцепторы перейдут в восстановленное состояние, «приняв» все возможное количество электронов. Метаболизм глюкозы в этих условиях ведет к накоплению пировиноградной кислоты, которая принимает атомы водорода от восстановленных пиридиннуклеотидов с образованием молочной кислоты и окисленного НАД⁺, эту реакцию катализирует лактатдегидрогеназа, действующая в обратном направлении.

В результате превращения глюкозы в молочную кислоту образуются 2 макроэргические фосфатные связи и таким путем клетки даже в отсутствие кислорода могут получать небольшое количество энергии.

В итоге синтезмолекулы глюкозы из молочной кислоты требует затраты 6 макроэргических связей.

Глюконеогенез активно идет в печени. Глюкоза и молочная кислота циклически переходят друг в друга: в мышцах глюкоза расщепляется до лактата с выделением энергии, а кровеносная система переносит лактат в печень. В печени из молочной кислоты синтезируется глюкоза, которая кровотоком опять переносится к скелетной мышце, снова обеспечивая энергией мышечное сокращение.

В скелетной мышце также есть все ферменты глюконеогенеза, кроме последнего - глюкозо-6-фосфатазы. Мышце нужно синтезировать глюкозу исключительно для собственных нужд, а не на экспорт, как печени. Когда мышца не сокращается, она восполняет свой энергетический запас.

Происходит синтез из молочной кислоты глюкозо-6-фосфата, а затем из этого соединения образуется гликоген. Он служит запасным источником углеводов в мышце.

Распад жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов. Напишите реакции распада пропионовой кислоты. Укажите коферменты, участвующие в этих реакциях

В липидах многих растений и морских организмов присутствуют жирные кислоты с нечетным числом атомовуглерода. Кроме того, у жвачных животных при переваривании углеводов в рубце образуется большое количество пропионовойкислоты, которая содержит три углеродных атома. Пропионат всасывается в кровь и окисляется в печени и других тканях.

Окислительный распад жирных кислот с нечетным числом атомов углерода идет путем b-окисления, но на заключительном этапе из этих соединений образуется пропионил-КоА, имеющий в своем составе 3 атома углерода. Пропионил-КоА не может ни окисляться путем b-окисления - необходимо соединение минимум с 4 атомами углерода, ни окисляться в цикле Кребса, поскольку в него могут поступать лишь двухуглеродные остатки ацетила.

В клетках существует специальный путь окисления пропионил-КоА, в ходе которого могут окисляться и пропионил-КоА, образующиеся при окислении углеродных скелетов некоторых аминокислот.

Фермент пропионил-КоА-карбоксилаза является биотин-зависимым ферментом. В свою очередь в структуру метилмалонил-КоАмутазы входит кобамидныйкофактор; поэтому при недостатке в организме витамина В12 нарушается превращение метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА и с мочой начинает выделяться повышенное количество и пропионата, и метилмалоната. Определение содержания этих соединений в моче представляет собой ценный тест для диагностики В₁₂-дефицитных состояний.

При окислении ненасыщенных жирных кислот, например, олеиновой или пальмитоолеиновой, имеющаяся в их составе двойная углерод-углеродная связь постепенно смещается к карбоксильному концу молекулы и в результате нескольких циклов b-окисления образуется еноил-КоА в котором, во-первых, двойная связь находится между третьим и четвертым атомами углерода, а, во-вторых, эта двойная связь имеет цис-конфигурацию.

Однако в клетках есть специальный фермент из класса изомераз, который переводит двойную связь в углеродном радикале кислоты из положения 3,4 в положение 2,3 и изменяет цис-конфигурацию относительно двойной связи на транс-конфигурацию. За счет действия этой изомеразы преодолеваются стереохимические затруднения, возникающие при окислении ненасыщенных жирных кислот. Пропионовая кислота образуется при распаде некоторых аминокислот и при окислении жирных кислот с нечетным числом атомов углерода. В свободном виде пропионовая кислота не встречается ни у животных, ни у растений. Исключение составляют жвачные, у которых пропионовая кислота является одним из основных продуктов переваривания углеводов, осуществляемого микроорганизмами рубца. Однако обмен пропионовой кислоты имеет большое значение, так как она образуется в ходе многих реакций распада. Например, пропионовая кислота получается при р-окислении жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов. Распад аминокислот с разветвленной цепью - изолейцина и валина - под действием ферментов из животных приводит к образованию пропионовой кислоты. Карбоксилированиепропионовой кислоты в виде пропионил-КоА, в результате чего последний превращается в метилмалонил-КоА:



Реакция катализируется пропионил-КоА-карбоксилазой и обеспечивает утилизацию пропионовой кислоты, образующейся при окислении жирных кислот с разветвленным углеродным скелетом или с нечетным числом атомов С и в других реакциях.

Прямое окислительное дезаминирование. Напишите реакцию дезаминированияглутаминовой кислоты

Дезаминирование- это превращение аминокислот в соответствующие -кетокислоты в результате отщепления аминогруппы в виде аммиака. Реакция сопровождается окислением, поэтому называется окислительным дезаминированием. Наиболее широко распространенной реакцией является окислительноедезаминированиеглутаминовой кислоты, катализируемое NAD-зависимой дегидрогеназой.Эта реакция обратима, но ее основная роль заключается в дезаминировании, хотя в некоторых органах она может протекать в сторону синтеза глутаминовой кислоты. В ходе дезаминированияглутамата аминогруппа сразу превращается в ион аммония, поэтому эта реакция называется прямое окислительное дезаминирование.

Прямоедезаминирование катализируется одним ферментом, в результате образуется NН₃ и кетокислота.Прямоеокислительное дезаминирование может идти в присутствии кислорода (аэробное) и не нуждаться в кислороде (анаэробное) [3].

1. Аэробноепрямое окислительноедезаминирование, катализируется оксидазами Dи Lаминокислот.



Рис.

2.Анаэробное прямое окислительное дезаминирование существует только для глутаминовой кислоты, катализируется только глутаматдегидрогеназой, превращающейглутамат в кетоглутамат. Фермент глутаматдегидрогеназа имеется в митохондриях всех клеток организма (кроме мышечных).

Рис.

Реакция прямогоокислительногодезаминированияглутаминовой кислоты.

Синтез гемоглобина

Гемоглобин синтезируется во всех тканях, но с наибольшей скоростью в костном мозге и печени. В костном мозге гемоглобин необходим для синтеза гемоглобина в ретикулоцитах, в гепатоцитах - для образования цитохрома Р₄₅₀ю Первая реакция синтеза гема - образование 5-аминолевулиновой кислоты из глицина и сукцинил-КоА идёт в матриксе митохондрий, где в ЦТК образуется один из субстратов этой реакции - сукцинил-КоА. Эту реакцию катализирует пиридоксальзависимый фермент аминолевулинатсинтаза.

Из митохондрий 5-аминолевулиновая кислота поступает в цитоплазму. В цитоплазме проходят промежуточные этапы синтеза гема: соединение 2 молекул 5-аминолевулиновой кислоты молекулу порфобилиногена, дезаминированиепорфобилиногена с образованием гидроксиметилбилана, ферментативное превращение гидроксиметилбилана в молекулу уропор-фобилиногена III, декарбоксилирование последнего с образованием копропорфириногена III. Гидроксиметилбилан может также неферментативно превращаться в уропорфириноген I, который декарбоксилируется в копропорфирино-ген I. Из цитоплазмы копропорфириноген III опять поступает в митохондрии, где проходят заключительные реакции синтеза гема. В результате двух последовательных окислительных реакций копропорфириноген III превращается в протопорфириногенIX, а протопорфириноген IX - в протопорфирин IX. Фермент феррохела-таза, присоединяя к протопорфирину IX двухвалентное железо, превращает его в гем. Источником железа для синтеза гема служит депонирующий железо белок ферритин. Синтезированный гем, соединяясь с б и в-полипепептидными цепями глобина, образует гемоглобин. Гемоглобин регулирует синтез глобина: при снижении скорости синтеза гема синтез глобина в ретикулоцитах тормозится.

Рис. 1. Синтез гемма



Цифрами на схеме указаны ферменты: 1 - аминолевулинатсинтаза; 2 - аминолевулинатдегидратаза; 3 - порфобилиногендезаминаза; 4 - уропорфириноген III косинтаза; 5 - уропорфириногендекарбоксилаза; 6 - копропорфи-риноген III оксидаза; 7 - протопорфириногеноксидаза; 8 - феррохелатаза.

Буквами обозначены заместители в пиррольных кольцах: М - метил, В - винил, П - остатки пропионовой кислоты, А - ацетил, ПФ - пиридоксальфосфат. Донором железа служит депонирующий железо в клетках белок ферритин.

Витамин В₁₂ - биосинтез, биологическая роль. Значение витаминов группы К

Витамин В₁₂ и родственные ему кобаламины играют важную роль в жизнедеятельности человека. Они участвуют в различных биохимических превращениях, предотвращают развитие злокачественной анемии крови, различных заболеваний печени, используются при лечении лучевой болезни. Кобаламины синтезируются различными микроорганизмами. В промышленности производство витамина В₁₂ основано на использовании пропионовокислых бактерий.

Механизм образования витамина В₁₂, наиболее сложного из известных тетрапиррольных пигментов, выяснен значительно лучше, чем, например, хлорофиллов и бактериохлорофиллов. По образному выражению известного английского ученого А. Баттерсби, внесшего большой вклад в раскрытие биосинтеза витамина В₁₂.

Разветвление основного пути биосинтеза тетрапиррольных пигментов в сторону витамина В₁₂ начинается с Урогена. Сначала под действием особых ферментов происходит введение метильной группы. Соединение, получившее название прекоррин-1, далее подвергается метилированию с образованием прекоррина-2. Третье метилирование проходит по мезо-углеродному мостику, и в результате возникает частично восстановленный макроцикл прекоррина-3.

Последующие превращения, каждое из которых контролируется своими ферментами, включает метилирование, сужение макроцикла с образованием корринового цикла, введение метильных групп и затем, два метилирования по мезо-мостикам и декарбоксилирование остатка уксусной кислоты. Заключает этот цикл превращений перегруппировка метильной группы с образованием важного промежуточного соединения - гидрогенобириновой кислоты.

На заключительном этапе биосинтеза кислота амидируется по остаткам уксусной кислоты и включает ионы двухвалентного кобальта, превращаясь в диамидкобириновой кислоты. Далее происходит восстановление Со₂+ Со+, и эта активная форма превращается в диамидаденозилкобириновой кислоты. Наличие аденозильноголиганда, является необходимым условием для дальнейшего ступенчатого амидирования четырех карбоксильных групп. Оставшаяся карбоксильная группа кобировой кислоты участвует в образовании так называемой нуклеотидной петли.

Первоначально происходит присоединение 1-аминопропанола-2 с образованием соединения. Ферменты, контролирующие этот процесс, обладают высокой специфичностью к аденозилкобириновой кислоте. Фосфорилирование по гидроксильной группе аминопропанола дает фосфат. Последний превращается в коферментную форму витамина В₁₂ аденозинкобаламина. Замена остатка аденозина на циано-группу приводит к цианкобаламину - лекарственной форме витамина В₁₂. В организме происходит обратная замена [4].

Было установлено, что витамин В₁₂ поступающий с пищевыми веществами, предохраняется от разрушения в кишечнике благодаря тому, что он соединяется с «внутренним» фактором Кастла, природа которого также была выявлена. Он оказался мукопротеином - белком, находящимся в желудочном соке здорового человека и содержащим в своём составе 11-12% гексозамина. Этот фактор был найден также в желтке яиц, в молоке и других пищевых продуктах.

Биохимическая роль витамина В₁₂многогранна, роль витамина В₁₂ заключается в синтезе нуклеиновых групп при превращении гомоцистеина в метионин, а оксиэтиламина в холин, являющихся липотропными факторами.

Витамин В₁₂ принимает участие и в реакции ацетилиривакоэнзима А, ускоряя процесс биологического окисления уксусной и пировиноградной кислот.Введение витамина В₁₂ приводит к уменьшению содержания сахара в крови вследствии усиления окисления глюкозы в тканях. В 1948 г. было доказано положительное действие этого витамина на синтез пуриновых пиримидиновых оснований, т.е. на синтез рибонуклеиновой дезоксирибонуклеиновой кислот.

Предполагают, что витамин В₁₂ способствует превращению глюкозы в дезоксирибозу. Источником в этом случае служат некоторые аминокислоты - глицин, глютаминовая и метионин.

Витамин В₁₂ способствует накоплению жира у животных, ускоряя превращение аминокислот в глюкозу, которая переходит в жир.

Витамин В₁₂ участвует в превращении каротина в витамин А и отложении последнего в печени, он обезвреживает никотиновую кислоту путём её метилирования с образовниемметилникотина.

К витаминам группы К относятся природные вещества - витамин K₁ (фнллохннон) и витамин К₂ (менахинон). Из синтетических препаратов известны витамин К_з (метннон) и водорастворимый препарат викасол, обладающие высокой биологической активностью. Свое название витамин К получил от слова «коагуляция» (свертываемость).

Витамины группы К участвуют в процессах свертывания крови. Они оказывают влияние на биосинтез прокоагулянтов и являются стимуляторами биосинтеза в печени четырех белков ферментов, необходимых для свертывания крови и образования активных тромбопластина и тромбина.

У взрослого человека витамин К₂ синтезируется кишечной микрофлорой (1,5мг в сутки). Синтез витаминов К кишечной микрофлорой исключает возможность возникновения у взрослого человека первичного К-авитамнноза. У взрослого человека возможны вторичные К-авитаминозы, развивающиеся в результате прекращения усвоения витаминов К в кишечнике или вследствие прекращения его эндогенного синтеза кишечной микрофлорой. Частой причиной вторичной недостаточности витамина К являются болезни печени. Вторичный К-авитаминоз может иметь место при обтурационной желтухе, когда вследствие прекращения поступления желчи s двенадцатиперстную кишку нарушается усвоение жирорастворимых веществ, в том числе витаминов группы К.

Вопрос 89.Гормоны передней доли гипофиза и их действие на организм животных

Передняя доля гипофиза вырабатывает группу гормонов белковой или полипептидной структуры, влияющих на организм через действие на щитовидную железу, надпочечники и половые железы.

Аденогипофиз продуцирует также гормоны, действующие на органы и ткани организма - соматотропный гормон или гормон роста, гормон, стимулирующий пигментные клетки -меланоцито-стимулирующий гормон (МСГ), экзофтальмический фактор.

Соматотропный гормон, полученный из гипофизов различных животных и человека, обладает специфичностью, отличаясь по своим физико-химическим и иммунологическим свойствам. Гормон роста, полученный из гипофизов домашних животных, не оказывает биологического действия на приматов. Соматотропный гормон домашних животных, молекулярный вес которого в два раза больше, чем молекулярный вес гормона роста приматов, состоит из биологически активного ядра, общего для соматотропинов всех видов, и аминокислотной оболочки.

Основной стороной биологического действия гормона роста является его способность стимулировать анаболические процессы.

Гормон роста повышает содержание белка в печени, мышцах и тканях, уменьшает выделение азота. Под влиянием гормона роста уменьшается выделение мочой калия, фосфора, магния, натрия и хлора; выделение кальция увеличивается. Увеличивается количество внеклеточной жидкости. Уровень мочевины в крови снижается. Для проявления анаболического действия гормона роста необходимо наличие в организме определенного уровня кортизола, инсулина и тироксина.

Гормон роста оказывает действие на углеводный обмен. При достаточно длительном применении он повышает уровень сахара в крови [3].

Этот гипергликемизирующий эффект осуществляется рядом механизмов. Гормон роста увеличивает поступление углеводов из печени в кровь. Гормон роста тормозит переход углеводов в жиры, повышает выделение инсулина. Это связано с непосредственным действием гормона на островки поджелудочной железы, либо является следствием повышенного поступления глюкозы в кровь. Одновременно гормон роста стимулирует выработку глюкагона клетками островков поджелудочной железы, активизирует инсулиназную активность печени, повышает выработку В-липопротеидного антагониста инсулина.

Гормон роста оказывает на углеводный обмен фазное действие. В первые часы после инъекции он вызывает снижение сахара крови, возможно, в связи с усилением выработки инсулина или вследствие высвобождения связанного инсулина. В дальнейшем проявляется гипергликемизирующее действие гормона роста. При длительном избытке гормона роста, наступает истощение инсулярного аппарата и может развиться сахарный диабет. У неполовозрелых животных, у которых способность инсулярного аппарата к регенерации велика, гормон роста не оказывает диабетогенного действия.

Гормон роста оказывает жиромобилизующее действие. После его введения повышается содержание неэстерофицированных жирных кислот в крови и имеет место увеличение количества жира в печени.

Гормон роста стимулирует окисление жира в печени, вызывая преходящуюгиперкетонемию. Выработка кетоновых тел в печени под влиянием гормона роста повышается. У животных с экспериментальным диабетом и у больных сахарным диабетом может развиться кетоацидоз. Этот эффект выражен у больных сахарным диабетом с удаленным гипофизом. Эффект гормона роста на жировой и белковый обмен проявляется на фоне «обусловливающего» пермессивного действия физиологического количества кортизола. Большие дозы гликокортикоидов тормозят жиромобилизующее действие гормона роста. Гормон роста усиливает функцию почек, повышает клиренс креатинина. Меланоцито-стимулирующий гормон (МСГ) вырабатывается у животных средней долей гипофиза, которая у человека является рудиментарным органом.

Вода. Ее биологическая роль в процессах обмена веществ

Вода составляет 70% от массы тела взрослого человека, а в наиболее важных для жизнедеятельности органах - в мозгу и в крови ее содержание превышает 85%. Вода играет не менее важную роль в динамической структурной организации живого вещества - клеток и окружающих их соединительно-тканных элементов, что и биологические молекулы, которые в ней обитают. Но она непосредственно участвует в обмене веществ, который лежит в основе всех процессов жизнедеятельности. Обмен веществ - это непрерывная замена одних молекул на другие, т.е. распад одних и синтез тех же или других молекул, нужных организму в данный момент и в данном его месте. Осуществление обмена веществ требует непрерывного притока энергии, а в ее продукции в организме вода, также играет ключевую роль. Участие воды в основных биохимических реакциях известно давно, но до последнего времени на это не обращали слишком большого внимания, считая, что воды в организме всегда хватает для нормального их протекания.

Для получения из пищи питательных веществ и строительных материалов основные компоненты пищи - белки и углеводы должны быть раздроблены на мелкие фрагменты. Это происходит за счет гидролиза - расщепления полимеров водой. Вода играет роль в биоэнергетических процессах. Нарушение ее нормальной структурной организации, точнее соотношения различных структурных организаций и динамических характеристик может служить одной из основных причин возникновения заболеваний. Для нормального протекания обмена веществ требуется не только получение из среды «строительных материалов» и источников энергии, но и выведение из организма тех продуктов, которые он уже не может использовать. До последнего времени потребляемую воду рассматривали как компенсацию той, что выводится из организма с мочой и калом, потом и выдыхаемым воздухом, а теряемую им воду - как простой растворитель выводимых твердых соединений.

В отечественных стандартах учтены эпидемиологические данные о том, что длительное потребление воды с пониженным содержанием кальция и магния ведет к заметному повышению риска хронических заболеваний, включая онкологические, даже если этих веществ достаточно в продуктах питания. Воды «созревают» благодаря контакту с породами, содержащими особые минералы, выносят с собой на поверхность растворенные и коллоидные вещества, которые способствуют тому, что можно назвать «дыханием воды» - т.е. способностью воды окисляться кислородом и накапливать в себе освобождающуюся энергию собственного горения.

К таким водам относятся те, что фильтруются через породы, содержащие некоторые виды кремня или шунгит - минерал, в состав которого входит углерод, сильно отличающийся по своей структуре от обычных углей, графита или алмаза. Благодаря динамичному состоянию такой воды, она, попав в организм, может легко превращаться как в ту, что необходима для процессов гидролиза, так и ту, что необходимо для процессов синтеза, т.е. сразу включается в обмен веществ. Недаром отмечено, что при ее потреблении в первую очередь улучшается работа желудочно-кишечного тракта, почек, т.е. тех органов, которые ответственны за процессы расщепления пищи и выведение продуктов обмена веществ. Эта же вода способствует росту и развитию растений и животных, а также заживлению ран и повреждений внутренних органов, т.е. поддерживает синтетические процессы.

Важную роль в благотворном действии воды играет растворенный в ней кислород, и сегодня на мировом рынке появилось много различных вод, содержание кислорода в которых в 5-10 раз превышает то, что получается при обычном контакте кислорода с водой. В качестве основы для обогащения кислородом берется вода, уже содержащая природные соли и компоненты, которые способствуют ее дыханию, например, обычная артезианская вода, отвечающая всем гигиеническим нормативам, но сама «не замеченная» в обладании какими-либо особо целительными свойствами.



Список использованной литературы

1.Анисимов А. А. Основы биохимии. Москва.:Высшая школа. 1987г.

2.Биологический энциклопедический словарь, гл. ред. М. С. Гиляров; Редкол.: А. А. Бабаев, Г. Г.Винберг, Г. А. Заварзин и др. - 2-е изд., исправл. - М.: Сов. Энциклопедия, 1986.

3.Биохимия: Учебник для вузов, Под ред. Е.С. Северина., изд. Геотар -Медил,2003. 779 с.

4.Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия, М.: Медицина, 1990

5. http://www.medical-enc.ru/m/22/cytochromes.shtml

6.http://www.xumuk.ru/biologhim/255.html

Размещено на Allbest.ru