Гормоны. Биосинтез пиримидиновых и пуриновых нуклеотидов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основные источники образования аммиака в организме. Обезвреживание аммиака в тканях: восстановительное аминирование альфа-кетокислот, амидирование белков, синтез глютамина. Особая роль глютамина в организме. Глютаминаза почек, ее роль. Биосинтез мочевины (орнитиновый цикл). Связь орнитинового цикла с циклом Кребса. Происхождение атомов азота мочевины. Суточная экскреция мочевины

Аммиак образуется как конечный продукт в процессе

1) дезаминирования:

2) аминокислот

3) глутаминовой кислоты (второй этап непрямого дезаминирования)

4) аминов

5) пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов

6) аммиак образуется при действии ферментов бактерий в кишечнике на белки и аминокислоты, аммиак всасывается и по v. Porta поступает в печень.

Аммиак - это клеточный яд, при накоплении его в нервных клетках развивается эпилептический припадок.

Несмотря на постоянное образование аммиака в тканях, его содержание в крови очень низкое (0,05 ммоль/л, 0,01 - 0,03 мг%) это говорит о наличии механизма обезвреживания аммиака.

Выделяют местное и общее обезвреживание:

- местное обезвреживание заключается во временном связывании аммиака и образовании транспортных форм.

- общее обезвреживание заключается в синтезе инертных соединений выводимых из организма.

Местное обезвреживание аммиака:

Происходит во всех тканях, т.е. в местах его образования с помощью трех механизмов:

1) главным механизмом является амидирование глутаминовой и аспарагиновой аминокислот с образованием амидов.

Глу больше у животных, асп у растений.

Глютамин (аспарагин) является: 1. транспортной формой аммиака, которая доставляется кровью в печень и почки, где происходит общее обезвреживание аммиака. 2. резервной формой азота, который используется для синтеза органических веществ, пиримидиновых нуклеотидов, триптофана, гистидина, НАД.

2) амидирование белков за счет имеющихся остатков глютаминовой и аспарагиновой кислот.

3) восстановление амминированных ?-кетоглутаровой кислоты с образованием глутаминовой кислоты под действием фермента глутамат дегидрогеназа (процесс обратный окислительному дезаминированию глутаминовой кислоты).

Токсичность аммиака связана с его взаимодействием с ?-кетоглутаратом, промежуточным продуктом ЦТК > нарушается ЦТК и обеспечение клетки АТФ.

А мышечной ткани при работе аммиак связывается с ?-кетоглутаратом и образуется глутаминовая кислота, которая переамминируется с пируватом образующимся при работе из глюкозы.

Пируват превращается в аланин, который кровью транспортируется из мышечной ткани в печень - это вторая транспортная форма аммиака.

В печени переамминируется с ?-кетоглутаратом и превращается в пируват, который используется для синтеза глюкозы в процессе глюконеогенеза. Глюкоза кровью из печени транспортируется в мышечную ткань, ?-кетоглутарат преврашается в глютаминовую кислоту, которая переамминируется с ЩУК и образуется аспарагиновая кислота, которая включается в синтез мочевину - это превращение называется глюкозоаланиновым циклом.

NH3 + ?-кетоглутарат

НАДФН+Н+ глуДГ

Мышечная ткань ГЛУ

ПВК + АЛАТ

глюкоза . ----> ?-кетоглутарат .

АЛА

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - -

глюкоза < ПВК < +?-кетоглутаратом

АЛАТ

?- кетоглутарат

ГЛУЩУК + АСАТ

> ?-кетоглутарат

Печень АСП

v

синтез мочевины

Общее обезвреживание аммиака: происходит в печени с образование мочевины и в почках с образованием солей аммония.

В составе мочевины выводится 90% аммиака, в составе солей аммония 6%.

Синтез мочевины: открыт Кребсом в 1932г.

Глютамин кровью доставляется в печень из ткани, где расщепляется глутаминазой на глютаминовую кислоту и аммиак. Аммиак взаимодействует с СО2 с помощью фермента карбомоилфосфатсинтазой и образуется карбомоил фосфат.

O

Карбомоилфосфат синтаза ||

NH3 + CO2 + 2 АТФ -----> 2 АДФ + Н3РО4 + NH2-C-O~PO3H2

Карбомоилфосфат взаимодействует с орнитином под действием орнитил-карбомоил-трансферазы образуется цитрулин в кетоформе, который переходит в енольную форму.

Цитрулин взаимодействует с аспарагиновой кислотой под действием фермента аргинин-сукцинат-синтазы, образуется аргинин-янтарная кислота (аргинин сукцинат). Под действием фермента аргиннсукциназы происходит расщепление аргинин сукцината на аргинин и фумаровую кислоту. Ферменты синтеза локализованы в митохондриях и фумарат превращается далее в ЦТК.

Аргинин расщепляется аргиназой на орнитин и мочевину.

Фумарат гидротазой превращается в малат, который малатДГ окисляется в ЩУК.

ЩУК переамминируется с глутаминовой кислотой и превращается в асп, которая включается в синтез мочевины.

Образующийся ?-кетоглутарат переамминируется саминокислотами печени. Таким образом 1 атом азота в мочевине (N) переносится из периферических тканей (это азот аминокислот, пуринов, пиримидинов, аминов). Второй атом азота (N) включает асп, которая забирает его у глютаминовой. А глу и аминокислот печени.

орнитин цитрулин

аргинил сукцинат



орнитин | v

МДГ + НАД > НАДН2

Всего в сутки у здорового человека выделяется в норме 20-40г мочевины.

Образование аммиака в почках:

Глютамин кровью доставляется в почки и здесь расщепляется ферментом глутаминазой на глютаминовую кислоту и аммиак. Гютаминаза активируется протонами.

Аммиак соединяется с протонами и образуется ион аммония (NH4+)? Который взаимодействует с анионами неорганических и органических кислот, образуются соли аммония: фосфаты, карбонаты, хлориды, сульфаты, оксалаты (соли щавелевой кислоты), ураты (соли мочевой кислоты), которые выводятся из организма с мочой.

В норме в сутки у здорового человека выводится 0,6-1,2г солей аммония.

Значение процесса:

это общий путь обезвреживания аммиака.

процесс поддерживает кислотно-щелочное равновесие, т.к. в составе солей выводится Н+.

процесс сберегает катионы К+ и Na+.

2. Гормоны, их химическая природа. Механизм передачи гормонального сигнала на клетки-мишени и причины изменения метаболизма в них

Живая клетка - это открытая система (постоянно обменивающаяся с окружающей средой веществами и энергией). Особенность живых организмов состоит в том. Что они способны поддерживать постоянство внутренней среды (гомеостаз). Таким образом живые организмы способны к саморегуляции. У одноклеточных организмов саморегуляция внутренней среды поддерживается через регуляцию активности ферментов.

Регуляция активности ионами (активация).

Появились аллостерические центры, через которые ферменты активировались или ингибировались.

Ферменты фиксировались строго в определенных структурах клетки. У многоклеточных организмов появилась необходимость получения информации о состоянии обменных процессов между клетками, т.е. на уровне тканей и органов, а так же на уровне целого организма, т.е. появляется централизованный контроль, который осуществляется ЦНС и эндокринной системой. ЦЕС играет главную роль, так как в нее поступают сигналы из внешней и внутренней среды организма и здесь происходит анализ этих сигналов.

В регуляции ЦНС участвует путем выработки медиаторов. Эндокринная систем а участвует в регуляции путем выработки гормонов.

Гормоны: это биологические активные вещества вырабатывающиеся в эндокринных железах и в малых концентрациях влияющие на активность ферментов, генетический аппарат, физиологические функции и биохимические процессы организма.

Они отличаются следующими признаками:

1. дистантность действия - место выработки гормонов и место регуляции его действия, находится на большом расстоянии.

2. высокая биологическая активность, т.е. гормоны действуют в очень малых концентрациях.

3. строгая специфичность биологического действия.

Классификация гормонов:

Существует несколько классификаций.

1. по железам, где вырабатываются гормоны (гормоны гипофиза, гормоны надпочечников).

2. по химическому строению: делят на три группы:

· гормоны - производные аминокислот (тиреоидные гормоны, катехоламины).

· Гормоны пептидной и белковой природы: А) простые белки и пептиды (глюкогон, вазопрессин, окситозин, соматостатин), Б) сложные белки - гликопротеины (тиротропин, фолликулостимулирующий, лютеинизирующий)

· стероидные гормоны.

3. по механизму действия: механизм действия гормонов зависит от их физико-химических свойств. Т.е. растворимости в воде (гидрофльности) или растворимости в липидах (гидрофобности) - это означает могут ли гормоны пройти через мембрану клетки.

В зависимости от механизма действия, гормоны делят на 3 группы:

1) гормоны не проникающие в клетку. К ним относятся гормоны белково-пептидной природы и катехоламины. Все они гидрофильные и не могут пройти через мембрану, их рецепторы локализованы на поверхности клеточной мембраны.

2) гормоны проникающие в клетку. К ним относятся стероидные и тириоидные гормоны, которые липофильные и хорошо проходят через мембрану. Их рецепторы локализованы в цитоплазме или других структурах клетки.

3) гормоны смешанного действия, т.е. они действуют на мембрану, а затем проникают в клетку. Сюда относится только инсулин.

Первым этапом действия гормонов любой группы является их связывание с рецепторами.

Механизм действия непроникающих в клетку гормонов. Так как эти гормоны не проходят в клетку, то их действие в клетке осуществляется через посредники.

Такими посредниками являются: циклические нуклеотиды, ионы кальция, продукты превращения инозитолфосфатов.

Циклические нуклеотиды: в мембранах клеток находится фермент аденилитциклаза, который состоит из трех частей: а) рецепторная, б) сопрягающая, в) каталитическая.

А) рецепторная часть. Состоит из набора рецепторов, который находится на наружной поверхности мембраны. Рецепторы - это обычно ГП. Их признаки:

1. высокая специфичность к гормонам, если клетка является мишенью для действия нескольких гормонов, то для каждого гормона есть свой рецептор.

2. большое сродство к гормонам,

3. рецепторы должны насыщаться малыми концентрациями гормона.

Б) сопрягающая часть: находится между рецепторной и каталитической частями и представлена особымиN-белками, которые могут быть NS (стимулирующими) и Ni (ингибирующими) белки. Они конкурируют друг с другом, поэтому проявляют разные эффекты.

Оба белка связаны с одной каталитической субъединицей. Оба белка состоят из трех типов субъединиц ?, ?, ?.

? и ? у них одинаковые, а ? - разная.

NS может быть связан с ГДФ или ГТФ.

В покое NS белок связан с ГДФ. NS-белок может проявлять ГТФ-азную активность (расщеплять ГТФ > ГДФ + Н3РО4)

С) каталитическая часть. Расположена на внутренней поверхности мембраны и превращает АТФ в ц-3',5'-АМФ.

ц-3',5'-АМФ является посредником гормонов, которые действуют в клетке.

Поступление гормонального сигнала в клетку: происходит в 4 этапа:

1. взаимодействие гормона с рецептором с образованием гормон-рецепторного комплекса, при этом рецептор изменяет свою конформацию.

2. активация АЦ (аденилатциклазы): гормон-рецепторный комплекс взаимодействует с NS-белком. Его конформация изменяется и отделяются ?, ? субъединицы и освобождается ?-субъединица. От ?-субъединицы отщепляется ГДФ и присоединяется ГТФ. Комплекс ?-субъединица + ГТФ является активатором каталитической субъединицы. Она превращает АТФ > ц-3',5'-АМФ.

3. активация протеинкиназы.

4. фосфорелирование белков протеинкиназами: активные протеинкиназы фосфорелируют в клетке различные белки: ферменты, структурные (белки мембран), ядерные, белки рибосом. Отсюда получаются разные эффекты. Кроме ц-3',5'-АМФ, есть второй посредник ц-3',5'-ГМФ. Который образуется гуанилат циклазой. Она может находиться в мембране и цитоплазме клеток. ц-3',5'-ГМФ действует на ц-ГМФ-зависимые протеинкиназы, которые тоже состоят из С и R субъединиц, но присоединение ц-3',5'-ГМФ только изменяют свою конформацию. Эффекты ц-3',5'-АМФ и ц-3',5'-ГМФ часто противоположны.

Снятие гормонального сигнала:

Проходит тоже 4 этапа:

1. разрушение гормона эффектами и освобождение рецептора, который изменяет свою конформацию. Каждый гормон действует строго определенное время.

2. инактивация аденилат циклазы, сигнал изменения конформациии рецептора, передается на N-белок, ?-субъединица проявляет ГТФ-азную активность и расщепляет ГТФ > ГДФ + Н3РО4 и к ней присоединяется ? и ? субъединицы, восстанавливается структура NS-белка, который не влияет на С-субъединицу.

3. инактивация протеинкиназы: происходит путем расщепления ц-АМФ. Ферментом фосфодиэстераза (ФДЭ) > АМФ. R-субъединица освобождается от ц-АМФ и соединяется с С-субъединицей и тормозит их.

4. дефосфорелирование белков ферментами протеинфосфотазами.

Некоторые лекарственные препараты действуют через изменение конформации ц-АМФ и ц-ГТФ. Например: кофеин, теофилин, теобромин, ингибируют фосфодиэстеразу. Она не расщепляет ц-АМФ и сохраняется его высокая концентрация. Их действие похоже на действие гормонов, приводящих к образованию ц-АМФ (адреналин). Трентал - усиливает образование ц-ГТФ.

Ионы кальция:

Кальций отличается тем, что он не превращается в клетке. Его действие связано с изменением конформации в клетках содержание кальция 10-7 моль/л. Вне клеточной жидкости 10-3 моль/л.

В клетку кальций поступает по кальциевым каналам.

Из клетки удаляется Са-АТФ-азой.

В клетке кальций может депонироваться в матриксе митохондрий, а в мышечной ткани в цистернах саркоплазматического ретикулума (СПР).

Кальций в клетке связывается с белком кальмодулином (кальмодулин - Молекулярная масса равна 17000). Связывает кальций в четырех участках. При этом изменяется его конформация и он может влиять на активность ферментов (активирует кальций-зависимые протеинкиназы).

Продукты превращения инозитолфосфотидов:

В клетках мембран имеются под действием гормонов активируется фосфолипаза С и отщепляется инозитолдифосфат или инозитолтрифосфат. (фосфорелирование инозитола так же происходит под влиянием гормонов.

Инозитолтри (ди) фосфат способствует поступлению кальция в клетку и активации кальций-зависимых протеинкиназ. Диацилглицерол, так же активирует кальций-зависимые протеинкиназы.

Действие гормонов проникающих в клетку.

К этой группе относятся стероидные и тиреоидные гормоны. Их рецепторы локализованы в цитоплазме клеток. Рецепторы связываются с гормонами и образуют рецепторно-гормональный комплекс, который легко проходит в ядро и связывается с негистоновыми белками. Происходит активация протеинов транскрипции (синтез и-РНК) и-РНК поступает к рибосомам и стимулируется синтез белка.

Таким образом действие всех гормонов сводится к следующим механизмам:

1. влияние на количества белка и ферментов. (гормоны проникают в клетку не проникающие в клетку, через фосфорелирование ядерных белков и белков рибосом). Через изменение скорости распада белков.

2. влиянию на активносить ферментов. Гормоны не проникающие в клетку через фосфорелирование ферментов (активация или инактивация).

3. влиянию на проницаемость мембран:

· изменение конформации рецепторной субъединицы при связывании с гормоном.

· Фосфорелирование белков мембраны.

· Активация синтеза белков переносчиков в мембране.

· Включение стероидных гормонов в мембрану клеток и влияние на свойства липидного бислоя.

кровь гормональный клетка биосинтез



3. Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов, аллостерическая регуляция этого процесса

Основания, содержащиеся в нуклеиновых кислотах, являются производными ароматических гетероциклических соединений пурина и пиримидина. Путь биосинтеза нуклеиновых оснований довольно сложен, однако этот процесс жизненно необходим почти для всех клеток.

Образование нуклеиновых оснований

Пиримидиновое кольцо собирается из трех компонентов: атомы азота N-1 и углерода с С-4 по С-6 поставляются аспартатом. С-2 происходит из НСО3-, а второй атом азота (N-3) -- из амидной группы глутамина.

Биосинтез пиримидиновых и пуриновых нуклеотидов

Центральными промежуточными продуктами биосинтеза предшественников нуклеиновых кислот являются мононуклеотид уридинмонофосат [УМФ (UMP)] для пиримидинового ряда и инозинмонофосфат [ИМФ (IMP), основание: гипоксантин) для пуринов. Путь синтеза различен для пиримидиновых и пуриновых оснований. В первом случае строится прежде всего пиримидиновое кольцо и затем к нуклеотиду присоединяется рибозо-5'-фосфат. Непосредственными предшественниками в синтезе пиримидинового кольца являются карбамоилфосфат, который образуется из глутамина и НСО3- (1а), и аспартат. После образования N-карбамоиласпартата (1б) происходит замыкание кольца с образованием дигидрооротата (1в). У млекопитающих стадии от 1а до 1в проходят в цитоплазме и катализируются одним полифункциональным ферментом. На следующей стадии (1г) дигидрооротат окисляется флавинмононуклеотидзависимой дегидрогеназой в оротат, который связывается с фосфорибозилдифосфатом (PRPP) с образованием нуклеотида оротидин-5'-монофосфата [ОМФ (ОМР)], декарбоксилирование которого приводит к уридин-5'-монофосфату [УМФ (UMP)].

Скорость биосинтеза пиримидинов коррелирует со скоростью биосинтеза пурин ов, что указывает на координированный контроль синтеза нуклеотидов обоих типов. PRPP-синтетаза - фермент, катализирующий образование предшественников обоих путей путей биосинтеза, - ингибируется по принципу обратной связи как пуриновыми, так и пиримидиновыми нуклеотидами. Карбамоилфосфатсинтаза также подвержена ингибированию по принципу обратной связи нуклеотидами обоих типов, а ФРПФ ( PRPP ) активирует этот фермент. Таким образом, на нескольких этапах биосинтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов осуществляется перекрестная регуляция.

4. Физико-химические константы крови, их клиническое значение. Буферные системы крови и механизм их эффекта. Основные параметры, характеризующие состояние кислотно-щелочного равновесия

Нормальные значения общих свойств крови взрослого человека:

1. Объем в среднем 4,6л или 6--8% от массы тела. У мужчин 5,2л, у женщин 3,9л.

2. Удельная плотность цельной крови --1050--1060 г/л, плазмы --1025--1034 г/л, эритроцитов --1080-1097 г/л.

3. Вязкость крови 4-5 относительных единиц (в 4-5 раз выше вязкости воды). У мужчин - 4,3-5,3 мПа*с, у женщин 3,9-4,9 мПа*с.

4. рН капиллярной крови = 7,37-7,45, рН венозной крови = 7,32-7,42.

5. Осмотическое давление = 7,6 атм. (определяется осмотической концентрацией - суммой все частиц находящихся в единице объема. Т=37С.). В основном зависит от NaCl и других низкомолекулярных веществ

При этом у некоторых жидкостей организма могут быть подчеркнуты специфические свойства, такие как цвет, прозрачность, запах и т.д. К специфическим свойствам крови относятся онкотическое давление, СОЭ, цветовой показатель и гематокрит.

Нормальные значения специфических свойств крови взрослого человека:

1. Онкотическое давление =0,03 атм.

2. СОЭ: мужчины - 1-10 мм/ч, женщины - 2-15 мм/ч.

3. Цветовой показатель - 0,86-1.05

4. Гематокрит - 40--45% (у мужчин 40-48%, у женщин 36-42%).

Отношение форменных элементов крови, в процентах, к общему объему крови.

Организм человека располагает тонкими механизмами координации происходящих в нем физиологических и биохимических процессов и поддержания постоянства внутренней среды (оптимальных значений рН и уровней содержания различных веществ в жидкостях организма, температуры, кровяного давления и т. д.). Эта координация названа, по предложению В. Кеннона (1929), гомеостазисом (от греч. "гомео" - подобный; "стазис" - постоянство, состояние). Она осуществляется путем гуморальной регуляции (от лат. "гумор" - жидкость), т. е. через кров, тканевую жидкость, лимфу и т. д. с помощью биологически активных веществ (ферментов, гормонов и др.) при участии нервных регулирующих механизмов. Гуморальные и нервные компоненты тесно взаимосвязаны между собой, образуя единый комплекс нейро-гуморальной регуляции. Примером гомеостазиса является стремление организма к сохранению постоянства температуры, энтропии, энергии Гиббса, содержания в крови и межтканевых жидкостях различных катионов, анионов, растворенных газов и др., величины осмотического давления и стремление поддерживать для каждой из его жидкостей определенную оптимальную концентрацию ионов водорода. Сохранение постоянства кислотности жидких сред имеет для жизнедеятельности человеческого организма первостепенное значение, потому что, во-первых, ионы Н+ оказывают каталитическое действие на многие биохимические превращения; во-вторых, ферменты и гормоны проявляют биологическую активность только в строго определенном интервале значений рН; в-третьих, даже небольшие изменения концентрации ионов водорода в крови и межтканевых жидкостях ощутимо влияют на величину осмотического давления в этих жидкостях.

Нередко отклонения рН крови от нормального для нее значения 7,36 всего лишь на несколько сотых приводят к неприятным последствиям. При отклонениях порядка 0,3 единицы в ту или другую сторону может наступит тяжелое коматозное состояние, а отклонения порядка 0,4 единицы могут повлечь даже смертельный исход. Впрочем, в некоторых случаях, при ослабленном иммунитете, для этого оказывается достаточными и отклонения порядка 0,1 единицы рН.

Особенно большое значение буферных систем имеют в поддержании кислотно-основного равновесия организма. Внутриклеточные и внеклеточные жидкости всех живых организмов, как правило, характеризуются постоянным значением рН, которое поддерживается с помощью различных буферных систем. Значение рН большей части внутриклеточных жидкостей находится в интервале от 6,8 до 7,8.

Кислотно-основное равновесие в крови человека обеспечивается водородкарбонатной, фосфатной и белковой буферными системами.

Нормальное значение рН плазмы крови составляет 7,40 0,05. Этому соответствует интервал значений активной кислотности а (Н+) от 3,7 до 4,0 10-8 моль/л. Так как в крови присутствуют различные электролиты - НСО3-, Н2СО3, НРО42-, Н2РО4-, белки, аминокислоты, это означает, что они диссоциируют в такой степени, чтобы активность а (Н+) находилась в указанном интервале.

Водородкарбонатная (гидро-, бикарбонатная) буферная система НСО3-/Н2СО3 плазмы крови характеризуется равновесием молекул слабой угольной кислоты Н2СО3 с образующимися при ее диссоциации гидрокарбонат-ионами НСО3-(сопряженное основание):

НСО3- + Н+ Н2СО3

НСО3- + Н2О Н2СО3 + ОН-

В организме угольная кислота возникает в результате гидратации диоксида углерода - продукта окисления углеводов, белков и жиров. Причем процесс этот ускоряется под действием фермента карбоангидразы:



СО2(р) + Н2О Н2СО3

Равновесная молярная концентрация в растворе свободного диоксида углерода при 298, 15 К в 400 раз выше, чем концентрация угольной кислоты Н2СО3/ СО2 = 0, 00258.

Между СО2 в альвеолах и водородкарбонатным буфером в плазме крови, протекающей через капилляры легких, устанавливается цепочка равновесий:

2

1 + Н2О 3

Атмосфера СО2(г) СО2(р) Н2СО3 Н+ + НСО3-

воздушное пространство легких - Н2О плазма крови

В соответствии с уравнение Гендерсона-Гассельбаха (4) рН водордкарбонатного буфера определяется отношением концентрации кислоты Н2СО3 и соли NaНСО3.

Согласно цепочке равновесий содержание Н2СО3 определяется концентрацией растворенного СО2, которая по пропорциональна парциальному давлению СО2 в газовой фазе (по закону Генри): СО2р = Кгр(СО2). В конечно счете оказывается, что с (Н2СО3) пропорциональна р(СО2).

Водородкарбонатная буферная система действует как эффективный физиологический буферный раствор вблизи рН 7,4.

При поступлении в кровь кислот - доноров Н+ равновесие 3 в цепочке по принципу Ле Шателе смещается влево в результате того, что ионы НСО3- связывают ионы Н+ в молекулы Н2СО3. При этом концентрация Н2СО3 повышается, а концентрация ионов НСО3- соответственно понижается. Повышение концентрации Н2СО3, в свою очередь, приводит к смещению равновесия 2 влево. Это вызывает распад Н2СО3 и увеличении концентрации СО2, растворенного в плазме. В результате смещается равновесие 1 влево и повышается давление СО2 в легких. Избыток СО2 выводится из организма.

При поступлении в кровь оснований - акцепторов Н+ сдвиг равновесий в цепочке происходит в обратной последовательности.

В результате описанных процессов водородкарбонатная система крови быстро приходит в равновесие с СО2 в альвеолах и эффективно обеспечивает поддержание постоянства рН плазы крови.

Вследствие того, что концентрация NaНСО3 в крови значительно превышает концентрацию Н2СО3, буферная емкость этой системы будет значительно выше по кислоте. Иначе говоря, водокарбонатная буферная система особенно эффективно компенсирует действие веществ, увеличивающих кислотност крови. К числу таких веществ, прежде всего, относят молочную кислоту HLac, избыток которой образуется в результате интенсивной физической нагрузки. Этот избыток нейтрализуется в следующей цепочке реакций:

NaНСО3 + HLac NaLac + Н2СО3 Н2О + СО2(р) СО2(г)

Таким образом, эффективно поддерживается нормальное значение рН крови при слабо выраженном сдвиге рН, обусловленным ацидозом.

В замкнутых помещениях часто испытывают удушье - нехватку кислорода, учащение дыхания. Однако удушье связано не столько с недостатком кислорода, сколько с избытком СО2. Избыток СО2 в атмосфере приводит к дополнительному растворению СО2 в крови (согласно закону Генри), а это приводит к понижению рН крови, т. е. к ацидозу (уменьшение резервной щелочности).

Водородкарбонатная буферная система наиболее "быстро" отзывается на изменение рН крови. Ее буферная емкость по кислоте составляет Вк = 40 ммоль/л плазмы крови, а буферная емкость по щелочи значительно меньше и равна примерно Вщ = 1 - 2 ммоль/л плазмы крови.

Фосфатная буферная система НРО42-/Н2РО4- состоит из слабой кислоты Н2РО4- и сопряженного основания НРО42-. В основе ее действия лежит кислотно-основное равновесие, равновесие между гидрофофсфат- и дигидрофосфат-ионами:

НРО42- + Н+ Н2РО4-

НРО42- + Н2О Н2РО4- + ОН-

Фосфатная буферная система способа сопротивляться изменению рН в интервале 6, 2 - 8, 2, т. е. обеспечивает значительную долю буферной емкости крови.

Из уравнения Гендерсона-Гассельбаха для этой уферной системы следует, что в норме при рН 7,4 отношение концентраций соли (НРО42-) и кислоты (Н2РО4-) примерно составляет 1,6. Это следует из равенства

рН = 7, 4 = 7, 2 + lg с (НРО42-) , где 7, 2 = рКа (Н2РО4-) с (Н2РО4-)

Отсюда

lg = с (НРО42-) = 7, 4 - 7, 2 = 0, 2 и с (НРО42-) = 1, 6 с (Н2РО4-) с (Н2РО4-)

Фосфорная буферная система имеет более высокую емкость по кислоте, чем по щелочи. Поэтому она эффективно нейтрализует кислые метаболиты, поступающие в кровь, например молочную кислоту HLac:

НРО42- + HLac Н2РО4- + Lac-

Однако различия буферной емкости данной системы по кислоте и щелочи не столь велики, как у водородкарбонатной: Вк = 1 -2 ммоль/ л; Вщ = 0, 5 ммоль/ л. Поэтому фосфатная система в нейтрализации как кислых, так и основных продуктов метаболизма. В связи с малым содержанием фосфатов в плазе крови она менее мощная, чем вородкарбонатная буферная система.

Буферная система оксигемоглобин-гемоглобин, на долю которой приходится около 75% буферной емкости крови, характеризующаяся равновесием между ионами гемоглобина Hb- и самим гемоглобином HНb, являющимся очень слабой кислотой (КHНb = 6, 3 10-9; рКHНb = 8, 2).

Hb- + Н+ HНb

Hb- + Н2О HНb + ОН-

а также между ионами оксигемоглобина HbО2- и самим оксигемоглобином HНbО2, который является несколько более сильной, чем гемоглобин, кислотой (КHНbО2 = 1. 12 10-7; рКHНbО2 = 6, 95):

HbО2- + Н+ HНbО2

HbО2- + Н2О HНbО2 + ОН-

Гемоглобин HНb, присоединяя кислород, образует оксигемоглобин HНbО2 и, таким образом, первые два равновесия взаимосвязаны со следующими двумя.

HНb + О2 HНbО2

Белковая буферная система состоит из "белка-основания" и "белка-соли".

СОО- СОО-

R - СН + Н+ R - СН

NН2 N+Н3



Соответствующее кислотно-основное равновесие в средах, близких к нейтральным, смещено влево и "белок-основание" преобладает.

Основную часть белков плазмы крови (90%) составляют альбумины и глобулины. Изоэлектрические точки этих белков (число катионных и анионных групп одинаково, заряд молекулы белка равен нулю) лежат в слабокислой среде при рН 4,9 - 6,3, поэтому в физиологических условиях при рН 7,4 белки находятся преимущественно в формах "белок-основание" и "белок-соль".

Буферная емкость, определяемая белками плазмы, зависит от концентрации белков, их вторичной и третичной структуры и числа свободных протон-акцепторных групп. Эта система может нейтрализовать как кислые, так и основные продукты. Однако вследствие преобладания формы "белок-основание" ее буферная емкость значительно выше по кислоте и составляет для альбуминов Вк = 10 ммоль/л, а для глобулинов Вк = 3 ммоль/л.

Буферная емкость свободных аминокислот плазмы крови незначительна как по кислоте, так и по щелочи. Это связано с тем, что почти все аминокислоты имеют значения рКа, очень далекие от рКа = 7. Поэтому при физиологическом значении рН их мощность мала. Практически только одна аминокислота - гистидин (рКа = 6,0) обладает значительным буферным действием при значениях рН, близких к рН плазмы крови.

Таким образом, мощность буферных систем плазмы крови уменьшается в направлении

НСО3-/ Н2СО3 белки НРО42-/ Н2РО4- аминокислоты

Эритроциты.

Во внутренней среде эритроцитов в норме поддерживается постоянное рН, равное 7,25. Здесь также действуют водородкарбонатная и фосфатная буферные системы. Однако их мощность отличается от таковой в плазме крови. Кроме того, в эритроцитах белковая система гемоглобин-оксигемоглобин играет важную роль как в процессе дыхания (транспортная функция по переносу кислорода к тканям и органам и удалению из них метаболической СО2), так и в поддержании постоянства рН внутри эритроцитов, а в результате и в крови в целом. Необходимо отметит, что эта буферная система в эритроцитах тесно связана с водородкарбонатной системой. Т. к. рН внутри эритроцитов 7,25, то соотношение концентраций соли (НСО3-) и кислоты (Н2СО3) здесь несколько меньше, чем в плазме крови. И хотя буферная емкость этой системы по кислоте внутри эритроцитов несколько меньше, чем в плазме, она эффективно поддерживает постоянство рН.

Фосфатная буферная емкость играет в клетках крови гораздо более важную роль, чем в плазме крови. Прежде всего, это связано с большим содержанием в эритроцитах неорганических фосфатов. Кроме того, большое значение в поддерживании постоянства рН имеют эфиры фосфорных кислот, главным образом фосфолипиды, составляющие основу мембран эритроцитов.

Фосфолипиды являются относительно слабыми кислотами. Значения рКа диссоциации фосфатных групп находятся в пределах от 6,8 до 7,2. Поэтому при физиологическом рН 7,25 фосфолипиды мембран эритроцитов находятся как в виде неионизированных, так ионизированных форм. Иначе говоря, в виде слабой кислоты и ее соли. При этом соотношение концентраций соли и слабой кислоты составляет примерно (1,5 - 4) : 1. Следовательно, сама мембрана эритроцитов обладает буферным действием, поддерживая постоянство рН внутренней среды эритроцитов.

Таким образом, в поддержании постоянства кислотно-щелочного равновесия в крови участвует ряд буферных систем, обеспечивающих кислотно-основной гомеостаз в организме.



5. Общая характеристика биотрансформации лекарств в организме, изменение структуры и активности

Биотрансформация (метаболизм) - изменение химической структуры лекарственных веществ и их физико-химических свойств под действием ферментов организма. Основной направленностью этого процесса является превращение липофильных веществ, которые легко реабсорбируются в почечных канальцах, в гидрофильные полярные соединения, которые быстро выводятся почками (не реабсорбируются в почечных канальцах). В процессе биотрансформации, как правило, происходит снижение активности (токсичности) исходных веществ.

Биотрансформация липофильных ЛВ в основном происходит под влиянием ферментов печени, локализованных в мембране эндоплазматического ретикулума гепатоцитов. Эти ферменты называются микросомальными, потому что они оказываются связанными с мелкими субклеточными фрагментами гладкого эндоплазматического ретикулума (микросомами), которые образуются при гомогенизации печеночной ткани или тканей других органов и могут быть выделены центрифугированием (осаждаются в так называемой "микросомальной" фракции).

В плазме крови, а также в печени, кишечнике, легких, коже, слизистых оболочках и других тканях имеются немикросомальные ферменты, локализованные в цитозоле или митохондриях. Эти ферменты могут участвовать в метаболизме гидрофильных веществ.

Различают два основных вида метаболизма лекарственных веществ:

• несинтетические реакции (метаболическая трансформация);

• синтетические реакции (конъюгация).

Лекарственные вещества могут подвергаться или метаболической биотрансформации (при этом образуются вещества, называемые метаболитами), или конъюгации (образуются конъюгаты). Но большинство Л В сначала метаболизируется при участии несинтетических реакций с образованием реакционноспособных метаболитов, которые затем вступают в реакции конъюгации.

Кметаболической трансформации относятся следующие реакции: окисление, восстановление, гидролиз. Многие липофильные соединения подвергаются окислению в печени под влиянием микросомальной системы ферментов, известных как оксидазы смешанных функций, или монооксигеназы. Основными компонентами этой системы являются цитохром Р-450-редуктаза и цитохром Р-450 - гемопротеин, который связывает молекулы лекарственного вещества и кислород в своем активном центре. Реакция протекает при участии НАДФН. В результате происходит присоединение одного атома кислорода к субстрату (лекарственному веществу) с образованием гидроксильной группы (реакция гидроксилирования).

RH + 02 + НАДФН + Н+ - > ROH + Н20 + НАДФ+,

где RH - лекарственное вещество, a ROH - метаболит.



Оксидазы смешанных функций обладают низкой субстратной специфичностью. Известно много изоформ цитохрома Р-450 (Cytochrome Р-450, CYP), каждая из которых может метаболизировать несколько лекарственных веществ. Так, изоформа CYP2C9 участвует в метаболизме варфарина, фенитоина, ибупрофена, CYP2D6 метаболизирует имипрамин, галоперидол, пропранолол, a CYP3A4 - карбамазепин, циклоспорин, эритромицин, нифедипин, верапамил и некоторые другие вещества. Окисление некоторых лекарственных веществ происходит под влиянием немикросомальных ферментов, которые локализованы в цитозоле или митохондриях. Для этих ферментов характерна субстратная специфичность, например, моноаминоксидаза А метаболизирует норадреналин, адреналин, серотонин, алкогольдегидрогеназа метаболизирует этиловый спирт до ацетальдегида.

Восстановление лекарственных веществ может происходить при участии микросомальных (хлорамфеникол) и немикросомальных ферментов (хлоралгидрат, налоксон).

Гидролиз лекарственных веществ осуществляется в основном немикросомальными ферментами (эстеразами, амидазами, фосфатазами) в плазме крови и тканях. При этом вследствие присоединения воды происходит разрыв эфирных, амидных и фосфатных связей в молекулах лекарственных веществ. Гидролизу подвергаются сложные эфиры - ацетилхолин, суксаметоний (гидролизуются при участии холинэстераз), амиды (прокаинамид), ацетилсалициловая кислота.

Метаболиты, которые образуются в результате несинтетических реакций, могут в отдельных случаях обладать более высокой активностью, чем исходные соединения. Примером повышения активности лекарственных веществ в процессе метаболизма является использование предшественников лекарств (пролекарства). Пролекарства фармакологически неактивны, но в организме они превращаются в активные вещества. Например, препарат для лечения неспецифического язвенного колита салазопиридазин под действием фермента азоредуктазы кишечника превращается в сульфапиридазин и 5-аминосалициловую кислоту, обладающие антибактериальным и противовоспалительным действием. Многие антигипертензивные средства, например ингибиторы ангиотензин-превращающего фермента (эналаприл), гидролизуются в организме с образованием активных соединений. Пролекарства обладают рядом преимуществ. Очень часто с их помощью решаются проблемы с доставкой лекарственного вещества к месту его действия. Например, леводопа является предшественником дофамина, но в отличие от дофамина она проникает через гематоэнцефалический барьер в ЦНС, где под действием ДОФА-декарбоксилазы превращается в активное вещество - дофамин.

Иногда продукты метаболической трансформации оказываются более токсичными, чем исходные соединения. Так, токсические эффекты препаратов, содержащих нитрогруппы (метронидазол, нитрофурантоин), определяются промежуточными продуктами метаболического восстановления N02-гpyпп.

В процессе биосинтетических реакций (конъюгация) к функциональным группировкам молекул лекарственных веществ или их метаболитов присоединяются остатки эндогенных соединений (глюкуроновой кислоты, глутатиона, глицина, сульфаты и др.) или высокополярные химические группы (ацетильные, метальные группы). Эти реакции протекают при участии ферментов (в основном, трансфераз) печени, а также ферментов других тканей (легкие, почки). Локализуются ферменты в микросомах или в цитозольной фракции.

Наиболее общей реакцией является конъюгация с глюкуроновой кислотой. Присоединение остатков глюкуроновой кислоты (образование глюкуронидов) происходит при участии микросомального фермента UDP-глюкуронилтрансферазы, обладающей низкой субстратной специфичностью, вследствие чего очень многие лекарственные вещества (а также некоторые экзогенные соединения, такие как кортикостероиды и билирубин) вступают в реакцию конъюгации с глюкуроновой кислотой. В процессе конъюгации образуются высокополярные гидрофильные соединения, которые быстро выводятся почками (многие метаболиты также подвергаются конъюгации). Конъюгаты, как правило, менее активны и токсичны, чем исходные лекарственные вещества.

Под действием некоторых лекарственных веществ (фенобарбитал, рифампицин, карбамазепин, гризеофульвин) может происходить индукция (увеличение скорости синтеза) микросомальных ферментов печени. В результате при одновременном назначении с индукторами микросомальных ферментов других препаратов (например, глюкокортикоидов, пероральных контрацептивов) повышается скорость метаболизма последних и снижается их действие. В некоторых случаях может увеличиваться скорость метаболизма самого индуктора, вследствие чего уменьшаются его фармакологические эффекты (карбамазепин).

Некоторые лекарственные вещества (циметидин, хлорамфеникол, кетоконазол, этанол) снижают активность метаболизирующих ферментов. Например, циметидин является ингибитором микросомального окисления и, замедляя метаболизм варфарина, может повысить его антикоагулянтный эффект и спровоцировать кровотечение. Известны вещества (фуранокумарины), содержащиеся в грейпфрутовом соке, которые угнетают метаболизм таких лекарственных веществ, как циклоспорин, мидазолам, алпразолам и, следовательно, усиливают их действие. При одновременном применении лекарственных веществ с индукторами или ингибиторами метаболизма необходимо корректировать назначаемые дозы этих веществ.

Скорость метаболизма некоторых лекарственных веществ определяется генетическими факторами. Лекарственные вещества и их метаболиты выводятся (экскретируются) из организма в основном с мочой (почечная экскреция), а также с желчью в просвет кишечника.

Почечная экскреция. Выведение лекарственных веществ и их метаболитов почками происходит с участием трех основных процессов: клубочковой фильтрации, активной секреции в проксимальных канальцах и канальцевой реабсорбции.

Клубочковая фильтрация. Лекарственные вещества, растворенные в плазме крови (за исключением веществ, связанных с плазменными белками и высокомолекулярных соединений), фильтруются под гидростатическим давлением через межклеточные промежутки в эндотелии капилляров почечных клубочков и попадают в просвет канальцев. Если эти вещества не реабсорбируются в почечных канальцах, они выводятся с мочой.

Активная секреция. Путем активной секреции в просвет канальцев выделяется большая часть веществ, экскретируемых почками. Вещества секретируются в проксимальных канальцах с помощью специальных транспортных систем против градиента концентрации (этот процесс требует затраты энергии). Существуют отдельные транспортные системы для органических кислот (пенициллины, салицилаты, сульфаниламиды, тиазидные диуретики, фуросемид и др.) и органических оснований (морфин, хинин, дофамин, серотонин, амилорид и ряд других веществ). В процессе выделения органические кислоты (также как органические основания) могут конкурентно вытеснять друг друга из связи с транспортными белками, вследствие чего экскреция вытесняемого вещества снижается.

Реабсорбция (обратное всасывание). Через мембраны почечных канальцев лекарственные вещества реабсорбируются путем пассивной диффузии по градиенту концентрации. Таким образом, реабсорбируются липофильные неполярные соединения, так как они легко проникают через мембраны эпителиальных клеток почечных канальцев. Гидрофильные полярные вещества (в том числе ионизированные соединения) практически не реабсорбируются и выводятся из организма. Таким образом, выведение почками слабых кислот и слабых оснований прямо пропорционально степени их ионизации и, следовательно, в значительной степени зависит от рН мочи.

Кислая реакция мочи способствует экскреции слабых оснований (например, алкалоидов никотина, атропина, хинина) и затрудняет выделение слабых кислот (барбитуратов, ацетилсалициловой кислоты). Чтобы ускорить выведение почками слабых оснований, следует изменить реакцию мочи в кислую сторону (снизить рН мочи). Обычно в таких случаях назначают хлорид аммония. И наоборот, если необходимо повысить экскрецию слабых кислот, назначают натрия гидрокарбонат и другие соединения, сдвигающие реакцию мочи в щелочную сторону (повышают рН мочи). Внутривенное введение натрия бикарбоната, в частности, используют для ускоренного выведения барбитуратов или ацетилсалициловой кислоты в случае их передозировки.

Реабсорбция некоторых эндогенных веществ (аминокислоты, глюкоза, мочевая кислота) осуществляется путем активного транспорта.

Выведение через желудочно-кишечный тракт. Многие лекарственные вещества (дигоксин, тетрациклины, пенициллины, рифампицин и др.) выделяются с желчью в просвет кишечника (в неизмененном виде или в виде метаболитов и конъюгатов) и частично выводятся из организма с экскрементами. Однако часть веществ может повторно всасываться и при прохождении через печень снова выделяться с желчью в просвет кишечника и т.д. Этот циклический процесс называется энтерогепатической (кишечно-печеночной) циркуляцией. Некоторые вещества (морфин, хлорамфеникол) выделяются с желчью в виде конъюгатов с глюкуроновой кислотой (глюкуронидов), гидролизующихся в кишечнике с образованием активных веществ, которые снова подвергаются реабсорбции. Таким образом энтерогепатическая циркуляция способствует пролонгированию действия лекарственных веществ. Некоторые лекарственные вещества плохо всасываются из желудочно-кишечного тракта и полностью выводятся из организма через кишечник. Такие вещества в основном применяют для лечения или профилактики кишечных инфекций и дисбактериоза (неомицин, нистатин).

Газообразные и летучие вещества выделяются легкими. Таким образом выводятся средства для ингаляционного наркоза. Некоторые вещества могут выделяться потовыми, слюнными железами (пенициллины, йодиды), железами желудка (хинин) и кишечника (слабые органические кислоты), слезными железами (рифампицин), молочными железами в период лактации (снотворные средства, спирт этиловый, никотин и др.). Во время кормления лекарственные вещества, которые выделяются молочными железами, могут вместе с молоком попасть в организм ребенка. Поэтому кормящим матерям противопоказано назначение лекарственных препаратов (цитостатиков, наркотических анальгетиков, хлорамфеникола, изониазида, диазепама, антитиреоидных средств и др.), которые могут вызвать серьезные нарушения развития и неблагоприятно воздействовать на ребенка.



Задача

Под влиянием ферментов ?-амилаз, содержащихся в слюне, протекает ферментативный гидролиз крахмала до декстринов (дальнейщий гидролиз идет слабо).

Последовательно этот процесс можно представить следующим образом.

Крахмал > растворимый крахмал > амилодекстрины > эритродекстрины > ахроодекстрины > мальтодекстрины

Обнаружение амилазы:

Реактивы:

а) слюна. Свежую слюну разводят в 10 раз дистиллированной водой;

б) крахмал, 1,0%-ный раствор;

в) раствор иода в йодистом калии (раствор Люголя).

В две пробирки наливают по 2 мл 1%-ного раствора крахмала, в одну из них добавляют 1 мл разведенной слюны (1:10), в другую - 1 мл воды и ставят на 10 мин. В водяную баню, нагретую до 37-38° (внимательно следят за температурой, не допуская ее повышения), или в ультратермостат, после чего охлаждают пробирки под краном.

При добавлении раствора Люголя в пробирку с крахмалом - синяя окраска.

При добавлении раствора Люголя в пробирку с крахмалом и слюной - в зависимости от полноты гидролиза различная окраска:

- амилодекстрины - фиолетово-синяя;

- эритродекстрины - буровато-красная;

- ахроодекстрины - желтая или буровато-желтая;

- мальтодекстрины - окраски не дают.

Однозначно на этот вопрос ответить невозможно. При гиповитаминозе РР больному следует назначить лекарство, содержащее НАДН (т.к. витамин РР входит в состав НАДН), при гиповитаминозе В2 - соответственно лекарство, содержащее ФАДН2.

Замена не является физиологичной, т.к. состояние белкового обмена целостного организма зависит не только от количества принимаемого с пищей белка, но и от качественного состава его. Так, белки рыбы (относящиеся к «полноценным» белкам) имеют большую биологическую ценность, чем белки гороха («неполноценные» белки), т.к. последние лимитированы по ряду незаменимых аминокислот, прежде всего по лизину.

Размещено на Allbest.ru