ronl

Реферат: Основы биохимии

СОДЕРЖАНИЕ

Вопрос 10. Приведите примеры биологически активных пептидов.Какие функции они выполняют?

Вопрос 20. Как связана простетическая группа фосфопротеинов сбелковым компонентом. Показать ее на примере аминокислот серина и треонина

Вопрос 30. Энзинопатологии (фенилкетонурия, альбинизм иалкаптонурия)

Вопрос 40. Назвать коферментные формы витаминов биотина иВ12, указать в каких обменных процессах они участвуют

Вопрос 46. Напишите формулу сиаловой кислоты. Охарактеризуйте расположением гликопротеинов в биомембране. Какую функцию они выполняют?

Вопрос 50. Написать реакцию НАД-зависимого дгидрированиямалата в цикле КРЕБСА

Вопрос 52. Что такое окислительное фосфорелирование? Указатьучастки сопряжения окисления и фосфорелирования в цепях переноса электронов

Вопрос 64. Напишите фрагменты молекул клетчатки, крахмала.Укажите какой углевод не переваривается в ЖКТ человека и почему?

Вопрос 75. Написать в виде схемы реакции синтеза гликогена

Вопрос 84. Какие вещества необходимы для синтеза жирныхкислот на синтаве жирных кислот. Как связан процесс синтеза жирных кислот собменом углеводов?

Вопрос 88. Какими липопротеинами крови доставляются жиры изпечени и кишечника к жировым депо? Каков состав этих липопротеинов?

Вопрос 96. В состав пищи входили пептиды следующего состава:ала-сер-гли-дис -сен-лиз-три-вал-лей. Назовите ферменты и соответствующиесвязи, которые они расщепляют: а) в желудке, б) в просвете тонкой кишки,

в) в слизистой оболочке тонкой кишки

Вопрос 106. Декарбоксилирование аминокислот. Строениекофермента

декарбоксилаз. Биологическая роль образовавшихся соединений

Вопрос 108. Напишите орнитиновый цикл мочевинообразования.Укажите локализацию процесса

Вопрос 121. Через какие активные соединения клетки гормоныреализуют свое действие?.

Вопрос 126. Охарактеризуйте механизм действия адреналина иглюкагона на липидный обмен

Вопрос 130. Клинико-диагностическое значение определенияактивности амилазы сыворотки крови и мочи

Вопрос 133. Нарушение прямого и соотношения непрямого билирубинапри желтухах. Охарактеризуйте гемолитическую, паренсиматозную и обтурационную желтухи

Вопрос 134. С какими свойствами белков плазмы крови связанаих

способность регулировать объем крови и ее онкотическоедавление? Какая белковая фракция играет наиболее существенную роль вобеспечении этой функции?

Вопрос 143. Приведите схему строения антител. Обозначьте насхеме участки взаимодействия с антигеном

Список используемой литературы


Вопрос 10. Приведитепримеры биологически активных пептидов. Какие функции они выполняют?

 

Ответ. В последние годы значительноповысился интерес к структуре и функциям встречающихся в свободном состоянии в организменизкомолекулярных пептидов, выполняющих ряд специфических биологическихфункций. Короткие пептиды, содержащие до 10 аминокислот, принято называтьолигопептидами; в то же время полипептиды и белки считаются взаимозаменяемыми,хотя термином «полипептиды» чаще обозначают продукты с мол. м. менее 10000. Внекоторых биоактивных пептидах имеются необычные аминокислоты, не встречающиесяв природных белках, или производные обычных аминокислот (гормоны, антибиотики).Мнение о том, что пептиды могут играть роль промежуточных продуктов на путисинтеза белка, не подтвердилось, поскольку этот процесс во всех клетках у всехживых организмов осуществляется de novo матричным путем.

Природные пептиды,наделенные биологической активностью, в зависимости от характера действия ипроисхождения принято делить на 4 группы: 1) пептиды, обладающие гормональной активностью(вазопрессин, окси-тоцин, кортикотропин, глюкагон, кальцитонин, меланоцитстимулирующийгормон, рилизинг-факторы гипоталамуса и др.; 2) пептиды, принимающие участие впроцессе пищеварения (в частности, гастрин и секретин); 3) пептиды, источниккоторых – α2-глобулиновая фракция сыворотки крови (такие, как ангиотензин,брадикинин и каллидин); 4) нейропептиды.

В последнее времявыяснены некоторые закономерности синтеза физиологически активных пептидов избиологически инертных предшественников – белков в результате процесса,называемого посттрансляционной модификацией (постсинтетические превращениябелковой молекулы). Известно, например, что ангиотензины (представленныеоктапептидами), оказывающие выраженное сосудосуживающее действие, образуются изприсутствующего в сыворотке крови неактивного белка ангиотензиногена врезультате последовательного действия ряда протеолитических ферментов (ренина иособого фермента, участвующего в превращении неактивного ангиотензина I вактивный ангиотензин II).

/>

К группе вазоактивных(оказывающих влияние на тонус сосудов) пептидов относятся, кроме того, широкоприменяемые в медицинской практике брадикинин и каллидин.

Брадикинин представляетсобой нонапептид:

H–Apг–Про–Про–Гли–Фен–Сер–Про–Фен–Apг–ОН.

Каллидин представлендекапептидом, образующимся из неактивного плазменного белка кининогена, иотличается от брадикинина присутствием на N-конце еще одного аминокислотногоостатка (Лиз):

Н–Лиз–Арг–Про–Про–Гли–Фен–Сер–Про–Фен–Apг–ОН.

Совсем недавно изэкстрактов ткани предсердия (но не из желудочков сердца) человека и животныхбыли выделены биологически активные пептиды, регулирующие тонус сосудистойсистемы и электролитный обмен. Физиологический эффект их оказалсяпротивоположным влиянию системы ренин–ангиотензин–альдостерон. Он выражается всосудорасширяющем действии, усилении клубочковой фильтрации и стимуляциивыведения натрия и хлоридов за счет угнетения их реабсорбции в канальцах. Эти пептидыполучили название а триопептидов (от лат. atrio – предсердие). Они построены изразного числа аминокислот (от 23 до 100), но обязательным условием дляпроявления биологического эффекта является наличие в молекуле 17-членнойкольцевой структуры, образующейся за счет дисуль-фидной связи между остатками цистеина.

Внутриклеточнымпосредником действия атриопептидов оказался циклический гуанозинмонофосфат(цГМФ), синтез которого осуществляется в результате активирования мембранного ферментагуанилатциклазы; действие аденилатциклазы, напротив, тормозится под влияниематриопеп-тидов.

Во всех животных тканях ив некоторых растениях широко распространен низкомолекулярный трипептидглутатион, функции которого пока не выяснены достаточно полно, хотя он открытсравнительно давно. Глута-тион представляет собой атипичный трипептид (вкотором в образовании одной из пептидных связей участвует неα-карбоксильная, а γ-карбок-сильная группа глутамата) следующегостроения: γ-глутамил-цистеинил-глицин:

/>

Цистеин являетсясоставной частью глутатиона, поэтому последний может находиться ввосстановленной (SH) и в окисленной (S-S) формах (сокращенно обозначаются Г-SHи Г-S-S-Г), что, по-видимому, имеет отношение к биологической роли глутатиона ворганизме.

Интерес к природным пептидамв значительной степени обусловлен необычно высокой их биологической активностью.Они оказывают мощное фармакологическое действие на множество физиологическихфункций организма. В то же время были замечены низкая стабильность и быстрыйраспад их в организме при физиологических значениях рН среды. Все этоспособствовало развитию исследований как в области препаративного выделенияприродных пептидов из органов и тканей (включая получение биологически активныхпептидов из предшественников методами ограниченного протеолиза ряда хорошоизвестных гормонов), так и в области химического синтеза. Получение рядабиологически активных нейропепти-дов из гормонов гипофиза, в частности эндорфинови энкефалинов, наделенных мощным обезболивающим действием (путем связывания рецепторовопределенных клеток мозга), в сотни и тысячи раз превосходящим аналгезирующийэффект морфина.

Из ткани мозга выделентакже δ-пептид сна; ряд других нейропептидов принимает участие вбиохимических механизмах памяти, страха, обучения и т.д. Для повышениястабильности пептидов при введении в организм предприняты попытки химическогосинтеза пептидов, в которых один или несколько аминокислотных остатков L-рядазамещают остатками D-аминокислот. Подобная замена, не вызывая снижениябиоактивности, защищает пептид от воздействия протеиназ тканей, способствуяпролонгированию эффекта препарата.

Среди естественновстречающихся небольших пептидов следует указать на антибиотик грамицидин S,выделенный из Bacillus brevis и представляющий собой циклический декапептид:


/>

Как видно, в структуре грамицидинаS имеются 2 остатка орнитина (Орн), производные аминокислоты аргинина и 2остатка неприродных D-изомеров фенилаланина. Стрелки указывают направлениесинтеза от NН2-групп к СООН-группам каждого остатка, и вследствие цикличности грамицидинS не имеет конца.

Широкое применение,особенно в пищевой промышленности, в качестве заменителя сахара получилискусственный (генноинженерный синтез) ди-пептид, состоящий из L-изомеров аспарагиновойкислоты и метилового эфира фенилаланина, названный аспартамом:

/>

Аспартам в сотни разслаще сахара и легко распадается в организме на две свободные аминокислоты,абсолютно безвредные для организма; поэтому он рекомендован в качествезаменителя сахара больным диабетом. Это пример пептида, наделенного огромнымбиологическим эффектом.

Вопрос 20. Как связанапростетическая группа фосфопротеинов с белковым компонентом. Показать ее напримере аминокислот серина и треонина

 

Ответ. К белкам этого класса относятсяказеиноген молока, в котором содержание фосфорной кислоты достигает 1%;вителлин, вителлинин и фосвитин, выделенные из желтка куриного яйца;овальбумин, открытый в белке куриного яйца; ихтулин, содержащийся в икре рыб, идр. Большое количество фосфопротеинов содержится в клетках ЦНС. Фосфопротеинызанимают особое положение в биохимии фосфорсодержащих соединений не только врезультате своеобразия структурной организации, но и вследствие широкогодиапазона функций в метаболизме. Характерной особенностью структурыфосфопротеинов является то, что фосфорная кислота оказывается связаннойсложноэфирной связью с белковой молекулой через гидроксильные группыβ-оксиаминокислот, главным образом серина и в меньшей степени треонина. Наодну молекулу белка обычно приходится 2–4 остатка фосфата.

/>

Рис. 1. Ионный тип связимежду белками и фосфолипидами.

/>

Новые данныесвидетельствуют о том, что в клетках фосфопротеины синтезируются в результатепосттрансляционной модификации, подвергаясь фосфорилированию при участии протеинкиназ.Таким образом, уровень фосфопротеинов в клетке зависит в значительной степениот регулирующего действия ферментов, катализирующих фосфорилирование(протеин-киназы) и дефосфорилирование (протеинфосфатазы). Следует отметить, чтофосфопротеины содержат органически связанный, лабильный фосфат, абсолютнонеобходимый для выполнения клеткой ряда биологических функций. Кроме того, ониявляются ценным источником энергетического и пластического материала в процессеэмбриогенеза и дальнейшего постна-тального роста и развития организма.

Особо следует отметить,что некоторые ключевые ферменты, регулирующие процессы внутриклеточного обменавеществ, также существуют как в фосфорилированной, так и в дефосфорилированнойформе. Этим подчеркивается значение фосфорилирования–дефосфорилирования впроцессах химической модификации макромолекул, участвующих в интегральныхпроцессах метаболизма.

Вопрос 30.Энзинопатологии (фенилкетонурия, альбинизм и алкаптонурия)

 

Ответ. Фенилкетонурия,фенилпировиноградная олигофрения, наследственное заболевание из группы ферментопатий,в основе которого лежит аномалия аминокислотного обмена вследствие отсутствияили резкого снижения активности фермента фенилаланингидроксилазы. Описана в1934 норв. учёным А. Фёллингом (A. Foiling) (болезнь Фёллинга). Частотафенилкетонурии – 1 случай на 10–15 тыс. новорождённых; наследуется поаутосомно-рецессивному типу. При фенилкетонурии фенилаланингидроксилазасохраняет только около 5% активности, в связи с чем нарушается обменфенилаланина и вследствие этого – тирозина, триптофана и др., накапливаютсяпромежуточные продукты обмена – фенилэтиламин, фенилпировиноградная кислота идр. и возникает дефицит метаболитов, необходимых для нормальногофункционирования организма. В частности, вероятная причина умственныхрасстройств – дефицит медиаторов нервной системы (адреналина, норадреналина,серотонина и др.). Таким образом, при фенилкетонурии возникает комплексвзаимосвязанных метаболических расстройств, состоящий из первичного ферментногонарушения и обусловленных им др. нарушений обмена.

Фенилкетонурияпроявляется главным образом выраженной олигофренией (идиотией илиимбецильностью). Диагностируется в первые дни жизни ребёнка с помощьюэкспресс-методов – микробиологических или биохимических. Последние основаны наопределении пировиноградной кислоты в моче посредством индикаторов (пробаФёллинга). Лечение сводится главным образом к специальной диете (резкоеограничение продуктов, содержащих фенилаланин).

Альбинизм (albinismus) представляет собойврожденное отсутствие кожного пигмента. Этиология и патогенез изученынедостаточно. Известно, что в результате нарушения синтеза ферментовтирозиназы, дофаоксидазы прекращается образование меланина из тирозина,диоксифенилаланина. О сложности механизмов происхождения альбинизмасвидетельствуют нередко сопутствующие ему такие аномалии, как врожденнаяглухота, дефекты интеллекта, патология глаз и другие.

Выделяют тотальный,неполный и частичный альбинизм.

Тотальный альбинизмнаследуется аутосомно-рецессивно со средней частотой 1: 10000-20000.Предполагают, что носители мутантного гена составляют 1,5% среди всех нормальнопигментированных людей.

Депигментация кожи ипридатков наблюдается с рождения, сопровождается сухостью кожи, нарушениемпотоотделения, иногда гипо- или гипертрихозом, особенно на открытых участках. Убольных легко возникают солнечные ожоги, актинический хейлит. Онипредрасположены к развитию кератом, эпителиом, телеангиэктазий. Из-заотсутствия пигмента в тканях глаза зрачки кажутся красными. Характернымиявляются горизонтальный нистагм и выраженная светобоязнь. Часто наблюдаютсясходящееся косоглазие, снижение остроты зрения в результате нарушенийрефракции, катаракты, возможна микрофтальмия. Нередко наблюдаются бесплодие,иммунодефицит (отсюда частые инфекции), пороки развития, сокращениепродолжительности жизни, олигофрения.

Неполный альбинизм (син.:альбиноидизм), в отличие от предыдущей формы, наследуется аутосомно-доминантно,в некоторых случаях — рецессивно. Имеет место снижение активности тирозиназы,но не блокада ее синтеза. Наблюдается гипопигментация кожи, волос, радужки,иногда фотофобия. Других дефектов и аномалий не регистрируется.

Частичный альбинизм(син.: пиебалдизм) наследуется аутосомно-доминантно. Проявления выявляются прирождении. Характеризуется появлением участков ахромии на коже живота, лица,нижних конечностей, прядей седых волос. Депигментированные пятна неправильнойформы с резкими границами, на их поверхности имеются мелкие темно-коричневыепятнышки. Вокруг ахромичных пятен кожа может быть пигментированной. Пораженийдругих органов обычно не бывает. Частичный альбинизм является одним изпроявлений синдромов Чедиака-Хигаси, Клейна-Ваарденбурга, Титце, Менде,Хермански-Пудлака, Кросса-МакКьюзика-Брина.

Дифференциальный диагнозальбинизма проводят с витилиго, синдромами Клейна-Ваарденбурга, Алеззандрини,Фогта-Коянаги-Харады.

Алкаптонурия (alcaptomiria; алкаптон(гомогентизиновая кислота) + греч. uron моч ) — наследственная болезнь,обусловленная нарушением обмена тирозина вследствие пониженной активностифермента гомогентизиназы и накоплением в тканях организма гомотентизиновой кислоты;проявляется у взрослых пигментацией различных тканей, развитием артрозов, а удетей — лишь темным окрашиванием мочи и иногда ушной серы; наследуется поаутосомно-рецессивному типу.


Вопрос 40. Назватькоферментные формы витаминов биотина и В12, указать в каких обменных процессахони участвуют

 

Ответ. Биологическая роль. Биотинподробно изучен благодаря работам Ф. Линена. Известные к настоящему временибиотиновые ферменты (т.е. ферменты, содержащие в качестве кофермента биотин)катализируют два типа реакций:

1) реакции карбоксилирования(с участием СО2 или НСО3–), сопряженные с распадом АТФ

RH + HC03– + ATO<=>R-COOH +AflO+H3P04;

2) реакции транскарбоксилирования(протекающие без участия АТФ), при которых субстраты обмениваются карбоксильнойгруппой

R1-COOH + R2H<=> R1H + R2-COOH.

Получены доказательствадвустадийного механизма этих реакций с образованием промежуточного комплекса(карбоксибиотинилфермент).

К реакциям первого типаотносятся, например, ацетил-КоА- и пируват-карбоксилазные реакции:

C H 3– C O – S- K o A + CO2+ АТФ <=> H O O C – C H2– C O – K o A + АДФ + Pi.

Пируваткарбоксилазаявляется высокоспецифичным ферментом, катализирующим уникальную реакциюусвоения СО2 в организме животных. Сущность реакции сводится к пополнениюзапасов оксалоацетата (щаве-левоуксусная кислота) в лимоннокислом цикле (такназываемые «анаплеро-тические», «пополняющие» реакции), т.е. его синтезу из СО2и пирувата:

Пируват + CO2+ АТФ + H2O—> Оксалоацетат + АДФ + Pi+ 2H+

Реакция протекает в двестадии: на первой стадии, связанной с затратой энергии, СО2 подвергаетсяактивированию, т.е. ковалентному связыванию с биотином в активном центре фермента(Е-биотин):

/>

На второй стадии СО2 изкомплекса переносится на пируват с образованием оксалоацетата и освобождением фермента:

/>

Примером второго типареакций является метилмалонил-оксалоаце-тат-транскарбоксилазная реакция,катализирующая обратимое превращение пировиноградной и щавелевоуксусной кислот:

/>

Реакции карбоксилированияи транскарбоксилирования имеют важное значение в организме при синтезе высшихжирных кислот, белков, пури-новых нуклеотидов (соответственно нуклеиновыхкислот) и др.

Распространение вприроде и суточная потребность. Биотин содержится почти во всех продуктах животного ирастительного происхождения, главным образом в связанной форме. Богаты этим витаминомпечень, почки, молоко, желток яйца. В растительных продуктах (картофель, лук,томат, шпинат) биотин находится как в свободном, гак и в связанном состоянии.Для человека и животных важным источником является биотин, синтезируемыймикрофлорой кишечника. Суточная потребность взрослого человека в биотинеприблизительно 0,25 мг.

Биологическая роль. Выявлены ферментные системы, всоставе которых в качестве простетической группы участвуют не свободный витаминВ12, а так называемые В12-коферменты, или кобамидные коферменты. Последниеотличаются тем, что содержат 2 типа лигандов: метильную группу и5'-дезоксиаденозин. Соответственно различают метилкобаламин СН3-В12 идезоксиаденозилкобаламин. Превращение свободного витамина В12 в В12-коферменты,протекающее в несколько этапов, осуществляется в организме при участииспецифических ферментов в присутствии в качестве кофакторов ФАД,восстановленного НАД, АТФ и глутатиона. В частности, при образовании5-дезоксикобаламинового кофермента АТФ подвергается необычному распаду сотщеплением три-фосфатного остатка по аналогии еще с одной единственнойреакцией синтеза 5-аденозилметионина из метионина и АТФ. Впервые В12-коферментыбыли выделены Г. Баркером и сотр. в 1958 г. из микроорганизмов, позже былодоказано их существование в тканях животных.

Химические реакции, вкоторых витамин В12 принимает участие как кофермент, условно делят на 2 группыв соответствии с его химической природой. К первой группе относятся реакциитрансметилирования, в которых метилкобаламин выполняет роль промежуточногопереносчика метильной группы (реакции синтеза метионина и ацетата).

Синтез метионина требует,помимо гомоцистеина, наличия N5-метил-ТГФК и восстановленного ФАД и протекаетсогласно уравнению:

/>

Фермент, катализирующийэту реакцию, был открыт в печени человека и ряда животных, а также у микроорганизмов.Получены доказательства, что механизм реакции включает перенос метильной группыN5-СН3-ТГФК на активный центр фермента с образованием метил-В12-фермента ипоследующий перенос этой группы на гомоцистеин. Блокирование этой реакции,наблюдаемое при авитаминозе В12, приводит к накоплению N5-СН3-ТГФК исоответственно выключению из сферы химических реакций еще одного важного кофермента.

Вторая группа реакций приучастии В12-коферментов заключается во внутримолекулярном переносе водорода вреакциях изомеризации. Механизм этих реакций соответствует схеме:

/>

Видно, что протон водородадвижется (перемещается) между двумя соседними атомами углерода и необменивается с протонами воды. Предполагают, что сначала водород от субстратапереносится на 5-дезокси-кобаламин, а затем обратно на субстрат, меняяместоположение. Например, глутаматмутазная реакция (взаимопревращенияглутаминовой и β-метиласпарагиновой кислот), метилмалонилмутазная реакция(обратимое превращение метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА), глицерол- идиол-дегидратазные реакции, ферментативные реакции восстановлениярибо-нуклеотидов до дезоксирибонуклеотидов и др. В организме человека изуказанных процессов открыта только реакция изомеризации метил-малонил-КоА всукцинил-КоА.


/>

Следует подчеркнуть, чтореакция изомеризации метилмалонил-КоА требует наличия5'-дезоксиаденозилкобаламина в качестве кофермента, в то время как реакция метилированиянуждается в метилкобала-мине. Этими обстоятельствами могут быть объясненынекоторые биохимические симптомы недостаточности витамина В12, в частностиметил-малонилацидурия и гомоцистинурия. Кроме того, описаны болезни,обусловленные наследственными дефектами синтеза толькодезоксиаденозил-кобаламина или обоих В12-коферментов; в этих случаях даже 1000-кратнаядоза витамина В12 не оказывала лечебного эффекта. В настоящее времявысказывается предположение о более широком участии В12-коферментов вферментативных реакциях трансметилирования, дезаминирования (например,этаноламиддезаминазная реакция) и др. Предстоит, однако, приложить немалоусилий, чтобы выяснить молекулярные механизмы действия витамина В12 на процесс кроветворения.Положительный эффект при лечении пернициозной анемии полусырой печеньюобусловлен, как стало известно, наличием витамина В12, хотя следует указать,что большего лечебного эффекта можно добиться при одновременном введениивнутреннего фактора слизистой оболочки желудка.

Распространение вприроде и суточная потребность. Витамин В12 является единственным витамином, синтез которогоосуществляется исключительно микроорганизмами; ни растения, ни ткани животныхэтой способностью не наделены. Основные источники витамина В12 для человека –мясо, говяжья печень, почки, рыба, молоко, яйца. Главным местом накопления витаминаВ12 в организме человека является печень, в которой содержится до несколькихмиллиграммов витамина. В печень он поступает с животной пищей, в частности смясом, или синтезируется микрофлорой кишечника при условии доставки с пищей кобальта.Суточная потребность в витамине В12 для взрослого человека составляет около 3мкг (0,003 мг).

Вопрос 46. Напишитеформулу сиаловой кислоты. Охарактеризуйте расположением гликопротеинов вбиомембране. Какую функцию они выполняют?

 

Ответ. Гликопротеины – сложные белки,содержащие, помимо простого белка или пептида, группу гетероолигосахаридов. Внастоящее время их принято называть гликоконъюгатами. В состав гликоконъюгатавходит углеводный компонент (гликановая фракция), ковалентно связанный снеуглеводной частью (агликановая фракция), представленной белком, пептидом, аминокислотойили липидом.

Повышенный интерес кнауке об углеводах – гликобиологии – в настоящее время объясняется открытиемсущественной роли изменений структуры гликоконъюгатов в развитии такихболезней, как рак, иммунодефицит человека, ревматоидные артриты, астма и др.Оказалось, что нарушение реакции гликозилирования двух главных классовглико-конъюгатов (гликопротеинов и ганглиозидов) приводит или к накоплению предшественниковэтих веществ, или к синтезу «укороченных» сахарных цепей гликоконъюгатов. Болеетого, установлено, что во взаимодействии между некоторыми вирусами иклетками-мишенями главную роль играют углеводные компоненты. В частности, гликопротеинgp120 вируса иммунодефицита человека (содержит большой процент углевода) имеетвысокое сродство к гликопротеину CD4Т-лимфоцита. В этом взаимодействии,узнавании, являющемся высокоспецифичным, гликозилированные фрагменты, вероятнеевсего, играют важную патогенетическую роль. Известно также, что при ревматоидныхартритах часто синтезируются аномальные антитела (аномальные иммуноглобулины –все гликопротеины) с необычайно короткими сахарными цепями, что вызываетстимуляцию иммунной системы против самого организма. Из этих примеров видно,что, помимо гликобиологии, наступило время признания и таких наук, какгликопа-тология и гликотерапия.

Помимо гликопротеинов,различают также протеогликаны, состоящие из белка и гликозаминогликанов(прежнее название мукополиса-хариды); последние состоят из цепей сложных углеводов:аминосахаров, уроновых кислот, серной кислоты и отдельных моносахаридов.Типичными гликозаминогликанами являются гиалуроновая кислота, хондроитинсернаякислота и гепарин.

К типичным гликопротеинамотносят большинство белковых гормонов, секретируемые в жидкие среды организма вещества,мембранные сложные белки, все антитела (иммуноглобулины), белки плазмы крови, молока,овальбумин, интерфероны, факторы комплемента, группы крови, рецеп-торные белкии др. Из этого далеко не полного перечня гликопротеинов видно, что все онивыполняют специфические функции: обеспечивают клеточную адгезию, молекулярное иклеточное узнавание, антигенную активность опухолевых клеток, оказываютзащитное и гормональное, а также антивирусное действие.

Химический состав гликопротеиновболее или менее установлен, структура определена только у ряда из них. К полипептидуприсоединяются гетероолигосахаридные цепи, содержащие от 2 до 10, реже 15мономерных остатков гексоз (галактоза и манноза, реже глюкоза), пентоз(ксилоза, арабиноза) и конечный углевод, чаще всего представленныйN-ацетилга-лактозамином, L-фукозой или сиаловой кислотой; в отличие отпро-теогликанов гликопротеины не содержат уроновых кислот и серной кислоты.


/>

Типы связей междууглеводными компонентами и белками определены только у ряда гликопротеинов,аминокислотный состав и структура которых известны (иммуноглобулины, гормоны);они включают О-гликозидные связи (с ОН-группами серина, треонина и оксилизина),N-гликозидные связи (с амидными группами аспарагина, реже глутамина илиω-NH2-группами лизина и аргинина) и эфирные гликозидные связи сосвободными СООН-группами глутаминовой и аспарагиновой кислот.

Синтез гликопротеиновосуществляется в рибосомах эндоплазматиче-ского ретикулума (в цистронах), затемприсоединяются сахарные цепи (постсинтетическое гликозилирование), и далее белоктранспортируется до биомембран клетки и включается в состав мембранных белковили секре-тируется.

Углеводные компонентысоединены ковалентно с азотом аспарагина молекулы белка. Однако предварительноолигосахаридная часть соединяется с липидным переносчиком – долихолфосфатом(липид, содержащий от 15 до 20 изопреновых остатков) и переносится наполипептидную цепь в эндоплазматическом ретикулуме, при этом транспортеросвобождается:

/>

Долихолфосфат (n = 15-30)

Синтезированные гликопротеиныдалее переносятся в аппарат Гольджи, где осуществляются окончательноегликозилирование и сортировка по назначению.

Структура одного изнескольких гетероолигосахаридных остатков в молекуле гликопротеинов, вчастности иммуноглобулинов, может быть представлена в виде следующей схемы(использованы сокращения: Глю – глюкоза, NАцГлюА – N-ацетилглюкозамин; Гал – галактоза;Ман – манно-за; NАцНейр – N-ацетилнейраминовая кислота):

/>

Рассмотрим известные кнастоящему времени данные о синтезе, строении (структуре) и свойствах ряда гликопротеинов.

Интерфероны. Интерфероны – это ингибиторыразмножения многих типов вирусов. Открыто несколько типов интерферонов (α,β и γ), некоторые из них получены методами генетической инженерии.Это сравнительно небольшие сложные белки с мол. массой у разных видов животныхи человека от 25000 до 38000–40000). Они образуются в клетке в ответ навнедрение вирусной нуклеиновой кислоты, ограничивая вирусную агрессию(инфекцию). Известно также, что группа видоспецифических α-интерфе-роновсинтезируется макрофагами, в то время как γ-интерферон продуцируетсяТ-клетками и стимулируется интерлейкином-2. Показано также, чтоγ-интерферон в свою очередь повышает цитотоксическую активностьмакрофагов, Т-клеток и естественных клеток-киллеров. Интерфероны наделеныантипролиферативной активностью и считаются основными защитными белками нетолько против вирусной инфекции, но и при опухолевых поражениях.

Следует отметить, однако,что до сих пор не раскрыты молекулярные механизмы, при помощи которых интерферонытормозят размножение вирусов. Известно только, что интерфероны ингибируют биосинтезвсех белков (и хозяйских, и вирусных), вероятнее всего, на уровне процесса трансляции.Возможно, что интерферон индуцирует синтез особого белка-ингибитора, которыйзатем связывается с рибосомами и блокирует трансляцию, или интерферон переводитодин из активных эукариотических белковых факторов инициации в неактивныйфактор путем фосфорилиро-вания.

Иммуноглобулины. Иммуноглобулины, или антитела, такжеотносятся к классу гликопротеинов, выполняют защитную функцию, обезвреживаяпоступающие в организм чужеродные вещества – антигены любой химической природы.Синтезируются иммуноглобулины плазматическими клетками, образовавшимися из лимфоцитов.Учение об иммунитете оформилось в самостоятельную науку – иммунологию,изучающую структуру и функции антител вообще и иммуноглобулинов в частности. Мыпредставим современные сведения о некоторых физико-химических свойствах иструктуре иммуноглобулинов человека (табл. 2.4). Различают 5 классов иммуноглобулинов:IgG, IgM, IgA, IgD и IgE. Детально изучены структура и функция IgG.

/>

Разные классы иммуноглобулиновсильно различаются не только по молекулярной массе, но и по концентрации вкрови; имеются данные, что различаются они и по биологическим свойствам.

Подробно изученаструктура IgG. Он имеет Y-образную форму и тет-рамерное строение; состоит издвух идентичных легких L-цепей (от англ. light) и двух идентичных тяжелыхН-цепей (от англ. heavy) с мол. массой 23000–24000 и 50000–70000соответственно. Известно также, что каждая из этих цепей имеет 2 типа доменов –вариабельные (V) участки, состоящие из 108 аминокислотных остатков, иконстантные (С) участки, состоящие из 110 и 350 аминокислотных остатковсоответственно в L- и Н-цепях (рис. 2).

Из других гликопротеинов,выполняющих ряд важнейших биологических функций, следует отметить все белки плазмыкрови (за исключением альбуминов), трансферрин, церулоплазмин, гонадотропный ифолликуло-стимулирующие гормоны, некоторые ферменты, а также гликопротеины всоставе слюны (муцин), хрящевой и костной тканей и яичного белка (овомукоид).Углеводные компоненты, помимо информативной функции, значительно повышаютстабильность молекул, в состав которых они входят, к различного родахимическим, физическим воздействиям и предохраняют их от действия протеиназ,определяя тем самым биологическую роль гликопротеинов. Являясь составной частьюклеточной мембраны, гликопротеины участвуют, кроме того, в иммунологическихреакциях, ионном обмене, процессах межклеточной адгезии и т.д.

/>

Рис. 2. Структура IgGчеловека. Показаны легкие (L) и тяжелые (Н) цепи, дисульфидные связи ивариабельные V (красные) и константные С (светлые) участки.


Вопрос 50. Написатьреакцию НАД-зависимого дгидрирования малата в цикле КРЕБСА

 

Ответ. Цикл трикарбоновых кислот впервыебыл открыт английским биохимиком Г. Кребсом. Он первым постулировал значениеданного цикла для полного сгорания пирувата, главным источником которогоявляется гликолитическое превращение углеводов. В дальнейшем было показано, чтоцикл трикарбо-новых кислот является тем центром, в котором сходятся практическивсе метаболические пути. Таким образом, цикл Кребса – общий конечный путь окисленияацетильных групп (в виде ацетил-КоА), в которые превращается в процессе катаболизмабольшая часть органических молекул, играющих роль «клеточного топлива»: углеводов,жирных кислот и аминокислот.

Образовавшийся врезультате окислительного декарбоксилирования пирувата в митохондрияхацетил-КоА вступает в цикл Кребса. Данный цикл происходит в матриксе митохондрийи состоит из восьми последовательных реакций (рис. 3). Начинается цикл сприсоединения ацетил-КоА к оксалоацетату и образования лимонной кислоты(цитрата). Затем лимонная кислота (шестиуглеродное соединение) путем ряда дегидрирований(отнятие водорода) и двух декарбоксилирований (отщепление СО2) теряет двауглеродных атома и снова в цикле Кребса превращается в оксалоацетат (четырехуглеродноесоединение), т.е. в результате полного оборота цикла одна молекула ацетил-КоАсгорает до СО2 и Н2О, а молекула окса-лоацетата регенерируется. Рассмотрим всевосемь последовательных реакций (этапов) цикла Кребса.


/>

Рис. 3. Циклтрикарбоновых кислот (цикл Кребса).

Первая реакциякатализируется ферментом цит-рат-синтазой, при этом ацетильная группаацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом, в результате чего образуется лимоннаякислота:

/>

По-видимому, в даннойреакции в качестве промежуточного продукта образуется связанный с ферментомцитрил-КоА. Затем последний самопроизвольно и необратимо гидролизуется собразованием цитрата и HS-KoA.

В результате второй реакцииобразовавшаяся лимонная кислота подвергается дегидратированию с образованиемцис-аконитовой кислоты, которая, присоединяя молекулу воды, переходит визолимонную кислоту (изоцитрат). Катализирует эти обратимые реакциигидратации–дегидратации фермент аконитатгидратаза (аконитаза). В результатепроисходит взаимоперемещение Н и ОН в молекуле цитрата:

/>

Третья реакция,по-видимому, лимитирует скорость цикла Кребса. Изолимонная кислотадегидрируется в присутствии НАД-зависимой изо-цитратдегидрогеназы.

/>

В ходеизоцитратдегидрогеназной реакции изолимонная кислота одновременнодекарбоксилируется. НАД-зависимая изоцитратдегидрогеназа являетсяаллостерическим ферментом, которому в качестве специфического активаторанеобходим АДФ. Кроме того, фермент для проявления своей активности нуждается в ионахMg2+или Мn2+.

Во время четвертойреакции происходит окислительное декарбокси-лирование α-кетоглутаровойкислоты с образованием высокоэнергетического соединения сукцинил-КоА. Механизмэтой реакции сходен с таковым реакции окислительного декарбоксилированияпирувата до ацетил-КоА, α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс напоминаетпо своей структуре пируватдегидрогеназный комплекс. Как в одном, так и в другомслучае в реакции принимают участие 5 коферментов: ТПФ, амид липоевой кислоты,HS-KoA, ФАД и НАД+.

/>

Пятая реакциякатализируется ферментом сукцинил-КоА-синтета-зой. В ходе этой реакции сукцинил-КоАпри участии ГТФ и неорганического фосфата превращается в янтарную кислоту(сукцинат). Одновременно происходит образование высокоэргической фосфатнойсвязи ГТФ за счет высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА:

/>

В результате шестойреакции сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Окисление сукцинатакатализируется сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой с белком прочно(ковалентно) связан кофермент ФАД. В свою очередь сукцинатдегидрогеназа прочносвязана с внутренней ми-тохондриальной мембраной:


/>

Седьмая реакцияосуществляется под влиянием фермента фума-ратгидратазы (фумаразы).Образовавшаяся при этом фумаровая кислота гидратируется, продуктом реакцииявляется яблочная кислота (малат). Следует отметить, что фумаратгидратазаобладает стереоспецифичностью – в ходе реакции образуется L-яблочная кислота:

/>

Наконец, в ходе восьмойреакции цикла трикарбоновых кислот под влиянием митохондриальной НАД-зависимой малатдегидрогеназыпроисходит окисление L-малата в оксалоацетат:

/>

Как видно, за один оборотцикла, состоящего из восьми ферментативных реакций, происходит полное окисление(«сгорание») одной молекулы ацетил-КоА. Для непрерывной работы цикла необходимопостоянное поступление в систему ацетил-КоА, а коферменты (НАД+ и ФАД),перешедшие в восстановленное состояние, должны снова и снова окисляться. Это окислениеосуществляется в системе переносчиков электронов в дыхательной цепи (в цепидыхательных ферментов), локализованной в мембране митохондрий. ОбразовавшийсяФАДН2 прочно связан с СДГ, поэтому он передает атомы водорода через KoQ.Освобождающаяся в результате окисления ацетил-КоА энергия в значительной мересосредоточивается в макроэргических фосфатных связях АТФ. Из 4 пар атомов водорода3 пары переносят НАДН на систему транспорта электронов; при этом в расчете накаждую пару в системе биологического окисления образуется 3 молекулы АТФ (впроцессе сопряженного окислительного фосфорилирования), а всего, следовательно,9 молекул АТФ. Одна пара атомов от сукцинатдегидрогеназы-ФАДН2 попадает всистему транспорта электронов через KoQ, в результате образуется только 2 молекулыАТФ. В ходе цикла Кребса синтезируется также одна молекула ГТФ (субстратноефосфорилирование), что равносильно одной молекуле АТФ. Итак, при окисленииодной молекулы ацетил-КоА в цикле Кребса и системе окислительногофосфорилирования может образоваться 12 молекул АТФ.

Если подсчитать полныйэнергетический эффект гликолитического расщепления глюкозы и последующего окислениядвух образовавшихся молекул пирувата до СО2 и Н2О, то он окажется значительнобольшим.

Как отмечалось, одна молекулаНАДН (3 молекулы АТФ) образуется при окислительном декарбоксилировании пируватав ацетил-КоА. При расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулыпирувата, а при окислении их до 2 молекул ацетил-КоА и последующих 2 оборотов циклатрикарбоновых кислот синтезируется 30 молекул АТФ (следовательно, окисление молекулыпирувата до СО2 и Н2О дает 15 молекул АТФ). К этому количеству надо добавить 2 молекулыАТФ, образующиеся при аэробном гликолизе, и 6 молекул АТФ, синтезирующихся засчет окисления 2 молекул внемитохондриального НАДН, которые образуются при окислении2 молекул глицеральдегид-3-фосфата в дегидрогеназной реакции гликолиза.Следовательно, при расщеплении в тканях одной молекулы глюкозы по уравнениюС6Н12О6 + 6О2 —> 6СО2 + 6Н2О синтезируется 38 молекул АТФ. Несомненно, что вэнергетическом отношении полное расщепление глюкозы является более эффективнымпроцессом, чем анаэробный гликолиз.

Необходимо отметить, чтообразовавшиеся в процессе превращения глицеральдегид-3-фосфата 2 молекулы НАДНв дальнейшем при окислении могут давать не 6 молекул АТФ, а только 4. Дело втом, что сами молекулы внемитохондриального НАДН не способны проникать через мембранувнутрь митохондрий. Однако отдаваемые ими электроны могут включаться вмитохондриальную цепь биологического окисления с помощью так называемогоглицеролфосфатного челночного механизма (рис. 4).

/>

Рис. 4. Глицеролфосфатныйчелночный механизм. Объяснение в тексте.

Ци-топлазматический НАДНсначала реагирует с цитоплазматическим ди-гидроксиацетонфосфатом, образуяглицерол-3-фосфат. Реакция катализи-руется НАД-зависимой цитоплазматическойглицерол-3-фосфат-дегидроге-назой:

Дигидроксиацетонфосфат +НАДН + Н+ <=> Глицерол-3-фосфат + НАД+.

Образовавшийсяглицерол-3-фосфат легко проникает через митохонд-риальную мембрану. Внутри митохондриидругая (митохондриальная) глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа (флавиновый фермент)снова окисляет глицерол-3-фосфат до диоксиацетонфосфата:

Глицерол-3-фосфат + ФАД <=>Диоксиацетонфосфат + ФАДН2.

Восстановленныйфлавопротеин (фермент-ФАДН2) вводит на уровне KoQ приобретенные им электроны вцепь биологического окисления и сопряженного с ним окислительногофосфорилирования, а диоксиаце-тонфосфат выходит из митохондрий в цитоплазму иможет вновь взаимодействовать с цитоплазматическим НАДН + Н+. Таким образом, параэлектронов (из одной молекулы цитоплазматического НАДН + Н+), вводимая вдыхательную цепь с помощью глицеролфосфатного челночного механизма, дает не 3,а 2 АТФ.

/>

Рис. 5. Малат-аспартатнаячелночная система для переноса восстанавливающих эквивалентов от цитозольногоНАДН в митохондриальный матрикс. Объяснение в тексте.


В дальнейшем былопоказано, что с помощью данного челночного механизма лишь в скелетных мышцах имозге осуществляется перенос восстановленных эквивалентов от цитозольного НАДН+ Н+ в митохондрии.

В клетках печени, почек исердца действует более сложная малат-ас-партатная челночная система. Действиетакого челночного механизма становится возможным благодаря присутствию малатдегидрогеназыи ас-партатаминотрансферазы как в цитозоле, так и в митохондриях.

Установлено, что отцитозольного НАДН + Н+ восстановленные эквиваленты сначала при участии ферментамалатдегидрогеназы (рис. 5) переносятся на цитозольный оксалоацетат. Врезультате образуется малат, который с помощью системы, транспортирующей дикарбоновыекислоты, проходит через внутреннюю мембрану митохондрии в матрикс. Здесь малатокисляется в оксалоацетат, а матриксный НАД+ восстанавливается в НАДН + Н+,который может теперь передавать свои электроны в цепь дыхательных ферментов,локализованную на внутренней мембране митохондрии. В свою очередьобразовавшийся оксалоацетат в присутствии глутамата и фермента АсАТ вступает вреакцию трансаминирования. Образующиеся аспарат и α-кетоглутарат с помощьюспециальных транспортных систем способны проходить через мембрану митохондрий.

Транспортирование вцитозоле регенерирует оксалоацетат, что вызывает к действию следующий цикл. Вцелом процесс включает легкообратимые реакции, происходит без потребленияэнергии, «движущей силой» его является постоянное восстановление НАД+ вцитозоле гли-церальдегид-3-фосфатом, образующимся при катаболизме глюкозы.

Итак, если функционируетмалат-аспартатный механизм, то в результате полного окисления одной молекулы глюкозыможет образоваться не 36, а 38 молекул АТФ (табл. 10.1).


/>

В табл. 10.1 приведеныреакции, в которых происходит образование высокоэргических фосфатных связей входе катаболизма глюкозы, с указанием эффективности процесса в аэробных ианаэробных условиях.

Вопрос 52. Что такоеокислительное фосфорелирование? Указать участки сопряжения окисления ифосфорелирования в цепях переноса электронов

 

Ответ. Окислительное фосфорелирование — этосинтез АТФ из аденозиндифосфата и неорг. фосфата, осуществляющийся в живых клетках,благодаря энергии, выделяющейся при окислении орг. в-в в процессе клеточного дыхания.В общем виде О.ф. и его место в обмене в-в можно представить схемой:

/>

АН2-орг. в-ва, окисляемыев дыхат. цепи (т. наз. субстраты окисления, или дыхания), АДФ-аденозиндифосфат,Р-неорг. фосфат.

Поскольку АТФ необходимдля осуществления мн. процессов, требующих затраты энергии (биосинтез,совершение мех. работы, транспорт в-в и др.), О.ф. играет важнейшую роль вжизнедеятельности аэробных организмов. Образование АТФ в клетке происходиттакже благодаря др. процессам, напр. в ходе гликолиза и разл. типов брожения,протекающих без участия кислорода. Их вклад в синтез АТФ в условиях аэробного дыханиясоставляет незначит. часть от вклада О.ф. (ок. 5%).

/>

У животных, растений игрибов О.ф. протекает в спе-циализир. субклеточных структурах-митохондриях(рис. 1); у бактерий ферментные системы, осуществляющие этот процесс, находятсяв клеточной мембране.

Митохондрии окруженыбелково-фосфолипидной мембраной. Внутри митохондрий (в т. наз. матриксе) идетряд метаболич. процессов распада пищ. в-в, поставляющих субстраты окисления АН2для О.ф. Наиб. важные из этих процессов -трикарбоновых кислот цикл и т. наз./>-окисление жирных к-т (окислит. расщепление жирной к-ты собразованием ацетил-кофермента А и к-ты, содержащей на 2 атома С меньше, чемисходная; вновь образующаяся жирная к-та также может подвергаться />-окислению). Интермедиаты этих процессов подвергаются дегидрированию(окислению) при участии ферментов дегидрогеназ; затем электроны передаются вдыхат. цепь митохондрий-ансамбль окислит.-восстановит. ферментов, встроенных вовнутр. митохонд-риальную мембрану. Дыхат. цепь осуществляет многоступенчатыйэкзэргонич. перенос электронов (сопровождается уменьшением своб. энергии) от субстратовк кислороду, а высвобождающаяся энергия используется расположенным в той же мембранеферментом АТФ-синтетазой, для фос-форилирования АДФ до АТФ. В интактной(неповрежденной) митохондриальной мембране перенос электронов в дыхат. цепи и фосфорилированиетесно сопряжены между собой. Так, напр., выключение фосфорилирования поисчерпании АДФ либо неорг. фосфата сопровождается торможением дыхания (эффектдыхат. контроля). Большое число повреждающих митохондриальную мембранувоздействий нарушает сопряжение между окислением и фосфори-лированием, разрешаяидти переносу электронов и в отсутствие синтеза АТФ (эффект разобщения).

/>


Механизм О.ф. можнопредставить схемой: Перенос электронов (дыхание) />А ~ В/>АТФ А ~ В-высокоэнергетич. интермедиат. Предполагалось, что А ~В — хим. соед. с макроэргич. связью, напр. фосфорилир. фермент дыхат. цепи(хим. гипотеза сопряжения), или напряженная конформация к.-л. белка,участвующего в О.ф. (конформац. гипотеза сопряжения). Однако эти гипотезы неполучили эксперим. подтверждения. Наиб. признанием пользуется хемиосмотич.концепция сопряжения, предложенная в 1961 П. Митчеллом (за развитие этойконцепции в 1979 ему присуждена Нобелевская премия). Согласно этой теории,своб. энергия транспорта электронов в дыхат. цепи затрачивается на перенос из митохондрийчерез митохондриальную мембрану на ее наружную сторону ионов Н+ (рис. 2,процесс 1). В результате на мембране возникает разность электрич. потенциалов />и разность хим. активностей ионов Н+ />(внутри митохондрийрН выше, чем снаружи). В сумме эти компоненты дают трансмембранную разностьэлектрохим. потенциалов ионов водорода />между матриксом митохондрийи внеш. водной фазой, разделенными мембраной:

/>

где R-универсальная газоваяпостоянная, T-абс. т-ра, F- число Фарадея. Величина />обычно составляеток. 0,25 В, причем осн. часть (0,15-0,20 В) представлена электрич. составляющей/>. Энергия />, выделяющаяся придвижении протонов внутрь митохондрий по электрич. полю в сторону меньшей их концентрации(рис. 2, процесс 2), используется АТФ-синтетазой для синтеза АТФ. Т. обр.,схему О.ф., согласно этой концепции, можно представить в след. виде:

Перенос электронов(дыхание) />АТФ

Сопряжение окисления и фосфорилированиячерез/>позволяет объяснить, почему О.ф., в отличие от гликолитич.(«субстратного») фосфорилирования, протекающего в р-ре, возможно лишьв замкнутых мембранных структурах, а также почему все воздействия, снижающиеэлектрич. сопротивление и увеличивающие протонную проводимость мембраны,подавляют («разобщают») О.ф. Энергия />, помимо синтеза АТФ,может непосредственно использоваться клеткой для др. целей — транспорта метаболитов,движения (у бактерий), восстановления нико-тинамидных коферментов и др.

В дыхат. цепи имеетсянеск. участков, к-рые характеризуются значит. перепадом окислит.-восстановит.потенциала />и сопряжены с запасанием энергии (генерацией />). Такихучастков, наз. пунктами или точками сопряжения, обычно три: НАДН:убихинон-редуктазное звено (/>0,35-0,4 В),убихинол: цитохром-c-редуктазное звено (/>~ ~ 0,25 В) ицитохром-с-оксидазный комплекс (/>~ 0,6 В)-пунктысопряжения 1, 2 и 3 соотв. (рис. 3). Каждый из пунктов сопряжения дыхат. цепим.б. выделен из мембраны в виде индивидуального ферментного комплекса,обладающего окислит.-восстановит. активностью. Такой комплекс, встроенный вфосфолипидную мембрану, способен функционировать как протонный насос.

/>

Обычно для характеристикиэффективности О.ф. используют величины Н+/2е или q/2e, указывающие сколько протонов(либо электрич. зарядов) переносится через мембрану при транспорте пары электроновчерез данный участок дыхат. цепи, а также отношение Н+/АТФ, показывающее,сколько протонов нужно перенести снаружи внутрь митохондрий через АТФ-синтетазудля синтеза 1 молекулы АТФ. Величина q/2e составляет для пунктов сопряжения 1,2 и 3 соотв. 3-4, 2 и 4. Величина Н+/АТФ при синтезе АТФ внутри митохондрийравна 2; однако еще один Н+ может тратиться на вынос синтезированного АТФ4- изматрикса в цитоплазму переносчиком адениновых нуклеотидов в обмен на АДФ -3.Поэтому кажущаяся величина Н+ / АТФнаружн равна 3.

В организме О.ф.подавляется мн. токсичными в-вами, к-рые по месту их действия можно разделитьна три группы: 1) ингибиторы дыхат. цепи, или т. наз. дыхат. яды. 2) ИнгибиторыАТФ-синтетазы. Наиб. распространенные ингибиторы этого класса, употребляемые влаб. исследованиях, — антибиотик олигомицин и модификатор карбоксильных групп белкадициклогексилкарбодиимид. 3) Т. наз. разобщители О.ф. Они не подавляют ниперенос электронов, ни собственно фосфорилирование АДФ, но обладаютспособностью уменьшать величину />на мембране,благодаря чему нарушается энергетич. сопряжение между дыханием и синтезом АТФ.Разобщающее действие проявляет большое число соед. самой разнообразной хим.структуры. Классич. разобщители — в-ва, обладающие слабыми кислотными св-вами,способные проникать через мембрану как в ионизованной (депротонированной), таки в нейтральной (протонированной) формах. К таким в-вам относят, напр.,1-(2-дицианометилен)гидразино-4-трифтор-метоксибензол, иликарбонилцианид-n-трифторметокси-фенилгидразон, и 2,4-динитрофенол (соотв. ф-лыI и II; показаны протонир. и депротонир. формы).


/>

Двигаясь через мембрану вэлектрич. поле в ионизованной форме, разобщитель уменьшает/>;возвращаясь обратно в протонир. состоянии, разобщитель понижает />(рис. 4).Т. обр., такой «челночный» тип действия разобщителя приводит куменьшению/>

/>

Разобщающим действиемобладают также ионофоры (напр., грамицидин), повышающие электропроводность мембраныв результате образования ионных каналов или в-ва, разрушающие мембрану (напр.,детергенты).

О.ф. открыто В. А.Энгельгардтом в 1930 при работе с эритроцитами птиц. В 1939 В. А. Белицер и Е.Т. Цыбакова показали, что О.ф. сопряжено с переносом электронов в процессе дыхания;к такому же заключению несколько позднее пришел Г. М. Калькар.


Вопрос 64. Напишитефрагменты молекул клетчатки, крахмала. Укажите какой углевод не перевариваетсяв ЖКТ человека и почему?

 

Ответ. Крахмал и клетчатка являютсяприродными полимерами глюкозы. Крахмал — полимера-глюкозы, клетчатка — полимер--> глюкозы. Крахмал имеет как линейные цепи (амилоза), в которых связьмежду а-глюкозами -а, а—1, 4-0-гликозидная, так и разветвленные цепи(амилопектин) с дополнительными а, ос-1,6-а-гликозидными связями в местахветвления, n = 1000 до 6000.

/>

/>/>

Фрагмент молекулыкрахмала.  Фрагмент молекулы клетчатки.

М. крахмала до 1 млн. Д.

Клетчатка имеет тольколинейное строение. Этим объясняется, что целлюлоза (клетчатка) образует такиеволокнистые материалы, как хлопок, лен. Между параллельными макромолекуламиобразуются водородные связи, которые обусловливают высокую прочность этихволокон.

М. клетчатки до 20 млн.Д; n до 40.000.

В клетчатке1,4-B,B-гликозидные связи.

Углеводы служат важнейшимисточником энергии, обеспечивая детям старше года до 50-60% общей калорийностирациона. Способность углеводов служить высокоэффективным источником энергиилежит в основе их «сберегающего белок» действия.

При поступлении с пищейдостаточного количества углеводов аминокислоты лишь в незначительной степени используютсяв организме как энергетический материал и используются в основном для различныхпластических (строительных) нужд организма.

При этом углеводы играютведущую роль в процессах клеточной рецепции гормонов и других биологическиактивных соединений и межклеточном взаимодействии, имеющем существенноезначение для нормального хода процессов клеточного роста, дифференцировки ииммунитета.

Хотя углеводы непринадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться ворганизме из аминокислот и глицерина, их полное исключение из рациона ведет крезким нарушениям метаболических процессов (процессам, в ходе которых организмрасщепляет содержащиеся в продуктах питательные вещества, чтобы произвестиэнергию, необходимую для жизнедеятельности).

Самые важные из углеводов- сахароза, глюкоза, фруктоза, а также крахмал и гликоген, клетчатка. Онибыстро усваиваются («сгорают») в организме. Исключение составляетклетчатка (целлюлоза или растительные волокна), которой особенно много врастительной пище. Она практически не усваивается организмом, но имеет большоезначение: выступает в роли балласта и помогает пищеварению, механически очищаяслизистые оболочки желудка и кишечника.


Вопрос 75. Написать ввиде схемы реакции синтеза гликогена

 

Ответ. Прежде всего, глюкоза подвергается фосфорилированиюпри участии фермента гексокиназы, а в печени – и глюкокиназы. Далееглюкозо-6-фосфат под влиянием фермента фосфоглюкомутазы переходит вглюкозо-1-фос-фат:

/>

Образовавшийсяглюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена. На первойстадии синтеза глюкозо-1-фосфат вступает во взаимодействие с УТФ(уридинтрифосфат), образуя уридиндифосфатглю-козу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат.Данная реакция катализируется ферментом глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазой(УДФГ-пирофосфорила-за):

Глюкозо-1-фосфат + УТФ< = > УДФ-глюкоза + Пирофосфат.

Приводим структурнуюформулу УДФ-глюкозы:

/>


На второй стадии – стадииобразования гликогена – происходит перенос глюкозного остатка, входящего всостав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена («затравочное» количество).При этом образуется α-(1–>4)-связь между первым атомом углеродадобавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка глюкозы цепи.Эта реакция катализируется ферментом гликогенсинтазой. Необходимо еще разподчеркнуть, что реакция, катализируемая гликогенсинтазой, возможна только приусловии, что полисахаридная цепь уже содержит более 4 остатков D-глюкозы.

/>

Образующийся УДФ затемвновь фосфорилируется в УТФ за счет АТФ, и таким образом весь цикл превращенийглюкозо-1-фосфата начинается сначала.

В целом образованиеα-1,4-глюкозидной ветви («амилозной» ветви) гликогена можно представить ввиде следующей схемы:


/>

Установлено, чтогликогенсинтаза неспособна катализировать образование α-(1–>6)-связи,имеющейся в точках ветвления гликогена. Этот процесс катализирует специальный фермент,получивший название гли-когенветвящего фермента, илиамило-(1–>4)–>(1–>6)-трансглюкозидазы. Последний катализирует переносконцевого олигосахаридного фрагмента, состоящего из 6 или 7 остатков глюкозы, снередуцирующего конца одной из боковых цепей, насчитывающей не менее 11остатков, на 6-гидроксиль-ную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена.В результате образуется новая боковая цепь.

Ветвление повышает растворимостьгликогена. Кроме того, благодаря ветвлению создается большое количествоневосстанавливающих концевых остатков, которые являются местами действия гликогенфосфорилазыи гликогенсинтазы.

Таким образом, ветвлениеувеличивает скорость синтеза и расщепления гликогена.

Благодаря способности котложению гликогена (главным образом в печени и мышцах и в меньшей степени вдругих органах и тканях) создаются условия для накопления в норме некоторогорезерва углеводов. При повышении энерготрат в организме в результатевозбуждения ЦНС обычно происходят усиление распада гликогена и образование глюкозы.

Помимо непосредственнойпередачи нервных импульсов к эффекторным органам и тканям, при возбуждении ЦНС повышаютсяфункции ряда желез внутренней секреции (мозговое вещество надпочечников,щитовидная железа, гипофиз и др.), гормоны которых активируют распад гликогена,прежде всего в печени и мышцах.

Как отмечалось, эффект катехоламиновв значительной мере опосредован действием цАМФ, который активирует протеинкиназытканей. При участии последних происходит фосфорилирование ряда белков, в томчисле гликогенсинтазы и фосфорилазы b – ферментов, участвующих в обмене углеводов.Фосфорилированный фермент гликогенсинтаза сам по себе малоактивен или полностьюнеактивен, но в значительной мере активируется положительным модуляторомглюкозо-6-фосфатом, который увеличивает Vmaxфермента. Эта форма гликогенсинтазыназывается D-формой, или зависимой (dependent) формой, поскольку ее активностьзависит от глюкозо-6-фосфата. Дефосфорилированная форма гликоген-синтазы,называемая также I-формой, или независимой (independent) формой, активна и вотсутствие глюкозо-6-фосфата.

Таким образом, адреналиноказывает двойное действие на обмен углеводов: ингибирует синтез гликогена изУДФ-глюкозы, поскольку для проявления максимальной активности D-формыгликогенсинтазы нужны очень высокие концентрации глюкозо-6-фосфата, и ускоряетраспад гликогена, так как способствует образованию активной фосфорилазы а. Вцелом суммарный результат действия адреналина состоит в ускорении превращения гликогенав глюкозу.

Вопрос 84. Какиевещества необходимы для синтеза жирных кислот на синтаве жирных кислот. Каксвязан процесс синтеза жирных кислот с обменом углеводов?

 

Ответ. Из приведенной общей схемы (рис. 4)видно также, что имеются различные пути взаимопревращений жиров и углеводов.Практика откорма сельскохозяйственных животных давно подтвердила возможностьсинтеза жиров из углеводов пищи. С энергетической точки зрения, превращение углеводовв жиры следует рассматривать как накопление и депонирование энергии, хотясинтез жира сопровождается затратой энергии, которая вновь освобождается при окислениижиров в организме.

/>

Рис. 4. The «KrebsBicycle».

Глицерин, входящий всостав триацилглицеролов и фосфоглицеринов, может легко образоваться изпромежуточных метаболитов гликолиза, в частности из глицераль-дегид-3-фосфата.Следует, однако, подчеркнуть, что основным путем превращения углеводов в жирыявляется путь образования высших жирных кислот из ацетил-КоА, которыйобразуется при окислительном декар-боксилировании пирувата. Последняя реакцияпрактически необратима, поэтому образования углеводов из высших жирных кислотпочти не происходит. Таким образом, синтез углеводов из жиров в принципе можетпроисходить только из глицерина, хотя в обычных условиях реакция протекает вобратную сторону, т.е. в сторону синтеза жиров из глицерина, образующегося при окисленииуглеводов. Ацетил-КоА, образующийся в процессе обмена углеводов, жиров и ряда аминокислот,служит пусковым субстратом как для синтеза жирных кислот (а следовательно, и липидоввообще), так и для цикла трикарбоновых кислот. Для окисления ацетил-КоА в этомцикле требуется оксалоацетат, который является вторым ключевым субстратом в циклеКребса. Оксалоацетат может синтезироваться из пировиноградной кислоты и СО2благодаря реакции карбокси-лирования или образоваться из аспарагиновой кислотыв процессе транс-аминирования с α-кетоглутаратом. Две молекулы ацетил-КоА,конденсируясь, образуют ацетоуксусную кислоту (ацетоацетат), которая являетсяисточником других кетоновых тел в организме, в частности β-оксимаслянойкислоты (β-оксибутирата) и ацетона. Следует подчеркнуть, что ацетоуксуснаяи β-оксимасляная кислоты часто рассматриваются как транспортные формыактивной уксусной кислоты, доставляющие ее для окисления в цикле Кребса впериферических тканях. Эти же реакции конденсации двух молекул ацетил-КоАсоставляют начальные этапы синтеза холестерина, в свою очередь являющегося предшественникомгормонов стероидной природы, витамина D3, а также желчных кислот. Последние ввиде парных желчных кислот выполняют важную функцию эмульгаторов припереваривании липидов пищи в кишечнике, а также функцию транспортеров,способствуя всасыванию высших жирных кислот. Следует указать также наиспользование галактозы и частично глюкозы для биосинтеза цереброзидов и гликолипидов,выполняющих важные и специфические функции в деятельности ЦНС. В этом синтезеучаствуют не свободные моносахариды, а гексозамины (галактозамин и глюкозамин),биосинтез которых в свою очередь требует доставки амидного азота глутамина,интегрируя тем самым обмен углеводов, липидов и белков.

Вопрос 88. Какимилипопротеинами крови доставляются жиры из печени и кишечника к жировым депо?Каков состав этих липопротеинов?

 

Ответ. У человека основная массаβ-липопротеинов (липопротеины низкой плотности – ЛПНП) образуется в плазмекрови из ЛПОНП при действии липопротеинлипазы. В ходе этого процесса образуютсясначала промежуточные короткоживущие липопротеины (Пр.ЛП), а затем формируютсячастицы, обедненные триглицеридами и обогащенные холестерином, т.е. ЛПНП.

При высоком содержаниижирных кислот в плазме их поглощение печенью возрастает, усиливается синтезтриглицеридов, а также окисление жирных кислот, что может привести кповышенному образованию кетоновых тел.

Следует подчеркнуть, чтокетоновые тела образуются в печени в ходе так называемогоβ-гидрокси-β-метилглутарил-КоА пути. Однако существует мнение, чтоацетоацетил-КоА, являющийся исходным соединением при кетогенезе, можетобразоваться как непосредственно в ходе β-окисле-ния жирных кислот, так ив результате конденсации ацетил-КоА [Марри Р. и др., 1993]. Из печени кетоновыетела током крови доставляются в ткани и органы (мышцы, почки, мозг и др.), гдеони быстро окисляются при участии соответствующих ферментов, т.е. по сравнениюс другими тканями печень является исключением.

В печени происходитинтенсивный распад фосфолипидов, а также их синтез. Помимо глицерина и жирныхкислот, которые входят в состав нейтральных жиров, для синтеза фосфолипидовнеобходимы неорганические фосфаты и азотистые соединения, в частности холин,для синтеза фосфатидхолина. Неорганические фосфаты в печени имеются вдостаточном количестве. При недостаточном образовании или недостаточномпоступлении в печень холина синтез фосфолипидов из компонентов нейтрального жирастановится либо невозможным, либо резко снижается и нейтральный жироткладывается в печени. В этом случае говорят о жировой инфильтрации печени,которая может затем перейти в ее жировую дистрофию. Иными словами, синтез фосфолипидовлимитируется количеством азотистых оснований, т.е. для синтеза фосфоглицеридовнеобходим либо холин, либо соединения, которые могут являться донорамиметильных групп и участвовать в образовании холина (например, метионин). Такиесоединения получили название липотропных веществ. Отсюда становится ясным,почему при жировой инфильтрации печени весьма полезен творог, содержащий белок казеин,в составе которого имеется большое количество остатков аминокислоты метионина.

В последние годыдостигнут определенный прогресс в выяснении химической природы и структуры липопротеинов(ЛП). Этот класс сложных белков состоит из белка и простетической группы,представленной каким-либо липидом. В частности, в составе липопротеинов открытынейтральные жиры, свободные жирные кислоты, фосфолипиды, холестериды.Липопротеины широко распространены в природе: в растениях, тканях животных и у микроорганизмов– и выполняют разнообразные биологические функции. Они входят в состав клеточноймембраны и внутриклеточных биомембран ядра, митохондрий, микросом(структурированные липопро-теины), а также присутствуют в свободном состоянии(главным образом в плазме крови). К липопротеинам относятся, кроме того,тромбопластический белок ткани легких, липовителлин желтка куриного яйца,некоторые фосфолипиды молока и т.д. Установлено, что липопротеины участвуют вструктурной, комплексной организации миелиновых оболочек, нервной ткани, хлоропластов,фоторецепторной и электронно-транспортной систем, палочек и колбочек сетчатки идр.

Большинство ЛПсинтезируется в печени или в слизистой оболочке кишечника. Они содержатгидрофобное липидное ядро, окруженное полярными липидами и оболочкой из белков,получивших название апобелки. Различают 8 типов апобелков: апо-AI, АII, В, CI,СII, CIII, D и Е. Обычно ЛП содержат до 5% углеводов (глюкоза, галактоза,гексозамины, фукоза, сиаловая кислота), поэтому некоторые из них являются и гликопротеинами.

Липопротеины сывороткикрови подразделяют на отдельные классы в зависимости от электрофоретическойподвижности (с белками крови) и от плотности при ультрацентрифугировании.Различают ЛП низкой плотности (ЛПНП), очень низкой плотности (ЛПОНП), высокойплотности (ЛПВП), очень высокой плотности (ЛПОВП) и ЛП промежуточной плотности(ЛППП) (табл. 2.3).

Механизм связываниябелкового компонента с липидами. Имеются данные, что в образовании липопротеиновучаствуют нековалентные силы различной природы, определяемые наличием илиотсутствием у липидного компонента ионизированных групп атомов. Если вобразовании липопро-теина участвуют фосфолипиды, то между ними и белковой молекулойвозникает ионный тип связи (рис. 2.3).

Доказано такжесуществование гидрофобных взаимодействий между неполярными группами липидногокомпонента (например, радикалы жирных кислот) и белковой молекулы. Чаще в липопротеинахдействуют комбинированно разные нековалентные силы, способствуя образованию ввысшей степени упорядоченной двойной белково-липидной структуры биомембран.

/>

Вопрос 96. В составпищи входили пептиды следующего состава: ала-сер-гли-дис-сен-лиз-три-вал-лей.Назовите ферменты и соответствующие связи, которые они расщепляют: а) вжелудке, б) в просвете тонкой кишки, в) в слизистой оболочке тонкой кишки

 

Ответ. Строительный материал для мышц иэнергию, необходимую для жизнедеятельности, организм получает исключительно изпищи. Получение энергии из пищи — вершина эволюционного механизма потребленияэнергии. В процессе переваривания пища превращается в составные элементы,которые могут быть использованы организмом.

При высоких физических нагрузках потребность в пищевыхвеществах может быть настолько велика, что даже здоровый желудочно-кишечныйтракт не способен будет обеспечить организм достаточным количеством пластическогои энергетического материала. В связи с этим, возникает противоречие междупотребностью организма в пищевых веществах и способностью желудочно-кишечноготракта эту потребность удовлетворить.

Попробуем рассмотреть способы решения этой проблемы.

Для того, чтобы понять, каким образом лучше всего повыситьпереваривающую способность желудочно-кишечного тракта, необходимо сделатькраткий экскурс в физиологию.

В химических преобразованиях пищи самую важную роль играетсекреция пищеварительных желез. Она строго координирована. Пища, передвигаясьпо желудочно-кишечному тракту, подвергается поочередному воздействию различныхпищеварительных желез.

Понятие “пищеварение” неразрывно связано с понятиемпищеварительных ферментов. Пищеварительные ферменты – этоузкоспециализированная часть ферментов, основная задача которых — расщеплениесложных пищевых веществ в желудочно-кишечном тракте до более простых, которыеуже непосредственно усваиваются организмом.

Рассмотрим основные компоненты пищи:

Углеводы. Простые углеводы сахара (глюкоза, фруктоза)переваривания не требуют. Они благополучно всасываются в ротовой полости, 12-иперстной кишке и тонком кишечнике.

Сложные углеводы — крахмал и гликоген требуют переваривания(расщепления) до простых сахаров.

Частичное расщепление сложных углеводов начинается уже вротовой полости, т.к. слюна содержит амилазу — фермент, расщепляющий углеводы.Амилаза слюны L-амилаза, осуществляет лишь первыефазы распада крахмала или гликогена с образованием декстринов и мальтозы. Вжелудке действие слюнной L-амилазы прекращается из-за кислой реакции содержимого желудка (рН 1,5-2,5).Однако в более глубоких слоях пищевого комка, куда не сразу проникаетжелудочный сок, действие слюнной амилазы некоторое время продолжается ипроисходит расщепление полисахаридов с образованием декстринов и мальтозы.

Когда пища попадает в 12-и перстную кишку, там осуществляетсясамая важная фаза превращения крахмала (гликогена), рН возрастает донейтральной среды и L -амилазамаксимально активизируется. Крахмал и гликоген полностью распадаются домальтозы. В кишечнике мальтоза очень быстро распадается на 2 молекулы глюкозы,которые быстро всасываются.

Дисахариды.

Сахароза (простой сахар), попавшая в тонкий кишечник, поддействием фермента сахарозы быстро превращается в глюкозу и фруктозу.

Лактоза, молочный сахар, который содержится только в молоке,под действием фермента лактозы.

В конце концов, все углеводы пищи распадаются на составляющиеих моносахариды (преимущественно глюкоза, фруктоза и галактоза), которые всасываютсякишечной стенкой и затем попадают в кровь. Свыше 90% всосавшихся моносахаридов(главным образом глюкозы) через капилляры кишечных ворсинок попадают вкровеносную систему и с током крови доставляются прежде всего в печень. Впечени большая часть глюкозы превращается в гликоген, который откладывается впеченочных клетках.

Итак, теперь мы с вами знаем, что основными ферментами,расщепляющими углеводы, являются амилаза, сахароза и лактоза. Причем более 90%удельного веса занимает амилаза. поскольку большая часть потребляемых намиуглеводов являются сложными, то и амилаза соответственно — основнойпищеварительный фермент, расщепляющий углеводы (сложные).

Белки. Белки пищи не усваиваются организмом, они не будутрасщеплены в процессе переваривания пищи до стадии свободных аминокислот. Живойорганизм обладает способностью использовать вводимый с пищей белок только послеего полного гидролиза в желудочно-кишечном тракте до аминокислот, из которыхзатем в клетках организма строятся свойственные для данного вида специфическиебелки.

Процесс переваривания белков и является многоступенчатым.Ферменты, расщепляющие белки называются “протиолитическими”. Примерно 95-97%белков пищи (те, что подверглись расщеплению) всасываются в кровь в видесвободных аминокислот.

Ферментный аппарат желудочно-кишечного тракта расщепляетпептидные связи белковых молекул поэтапно, строго избирательно. Приотсоединении от белковой молекулы одной аминокислоты получается аминокислота ипептид. Затем от пептида отщепляется еще одна аминокислота, затем еще и еще. Итак до тех пор, пока вся молекула не будет расщеплена до аминокислот.

Основной протеолитический фермент желудка — пепсин. Пепсинрасщепляет крупные белковые молекулы до пептидов и аминокислот. Активен пепсинтолько в кислой среде, поэтому для его нормальной активности необходимоподдерживать определенный уровень кислотности желудочного сока. При некоторыхзаболеваниях желудка (гастрит и т.д.) кислотность желудочного сока значительноснижается.

В желудочном соке содержится также ренин. Этопротеолитический фермент, который вызывает створаживание молока. Молоко вжелудке человека должно сначала превращаться в кефир, а уж затем подвергатьсядальнейшему усвоению. При отсутствии ренина (считается, что он присутствует вжелудочном соке только до 10-13 летнего возраста) молоко не будет створоженным,проникает в толстый кишечник и там подвергается процессам гниения(лактаальбумины) и брожения (галактоза). Утешением служит тот факт, что у 70%взрослых людей функцию ренина берет на себя пепсин. 30% взрослых людей молоковсе-таки не переносит. Оно вызывает у них вздутие кишечника (брожениегалактозы) и послабление стула. Для таких людей предпочтительны кисломолочныепродукты, в которых молоко находится уже в створоженном виде.

В 12-и перстной кишке пептиды и белки подвергаются уже болеесильной “агрессии” протеолитичекими ферментами. Источником этих ферментовслужит внешнесекреторный аппарат поджелудочной железы. Итак, 12-и перстнаякишка содержит такие протеолитические ферменты, как трипсин, химотрипсин,коллагеназа, пептидаза, эластаза. А отличие от протеолитичеких ферментовжелудка, ферменты поджелудочной железы разрывают большую часть пептидных связейи превращают основную массу пептидов в аминокислоты.

В тонком кишечнике полностью завершается распад еще имеющихсяпептидов до аминокислот. Происходит всасывание основного количества аминокислотпутем пассивного транспорта. Всасывание путем пассивного транспорта означает,что чем больше аминокислот будет находиться в тонком кишечнике, тем больше ихвсосется в кровь.

Тонкий кишечник содержит большой набор различныхпищеварительных ферментов, которые объединяются под общим названием пептидазы.Здесь завершается в основном пищеварение белков.

Следы пищеварительных процессов можно отыскать еще и в толстомкишечнике, где под влиянием микрофлоры происходит частичный распадтрудноперевариваемых молекул. Однако этот механизм носит рудиментарный характери серьезного значения в общем процессе пищеварения не имеет.

Заканчивая рассказ о гидролизе белков, следует упомянуть, чтовсе основные процессы пищеварения протекают на поверхности слизистой оболочкикишечника (пристеночное пищеварение по А.М.Уголеву).

Жиры (липиды). Слюна не содержит ферментов, расщепляющихжиры. В полости рта жиры не подвергаются никаким изменениям. Желудок человекасодержит некоторое количество липазы. Липаза — фермент, расщепляющий жиры. Вжелудке человека, однако, липаза малоактивна из-за очень кислой желудочнойсреды. Только у грудных детей липаза расщепляет жиры грудного молока.

Расщепление жиров у взрослого человека происходит в основномв верхних отделах тонкого кишечника. Липаза не может воздействовать на жиры,если они не эмульгированы. Эмульгирование жиров происходит в 12-и перстнойкишке, сразу же, как только туда попадает содержимое желудка. Основноеэмульгирующее действие на жиры оказывают соли желчных кислот, которые попадаютв 12-и перстную кишку из желчного пузыря. Желчные же кислоты синтезируются впечени из холестерина. Желчные кислоты не только эмульгируют жиры, но и активизируютлипазу 12-и перстной кишки и кишечника. Эта липаза вырабатывается в основномвнешнесекреторным аппаратом поджелудочной железы. Причем поджелудочная железавырабатывает несколько видов липаз, которые расщепляют нейтральный мир наглицерин и свободные жирные кислоты.

Частично жиры в виде тонкой эмульсии могут всасываться втонком кишечнике в неизменном виде, однако основная часть жира всасывается лишьпосле того, как липаза поджелудочной железы расщепит его на жирные кислоты иглицерин. Жирные кислоты с короткой цепью всасываются легко. Жирные же кислотыс длинной цепью всасываются плохо. Для всасывания им приходится соединиться сжелчными кислотами, фосфолипидами и холестерином, образуя так называемыемицеллы — жировые шарики.

При необходимости ассимилировать большие, чем обычно,количества пищи и ликвидировать противоречие между потребностью организма впищевых вещевых и способностью желудочно-кишечного тракта обеспечить этупотребность, чаще всего используют ведение извне фармакологических препаратов,содержащих пищеварительные ферменты.


Вопрос 106.Декарбоксилирование аминокислот. Строение кофермента декарбоксилаз.Биологическая роль образовавшихся соединений

 

Ответ. Процесс отщепления карбоксильнойгруппы аминокислот в виде СО2 получил название декарбоксилирования. Несмотря наограниченный круг аминокислот и их производных, подвергающихсядекарбоксилированию в животных тканях, образующиеся продукты реакции –биогенные амины – оказывают сильное фармакологическое действие на множествофизиологических функций человека и животных. В животных тканях установлено декарбоксилированиеследующих аминокислот и их производных: тирозина, триптофана, 5-окситриптофана,валина, серина, гистидина, глу-таминовой и γ-оксиглутаминовой кислот,3,4-диоксифенилаланина, цис-теина, аргинина, орнитина, S-аденозилметионина иα-аминомалоновой кислоты. Помимо этого, у микроорганизмов и растенийоткрыто де-карбоксилирование ряда других аминокислот.

В живых организмахоткрыты 4 типа декарбоксилирования аминокислот:

1.α-Декарбоксилирование, характерное для тканей животных, при котором от аминокислототщепляется карбоксильная группа, стоящая по соседству с α-углеродным атомом.Продуктами реакции являются СО2 и биогенные амины:

/>

2.ω-Декарбоксилирование, свойственное микроорганизмам. Например, изаспарагиновой кислоты этим путем образуется α-аланин:

/>


3. Декарбоксилирование,связанное с реакцией трансаминирования:

/>

В этой реакции образуютсяальдегид и новая аминокислота, соответствующая исходной кетокислоте.

4. Декарбоксилирование,связанное с реакцией конденсации двух молекул:

/>

Эта реакция в тканяхживотных осуществляется при синтезе δ-амино-левулиновой кислоты из глицинаи сукцинил-КоА и при синтезе сфинголипидов, а также у растений при синтезе биотина.

Реакции декарбоксилированияв отличие от других процессов промежуточного обмена аминокислот являютсянеобратимыми. Они катализируются специфическими ферментами – декарбоксилазами аминокислот,отличающимися от декарбоксилаз α-кетокислот как белковым компонентом, таки природой кофермента. Декарбоксилазы аминокислот состоят из белковой части,обеспечивающей специфичность действия, и простетической группы, представленной пиридоксальфосфатом(ПФ), как и у трансаминаз.

Таким образом, в двухсовершенно различных процессах обмена аминокислот участвует один и тот же кофермент.Исключение составляют две декарбоксилазы: гистидиндекарбоксилаза Micrococcus иLactobacilus и аденозилметионин-декарбоксилаза Е. coli, содержащие вместо ПФостаток пировиноградной кислоты.

Механизм реакции декарбоксилированияаминокислот в соответствии с общей теорией пиридоксалевого катализа сводится кобразованию ПФ-субстратного комплекса, представленного, как и в реакциях трансаминирования,шиффовым основанием ПФ и аминокислоты:

/>

Образование подобногокомплекса в сочетании с некоторым оттягиванием электронов белковой частью молекулыфермента сопровождается лабилизацией одной из трех связей при α-углеродноматоме, благодаря чему аминокислота способна вступать в реакции трансаминирования(а), декарбоксилирования (b) и альдольного расщепления (с).

Далее представленыотдельные примеры декарбоксилирования аминокислот, в частности тех, продуктыреакции которых оказывают сильное фармакологическое действие. Одним из хорошоизученных ферментов является декарбоксилаза ароматических аминокислот. Она необладает строгой субстратной специфичностью и катализирует декарбок-силированиеL-изомеров триптофана, 5-окситриптофана и 3,4-диоксифе-нилаланина (ДОФА);продуктами реакций, помимо СО2, являются соответственно триптамин, серотонин идиоксифенилэтиламин (дофамин).


/>

Декарбоксилазаароматических аминокислот получена в чистом виде (мол. масса 112000), кофермент– ПФ. В больших количествах она содержится в надпочечниках и ЦНС, играет важнуюроль в регуляции содержания биогенных аминов. Образующийся из 5-окситриптофанасеротонин оказался высокоактивным биогенным амином сосудосуживающего действия. Серотонинрегулирует артериальное давление, температуру тела, дыхание, почечнуюфильтрацию и является медиатором нервных процессов в ЦНС. Некоторые авторысчитают серотонин причастным к развитию аллергии, демпинг-синдрома, токсикозабеременных, карциноидного синдрома и геморрагических диатезов.

Продукт декарбоксилазнойреакции дофамин является предшественником катехоламинов (норадреналина иадреналина). Источником ДОФА в организме является тирозин, который поддействием специфической гидроксилазы превращается в 3,4-диоксифенилаланин.Тиро-зин-3-монооксигеназа открыта в надпочечниках, ткани мозга и периферическойнервной системы. Простетической группой тирозин-моноокси-геназы, как идофамин-монооксигеназы (последняя катализирует превращение дофамина внорадреналин) является тетрагидробиоптерин, имеющий следующее строение:


/>

Физиологическая рольтирозин-3-монооксигеназы чрезвычайно велика, поскольку катализируемая этим ферментомреакция определяет скорость биосинтеза катехоламинов, регулирующих деятельностьсердечно-сосудистой системы. В медицинской практике широко используются ингибиторыдекарбоксилазы ароматических аминокислот, в частности α-метилдофа(альдомет), вызывающий снижение артериального давления.

В животных тканях свысокой скоростью протекает декарбоксилиро-вание гистидина под действиемспецифической декарбоксилазы.

/>

Гистамин оказываетширокий спектр биологического действия. По механизму действия на кровеносныесосуды он резко отличается от других биогенных аминов, так как обладаетсосудорасширяющим свойством. Большое количество гистамина образуется в областивоспаления, что имеет определенный биологический смысл. Вызывая расширениесосудов в очаге воспаления, гистамин тем самым ускоряет приток лейкоцитов,способствуя активации защитных сил организма. Кроме того, гистамин участвует в секрециисоляной кислоты в желудке, что широко используется в клинике при изучениисекреторной деятельности желудка (гистаминовая проба). Он имеет прямоеотношение к явлениям сенсибилизации и десенсибилизации. При повышеннойчувствительности к гистамину в клинике используют антигистаминные препараты(санорин, димедрол и др.), оказывающие влияние на рецепторы сосудов. Гистаминуприписывают также роль медиатора боли. Болевой синдром – сложный процесс,детали которого пока не выяснены, но участие в нем гистамина не подлежитсомнению.

В клинической практикешироко используется, кроме того, продукт α-декарбоксилирования глутаминовойкислоты – γ-аминомасляная кислота (ГАМК). Фермент, катализирующий этуреакцию (глутаматдекарбокси-лаза), является высокоспецифичным.

/>

Интерес к ГАМКобъясняется ее тормозящим действием на деятельность ЦНС. Больше всего ГАМК иглутаматдекарбоксилазы обнаружено в сером веществе коры большого мозга, в товремя как белое вещество мозга и периферическая нервная система их почти несодержат. Введение ГАМК в организм вызывает разлитой тормозной процесс в коре(центральное торможение) и у животных приводит к утрате условных рефлексов.ГАМК используется в клинике как лекарственное средство при некоторыхзаболеваниях ЦНС, связанных с резким возбуждением коры большого мозга. Так, приэпилепсии хороший эффект (резкое сокращение частоты эпилептических припадков)дает введение глутаминовой кислоты. Как оказалось, лечебный эффект обусловленне самой глутаминовой кислотой, а продуктом ее декарбоксилирования – ГАМК.

В животных тканях свысокой скоростью декарбоксилируются также два производных цистеина –цистеиновая и цистеинсульфиновая кислоты. В процессе этих специфическихферментативных реакций образуется таурин, который используется в организме длясинтеза парных желчных кислот.


/>

Следует указать еще надва недавно открытых в тканях животных фермента, катализирующих декарбоксилированиеорнитина и S-аденозил-метионина: орнитиндекарбоксилазу иаденозилметиониндекарбоксилазу.

/>

Значение этих реакций длятканей животных огромно, поскольку продукты реакций используются для синтеза полиаминов– спермидина и спермина.


/>

Полиамины, к которымотносят также диамин путресцин, играют важную роль в процессах клеточного ростаи дифференцировки, в регуляции синтеза ДНК, РНК и белка, стимулируя транскрипциюи трансляцию, хотя конкретный механизм участия их в указанных процессах невсегда ясен.

Таким образом, биогенные аминыявляются сильными фармакологически активными веществами, оказывающимиразностороннее влияние на физиологические функции организма. Некоторыебиогенные амины нашли широкое применение в качестве лекарственных препаратов.

Распад биогенных аминов.Накопление биогенных аминов может отрицательно сказываться на физиологическомстатусе и вызывать ряд существенных нарушений функций в организме. Однакоорганы и ткани, как и целостный организм, располагают специальными механизмамиобезвреживания биогенных аминов, которые в общем виде сводятся к окислительномудезаминированию этих аминов с образованием соответствующих альдегидов иосвобождением аммиака:

/>

Ферменты, катализирующиеэти реакции, получили название моноамин-и диаминоксидаз. Более подробно изученмеханизм окислительного дез-аминирования моноаминов. Этот ферментативныйпроцесс является необратимым и протекает в две стадии:

R-CH2-NH2+ Е-ФАД +H20-> R-CHO + NH3+ Е-ФАДН2 (1)

Е-ФАДН2 +02-> Е-ФАД +Н202 (2)

Первая (1), анаэробная,стадия характеризуется образованием альдегида, аммиака и восстановленного фермента.Последний в аэробной фазе окисляется молекулярным кислородом. Образовавшаясяперекись водорода далее распадается на воду и кислород. Моноаминоксидаза (МАО),ФАД-содержащий фермент, преимущественно локализуется в митохондриях, играетисключительно важную роль в организме, регулируя скорость биосинтеза и распадабиогенных аминов. Некоторые ингибиторы моно-аминоксидазы (ипраниазид, гармин,паргилин) используются при лечении гипертонической болезни, депрессивныхсостояний, шизофрении и др.

Вопрос 108. Напишитеорнитиновый цикл мочевинообразования. Укажите локализацию процесса

 

Ответ. Основным механизмом обезвреживания аммиакав организме является биосинтез мочевины. Последняя выводится с мочой в качествеглавного конечного продукта белкового, соответственно аминокислотного, обмена.На долю мочевины приходится до 80–85% от всего азота мочи. Основным и,возможно, единственным местом синтеза мочевины является печень. Впервые Г.Кребс и К. Гензеляйт в 1932 г. вывели уравнения реакций синтеза мочевины,которые представлены в виде цикла, получившего в литературе названиеорнитинового цикла мочевинообразования Кребса. Следует указать, что в биохимииэто была первая циклическая система метаболизма, описание которой почти на 5лет опеределило открытие Г. Кребсом другого метаболического процесса – циклатрикарбоновых кислот. Дальнейшие исследования в основном подтвердилициклический характер биосинтеза мочевины в печени. Благодаря исследованиям Г.Коена, С. Ратнер и сотр. были уточнены промежуточные этапы и ферментные системы,катализирующие образование мочевины.

Таким образом, весь циклмочевинообразования может быть представлен следующим образом. На первом этапесинтезируется макроэрги-ческое соединение карбамоилфосфат – метаболическиактивная форма аммиака, используемая в качестве исходного продукта для синтезапи-римидиновых нуклеотидов (соответственно ДНК и РНК) и аргинина(соответственно белка и мочевины):

/>

К настоящему времениоткрыты три разных пути синтеза карбамоил-фосфата de novo, катализируемые тремяразными ферментами. Первую необратимую реакцию катализирует регуляторный фермент– аммиакзави-симая карбамоилфосфатсинтетаза (КФ 6.3.4.16):

/>


Реакция требует затратыдвух молекул АТФ, открыта в митохондриях клеток печени и используетсяпреимущественно для синтеза аргинина и мочевины. В этой реакции в качествеактивного стимулирующего ал-лостерического эффектора действуетN-ацетилглутамат.

Вторую, такженеобратимую, реакцию катализирует глутаминзависимая карбамоилфосфатсинтетаза(КФ 6.3.5.5):

/>

Данная реакция открыта вцитозоле клеток животных и требует наличия ионов Mg2+. Следует указать, чтоблагодаря включению гидролитической стадии она используется преимущественно длясинтеза пиримидиновых нуклеотидов (см. далее). Фермент широко распространен в клеткахживотных.

Третью обратимую реакциюкатализирует карбаматкиназа (КФ 2.7.2.2):

/>

Реакция открыта у разных микроорганизмови, возможно, используется скорее для ресинтеза АТФ, чем для синтезакарбамоилфосфата.

На втором этапе цикламочевинообразования происходит конденсация карбамоилфосфата и орнитина собразованием цитруллина; реакцию катализирует орнитин-карбамоилтрансфераза (КФ2.1.3.3).

На следующей стадиицитруллин превращается в аргинин в результате двух последовательно протекающихреакций. Первая из них, энергозави-симая,– это конденсация цитруллина иаспарагиновой кислоты с образованием аргининосукцината (эту реакциюкатализирует аргининосукцинат-синтетаза). Аргининосукцинат распадается вследующей реакции на аргинин и фумарат при участии другого фермента –аргининосукцинатлиазы. На последнем этапе аргинин расщепляется на мочевину и орнитинпод действием аргиназы.

Необходимо подчеркнуть,что аргиназа содержится в печени тех животных, которые экскретируют с мочой мочевинукак основной и конечный продукт азотистого обмена. В печени птиц, например,аргиназа отсутствует, поскольку птицы вместо мочевины выделяют мочевую кислоту.Орни-тиновый цикл мочевинообразования с учетом новых данных представлен на рис.6.

Суммарная реакция синтезамочевины без учета всех промежуточных продуктов может быть представлена вследующем виде:

/>

Данная реакциясопровождается снижением свободной энергии (ΔG0 = –40 кДж), поэтомупроцесс всегда протекает в направлении синтеза мочевины. Следует указать, чтосинтез мочевины энергетически дорого обходится организму.

/>

Рис. 6. Орнитиновый циклсинтеза мочевины в печени.

На синтез одной молекулы мочевинытребуется затрата четырех высокоэнергетических фосфатных групп: две молекулы АТФрасходуются на синтез карбамоилфосфата и одна – на образование аргининоянтарнойкислоты, при этом АТФ расщепляется на АМФ и РРi, который при гидролизе такжеобразует две молекулы Рi.

Из приведенной схемыпроцесса мочевинообразования нетрудно видеть, что один из атомов азота мочевиныимеет своим источником свободный аммиак (через карбамоилфосфат); второй атом азотапоступает из ас-партата. Аммиак образуется главным образом в процессеглутаматде-гидрогеназной реакции. В процессе пополнения запасов аспартатаучаствуют три сопряженные реакции: сначала фумарат под действием фумаразыприсоединяет воду и превращается в малат, который окисляется при участии малатдегидрогеназыс образованием оксалоацетата; последний в реакции трансаминирования сглутаматом вновь образует аспартат.

Учитывая известныефактические данные о механизмах обезвреживания аммиака в организме, можносделать следующее заключение. Часть аммиака используется на биосинтез аминокислотпутем восстановительного аминирования α-кетокислот по механизму реакции трансаминирования.Аммиак связывается при биосинтезе глутамина и аспарагина. Некоторое количество аммиакавыводится с мочой в виде аммонийных солей. В форме креатинина, которыйобразуется из креатина и креатинфосфата, выделяется из организма значительнаячасть азота аминокислот. Наибольшее количество аммиака расходуется на синтез мочевины,которая выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белковогообмена в организме человека и животных. Подсчитано, что в состоянии азотистогоравновесия организм взрослого здорового человека потребляет и соответственновыделяет примерно 15 г азота в сутки; из экскретируемого с мочой количества азотана долю мочевины приходится около 85%, креатинина – около 5%, аммонийных солей– 3%, мочевой кислоты – 1% и на другие формы – около 6%.

В процессе эволюции живыеорганизмы выработали различные типы азотистого обмена. Это аммониотелическийтип, при котором главным конечным продуктом азотистого обмена является аммиак;он свойствен преимущественно рыбам. При уреотелическом типе обмена основнымконечным продуктом обмена белков является мочевина; такой тип характерен длячеловека и животных. Урикотелический тип характерен для птиц и рептилий;главным конечным продуктом данного типа обмена является мочевая кислота.

Вопрос 121. Черезкакие активные соединения клетки гормоны реализуют свое действие?

 

Ответ. Высшей формой гуморальной регуляцииявляется гормональная. Термин «гормон» был впервые применен в 1902 г.Старлингом и Бейлиссом в отношении открытого ими вещества, продуцирующегося вдвенадцатиперстной кишке, — секретина. Термин «гормон» в переводе сгреческого означает «побуждающий к действию», хотя не все гормоныобладают стимулирующим эффектом.

Гормоны — этобиологически высокоактивные вещества, синтезирующиеся и выделяющиеся вовнутреннюю среду организма эндокринными железами, или железами внутреннейсекреции, и оказывающие регулирующее влияние на функции удаленных от места ихсекреции органов и систем организма. Эндокринная железа — это анатомическоеобразование, лишенное выводных протоков, единственной или основной функциейкоторого является внутренняя секреция гормонов. К эндокринным железам относятсягипофиз, эпифиз, щитовидная железа, надпочечники (мозговое и корковоевещество), паращитовидные железы.

В отличие от внутреннейсекреции, внешняя секреция осуществляется экзокринными железами через выводныепротоки во внешнюю среду. В некоторых органах одновременно присутствуют обатипа секреции. Инкреторная функция осуществляется эндокринной тканью, т.е.скоплением клеток с инкреторной функцией в органе, обладающем функциями, несвязанными с продукцией гормонов. К органам со смешанным типом секрецииотносятся поджелудочная железа и половые железы. Одна и та же железа внутреннейсекреции может продуцировать неодинаковые по своему действию гормоны. Так,например, щитовидная железа продуцирует тироксин и тирокальцитонин. В то жевремя продукция одних и тех же гормонов может осуществляться разнымиэндокринными железами. Например, половые гормоны продуцируются и половымижелезами, и надпочечниками.

Продукция биологическиактивных веществ — это функция не только желез внутренней секреции, но и другихтрадиционно неэндокринных органов: почек, желудочно-кишечного тракта, сердца.Не все вещества, образующиеся специфическими клетками этих органов,удовлетворяют классическим критериям понятия «гормоны». Поэтомунаряду с термином «гормон» в последнее время используются такжепонятия гормоноподобные и биологически активные вещества (БАВ), гормоныместного действия. Так, например, некоторые из них синтезируются так близко ксвоим органам-мишеням, что могут достигать их диффузией, не попадая в кровоток.Клетки, вырабатывающие такие вещества, называют паракринными. Трудность точногоопределения термина «гормон» особенно хорошо видна на примерекатехоламинов — адреналина и норадреналина. Когда рассматривается их выработкав мозговом веществе надпочечников, их обычно называют гормонами, если речь идетоб их образовании и выделении симпатическими окончаниями, их называютмедиаторами.

Регуляторныегипоталамические гормоны — группа нейропептидов, включая недавно открытыеэнкефалины и эндорфины, действуют не только как гормоны, но и выполняютсвоеобразную медиаторную функцию. Некоторые из регуляторных гипоталамическихпептидов обнаружены не только в нейронах головного мозга, но и в особых клеткахдругих органов, например кишечника: это вещество Р, нейротензин, соматостатин,холецистокинин и др. Клетки, вырабатывающие эти пептиды, образуют согласносовременным представлениям диффузную нейроэндокринную систему, состоящую изразбросанных по разным органам и тканям клеток.

Клетки этой системыхарактеризуются высоким содержанием аминов, способностью к захватупредшественников аминов и наличием декарбоксилазы аминов. Отсюда названиесистемы по первым буквам английских слов Amine Precursors Uptake andDecarboxylating system — APUD-система — система захвата предшественников аминови их декарбоксилирования. Поэтому правомерно говорить не только об эндокринныхжелезах, но и об эндокринной системе, которая объединяет все железы, ткани иклетки организма, выделяющие во внутреннюю среду специфические регуляторныевещества.

Химическая природагормонов и биологически активных веществ различна. От сложности строениягормона зависит продолжительность его биологического действия, например, отдолей секунды у медиаторов и пептидов до часов и суток у стероидных гормонов ийодтиронинов. Анализ химической структуры и физико-химических свойств гормоновпомогает понять механизмы их действия, разрабатывать методы их определения вбиологических жидкостях и осуществлять их синтез.

Классификация гормонов иБАБ по химической структуре:

Производные аминокислот:производные тирозина: тироксин, трийодтиронин, дофамин, адреналин,норадреналин; производные триптофана: мелатонин, серотонин; производныегистидина: гистамин.

Белково-пептидныегормоны: полипептиды: глюкагон, кортикотропин, меланотропин, вазо-прессин,окситоцин, пептидные гормоны желудка и кишечника; простые белки (протеины):инсулин, соматотропин, пролактин, паратгормон, кальцитонин; сложные белки(гликопротеиды): тиреотропин, фоллитропин, лютропин.

Стероидные гормоны:кортикостероиды (альдостерон, кортизол, кортикостерон); половые гормоны:андрогены (тестостерон), эстрогены и прогестерон.

Производные жирных кислот:арахидоновая кислота и ее производные: простагландины, простациклины,тромбоксаны, лейкотриены.

Несмотря на то, чтогормоны имеют разное химическое строение, для них характерны некоторые общиебиологические свойства.

Общие свойства гормонов:

1. Строгая специфичность(тропность) физиологического действия.

2. Высокая биологическаяактивность: гормоны оказывают свое физиологическое действие в чрезвычайно малыхдозах.

3. Дистантный характердействия: клетки-мишени располагаются обычно далеко от места образованиягормона.

4. Многие гормоны(стероидные и производные аминокислот) не имеют видовой специфичности.

5. Генерализованностьдействия.

6. Пролонгированностьдействия.

Установлены четыреосновных типа физиологического действия на организм: кинетическое, илипусковое, вызывающее определенную деятельность исполнительных органов;метаболическое (изменения обмена веществ); морфогенетическое (дифференциациятканей и органов, действие на рост, стимуляция формообразовательного процесса);корригирующее (изменение интенсивности функций органов и тканей).

Гормональный эффектопосредован следующими основными этапами: синтезом и поступлением в кровь,формами транспорта, клеточными механизмами действия гормонов. От места секрециигормоны доставляются к органам-мишеням циркулирующими жидкостями: кровью,лимфой. В крови гормоны циркулируют в нескольких формах: 1) в свободномсостоянии; 2) в комплексе со специфическими белками плазмы крови; 3) в форменеспецифического комплекса с плазменными белками; 4) в адсорбированномсостоянии на форменных элементах крови. В состоянии покоя 80% приходится накомплекс со специфическими белками. Биологическая активность определяетсясодержанием свободных форм гормонов. Связанные формы гормонов являются как быдепо, физиологическим резервом, из которого гормоны переходят в активнуюсвободную форму по мере необходимости.

Обязательным условием дляпроявления эффектов гормона является его взаимодействие с рецепторами.Гормональные рецепторы представляют собой особые белки клетки, для которыххарактерны: 1) высокое сродство к гормону; 2) высокая избирательность; 3)ограниченная связывающая емкость; 4) специфичность локализации рецепторов втканях. На одной и той же мембране клетки могут располагаться десятки разныхтипов рецепторов. Количество функционально активных рецепторов может изменятьсяпри различных состояниях и в патологии. Так, например при беременности вмиометрии исчезают М-холинорецепторы, и возрастает количество окситоциновыхрецепторов. При некоторых формах сахарного диабета имеет место функциональнаянедостаточность инсулярного аппарата, т.е. уровень инсулина в крови высокий, ночасть инсулиновых рецепторов оккупирована аутоантителами к этим рецепторам. В50% случаев рецепторы локализуются на мембранах клетки-мишени; 50% — внутриклетки.

Механизмы действиягормонов. Существуют два основных механизма действия гормонов на уровне клетки:реализация эффекта с наружной поверхности клеточной мембраны и реализацияэффекта после проникновения гормона внутрь клетки.

В первом случае рецепторырасположены на мембране клетки. В результате взаимодействия гормона срецептором активируется мембранный фермент — аденилатциклаза. Этот ферментспособствует образованию из аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) важнейшеговнутриклеточного посредника реализации гормональных эффектов — циклического3,5-аденозинмонофос-фата (цАМФ). цАМФ активирует клеточный ферментпротеинкиназу, реализующую действие гормона. Установлено, что гормонозависимаяаденилатциклаза — это общий фермент, на который действуют различные гормоны, вто время как рецепторы гормонов множественны и специфичны для каждого гормона.Вторичными посредниками кроме цАМФ могут быть циклический3,5-гуанозинмонофосфат (цГМФ), ионы кальция, инозитол-трифосфат. Так действуютпептидные, белковые гормоны, производные тирозина — катехоламины. Характернойособенностью действия этих гормонов является относительная быстротавозникновения ответной реакции, что обусловлено активацией предшествующих ужесинтезированных ферментов и других белков.

Во втором случаерецепторы для гормона находятся в цитоплазме клетки. Гормоны этого механизмадействия в силу своей липофильности легко проникают через мембрану внутрьклетки-мишени и связываются в ее цитоплазме специфическими белками-рецепторами.Гормон-рецепторный комплекс входит в клеточное ядро. В ядре комплексраспадается, и гормон взаимодействует с определенными участками ядерной ДНК,следствием чего является образование особой матричной РНК. Матричная РНКвыходит из ядра и способствует синтезу на рибосомах белка или белка-фермента.Так действуют стероидные гормоны и производные тирозина — гормоны щитовиднойжелезы. Для их действия характерна глубокая и длительная перестройка клеточногометаболизма.

Инактивация гормоновпроисходит в эффекторных органах, в основном в печени, где гормоны претерпеваютразличные химические изменения путем связывания с глюкуроновой или сернойкислотой либо в результате воздействия ферментов. Частично гормоны выделяются смочой в неизмененном виде. Действие некоторых гормонов может блокироватьсяблагодаря секреции гормонов, обладающих антагонистическим эффектом.

Гормоны выполняют ворганизме следующие важные функции:

1. Регуляция роста,развития и дифференцировки тканей и органов, что определяет физическое, половоеи умственное развитие.

2. Обеспечение адаптацииорганизма к меняющимся условиям существования.

3. Обеспечениеподдержания гомеостаза.

Функциональнаяклассификация гормонов:

1. Эффекторные гормоны — гормоны, которые оказывают влияние непосредственно на орган-мишень.

2. Тройные гормоны — гормоны, основной функцией которых является регуляция синтеза и выделенияэффекторных гормонов. Выделяются аденогипофизом.

3. Рилизинг-гормоны — гормоны, регулирующие синтез и выделение гормонов аденогипофиза,преимущественно тройных. Выделяются нервными клетками гипоталамуса.

Виды взаимодействиягормонов. Каждый гормон не работает в одиночку. Поэтому необходимо учитыватьвозможные результаты их взаимодействия.

Синергизм — однонаправленное действие двух или нескольких гормонов. Например, адреналин иглюкагон активируют распад гликогена печени до глюкозы и вызывают увеличениеуровня сахара в крови.

Антагонизм всегдаотносителен. Например, инсулин и адреналин оказывают противоположные действияна уровень глюкозы в крови. Инсулин вызывает гипогликемию, адреналин — гипергликемию. Биологическое же значение этих эффектов сводится к одному — улучшению углеводного питания тканей.

Пермиссивное действиегормонов заключается в том, что гормон, сам не вызывая физиологическогоэффекта, создает условия для ответной реакции клетки или органа на действиедругого гормона. Например, глюкокортикоиды, не влияя на тонус мускулатурысосудов и распад гликогена печени, создают условия, при которых даже небольшиеконцентрации адреналина увеличивают артериальное давление и вызываютгипергликемию в результате гликогенолиза в печени.


Вопрос 126.Охарактеризуйте механизм действия адреналина и глюкагона на липидный обмен

 

Ответ. Обмен липидов регулируется ЦНС. Корабольшого мозга оказывает трофическое влияние на жировую ткань либо черезнижележащие отделы ЦНС – симпатическую и парасимпатическую системы, либо черезэндокринные железы. В настоящее время установлен ряд биохимических механизмов,лежащих в основе действия гормонов на липидный обмен.

Известно, что длительныйотрицательный эмоциональный стресс, сопровождающийся увеличением выброса катехоламиновв кровяное русло, может вызвать заметное похудание. Уместно напомнить, чтожировая ткань обильно иннервируется волокнами симпатической нервной системы,возбуждение этих волокон сопровождается выделением норадреналинанепосредственно в жировую ткань. Адреналин и норадреналин увеличивают скоростьлиполиза в жировой ткани; в результате усиливается мобилизация жирных кислот изжировых депо и повышается содержание неэстерифи-цированных жирных кислот в плазмекрови. Как отмечалось, тканевые липазы (триглицеридлипаза) существуют в двухвзаимопревращающихся формах, одна из которых фосфорилирована и каталитическиактивна, а другая – нефосфорилирована и неактивна. Адреналин стимулирует через аденилатциклазусинтез цАМФ. В свою очередь цАМФ активирует соответствующую протеинкиназу,которая способствует фосфорилированию липазы, т.е. образованию ее активнойформы. Следует заметить, что действие глюкагона на липолитическую системусходно с действием кате-холаминов.

Не подлежит сомнению, чтосекрет передней доли гипофиза, в частности соматотропный гормон, оказываетвлияние на липидный обмен. Гипофункция железы приводит к отложению жира в организме,наступает гипофизарное ожирение. Напротив, повышенная продукция СТГ стимулируетлиполиз, и содержание жирных кислот в плазме крови увеличивается. Доказано, чтостимуляция липолиза СТГ блокируется ингибиторами синтеза мРНК. Кроме того,известно, что действие СТГ на липолиз характеризуется наличием лаг-фазыпродолжительностью около 1 ч, тогда как адреналин стимулирует липолиз почтимгновенно. Иными словами, можно считать, что первичное действие этих двух типовгормонов на липолиз проявляется различными путями. Адреналин стимулирует активностьаденилатциклазы, а СТГ индуцирует синтез данного фермента. Конкретный механизм,с помощью которого СТГ избирательно увеличивает синтез аденилатциклазы, поканеизвестен.

Вопрос 130.Клинико-диагностическое значение определения активности амилазы сыворотки кровии мочи

 

Ответ. У человека альфа-амилазасекретируется поджелудочной и слюнной железами, небольшая ее активностьобнаруживается в тканях печени и скелетной мускулатуры. Молекулярная массаальфа-амилазы относительно низка, в отличие от большинства ферментов онафильтруется в клубочках почек и содержится в моче. Альфа-амилаза состоит издвух изоферментов: панкреатического типа (Р — тип) и слюнного (S? тип). Уздоровых людей в сыворотке крови приходится около 70% амилолитическойактивности приходится на слюнной изофермент, в моче приблизительно такой жепроцент приходится на панкреатическую изоамилазу.

Гиперамилаземия игиперамилазурия наблюдаются при многих заболеваниях, но наиболее выражены приостром панкреатите, при котором активность увеличивается в основном (до 90% иболее) за счет панкреатического изофермента. При данном заболевании наибольшийобъем содержания амилазы в крови и моче отмечен в первые 1-3 сут.Гиперамилазурию панкреатического происхождения вызывают также вирусный гепатит,рак поджелудочной железы.

К гиперамилаземиинепанкреатического происхождения относят поражение слюнных желез, почечнуюнедостаточность. Причинами повышения α-амилазы в крови являются нарушениесекреции желез, содержащих α-амилазу, недостаточность выделения почкамиамилазы из организма.

Гиперамилаземию вызываютмногие фармакологические вещества, кортикостероидные препараты, салицилаты,тетрациклин, фуросемид, гистамин. Для α-амилазы крови характерны широкиевнутри- и межиндивидуальные вариации. Наиболее информативным являетсяопределение панкреатической изоамилазы.

Изменение активностиальфа-амилазы при патологии.

Определение активностиальфа-амилазы приобретает клинико-диагностическое значение при диагностике имониторинге заболеваний поджелудочной железы, пищеварительной системы,поражения органов брюшной полости. В ряде случаев (например, при заболеванияхподжелудочной железы) диагностическое значение имеет активность только одногоизофермента — панкреатической альфа-амилазы; при мониторинге заболеванийпищеварительного тракта необходимо проводить сравнение активности фермента всыворотке (секреторная активность и дополнительное всасывание из органовбрюшной полости) и моче (зачастую степень амилазурии является более стабильными длительно сохраняющимся показателем, чем амилаземия).

Повышенные значенияактивности альфа-амилазы наблюдаются при:

Заболеваниях поджелудочнойжелезы воспалительного характера (острый, отечный, хронический, реактивныйпанкреатит). Гиперамилаземия обычно носит острый (повышение в 10-40 раз), нозачастую кратковременный характер, гиперамилазурия также значительна, ноуровень альфа-амилазы в моче снижается гораздо медленнее, чем в плазме(сыворотке) крови. Это свойство удобно использовать при «запоздалом»диагностическом обследовании пациента с клиническими признаками панкреатита,однако для мониторинга течения процесса обычно измеряют активность фермента вобеих биологических жидкостях. Следует отметить, что тяжелые формы поражения ПЖс угрозой некроза тканей, а также панкреатит, сопровождающийся серьезныминарушениями липидного обмена, могут сопровождаться реальным или ложным (за счетингибирования амилазы триацилглицеридами) снижением активности фермента.Поэтому при подозрении на панкреатит любой формы диагностически важно не толькоопределять активность альфа-амилазы в моче и сыворотке крови, но и рассчитыватьамилазокреатининовый клиренс по формуле:

[(Активностьальфа-амилазы в моче х Креатинин сыворотки крови)/(Креатинин мочи х Активностьальфа-амилазы сыворотки крови)]*100%.

При остром панкреатитеэта расчетная величина превышает 6%. Расчет клиренса позволяет не делатьпоправку на объем и время сбора мочи и делает результат менее зависимым отиспользуемых способов определения.

Заболеваниях органовбрюшной полости, имеющих сходные симптомы с острым панкреатитом: остромаппендиците, перитоните, перфоративной язве желудка и двенадцатиперстной кишки.Активность альфа-амилазы увеличивается примерно в 3-5, редко — в 10 раз,основной причиной гиперамилазиемии является не столько повышенная секрецияфермента, сколько вторичное всасывание ее из органов брюшной полости в кровь.Для дифференцирования диагноза проводят определение альфа-амилазы и креатининав моче и расчет клиренса по креатинину с использованием приведенной вышеформулы. При постоянном значении клиренса от 1 до 4 % следует заподозритьименно заболевания органов брюшной полости, маскирующихся под острыйпанкреатит.

По той же причинеактивность альфа-амилазы достоверно повышается при перфорации пищевода,гастрите, острой кишечной непроходимости, ишемии и инфаркте тонкой кишки,разрыве маточных труб, сальпингите, аневризме аорты.

При заболеванияхвнутренних органов, не связанных напрямую со системой пищеварения, возможноумеренное повышение активности общей альфа-амилазы и/или ее изоферментов. Ктаким заболеваниям относятся: холецистит, холелитиаз, поражение паренхимы почеки воспалительные заболевания этого органа, почечная недостаточность, простатит,диабетический кетоацидоз, метастазирование злокачественных опухолей в ткани иорганы (в особенности, в легкие, поджелудочную железу, поперечно-ободочнуюкишку). При подозрении на описанные выше патологии проводят сравнительныйанализ общей и панкреатической альфа-амилазы, поскольку при описанныхзаболеваниях в основном повышается активность селиварного изофермента (прионкологическом поражении ПЖ и поперечно-ободочной кишки повышается активностьобоих — P- и S-изоферментов, что позволяет отличить его от воспалительныхзаболеваний тех же органов).

Гиперамилаземиянепанкреатического происхождения возникает также при заболеваниях слюнных желези некоторых патологиях мозга. В этом случае повышение общей альфа-амилазнойактивности также возникает за счет увеличения активности слюнного изофермента идля дифференцирования диагноза следует провести параллельное измерение общей ипанкреатической альфа-амилазы (при нормальной активности Р-амилазы можнозаподозрить указанную выше патологию).

Сравнительный анализактивности альфа-амилазы в моче и сыворотке крови является также ценнымдиагностическим параметром при оценке патологии почек. При поражении функциипочечного фильтра (при нефротическом синдроме, гломерулонефритах и др.)активность альфа-амилазы в моче резко снижена, тогда как в крови отмечаетсяумеренная или значительная гиперамилаземия, поэтому коэффициент «Амилазасыворотки крови / амилаза мочи» является одним из основных диагностическихпараметров при данной патологии.

Послеоперационныесостояния (системный воспалительный ответ на хирургическое вмешательство,развитие ОРДС и др.) также могут явиться причиной умеренной гиперамилаземии.

Понижение активностиальфа-амилазы обычно сопутствует понижению функциональной активностиподжелудочной железы, вызванной поражением паренхимы органа и/или нарушениемэкзокринной регуляции, и чаще всего возникает при:

Некротических измененияхв поджелудочной железе, связанных с гемморагическим панкреатитом и тотальнымпанкреонекрозом.

При заболеваниях печени(гепатиты, цирроз). Злокачественных опухолях, в особенности — приметастазировании печени.

Тяжелых нарушенияхэндокринного баланса: гипотиреозе, сахарном диабете, гиперлипемии (особенно, сизбытком триацилглицеридов, за счет ингибрования активного центра фермента),при общем расстройстве питания, кахексии, при токсикозе беременных.

В ряде случаев приописанных выше патологиях сывороточная активность альфа-амилазы может неснизиться, а остаться неизменной.

/>/>Основные соотношения при дифференциальной диагностике патологий сосходными симптомами.

Наиболее распространенныекоэффициенты соотношений :

Общая альфа-амилаза/панкреатическая составляющая. Используется при дифференциальной диагностикевоспалительных и злокачественных процессов в органах брюшной полости инекоторых других тканей. При воспалительных процессах, не задевающихподжелудочную железу, основным источником активности общей альфа-амилазыявляется селиварный фермент, поэтому соотношение «Общаяамилаза/панкреатическая изоформа» > 1. При злокачественном пораженииорганов брюшной полости вклад обоих изоферментов примерно одинаков, и указанныйкоэффициент приблизительно равен 1,8-2,4. При вовлечении ПЖ в воспалительныйпроцесс или при наличии в ней метастазов опухоли соотношение активности общей ипанкреатической амилазы не превышает 1,5.

Общаяальфа-амилаза/креатинин в моче и в сыворотке крови. Используется расчетныйклиренс (формула приведена в пункте 3), позволяет дифференцироватьвоспалительный процесс в ПЖ (коэффициент превышает 6%) и органах брюшнойполости (1-4%).

Общая альфа-амилазасыворотки крови / Общая альфа-амилаза мочи. Используется при оценкефункциональной активности почечного фильтра. При нефротическом синдроме игломерулонефритах коэффициент выше 2-2,5.

Общая альфа-амилазасыворотки крови / Триглицериды сыворотки крови. Соотношение носит«обратный» характер, поскольку избыток триацилглицеридов можетингибировать активность альфа-амилазы. Позволяет дифференцироватьпатологическое снижение продукции фермента и интерференцию с гиперипемией.

Общая альфа-амилазасыворотки крови/ Панкреатическая липаза. Биологический и диагностический смыслкоэффициента аналогичен таковому у предыдущего соотношения, поскольку наличиесвободных триацилглицеридов в сыворотке крови напрямую связано с деятельностьюпанкреатической липазы. Пропорция прямая.

/>Изменениеактивности альфа-амилазы у практически здоровых людей. Интерференция слекарственными препаратами.

Активность альфа-амилазыв плазме крови здоровых людей существенно зависит от характера питания ипревалирующих в диете продуктов. Кроме того, этот параметр сильно зависит отинтенсивности обменных процессов у конкретного индивидуума, а также от мозговойактивности обследуемого. Поэтому активность фермента у одного и того жеиндивидуума в различные сроки (даже в течение одних и тех же суток) можетварьировать в пределах 25-50% в обе стороны.

Гиперамилазиемия уздоровых людей может быть вызвана эмоциональным состоянием (стресс, усилениеумственной активности), употреблением (даже однократным) алкоголя, а такжесвязан с диетой, обогащенной белком и обедненной углеводами и сахарами.Гипоамилаземия возникает при увеличении утилизации глюкозы, при голодании,активной физической нагрузке, а также у людей с гиперлипидемией даже вотсутствие ее клинических проявлений.

При беременности срокомдо 19 недель активность альфа-амилазы понижена в сравнении с нормой, в сроки до33-34 недели беременности уровень активности повышается, а к 37-40 неделестабилизируется на уровне, на 10-20% превышающем активность фермента у здоровыхнебеременных женщин.

На активностьальфа-амилазы и ее панкреатического изофермента существенное влияние оказываеттакже применение целого ряда распространенных лекарственных препаратов, употребляемыхпрактически здоровыми людьми при возникновении преходящих заболеванийинфекционного и воспалительного характера — например, антибиотиковтетрациклинового ряда, фуросемида, кортикостероидных противовоспалительныхпрепаратов, салицилатов.

Также, значительноевлияние на активность альфа-амилазы оказывают препараты, приводящие ксокращению сфинктера Одди, в том числе — гормоны (адреналин, гистамин,секретин), наркотические вещества (морфин, пантопон, опий, кодеин) и другиепрепараты, повышающие секрецию фермента и подавляющие отток секрета изподжелудочной железы.

Вопрос 133. Нарушениепрямого и соотношения непрямого билирубина при желтухах. Охарактеризуйтегемолитическую, паренсиматозную и обтурационную желтухи

 

Ответ. Желтухой называется синдром, развивающийсявследствие накопления в крови избыточного количества билирубина. В клинике ондиагностируется по окрашиванию кожи и слизистой в различные оттенки желтогоцвета.

Интенсивность желтухизависит от кровоснабжения органа или ткани. В начале обнаруживается желтоеокрашивание склер, несколько позднее – кожных покровов. Накапливаясь в коже ислизистой, билирубин в сочетании с другими пигментами прокрашивает их всветло-желтый цвет с красноватым оттенком. В дальнейшем происходит окислениебилирубина в биливердин, и желтуха приобретает зеленоватый оттенок. Придлительном существовании желтухи кожные покровы приобретают черновато-бронзовуюокраску. Таким образом, осмотр больного позволяет решить вопрос о длительностижелтухи, что имеет большое дифференциально-диагностическое значение.

Для того, чтобыклассификацироать различные формы желтухи, необходимо знать основные данныефизиологии билирубина.

Эритроциты разрушаются вселезенке или ретикуло-эндотелиальной системе. При этом гемоглобин расщепляетсяна глобин, железосодержащий гемосидерин и не содержащий железа гематоидин.Глобин распадается на аминокислоты и снова идет на построение белков организма.Железо подвергается окислению и снова использется организмом в виде ферритина.Гематоидин (порфириновое кольцо) превращается через стадию биливердина вбилирубин. Свободный билирубин захватывается плазмой крови. Он совершенно нерастворим в воде и соединяется с белками плазмы. В этом состоянии онзадерживается печенью, где под влиянием фермента глюкоруноилтрансферазыпереходит в билирубин — глюкуроновую кислоту. В отличие от свободногобилирубина эта кислота растворима в воде. Таким образом в печени образуетсяпрямой билирубин, который растворим в воде и в дальнейшем выделяется с желчью вкишечник. В кишечнике часть прямого билирубина превращается в уробилиноген,который, реабсорбируясь, частично возвращается в печень, а частично выделяетсяс мочой в виде уробилина (около 4 мг в сутки). Другая асть прямого билирубина,попавшего в кишечник, под действием кишечной флоры, превращается в стеркобилин,который выделяется с калом (60-80 мг в сутки).

Повышение в крови уровнянепрямого билирубина может быть следствием повышенного гемолиза, при сниженииспособности гепатоцитов захватывать билирубин из плазмы крови, обусловленногонедостаточностью трансферазной активности клеток печени (синдромы Жильбера иКриглера — Найара — наследственная недостаточность глюкуронилтрансферазы).Повышение в крови уровня прямого билирубина, как правило, обусловленонарушением оттока желчи по внепеченочным желчным протокам (подпеченочная илимеханическая желтуха) или холангиолам (внутрипечечный холестаз).

Различают три основныхвида желтух:

1). Рассмотрим механизмыразвития гемолитической желтухи. Для этого необходимо кратко вспомнить определениегемолиза и его механизмы. Гемолизом называется усиленное разрушениеэритроцитов. В норме эритроциты циркулируют в крови в течение 120 дней. Пригемолитических состояниях продолжительность жизни эритроцитов значительноукорачивается, иногда до нескольких часов. Гемолиз бывает внутрисосудистым,когда эритроцитоц лизируются в крови, и внесосудистым — эритроциты подвергаютсядеструкции и перевариваются системой макрофагов. Внутрисосудистый гемолизвстречается относительно редко. Он может возникнуть вследствие механическогоразрушения эритроцитов при травмировании в малых кровеносных сосудах (маршеваягемоглобинурия), турбулентном кровяном потоке (дисфункция протезированныхклапанов сердца), при прохождении через депозиты фибрина в артериолах(тромботическая тромбоцитопеническая пурпура, гемолитико-уремический синдром,ДВС-синдром), в результате несовместимости эритроцитов по системе АВ0, резусили какой-либо другой системе (острая посттрансфузионная реакция), под влияниемкомплемента (пароксизмальная ночная гемоглобинурия, пароксизмальная холодоваягемоглобинурия), вследствие прямого токсического воздействия (яд змеи кобры,инфекции), при тепловом ударе.

Внесосудистый гемолизосуществляется преимуещственно в селезенке и печени. Селезенка способназахватывать и разрушать малоизмененные эритроциты, печень различает лишьэритроциты с большими нарушениями, однако поскольку ток крови к печени примернов 7 раз больше, чем к селезенке, печень может играть существенную роль вгемолизе.

Удаление эритроцитов изкрови макрофагами происходит в основном двумя путями. Первый механизм связан сраспознаванием макрофагами эритроцитов, покрытых IgG-АТ и С3, к которым наповерхности макрофагов имеются специфические рецепторы — иммуногемолитическиеанемии. Фагоцитоз эритроцитов сопровождается усиленной клеточной пролиферациейв селезенке (и в меньшей степени печени) с гиперплазией органа, увеличениемтока крови в нем, повышением его функционально активности.

Второй механизмобусловлен изменениями физических свойств эритроцитов, снижением ихпластичности — способности изменять свою форму при прохождении через узкуюфильтрационную сеть селезенки. Нарушение пластичности отмечается при мембранныхдефектах эритроцитов (наследственный микросфероцитоз), изменении липидногосостава мембран (при циррозе печени), аномалиях гемоглобина, ведущих кповышению вязкости внутриклеточной среды эритроцита (серповидно-клеточнаяанемия), наличии включений в цитоплазме эритроцитов (бета-талассемия,альфа-талассемия), прециптированного гемоглобина в виде телец Гейнца (дефицитглюкозо-6-фосфатдегидрогеназы). Накопление эритроцитов в селезеночной пульпе,независимо от его мхеанизма, вызывает дальнейшую редукцию эритроцитарнойповерхности – процесс «кондиционирования», что еще больше ухудшаетусловия продвижения клеток через синусы селезенки, приводит к необратимойзадержке и деструкции эритроцитов путем их фрагментации и фагоцитозамакрофагами.

Наиболее важным признакомв начальной диагностике гемолиза является увеличение числа ретикулоцитов. Ретикулоцитозотражает активацию костномозговой продукции эритроцитов в ответ на ихразрушение на периферии. Кроме того, ускоренный выброс из костного мозганедозрелых эритроцитов, содержащих РНК, обуславливает феномен полихроматофилиииэритроцитов в фиксированных окрашенных азур-эозином мазках крови. Уровеньнепрямого билирубина в сыворотке крови при гемолизе повышен. Уровень егоповышения зависит от активности гемолиза и способности гепатоцитов кобразованию прямого билирубина и его экскреции. Уровень прямого билирубина (связанного)в сыворотке крови нормальный и билирубинурия отсутствует, так как черезнеповрежденный почечный фильтр проходит только прямой билирубин. В моче и калесодержится увеличенное количество уробилина и стеркобилина.

Таким образом, повышенныйгемолиз независимо от его этиологии всегда приводит к характерной клиническойтриаде:

1. Анемия

2. Желтуха с лимоннымоттенком

3. Спленомегалия

Несколько практическихсоветов: как запомнить, что прямой билирубин – это связанный, а непрямой — свободный.

1. Быть прямым исвободным одновременно невозможно, следовательно, прямой билирубин связанный.

2. Не свой. Непрямойбилирубин свободный.

2). При паренхиматознойжелтухе повышается уровень прямого билирубина. В норме прямой билирубинвыделяется в желчный капилляр и далее по билиарному дереву поступает вдвенадцатиперстную кишку. Этот путь транспорта может нарушаться навнутриклеточном участке. Таким образом, при паренхиматозной желтухе страдаетсама печеночная клетка. Этот вид желтухи возникает, например, при вирусных гепатитах.Вирус гепатита А обладает прямым повреждающим действием на клетки печени.Иммунная реакция в ответ на попадание вируса обычно адекватна, что иобусловливает редкость тяжелых форм заболевания и отсутствие перехода вхронический гепатит. Вирус гепатита В не обладает прямым цитопатогеннымдействием, но инкорпорирование вирусов или их частиц в мембраны печеночныхклеток вызывает развитие клеточной цитотоксической реакции, направленной противклеточной оболочки, которая может приводить к некрозу печеночных клеток. Полныйзрелый вирус гепатита В имеет 3 антигенные системы. В наружной оболочке вирусасодержится поверхностный антиген (HbsAg), во внутренней оболочке — 2 антигена,HbеAg локализуется в цитоплазме гепатоцита, но не проникает в ядро, HbcAg (отлатинского соr — сердцевина, ядро) проникает в ядро гепатоцита. Последнийникогда не обнаруживается в крови, где можно выявить лишь антитела к нему.HbsAg способен образовывать с иммунные комплексы, которые могут циркулировать вкрови (ЦИКи). Именно наличие циркулирующих иммунных комплексов при хроническомгепатите обусловливает наличие целого ряда системных проявлений. Кроме вирусныхгепатитов, печеночные клетки поражаются и при гепатитах другой этиологии(острые токсические, лекарственные гепатиты, алкогольные гепатиты).

3).Обтурационная(механическая) желтуха. При этом виде желтухи также увеличивается уровеньпрямого билирубина, что обусловлено нарушением оттока желчи по внепеченочнымжелчным протока. Таким образом, обтурационная желтуха является следствиемзакупорки желчных протоков. Это патологическое состояние, которое не имеетоднородных этиологических факторов. В патогенезе ключевым моментов являетсянарушение оттока желчи. Желчь не втекает в желудочно-кишечный тракт,следовательно не происходит нормального всасывания и переваривания.

Обтурация происходит засчет:

— камня

— опухоли

— рубцовой стриктурыпротоков

При опухоли наблюдаетсяахолия, холемия. При закупорке камней присоединяется инфекция (холангит), чтоотягощает течение обтурационной желтухи. Наблюдается синдром Шарко или, другоеназвание триада Шарко: желтуха, сопровождающаяся увеличением печени, боли,лихорадка. Это острое состояние, связанное с закупоркой. Застой желчи,закупорка и инфекция являются ведущими моментами. В тяжелых случаях можетразвиться сепсис, при котором появится пентада Рейнольда: триада Шарко +гипотония и спутанное сознание. Таким образом, речь идет о билиарномсептическом шоке. Чаще всего камни вентильные. В крови лейкоцитоз, ускорениеСОЭ, сдвиг формулы влево, анемия. В моче — желчные пигменты. Кал не окрашен, нопри вентильном камне кал то окрашен, то нет. В биохимическом анализе кровищелочная фосфатаза не увеличена. Паренхиматозных поражений нет. Будут гнойнаяинфекция и синдром холестаза.

При закупорке опухольюклиника будет скудная, отмечается симптом Курвуазье — увеличенный,безболезненный желчный пузырь. Этот симптом связан с закупоркой дистальныхотделов желчных путей. Этот симптом встречается при раке головки поджелудочнойжелезы. Однако, если опухоль высокой локализации, то симптома Курвуазье небудет. Высокая локализация: рак желчного пузыря, пузырного протока. При высокойлокализации опухоли будет синдром блокады доли печени: длительная времяобтурационная желтуха, а билирубинемия не более 170 (норма 17-20). Происходитзакупорка одного из печеночных протоков (правого или левого). Если рак головкиподжелудочной железы, то билирубинемия достигает 300-400-500 Ед. В клиническоманализе крови при опухоли может быть незначительное увеличение СОЭ. Повышенпрямой билирубин. Щелочная фосфатаза и пировиноградная фосфатаза не изменены.

Вопрос 134. С какимисвойствами белков плазмы крови связана их способность регулировать объем кровии ее онкотическое давление? Какая белковая фракция играет наиболее существеннуюроль в обеспечении этой функции?

 

Ответ. Из 9–10% сухого остатка плазмы кровина долю белков приходится 6,5–8,5%. Используя метод высаливания нейтральными солями,белки плазмы крови можно разделить на три группы: альбумины, глобулины и фибриноген.Нормальное содержание альбуминов в плазме крови составляет 40–50 г/л, глобулинов– 20–30 г/л, фибриногена – 2,4 г/л. Плазма крови, лишенная фибриногена,называется сывороткой.

Синтез белков плазмыкрови осуществляется преимущественно в клетках печени и ретикулоэндотелиальнойсистемы. Физиологическая роль белков плазмы крови многогранна.

1. Белки поддерживаютколлоидно-осмотическое (онкотическое) давление и тем самым постоянный объемкрови. Содержание белков в плазме значительно выше, чем в тканевой жидкости. Белки,являясь коллоидами, связывают воду и задерживают ее, не позволяя выходить изкровяного русла. Несмотря на то что онкотическое давление составляет лишьнебольшую часть (около 0,5%) от общего осмотического давления, именно онообусловливает преобладание осмотического давления крови над осмотическим давлениемтканевой жидкости. Известно, что в артериальной части капилляров в результатегидростатического давления безбелковая жидкость крови проникает в тканевоепространство. Это происходит до определенного момента – «поворотного», когдападающее гидростатическое давление становится равным коллоидно-осмотическому.После «поворотного» момента в венозной части капилляров происходит обратный токжидкости из ткани, так как гидростатическое давление стало меньше, чемколлоидно-осмотическое. При иных условиях в результате гидростатического давленияв кровеносной системе вода просачивалась бы в ткани, что вызвало бы отекразличных органов и подкожной клетчатки.

2. Белки плазмы принимаютактивное участие в свертывании крови. Ряд белков, в том числе фибриноген,являются основными компонентами системы свертывания крови.

3. Белки плазмы визвестной мере определяют вязкость крови, которая, как отмечалось, в 4–5 развыше вязкости воды и играет важную роль в поддержании гемодинамическихотношений в кровеносной системе.

4. Белки плазмы принимаютучастие в поддержании постоянного рН крови, так как составляют одну изважнейших буферных систем крови.

5. Важна такжетранспортная функция белков плазмы крови: соединяясь с рядом веществ(холестерин, билирубин и др.), а также с лекарственными средствами (пенициллин,салицилаты и др.), они переносят их к тканям.

6. Белки плазмы играютважную роль в процессах иммунитета (особенно это касается иммуноглобулинов).

7. В результатеобразования с белками плазмы недиализируемых комплексов поддерживается уровень катионовв крови. Например, 40–50% кальция сыворотки связано с белками, значительнаячасть железа, магния, меди и других элементов также связана с белкамисыворотки.

8. Наконец, белки плазмыкрови могут служить резервом аминокислот. Современные физико-химические методыпозволили открыть и описать около 100 различных белковых компонентов плазмыкрови. Особое значение приобрело электрофоретическое разделение белков плазмы(сыворотки) крови.

В сыворотке кровиздорового человека при электрофорезе на бумаге можно обнаружить 5 фракций: альбумины,α1-, α2-, β-, γ-глобулины. Методом электрофореза в агаровомгеле в сыворотке крови выделяют 7– 8 фракций, а при электрофорезе в крахмальномили полиакриламидном геле – до 16–17 фракций. Следует помнить, что терминологиябелковых фракций, получаемых при различных видах электрофореза, ещеокончательно не установилась. При изменении условий электрофореза, а также при электрофорезев различных средах (например, в крахмальном или полиак-риламидном геле)скорость миграции и, следовательно, порядок белковых зон могут меняться.

Еще большее числобелковых фракций (свыше 30) можно получить методом иммуноэлектрофореза (рис.17.1). Этот метод представляет собой своеобразную комбинациюэлектрофоретического и иммунологического методов анализа белков. Иными словами,термин «иммуноэлектрофорез» подразумевает проведение электрофореза и реакции преципитациив одной среде, т.е. непосредственно на гелевом блоке. При данном методе спомощью серологической реакции преципитации достигается значительное повышениеаналитической чувстительности электрофоретического метода.

/>

Вопрос 143. Приведитесхему строения антител. Обозначьте на схеме участки взаимодействия с антигеном

 

Ответ. Основной функцией иммунной системыявляется защита генетической целостности организма от проникновения чужеродныхвеществ. Эта защита обеспечивается сложной системой органов, клеток ирастворимых факторов. В механизмах устойчивости организма к генетическичужеродной информации участвуют два основных феномена: неспецифическая резистентностьи приобретенный иммунитет.

Приобретенныйантиинфекционный иммунитет отражает специфическую устойчивость, возникающую ворганизме в течение его жизни против конкретных видов микроорганизмов.

При этом приобретенныйантиинфекционный иммунитет не обособлен от неспецифической резистентностиорганизма, которую обеспечивают системы фагоцитов, комплемента, естественныхкиллеров, лизоцима, интерферонов и других медиаторов взаимодействия клеток,вызванных неспецифическими раздражителями; белков острой фазы воспаления идругих веществ, участвующих в механизмах развития воспаления.

В развитиипротивовирусного иммунитета участвуют гуморальные и клеточные факторы.Особенности противовирусного иммунитета обусловлены своеобразием строения ибиологии вирусов. Иммунитет направлен на нейтрализацию и удаление из организма вируса,его антигенов и зараженных вирусом клеток. Приобретенный противовирусныйиммунитет, как и другие виды антиинфекционного иммунитета начинает развиватьсясо стадии представления антигена Т-хелперам. Напряженность противовирусногоиммунитета зависит от уровня циркулирующих антител и образованияцитотоксических лимфоцитов. Цитотоксические лимфоциты вызывают лизис инфицированныхвирусом клеток.

Антитела, образующиесяпри вирусных инфекциях, действуют непосредственно на вирус или на клетки, инфицированныевирусом. В связи с этим можно выделить две основные формы участия антител вразвитии противовирусного иммунитета. Одна из них — нейтрализация вирусаантителами. Такая нейтрализация препятствует рецепции вируса на клетке ипроникновению его в клетку. Вторая форма участия антител — иммунный лизисинфицированных клеток.

Основную массупротивовирусных антител составляют иммуноглобулины класса G. Антитела класса Mсвидетельствуют о свежеперенесенной инфекции, они появляются раньше и раньшеисчезают по сравнению с IgG-антителами.

Схематическое строениеантитела.


/>

/>

Прочность иммунитета приразличных вирусных инфекциях значительно варьирует. При некоторых инфекциях(ветряная оспа, корь, паротит, краснуха) иммунитет достаточно стойкий.Повторные заболевания в этом случае редки. Менее стойкий иммунитет развиваетсяпри инфекциях дыхательных путей и кишечного тракта. Например, при гриппеиммунитет сохраняется в течение нескольких месяцев. Повторное заболеваниегриппом объясняется прежде всего тем, что происходит постоянный дрейфповерхностных антигенных вирусных белков и смена циркулирующих штаммов.


Список используемойлитературы

 

1. Березов Т.Т.,Коровкин Б.Ф. «Биологическая химия». М., 2003

2. Комов Б.В.«Биохимия. Учебник для ВУЗов». М., 2004

3. Филиппович Ю.Б.«Биохимия». М., 2003

еще рефераты
Еще работы по биологии