Основы биохимии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГАОУ СПО «Вольский медицинский колледж

им. З.И. Маресевой»

Контрольная работа по дисциплине

Биохимия

Выполнил:

Чиянова Марина Александровна

Проверил:

Брехова Мария Владимировна

2013-2014г

1. Уровни структурной организации белков: первичная, вторичная третичная и четвертичная структуры белков. Связь структуры белка с биологической функцией

Последовательность чередования аминокислотных остатков в полипептидной цепи называется первичной структурой белка (или первым уровнем структурной организации белковой молекулы).

Закручивание полипептидной цепи белка в спиралеобразную структуру (б-спираль) происходит вследствие взаимодействия посредством образования водородных связей между кислородом карбонильной группы i-го аминокислотного остатка и водородом амидогруппы i+4 аминокислотного остатка:

Наряду со спирализованными участками в образовании вторичной структуры белка принимают также участие в-структуры параллельная и антипараллельная, и в-изгиб.

При упаковке вторичной структуры белка в пространстве образуется третичная структура белка, состоящая из всех компонентов вторичной структуры. При образовании третичной структуры белка происходят гидрофобные, ионные (электростатические), водородные ковалентные взаимодействия между группировками в боковых радикалах аминокислотных остатков полипептидной цепи.

С появлением третичной структуры у белка появляются и новые свойства - биологические. В частности, проявление каталитических свойств связано именно с наличием у белка третичной структуры. И наоборот, нагревание белков, приводящее к разрушению третичной структуры (иначе известно как денатурация) одновременно приводит к утрате биологических свойств.

Четвертичная структура белка подразумевает такое объединение белков третичной структуры, при котором появляются новые биологические свойства, не характерные для белка в третичной структуре. Каждый из белков - участников третичной структуры - при образовании четвертичной структуры называют субъединицей илипротомером. В образовании четвертичной структуры белка принимают участие те же связи, что и при образовании третичной структуры, за исключением ковалентных.

Объединение белковых молекул третичной структуры без появления новых биологических свойств называют агрегированным состоянием.

Биологический смысл появления четвертичной структуры у белков - экономия «генетического материала», поскольку каждая из субъединиц кодируется только одним геномом ДНК. К тому же, в случае появления ошибки при трансляции у одной из субъединиц, отпадает необходимость ресинтеза остальных субъединиц. Четвертичная структура в таком случае распадается на субъединицы, дефектная субъединица удаляется и вновь образуется четвертичная структура с участием нормальной субъединицы. В конце концов, появление ошибки менее вероятно при синтезе (трансляции) сравнительно небольшой полипептидной цепи.

Практически все белки-ферменты имеют четвертичную структуру и состоят, как правило, из четного числа протомеров (двух, четырех, шести, восьми).

Все важнейшие процессы в клетке и организме происходят при обязательном участии белков. Белки-ферменты катализируют все биохимические процессы в клетке, поэтому каталитическая (или ферментативная) функция белков является основной. Ферменты являются необходимыми участниками биосинтеза белков, запрограммированного на генетическом уровне, и одновременно с этим белки служат регуляторами генетических функций нуклеиновых кислот. Механохимическая функция сократительных белков лежит в основе мышечного сокращения. Сократительные белки - это ферменты, в результате каталитической деятельности которых химическая энергия превращается в механическую работу. Существование клетки и целостного организма требует пространственного разграничения мембранами, которые характеризуются различными проницаемостями. Белки, входящие в состав мембран в комплексе с липидами, обеспечивают активный транспорт, как в клетке, так и из нее в направлении против градиента концентрации. Переходя от клетки к многоклеточному организму, мы встречаем новые специфические функции белков.

Белки служат для запасания (примером является миоглобин) и переноса (гемоглобин) кислорода. Эта функция белков сходна с ферментативной, но отличается от нее тем, что молекулярный кислород не испытывает превращений в этих процессах. Специализированные белки высших организмов - гаммаглобулины - защищают организм от чужеродных биополимеров, выполняя тем самым иммунологическую функцию. Специальные (фибриллярные) белки входят в состав кожи, костей, волос, сухожилий и выполняют опорную функцию, обеспечивая не жесткую, но надежную взаимосвязь органов, а также их механическую целостность и защиту.

2.Как можно определить наличие в растворе: трп?

Пример 1. Идентификация триптофана(трп) в смесях нейтральных -аминокислот: глицина, валина, лейцина. Аминокислоты с исходной концентрацией 10-2 М смешивались по 0,5 мл и доводились дистиллированной водой до 2,5 мл. Тест-полоски бумаги пропитывались предварительно буферными растворами со значениями pH 3; 5; 7; 9; 11 и высушивались в сушильном шкафу при температуре 100-105°С. Затем на одну тест-полоску наносился 0,1 мл раствора смеси -аминокислот без триптофана, на другую - с триптофаном и полоски вновь высушивались. Затем полоски опрыскивали 0,4%-ным раствором изатина в ацетоне и снова высушивали. В случае смеси -аминокислот без триптофана наблюдалось устойчивое желтое окрашивание, при наличии триптофана тест-полоска окрашивалась в яркий красно-коричневый цвет.

Пример 2. Обнаружение триптофана в смеси алифатических и гидроксиаминокислот: серина и треонина. Методика проведения тестирования соответствует методике, описанной в примере 1. В случае смеси -аминокислот без триптофана наблюдалось устойчивое желтое окрашивание, при наличии триптофана тест-полоска окрашивалась в яркий красно-коричневый цвет.

Пример 3. Обнаружение триптофана в смеси основных и серусодержащих -аминокислот: цистеина, лизина, аргинина, гистидина. Методика проведения тестирования соответствует методике, описанной в примере 1. В случае смеси -аминокислот без триптофана наблюдалось устойчивое желтое окрашивание, при наличии триптофана тест-полоска окрашивалась в яркий красно-коричневый цвет.

Пример 4. Обнаружение триптофана в смеси фенилаланина, тирозина, аспарагиновой и глутаминовой кислот. Методика проведения тестирования соответствует методике, описанной в примере 1. В случае смеси -аминокислот без триптофана наблюдалось устойчивое желтое окрашивание, при наличии триптофана тест-полоска окрашивалась в яркий красно-коричневый цвет.

Пример 5. Обнаружение триптофана в смеси 15 -аминокислот: глицина, аланина, валина, лейцина, изолейцина, серина, треонина, цистеина, лизина, аргинина, гистидина, аспарагиновой и глутаминовой кислот, фенилаланина, тирозина. Приготавливались два раствора: смесь указанных -аминокислот без триптофана и с добавлением триптофана. Для этого -аминокислоты с исходной концентрацией 1.10-2 М смешивались по 0,5 мл и доводились дистиллированной водой до общего объема 9 мл. Тест-полоски предварительно пропитывались буферным раствором со значением pH 10. После высушивания тест-полоски в сушильном шкафу при температуре 100-105°С на тест-полоску наносился 0,1 мл испытуемого раствора, тест-полоска снова высушивалась и опрыскивалась 0,4%-ным раствором изатина в ацетоне, снова высушивалась на воздухе. В случае смеси -аминокислот без триптофана наблюдалось устойчивое желтое окрашивание, при наличии триптофана тест-полоска окрашивалась в яркий красно-коричневый цвет.

Полученные таким образом тест-полоски могут быть использованы для избирательного определения триптофана в смесях -аминокислот. Чувствительность определения составляет 0,1 мкг триптофана.

Формула изобретения

1. Способ идентификации триптофана в испытуемом растворе, включающий нанесение на бумажную тест-полоску испытуемого раствора и реагента, высушивание тест-полоски после нанесения соответствующего вещества, определение наличия триптофана по изменению окраски тест-полоски, отличающийся тем, что в качестве объекта используют раствор изатина, а в качестве испытуемого раствора используют смесь -аминокислот.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тест-полоску предварительно пропитывают ацетатно-аммиачным буферным раствором до значения рН 3-11, после чего высушивают тест-полоску.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя изатина используют ацетон или этанол.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала для тест-полоски выбрана фильтровальная бумага.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор изатина наносят на тест-полоску путем распыления.

3. Хромопротеины. Биологическая роль

ХП это окрашенные белки (chroma - краска). Молекулы состоят из простого белка и простетической группы, окрашенной обычно за счет металла или витамина. Среди ХП различают дыхательные белки и дыхательные ферменты, которые образуют подгруппу гемопротеидов. Кроме гемопротеидов в группу ХП входят пигменты (родопсин, меланин), магний-порфирины (хлорофилл), желтые ферменты - флавиновые ферменты (выполняют роль дыхательных ферментов).

К дыхательным белкам относятся гемоглобин (Нb) - красный пигмент крови и миоглобин (Мgb) - красный пигмент мышц.

Гемоглобин состоит из простого белка типа гистонов - глобина и 4-х гемов (простетическая группа). Глобин состоит из 2-х п/п альфа цепей (по 141 аминокислоте в каждой) и 2-х бета-цепей (по 146 аминокислот в каждой). Видовая специфичность гемоглобина обусловлена особенностями аминокислотного состава глобина. Например, в глобине человека нет иле. Глобин, соединяясь с гемом, превращает малорастворимую и инертную структуру в хорошо растворимую и активную форму, способную связывать кислород. В свою очередь гемы придают устойчивость большим молекулам глобина.

Гем - производное порфирина, состоит из 4-х пиррольных колец, связанных в циклическую структуру метиновыми мостиками. Порфин с заместителями у бета-углерода называется порфирином. Различные порфирины различаются друг от друга характером заместителей. Гемы гемоглобина у 1,3,5,8 атомов углерода содержат СН3 группу (метил), у 2,4 - винильные радикалы, у 6,7 - остатки пропионовых кислот. Соединяясь с ионом железа, порфирин образует гем. железо присоединяется к атомам азота II и IV колец ковалентными и к III и I колец нековалентными (координационными связями). Строение всех 4-х гемов идентичное - показать на табл или пленке и дать списать. Каждый гем соединен с одной п/п цепью (альфа или бета) двумя координационными связями иона железа с имидазольными кольцами гистидинов. Одна из этих связей постоянна, а другая разрывается, когда к гемоглобину присоединяется кислород.

В 1957 году биохимики Д.Кендрью и М.Перутц получили Нобелевскую премию за расшифровку строения молекулы гемоглобина.

Во время развития организма гемоглобин претерпевает определенные изменения: на ранних стадиях у эмбриона содержится эмбриональный гемоглобин Е, который после 3-4 месяцев развития заменяется фетальным F, содержащим 2 альфа и 2 гамма цепи. Кровь новорожденного содержит 80% фетального гемоглобина, но к концу первого года жизни он почти полностью заменяется на гемоглобин А. В крови взрослого человека все же присутствует 1,5% фетального гемоглобина. Он имеет большее сродство к кислороду, чем гемоглобин взрослого организма - гемоглобин А и обеспечивает снабжение плода кислородом при меньшем его парциальном давлении. В дополнение к основному гемоглобину взрослого человека А1, имеется гемоглобин А2, молекула которого состоит из 2 альфа цепей и 2 сигма цепей. На долю гемоглобина А2 приходится 2,5% от всего гемоглобина.

Роль гемоглобина. Гемоглобин - основной белок эритроцитов. В 1-ом эритроците содержится 340 млн молекул гемоглобина, каждая из которых состоит из 10³атомов С, Н, О, N, S и 4 атомов железа. Основная роль - перенос кислорода от легких к тканям (оксигенация - показать на доске) и углекислого газа от тканей к легким. Гемоглобин образует буферные системы, которые участвуют в поддержании КОС. При распаде гемоглобина образуются пигменты кала, мочи и желчи. Гемоглобин участвует в обезвреживании оксида азота, который может присоединяться к нему и образовывать нитрозгемоглобин.

Молекула миоглобина состоит из 1-го гема и 1-ой п/п цепи (из 153 аминокислот). Гем миоглобина такой же как у гемоглобина. Роль миоглобина - транспорт кислорода от оксигемоглобина к ферментам дыхательной цепи в клетке - показать на доске реакцию.

Содержится, в основном, в цитоплазме мышечных клеток. Также служит в качестве депо кислорода. Миоглобина больше в натренированных мышцах - у диких животных, особенно у ныряющих - кашалота, тюленей (например, у зайца больше, чем у кролика). Миоглобин специфический белок мышц, поэтому его появление вы сыворотке крови говорит о поражении мышечной ткани (заболевания мышц, инфаркт миокарда).

Дыхательные ферменты. Это биологические катализаторы, ускоряющие ход ОВР в клетках и тканях. это сложные белки, среди них различают гемсодержащие (Цх, каталаза, пероксидазы) и негемовые (флавиновые ферменты). У первых простетической группой являются гемы различного строения, а у вторых - производные витамина В2 (рибофлавина).

К группе ХП относятся также белки-пигменты, которые состоят из продукта окисления тирозина - меланина и простого белка. Это пигменты коричневого и черного цвета, содержатся в волосах, коже, сетчатке глаз. От их количества зависит окраска этих органов.

4. Понятие о константе Михаэлиса

Михаэлиса константа, один из важнейших параметров кинетики ферментативных реакций, введённый немецкими учёными Л. Михаэлисом (L. Michaelis) и М.

Согласно общепринятому определению, Михаэлиса константа, один из важнейших параметров кинетики ферментативных реакций, введённый немецкими учёными Л. Михаэлисом (L. Michaelis) и М. Ментен в 1913; характеризует зависимость скорости ферментативного процесса от концентрации субстрата. Согласно теории Михаэлиса - Ментен, первым этапом любого ферментативного процесса является обратимая реакция между ферментом (Е) и субстратом (S), приводящая к образованию промежуточного фермент-субстратного комплекса (ES), который затем подвергается практически необратимому расщеплению на продукт реакции (Р) и исходный фермент: Реакции образования и распада комплекса ES характеризуются константами скорости k1, k-1, k2. Если концентрация субстрата значительно превышает концентрацию фермента ([S] >> [E]) и, следовательно, концентрация ES становится постоянной, скорость ферментативной реакции (u) выражается уравнением: где V - максимальная скорость реакции, достигаемая при полном насыщении фермента субстратом. Соотношение констант скорости также является константой (Кm), получившей название М. к. Подставляя в уравнение (2) М. к., получаем уравнение Михаэлиса - Ментен: Из уравнения (3) следует, что М. к. численно равна концентрации субстрата, при которой скорость реакции составляет половину максимально возможной (см. рис.). В ряде случаев, когда величина k1 мала и ею можно пренебречь, М. к. становится равной и может служить мерой сродства субстрата к ферменту. М. к. имеет размерность концентрации. Практически величину М. к. находят различными графическими методами, исследуя зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата. См. также Ферментативный катализ. Лит.: Яковлев В. А., Кинетика ферментативного катализа, М., 1965; Уэбб Л., Ингибиторы ферментов и метаболизма, пер. с англ., М., 1966. Д.? Д. М. Беленький.

5. Соедините в динуклеотид:АМФ и ГМФ

АМФ и ГМФ образуются из ИМФ, причем в синтезе обоих мононуклеотидов участвуют по два фермента, различных по своему механизму действия. Образование ГМФ из ИМФ катализируют ИМФ-дегидрогеназа и ГМФ-синтетаза, а образование АМФ из того же предшественника катализируется последовательным действием аденилосукцинатсинтетазы и аденилосукцинат-лиазы. Механизм двухэтапного синтеза АМФ и ГМФ можно представить в виде химических реакций.

В ферментативном синтезе АМФ из ИМФ специфическое участие принимает аспарагиновая кислота, являющаяся донором NH2-группы, и ГТФ в качестве источника энергии; промежуточным продуктом реакцииявляется аденилоянтарная кислота. Биосинтез ГМФ, напротив, начинается с де-гидрогеназной реакции ИМФ с образованием ксантозиловой кислоты; в аминировании последней используется только амидный азотглутамина.

Превращение АМФ и ГМФ в соответствующие нуклеозидди- и нуклео-зидтрифосфаты также протекает в 2 стадии при участии специфических нуклеозидмонофосфат- и нуклеозиддифосфаткиназ :

ГМФ + АТФ <=> ГДФ + АДФ; ГДФ + АТФ <=> ГТФ + АДФ.

Следует указать на существование в клетках весьма тонкого механизма регуляции синтеза пуриновыхнуклеотидов. Синтез их тормозится конечными продуктами по принципу обратной связи, т.е. ингибированием первой стадии переноса аминогруппы глутамина на ФРПФ. Фермент, катализирующий эту стадию, оказался аллостерическим регуляторным ферментом. Вторая особенность механизма регуляции заключается в том, что избыток ГМФ в клетках оказывает аллостерическое торможение только на свой собственный синтез, не влияя на синтез АМФ, и, наоборот, накопление АМФ подавляет свой синтез, не ингибируя синтеза ГМФ.

6. Витамины группы К. Строение и биологическая роль. Применение в клинике

Витамин К относится к группе липофильных (жирорастворимых) и гидрофобных витаминов, необходимых для синтеза белков, обеспечивающих достаточный уровенькоагуляции. Химически, является производным 2-метил-1,4-нафтохинона. Играет значительную роль в обмене веществ в костях и в соединительной ткани, а также в здоровой работе почек. Во всех этих случаях витамин участвует в усвоении кальция и в обеспечении взаимодействия кальция и витамина D. В других тканях, например, в лёгких и в сердце, тоже были обнаружены белковые структуры, которые могут быть синтезированы только с участием витамина К.

Основные формы витамина К

Витамин K определяют как группу липофильных (гидрофобных) витаминов. Витамин K2 (менахинон, менатетренон) продуцируется бактериями в кишечнике, поэтому его недостаточность проявляется редко, преимущественно придисбактериозах.

Химическое строени

Витамин K -- групповое название для ряда производных 2-метил-1,4-нафтохинона, сходного строения и близкой функции в организме. Обычно они имеют метилированныйнафтохиноновый фрагмент с переменной по числу звеньев алифатической боковой цепью в положении 3 Филлохинон (также именуемый витамином K1) содержит 4 изопреноидных звена, одно из которых является ненасыщенным.

В природе найдены только два витамина группы К: выделенный из люцерны витамин K1 и выделенный из гниющей рыбной муки K2. Кроме природных витаминов К, в настоящее время известен ряд производных нафтохинона, обладающих антигеморрагическим действием, которые получены синтетическим путем. К их числу относятся следующие соединения: витамин К3 (2-метил-1,4-нафтохинон), витамин К4 (2-метил-1,4-нафтогидрохинон), витамин К5(2-метил-4-амино-1-нафтогидрохинон), витамин К6 (2-метил-1,4-диаминонафтохинон), витамин К7 (3-метил-4-амино-1-нафтогидрохинон).

Физиология

Витамин K участвует в карбоксилировании остатков глутаминовой кислоты в полипептидных цепях некоторых белков. В результате такого ферментативного процесса происходит превращение остатков глутаминовой кислоты в остатки гамма-карбоксилглутаминовой кислоты (сокращенно Gla-радикалы). Остатки гамма-карбоксилглутаминовой кислоты (Gla-радикалы), благодаря двум свободным карбоксильным группам, участвуют в связывании кальция. Gla-радикалы играют важную роль в биологической активности всех известных Gla-белков.

В настоящее время обнаружены 14 человеческих Gla-белков, играющих ключевые роли в регулировании следующих физиологических процессов:

свёртывание крови (протромбин (фактор II), факторы VII, IX, X, белок C, белок S и белок Z).

метаболизм костей (остеокальцин, также названный Gla-белком кости, и матрицей gla белка (MGP)).

сосудистая биология.

Некоторые бактерии, такие как кишечная палочка, найденная в толстом кишечнике, способны синтезировать витамин K2 , но не витамин K1.)

В этих бактериях витамин K2 служит переносчиком электронов в процессе, называемым анаэробным дыханием. Например, такие молекулы, как лактаты, формиаты или NADH, являющиеся донорами электронов, с помощью фермента передают два электрона K2. Витамин K2 в свою очередь передает эти электроны молекулам -- акцепторам электронов, таким как фумараты или нитраты, которые, соответственно, восстанавливаются до сукцинатов или нитритов. В результате таких реакций синтезируется клеточный источник энергии АТФ, подобно тому, как он синтезируется в эукариотических клетках с аэробным дыханием. Кишечная палочка способна осуществлять как аэробное, так и анаэробное дыхание, в котором участвуют интермедиаты менахиноны.

Роль в возникновении заболеваний

Дефицит витамина К может развиваться из-за нарушения усвоения пищи в кишечнике (такие как закупорка желчного протока), из-за терапевтического или случайного всасывания антагонистов витамина K, или, очень редко, дефицитом витамина К в рационе. В результате приобретенного дефицита витамина К Gla-радикалы формируются не полностью, вследствие чего Gla-белки не в полной мере выполняют свои функции. Вышеописанные факторы могут привести к следующему: обильные внутренние кровоизлияния, окостенение хрящей, серьёзная деформация развивающихся костей или отложения солей на стенках артериальных сосудов.

В то же время переизбыток витамина К способствует увеличению тромбоцитов, увеличению вязкости крови, и как следствие крайне нежелательно употребление продуктов богатых витамином К для больных варикозом, тромбофлебитом, некоторыми видами мигреней, людям с повышенным уровнем холестерина (так как формирование тромбов начинается с утолщения артериальной стенки вследствие формирования холестериновой бляшки).

7. Гормоны поджелудочной железы. Их химическая природа и влияние на обмен веществ

Функции поджелудочной железы: экзокринная; эндокринная.

Экзокринная функция заключается в синтезе и секреции пищеварительных ферментов. Эндокринную функцию выполняют клетки островковой части поджелудочной железы, которые подразделяются на 4 типа:

- В-клетки. В них синтезируется гормон инсулин.

- А-клетки ответственны за синтез глюкагона.

- В D-клетках образуется соматостатин.

- F-клетки секретируют панкреатический полипептид.

Инсулин - полипептид, содержащий 51 аминокислотный остаток. Состоит из двух полипептидных цепей, которые соединены между собой двумя дисульфидными мостиками. Цепь А содержит 21 аминокислотный остаток, цепь В - 30 аминокислотных остатка.

Биосинтез инсулина

Исходным предшественником инсулина является препроинсулин, который в результате гидролиза превращается в проинсулин. Проинсулин представлен одной полипептидной цепью, состоящей из 86 аминокислотных остатков. Препроинсулин и проинсулин не обладают биологической активностью. Превращение неактивного проинсулина в активный инсулин происходит путем частичного протеолиза. В результате действия специфических протеаз образуется инсулин и С-пептид.

Клетками - мишенями для инсулина являются клетки печени, жировой и мышечной тканей.

Регуляция синтеза и секреции инсулина

Основным регулятором синтеза инсулина является глюкоза. Она стимулирует экспрессию гена инсулина, непосредственно взаимодействуя с определенными факторами транскрипции. Также глюкоза активирует секрецию инсулина, вызывая быстрое освобождение инсулина из секреторных гранул.

Процесс секреции инсулина кальций - зависимый и при дефиците ионов кальция секреция инсулина снижается даже в условиях высокой концентрации глюкозы. хромопротеин динуклеотид поджелудочный

Механизм действия инсулина

Инсулин связывается с рецепторами на поверхности клетки. Инсулиновый рецептор обладает тирозинкиназной активностью. При взаимодействии инсулина с рецептором происходит аутофосфорилирование рецептора по остаткам аминокислоты тирозина.

Далее сигнал передается на специальные белки - субстраты инсулинового рецептора. К ним относятся IRS - 1 (играет главную роль в ответной реакции клетки на инсулиновый сигнал), IRS - 2, белки семейства STAT.

Субстраты инсулинового рецептора соединяются с другими цитозольными белками. Это приводит к активации нескольких сигнальных путей (Ras - путь, фосфоинозитолкиназный путь). В результате чего изменяется активность и индуцируется синтез ключевых ферментов обмена веществ.

Метаболические эффекты инсулина

1. Влияние на обмена углеводов:

- Инсулин увеличивает транспорт глюкозы в клетках (прежде всего в клетки мышечной и жировой тканей). Транспорт глюкозы в клетки происходит при участии специальных белков - переносчиков глюкозы (ГЛЮТ). В отсутствие инсулина белки - переносчики глюкозы находятся в цитозольных везикулах. Под влиянием инсулина происходит перемещение везикул в мембрану клетки;

- Индукция синтеза глюкокиназы в клетках печени. Фермент катализирует реакцию образования глюкозо - 6 - фосфата из глюкозы;

- Усиление гликолиза за счет увеличения количества и активности ферментов катаболизма глюкозы;

- Усиление синтеза гликогена в результате активации гликогенсинтетазы;

- Снижение активности глюкозо - 6 - фосфатазы. В результате уменьшается образование свободной глюкозы;

- Угнетение глюконеогенеза;

- Стимуляция превращения глюкозы в жиры.

В результате уровень глюкозы в крови снижается.

2. Влияние на липидный обмен:

- Стимулирует синтез жиров;

- Тормозит липолиз.

3. Влияние на обмен белков:

- Увеличение транспорта аминокислот в клетки;

- Активация синтеза белка.

4. Стимулирует пролиферацию клеток, усиливая способность факторов роста активировать размножение клеток.

8. Химическое строение желчных кислот и их роль в переваривании и всасывании липидов

Из холестерина в печени образуются желчные кислоты . По химическому строению эти соединения близки к холестерину. Для желчных кислот характерно наличие укороченной разветвленной боковой цепи скарбоксильной группой на конце. Двойная связь в кольце В отсутствует, а кольца А и В сочленены в цис-положении. Стероидный кор содержит от одной до трех в-гидроксильных групп.

Желчные кислоты обеспечивают растворимость холестерина в желчи и способствуют перевариванию липидов(см. с. 265). В печени вначале образуются первичные желчные кислоты -- холевая и хенодезоксихолевая (антроподезоксихолевая). Дегидроксилирование этих соединений по С-7 микрофлорой кишечника приводит к образованию вторичных желчных кислот -- литохолевой и дезоксихолевой.

Наиболее мощное эмульгирующее действие на жиры оказывают соли желчных кислот, попадающие в двенадцатиперстную кишку с желчью в виде натриевыхсолей. Большая часть желчных кислот конъюгирована с глицином или таурином. По химической природе желчные кислоты являются производными холановой кислоты.

Желчные кислоты представляют собой основной конечный продукт метаболизма холестерина.

В желчи человека в основном содержатся холевая (3,7,12-триоксихола-новая), дезоксихолевая (3,12-диоксихолановая) и хенодезоксихолевая (3,7-диоксихолановая) кислоты (все гидроксильные группы имеют б-конфи-гурацию и поэтому обозначены пунктирной линией).

Кроме того, в желчи человека в малых количествах содержатся лито-холевая (3б-оксихолановая) кислота, а также аллохолевая и уреодезокси-холевая кислоты - стереоизомеры холевой и хенодезоксихолевой кислот.

Как отмечалось, желчные кислоты присутствуют в желчи в конъюгированной форме, т.е. в виде гликохолевой, гликодезоксихолевой, гликохенодезоксихолевой (около 2/3 - 4/5 всех желчных кислот) или таурохолевой, тауродезоксихолевой и таурохенодезоксихолевой (около 1/5 - 1/3 всех желчных кислот) кислот. Эти соединения иногда называют парными желчными кислотами, так как они состоят из двух компонентов - желчной кислоты иглицина или таурина. Соотношения между конъюгатами обоих видов могут меняться в зависимости от характера пищи: в случае преобладания в ней углеводов увеличивается относительное содержание глициновых конъюгатов, а при высокобелковой диете - тауриновых конъюгатов. Строение парных желчных кислот может быть представлено в следующем виде.

Считают, что только комбинация соль желчной кислоты + ненасыщенная жирная кислота + моноглицерид придает необходимую степень эмульгирования жира. Соли желчных кислот резко уменьшают поверхностное натяжение на поверхности раздела жир/вода, благодаря чему они не только облегчают эмульгирование, но и стабилизируют уже образовавшуюся эмульсию.

Известно, что основная масса пищевых глицеридов подвергается расщеплению в верхних отделах тонкой кишки при действии липазы панкреатического сока. Этот фермент был впервые обнаружен известным французским физиологом С. Bernard в середине прошлого века.

Панкреатическая липаза (КФ 3.1.1.3) является гликопротеидом, имеющим мол. массу 48000 (у человека) и оптимум рН 8-9. Данный фермент расщепляет триглицериды, находящиеся в эмульгированном состоянии (действие фермента на растворенные субстраты значительно слабее). Как и другие пищеварительныеферменты (пепсин, трипсин, химотрипсин), панкреатическая липаза поступает в верхний отдел тонкой кишки в виде неактивной пролипазы.

Превращение пролипазы в активную липазу происходит при участии желчных кислот и еще одного белкапанкреатического сока - колипазы (мол. масса 10000). Последняя присоединяется к пролипазе в молекулярном соотношении 2:1. Это приводит к тому, что липаза становится активной и устойчивой к действию трипсина.

Установлено, что основными продуктами расщепления триглицеридов при действии панкреатической липазыявляются в(2)-моноглицерид и жирные кислоты. Фермент катализирует гидролиз эфирных связей в б(1), б'(3)-положениях, в результате чего и образуются в(2)-моноглицерид и две частицы (молекулы) жирной кислоты. На скорость катализируемого липазой гидролиза триглицеридов не оказывает существенного влияния ни степень ненасыщенности жирных кислот, ни длина ее цепи (от С12 до С18).

Гидролиз триглицеридов при участии панкреатической липазы можно изобразить в виде следующей схемы:

В панкреатическом соке наряду с липазой содержится моноглицеридная изомераза - фермент, катализирующий внутримолекулярный перенос ацила из в(2)-положения моноглицерида в б(1)-положение. В процессе переваривания пищевых жиров при участии этого фермента примерно треть в-моноглицерида превращается в б-моноглицерид. Поскольку эфирная связь в б-положении чувствительна к действию панкреатической липазы, последняя расщепляет большую часть б-моноглицеридов до конечных продуктов -глицерина и жирной кислоты. Меньшая часть б-моноглице-ридов успевает всосаться в стенку тонкой кишки, минуя воздействие липазы.

Всасывание триглицеридов и продуктов их расщепления. Всасывание происходит в проксимальной части тонкой кишки. Тонкоэмульгированные жиры (величина жировых капель эмульсии не должна превышать 0,5 мкм) частично могут всасываться через стенки кишечника без предварительного гидролиза. Основная частьжира всасывается лишь после расщепления его панкреатической липазой на жирные кислоты, моноглицериды и глицерин. Жирные кислоты с короткой углеродной цепью (менее 10 атомов углерода) и глицерин, будучи хорошо растворимыми в воде, свободно всасываются в кишечнике и поступают в кровь воротной вены, оттуда в печень, минуя какие-либо превращения в кишечной стенке.

Более сложно происходит всасывание жирных кислот с длинной углеродной цепью и моноглицеридов. Этот процесс осуществляется при участии желчи и главным образом желчных кислот, входящих в ее состав. Вжелчи соли желчных кислот, фосфолипиды и холестерин содержатся в соотношении 12,5:2,5:1,0. Жирные кислоты с длинной цепью и моноглицериды в просвете кишечника образуют с этими соединениями устойчивые в водной среде мицеллы. Структура мицелл такова, что их гидрофобное ядро (жирные кислоты, моноглицериды и др.) оказывается окруженным снаружи гидрофильной оболочкой из желчных кислот ифосфолипидов. Мицеллы примерно в 100 раз меньше самых мелких эмульгированных жировых капель. В составе мицелл высшие жирные кислоты и моноглицериды переносятся от места гидролиза жиров к всасывающей поверхности кишечного эпителия. Относительно механизма всасывания жировых мицеллединого мнения нет. Одни исследователи считают, что в результате так называемой мицеллярной диффузии, а возможно, и пиноцитоза мицеллы целиком проникают в эпителиальные клетки ворсинок, где происходит распад жировых мицелл. При этом желчные кислоты сразу поступают в ток крови и через систему воротной вены попадают сначала в печень, а оттуда вновь в желчь. Другие исследователи допускают возможность перехода в клетки ворсинок только липидного компонента жировых мицелл. Соли желчных кислот, выполнив свою физиологическую роль, остаются в просвете кишечника; позже основная масса их всасывается в кровь (в подвздошной кишке), попадает в печень и затем выделяется с желчью. Таким образом, все исследователи признают, что происходит постоянная циркуляция желчных кислот между печенью и кишечником. Этот процесс получил название печеночно-кишечной (гепатоэнтеральной) циркуляции.

С помощью метода меченых атомов было показано, что в желчи содержится лишь небольшая часть желчных кислот (10-15% от общего количества), вновь синтезированных печенью. Таким образом, основная массажелчных кислот (85-90%) - это желчные кислоты, реабсорбирован-ные в кишечнике и повторно секретируемые в составе желчи. Установлено, что у человека общий пул желчных кислот составляет примерно 2,8-3,5 г, при этом они совершают 6-8 оборотов в сутки.

9. Механизмы регуляции содержания глюкозы в крови. Явления гипо- и гипергликемии

За поддержание оптимального уровня сахара крови в организме отвечают определенные гормоны, а также ряд биологически активных веществ, причем одни из них увеличивают уровень глюкозы крови, а другие -- снижают. Наиболее известный гормон, регулирующий углеводный обмен, разумеется, инсулин. Он вырабатывается в островковых клетках поджелудочной железы. Инсулин представляет собой молекулу белка, которую также как и сложные сахара, можно сравнить с длинными, закрученными бусами, только в данном случае в роли бусины выступает уже не глюкоза, а аминокислота. Вот почему инсулин нельзя принимать в виде таблеток -- в желудочно-кишечном тракте белковая молекула расщепится (просто переварится) и не окажет необходимого действия. В процессе синтеза этого гормона в клетках поджелудочной железы исходная молекула подвергается различным изменениям. На одном из этапов «бусы» укорачиваются -- от них отрезается определенный участок, называемый С-пептидом, который поступает в кровь в тех же количествах, что и инсулин.

Эту особенность нередко используют в диагностических целях: определяют уровень С-пептида для количественной оценки концентрации инсулина. В качестве стимуляторов секреции инсулина поджелудочной железой выступают глюкоза крови, а также аминокислоты, которые образуются при переваривании и всасывании белков. Что касается так называемых контринсулярных гормонов, действие которых противоположно эффектам инсулина, то к ним относят глюкагон (синтезируется в поджелудочной железе), гормоны надпочечников (кортизол и адреналин) и щитовидной железы.

Гипогликемия («гипо» -- мало; «глик» -- сахар) развивается при резком снижении уровня сахара крови ниже 3,9 ммоль/л и требует принятия быстрых мер, чтобы предупредить наступление гипогликемической комы -- опасного для жизни состояния. Чем продолжительнее гипогликемия, тем сильнее страдают жизненно важные органы, особенно головной мозг.

Основные причины пониженного сахара крови -- это:

передозировка инсулина или сахароснижающих препаратов;

общий дефицит углеводов в рационе питания;

опоздание или пропущенный приём пищи;

физическая нагрузка;

употребление алкоголя.

Гипогликемия чаще развивается у пациентов, находящихся на инсулинотерапии, однако она возможна и у тех, кто получает сахароснижающие таблетки, если принять их больше назначенной дозы. Поэтому при пропущенном приёме лекарства никогда не принимайте в следующий раз двойное количество для восполнения общего числа таблеток, всегда используйте обычную ежедневную дозу.

Что происходит при гипогликемии?

Во-первых, информация о падении уровня глюкозы крови сразу поступает в головной мозг, который посылает сигналы о необходимости принимать экстренные меры. В это время происходит выброс гормонов (глюкагона, адреналина, кортизола), способствующих повышению уровня глюкозы крови, а также вырабатывается глюкоза из гликогена печени и мышц, что также содействует восстановлению уровня глюкозы.

Во-вторых, при гипогликемии, как мы уже отмечали, больше всего страдает головной мозг. Чем чаще и продолжительнее гипогликемии, тем серьёзнее могут быть последствия со стороны центральной нервной системы: нарушение памяти, ослабление внимания, снижение интеллекта и логического мышления.

В-третьих, в отличие от здоровых людей, у которых уровень глюкозы крови только в экстремальных условиях опускается ниже 3,9 ммоль/л и никогда не поднимается выше 7,8 ммоль/л, у пациентов с диабетом уровень глюкозы может резко снизиться и привести к развитию гипогликемической комы.

По степени тяжести гипогликемию можно разделить на лёгкую и тяжёлую.

Лёгкая гипогликемия -- это состояние, при котором пациент может помочь себе самостоятельно. Среди её симптомов -- появившееся неожиданно чувство голода; внезапная потливость, особенно волосистой части головы; дрожь, озноб; бледность; слабость, головокружение, нарушение зрения, «путаница» мыслей; покалывание, онемение губ и кончика языка.

Что делать при появлении симптомов лёгкой гипогликемии?

1. Измерьте уровень сахара крови.

2. Примите быстроусвояемые углеводы в количестве 1-2 ХЕ (15-30 г чистых углеводов); это могут быть 3-4 куска сахара или 5 таблеток глюкозы (по 3 г).

3. Через 15-20 минут повторите измерение сахара крови: если глюкоза крови остаётся менее 3,9 ммоль/л или сохраняются признаки гипогликемии, вновь примите 1 ХЕ (15 г) углеводов.

4. Если следующий приём пищи более чем через 1 час, перекусите дополнительно лёгкой пищей, содержащей углеводы и белки (например, крекер с сыром или кусочком мяса).

Тяжёлая гипогликемия -- это состояние, при котором пациенту требуется посторонняя помощь. Её основные симптомы -- нарушение координации движений; двоение в глазах; затруднение речи; заторможенное состояние; судороги; потеря сознания (кома).

Если гипогликемия тяжёлая, следует применить глюкагон.

Использование во время гипогликемии одноразового набора с глюкагоном может заменить необходимость приезда «Скорой помощи» и внутривенного введения 40%-ной глюкозы.

Повышение уровня сахара крови после введения глюкагона наступает через 10-15 минут, но также быстро и заканчивается, поэтому затем обязательно нужно съесть углеводсодержащие продукты: бутерброд или фрукт. Если через 15 минут после введения глюкагона сознание к пациенту не вернулось, то обязательно вызывайте «Скорую помощь».

Сведения о гипергликемии

Повышение уровня глюкозы крови более 10 ммоль/л относят к гипергликемии («гипер» -- много, избыток; «глик» -- сахар).

Гипергликемия может приводить к развитию кетоацидоза (отравлению организма вредными токсическими веществами -- кетоновыми телами). Такое состояние требует принятия срочных лечебных мероприятий. Сахар крови может повыситься на фоне следующих ситуаций:

недостаток или отсутствие инсулина или сахароснижающих таблеток;

переедание пищи, богатой углеводами;

перенесенная гипогликемия;

снижение физической активности;

малоподвижный образ жизни, стресс.

Что происходит при гипергликемии?

Во-первых, при постоянно повышенном уровне сахара крови, он не поступает в клетки органов и тканей и не обеспечивает их необходимой энергией, а в неизмененном виде выводится с мочой. В результате в организме нарушается привычный механизм поступления энергии к клеткам. Ведь глюкоза, как Вы уже знаете, -- это основной источник «питания» для организма. В такой ситуации клетки всё время недополучают необходимого «топлива» и голодают, человек испытывает слабость, появляются другие признаки некомпенсированного СД.

Во-вторых, чтобы выполнять свои функции, наши органы и ткани начинают «добывать» энергию альтернативным путем, извлекая её из жиров -- долговременных «энергетических депо». Поэтому при длительной декомпенсации диабета Вы можете похудеть. Но, в отличие от глюкозы, жир перерабатывается в энергию с образованием остаточных токсических продуктов -- кетоновых тел. При этом в анализе мочи будет положительная реакция на ацетон, а в выдыхаемом воздухе появится специфический запах «печёных фруктов» -- это признаки кетоацидоза, требующего немедленного обращения к врачу.

В-третьих, если вовремя не начать лечение, то накопление в кетоновых тел приведёт к отравлению организма, что может вызвать потерю сознания и развитие диабетической комы.

При СД 2 типа очень часто яркие симптомы гипергликемии отсутствуют, и Вы не испытываете резкого ухудшения самочувствия, как это бывает при СД 1 типа. Симптомы гипергликемии -- это жажда, учащённое мочеиспускание, сухость во рту, общая слабость, кожный зуд. Признаками кетоацидоза служат «фруктовый» запах изо рта; тошнота, рвота, жидкий стул; боли в животе, учащённые дыхание и сердцебиение, судороги, потеря сознания -- кома!!!

Что делать, если анализ мочи на кетоновые тела положительный?

Проанализировать причины и постараться их устранить;

увеличить потребление быстродействующих углеводов и объём потребляемой жидкости; если Вы получаете инсулин, то лучше начать вводить инсулин дробно;

увеличить частоту анализов на определение уровней глюкозы и кетоновых тел в крови и моче.

Вам необходимо связаться с врачом, если в двух последних тестах показатели сахара крови равны или превышают 13,8 ммоль/л, при соблюдении всех рекомендаций врача; если в 3-х последних анализах содержание сахара в моче превышает 2%; если в двух последних тестах реакция мочи на ацетон -- положительная.

Профилактика гипергликемии возможна при соблюдении следующих правил: контролируйте уровень глюкозы крови, а при необходимости -- и кетоновых тел в крови и моче; соблюдайте свой план питания и дозируйте физическую активность; корректируйте дозы инсулина при изменении своего режима и присоединении инфекции.

10. В чем принципиальное отличие:

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ - это синтез АТФ из аденозиндифосфата и неорганического фосфата, осуществляющийся в живых клетках, благодаря энергии, выделяющейся при окислении органических веществ в в процессе клеточного дыхания.

СУБСТРАТНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ - это синтез АТФ, не связанный с электрон-транспортной системой, при котором остаток фосфорной кислоты (Н2РО3) переносится на АДФ от высокоэнергетического (фосфорилированного) соединения. Для ряда анаэробов (осуществляющих брожение) является единственным способом получения энергии.

11. Ацетоновые (кетоновые) тела, синтез, биологическая роль

Кетомновые телам (синоним: ацетомновые тела, ацетомн [распространённый медицинский жаргонизм]) -- группа продуктов обмена веществ, которые образуются в печени из ацетил-КоА[2]:

ацетон (пропанон) [H3C--CO--CH3]

ацетоуксусная кислота (ацетоацетат) [H3C--CO--CH2--COOH]

бета-гидроксимасляная кислота (в-гидроксибутират) [H3C--CHOH--CH2--COOH]

Кетоновые тела синтезируются в печени из ацетил-КоА:

На первом этапе из двух молекул ацетил-КоА синтезируется ацетоацетил-КоА. Данная реакция катализируется ферментом ацетоацетил-КоА-тиолазой.

Ac--КоА + Ac--КоА > H3C--CO--CH2--CO--S--КоА

Затем под влиянием фермента гидроксиметилглутарил-КоА-синтазы присоединяется ещё одна молекула ацетил-КоА.

H3C--CO--CH2--CO--S--КоА + Ac--КоА > HOOC--CH2--COH(CH3)--CH2--CO--S--КоА

Образовавшийся в-гидрокси-в-метилглутарил-КоА (OMG-KoA) способен под действием фермента гидроксиметилглутарил-КоА-лиазы расщепляться на ацетоуксусную кислоту (ацетоацетат) и ацетил-КоА.

HOOC--CH2--COH(CH3)--CH2--CO--S--КоА > H3C--CO--CH2--COOH + Ac--КоА

Ацетоуксусная кислота способна восстанавливаться при участии НАД-зависимой D-в-оксибутиратдегидрогеназы; при этом образуется D-в-оксимасляная кислота (D-в-оксибутират). Фермент специфичен по отношению к D-стереоизомеру и не действует на КоА-эфиры.

H3C--CO--CH2--COOH + NADH > H3C--CHOH--CH2--COOH

Ацетоуксусная кислота в процессе метаболизма способна окисляться до ацетона с выделением молекулы углекислого газа:

H3C--CO--CH2--COOH > CO2 + H3C--CO--CH3

Альтернативный путь

Существует второй путь синтеза кетоновых тел:

образовавшийся путём конденсации двух молекул ацетил-КоА ацетоацетил-КоА способен отщеплять Кофермент A с образованием свободной ацетоуксусной кислоты[3]. Процесс катализирует фермент ацетоацетил-КоА-гидролаза(деацилаза), однако данный путь не имеет существенного значения в синтезе ацетоуксусной кислоты, так как активность деацилазы в печени низкая.

H3C--CO--CH2--CO--S-КоА + H2O > H3C--CO--CH2--COOH + КоА-SH

Биологическая роль кетоновых тел

В плазме крови здорового человека кетоновые тела содержатся в весьма незначительных концентрациях. Однако при патологических состояниях (длительное голодание, тяжёлая физическая нагрузка, тяжёлая форма сахарного диабета) концентрация кетоновых тел может значительно повышаться и достигать 20 ммоль/л (кетонемия). Кетонемия (повышение концентрации кетоновых тел в крови) возникает при нарушении равновесия -- скорость синтеза кетоновых тел превышает скорость их утилизации периферическими тканями организма.

За последние десятилетия накопились сведения, указывающие на важное значение кетоновых тел в поддержании энергетического баланса. Кетоновые тела -- топливо для мышечной ткани, почек и действуют, вероятно, как часть регуляторного механизма с обратной связью, предотвращая излишнюю мобилизацию жирных кислот из жировых депо.[2] Во время голодания кетоновые тела являются одним из основных источников энергии для мозга.[4][5] Печень, синтезируя кетоновые тела, не способна использовать их в качестве энергетического материала (не располагает соответствующими ферментами).

В периферических тканях в-оксимасляная кислота окисляется до ацетоуксусной кислоты, которая активируется с образованием соответствующего КоА-эфира (ацетоацетил-КоА). Существует два ферментативных механизма активации:[2]

первый путь -- с использованием АТФ и HS-КоА, аналогичный пути активации жирных кислот:

H3C--CO--CH2--COOH (Ацетоуксусная кислота)

+ АТФ + HS-КоА Ацил-КоА-синтетаза > АМФ + ФФн

v

H3C--CO--CH2--CO--S-КоА (Ацетоацетил-КоА)

второй путь -- перенос Коэнзима А от сукцинил-КоА на ацетоуксусную кислоту:

HOOC--CH2--CH2--CO--S-КоА (Сукцинил-КоА) + H3C--CO--CH2--COOH (Ацетоуксусная кислота)

v^

HOOC--CH2--CH2--COOH (Сукцинат) + H3C--CO--CH2--CO--S-КоА (Ацетоацетил-КоА)

Образовавшийся в ходе этих реакций ацетоацетил-КоА в дальнейшем подвергается тиолитическому расщеплению в митохондриях с образованием двух молекул ацетил-КоА, которые, в свою очередь, являются сырьём для цикла Кребса (цикл трикарбоновых кислот), где окисляются до CO2 и H2O.

H3C--CO--CH2--CO--S-КоА (Ацетоацетил-КоА)

|

+ HS-КоА > H3C--CO--S-КоА

v

H3C--CO--S-КоА ( Ацетил-КоА)

Повышение содержания кетоновых тел в организме связано прежде всего с дефицитом углеводов в обеспечении организма энергией: перегрузка белками и жирами на фоне недостатка легкоперевариваемых углеводов в рационе, истощение, ожирение, нарушение эндокринной регуляции (сахарный диабет, тиреотоксикоз), отравления, травма черепа и т. д.

12. Пути превращения безазотистого остатка аминокислот

В ходе катаболизма аминокислот происходит отщепление аминогруппы и выделение аммиака. Другим продуктом дезаминирования аминокислот служит их безазотистый остаток в виде б-кетокислот. Катаболизм аминокислот происходит практически постоянно. За сутки в норме в организме человека распадается примерно 100 г аминокислот, и такое же количество должно поступать в составе белков пищи.

Большая часть безазотистых остатков аминокислот превращается в пируват либо непосредственно (Ала, Сер), либо в результате более сложного пути, превращаясь вначале в один из метаболитов ЦТК. Затем в реакциях цитратного цикла происходит образование оксалоацетата, который превращается в фосфоенолпируват. Из фосфоенолпирувата под действием пируваткиназы образуется пируват. Пируват подвергается окислительному декарбоксилированию и превращается в ацетил-КоА, который окисляется в ЦТК до СО₂ и Н₂О с выделением энергии. Такой путь проходят преимущественно аминокислоты пищи.

При недостатке глюкозы в организме фосфоенолпируват включается в глюконеогенез. Это происходит при голодании, длительной физической работу при сахарном диабете и других тяжёлых хронических заболеваниях, сопровождающихся распадом собственных белков организма. Скорость глюконеогенеза из аминокислот регулируется гормонами. Так, под действием глюкагона увеличивается активность регуляторных ферментов процесса, а кортизол индуцирует синтез ферментов глюконеогенеза в печени. Активация глюконеогенеза из аминокислот происходит и при преимущественно белковом питании.