Биохимия - Белки

1. Метаболизм, способы образования АТФ в организме. Метаболизм – это совокупность окислительных реакций и химических процессов, которые протекают в живых организмах. В ходе метаболизма образуется энергия, которая необходима любому живому существу. У детей: + баланс, протекает более интенсивно, характерно несовершенство систем. Метаболизм представлен катаболизмом и анаболизмом. Катаболизм – расщепление химических компонентов с выделением энергии – экзергонические реакции. Анаболизм – реакции синтеза с затратой энергии – эндергонические реакции. Этапы катаболизма: 1) специфическое превращение в мономеры – аминокислоты, моносахариды, глицерин, жирные кислоты. 2) образование унифицированных продуктов – ПВК и АцКоА (моносахариды через ПВК). 3) АцКоА в ЦТК образуется СО₂, вода; 3НАДН, которые в дых цепи дают воду и 3 АТФ; ФАД Н₂, который в дых цепи дает воду и 2 АТФ.

Образование АТФ в процессе метаболизма идет двумя путями – окислительного и субстратного фосфорилирования. (дых цепь ЦТК гликолиз). Возникновение макроэргической связи в момент окисления субстрата с дальнейшей активацией неорганического фосфата и его переносом на АДФ с образованием АТФ называют субстратным фосфорилированием (10% всей энергии). Реакцией субстратного фосфорилирования являются две реакции гликолиза – окисление 3-фосфоглицеринового альдегида в 1,3-дифосфоглицериновую кислоту, и окисление 2-фосфоглицериновой кислоты в 2-фосфоэнолпировиноградную кислоту; а также одна реакция ЦТК - окисление сукцинил-КоА в янтарную кислоту. Основная масса АТФ образуется путем окислительного фосфорилирования. В процессе окислительного фосфорилирования окисляемый субстрат участия не принимает, а активирование неорганического фосфата сопряжено с переносом электронов и протонов водорода с коферментов дегидрогеназ (принимающих участие в окислении субстрата) к молекулярному кислороду. Сопряжение окисления с фосфорилированием АДФ и последующим образованием АТФ называют окислительным фосфорилированием. Процессы сопряжения окисления и фосфорилирования идут в дых цепи.

2. Свойства белков, их биологическая роль. Методы очистки и разделения. Свойства белков: 1) кислото-основные и электролитические свойства. Белки – это амфотерные соединения. R-COOH+OH^-R-COO^-+H₂O R-NH₂+H^+R-CH₃⁺. Величина и знак заряда определяется соотношением а/к и рН раствора. То значение рН, при котором суммарный заряд белка равен 0 называется изоэлектрической точкой. В этом состоянии белок характеризуется: минимальной устойчивостью и вязкостью в растворе, отсутствует подвижность в электрическом поле, максимальная способность к осаждению. При сдвиге рН белок приобретает заряд, растворимость и подвижность в электрическом поле. Изоэлектрическая точка используется для разделения белков. 2) кислото-основные свойства используют для их разделения – электрофорез белков плазмы крови. Буферные свойства кислот – связаны с амфотерностью – кислые компоненты нейтрализуются основными, и наоборот. Т.О. поддерживается стабильное значение рН. 3) коллоидно-осмотические свойства. Белки – гидрофильные коллоиды, это придают полярные а/к-ты. При растворении белков в воде образуется гидратная оболочка. Гидрофильные коллоиды связывают большое количество воды и набухают. Образуются жидкости и золи, гели – форма и упругость тканей. Коллоидные свойства белков: а) способность к светорассеиванию – образуется конус Тиндаля б) высокая вязкость в) малая скорость диффузии г) диализ – белки не проходят через полупроницаемую мембрану, легко проходит вода и низкомолекулярные соединения, а белки задерживаются – т.к. действует почечный фильтр. Факторы устойчивости белков: заряд и гидратная оболочка. При их потере белок осаждается. Высаливание – обратимое осаждение белков – разрушение гидратной оболочки. В зависимости от гидрофильности белков они осаждаются при разных концентрациях солей – фракционное высаливание – глобулины при 50% насыщение (NH₄)₂SO₄, альбумины при 100% насыщении. Функции белков: 1) структурная 2) каталитическая – ферменты 3) регуляторная – гормоны 4) двигательная – работа мышц, движение цитоплазмы 5) транспорт – белки плазмы крови – гемоглобин и миоглобин 6) защитная – иммуноглобулины, система комплиментов, система свертывания крови 7) опорная – сухожилия, сочленения 8) регуляторная – узнавание клеток – гликопротеины, содержат углеводный компонент 9) энергетическая.

Использование гидролиза для определения химических свойств белка, ренгеноструктурный анализ, электронная микроскопия.

3. Денатурация белка. Изменение конфигурации белковых молекул. Денатурация – нарушение нативной пространственной структуры белка, приводящее к потере или уменьшению растворимости, утрата специфической биологической активности, изменению ряда физико-химических свойств. Денатурация не сопровождается разрывом пептидных связей, т.е. не разрушается первичная структура, а связи оказываются снаружи и все изменяется. Свойства денатурированного белка: 1) повышается число реактивных групп, т.к. появляются ранее скрытные группы 2) понижается растворимость, белок может выпасть в осадок (при потере факторов устойчивости: заряд и гидратная оболочка) 3) изменяется конфигурация 4) изменяется биологическая активность 5) легко расщепляется протеолитическими ферментами. Факторы приводящие к денатурации белка: 1) физические – температура, УФ облучение, ультразвук, гаммаоблучение, стерилизация 2) химические реагенты: концентрированные кислоты, щелочи, соли тяжелых металлов.

4. Амфотерные свойства белков, изоэлектрическая точка. Белки – это амфотерные соединения. R-COOH+OH^-R-COO^-+H₂O R-NH₂+H^+R-CH₃⁺. Величина и знак заряда определяется соотношением а/к и рН раствора. То значение рН, при котором суммарный заряд белка равен 0, т.е. + равен -, называется изоэлектрической точкой (РI). Белки в изоэлектрическом состоянии характеризуется: минимальной устойчивостью и вязкостью в растворе, отсутствует подвижность в электрическом поле, максимальная способность к осаждению. При сдвиге рН белок приобретает заряд, растворимость и подвижность в электрическом поле. При сдвиге рН белок становится или катионом и движется к катоду, или анионом и движется к аноду.

5. Молекулярная масса белков, форма и размеры белковой молекулы. Методы их определения. Белки относятся к высокомолекулярным соединениям, в состав которых входят множество а/к-ных остатков, объединенных в макромолекулярную структуру. Молекулярная масса белков колеблется от 6000 до 1000000 Да и выше. Поскольку а/к-ный состав и последовательность а/к выяснены для многих белков, стало возможным вычисление химическим путем их молекулярной массы с высокой точностью. Основными методами определения молекулярной массы являются физико-химические методы (гравиметрические, осмометрические, вискозиметрические, электрофоретические, оптические и другие). Из них практически наиболее часто используются методы седиментационного анализа, гель-хроматографии и электрофореза. Метод седиментационного анализа проводят в ультрацентрифугах, вычисляют молекулярную массу по скорости седиментации молекул белка или седиментационному равновесию. Метод гель-хроматографии, кроме простоты и быстроты, имеет еще то преимущество, что не требует выделения белка в чистом виде, т.к. примеси других белков не мешают определению молекулярной массы. При применении метода диск-электрофореза в полиакриламидном геле для определения молекулярной массы белков также строят график зависимости между логарифмом молекулярной массы калибровочных белков и подвижностью белковых частиц в полиакриламидном геле, а затем, определив подвижность исследуемого белка, по графику находят его массу. О величине и форме белковых молекул раньше судили по данным ультрацентрифугирования, двойного лучепреломления и диффузии. Эти данные указывали на существование в природе глобулярных (шарообразных) и фибриллярных (нитевидных) белков. В настоящее время общие представления о форме белковых молекул в основном подтвердились. Благодаря применению методов сканирующей микроскопии и рентгеноструктурного анализа удалось в деталях расшифровать не только полную пространственную структуру, соответственно форму, но и степень асимметрии белковых молекул во всех трех измерениях. Не только физико-химические, но и биологические свойства белков (в свободном или связанном друг с другом или с другими биополимерами состоянии) определяются их пространственной структурой.

6. Гидролиз белков. Гидролиз – расщепление пептидной связи при участии молекулы воды. Пептидная связь + ОН-Н  NH₂ + COOH. Гидролиз идет постепенно и ступенчато: белок  полипептид  олигопептид  дипептиды  а/к. Гидролиз можно остановить на любой стадии, изменив одно из условий. Химический гидролиз бывает Н⁺ - кислотный, ОН^- - щелочной. Условия химического гидролиза: 1) использование концентрированной кислоты и щелочи 25-30% (5-12 нормальностей) 2) высокая температура 100-110⁰С 3) 10-12 часов – 96 часов 4) объем кислоты и щелочи превышает в 5 раз объем гидролизуемого белка. Недостатки химического гидролиза: 1) разрушается ряд а/к – цистеин, триптофан 2) при щелочном гидролизе происходит рацимезация а/к из L в D ряд – не усваивается живыми организмами. Использование гидролизатов: 1) для установления структуры белка 2) в медицине используется аминолизин – кровезаменитель, который получается только кислотным гидролизом 3) питание больных после полостных операций. Ферментативный гидролиз – для этих целей чаще используется трипсин. Условия ферментативного гидролиза: поднятие температуры тела, несколько суток. Недостаток ферментативного гидролиза: 1) очень дорого 2) 36-37⁰С 3) годен только для первичной структуры 4) стерильные 5) заселение вторичной микрофлоры. Качественные методы исследования глубины гидролиза, для этого используют цветные реакции. Биуретовая реакция + при наличии 2х и более пептидных связей – гидролиз пошел не до конца. Положительная Нингидриновая реакция (на свободные а/к) – гидролиз пошел до конца. Количественные методы исследования глубины гидролиза – Формольное титрование.

Наличие аминного азота в цельном белке 1-10% в неполном гидролизате 10-75%, в полном 70-90%, а в среднем 80%. Аминный азот входит в группу NH₂ в альфа положение рядом с карбоксильной группой.

7. Аминокислоты являются структурной единицей белков. 20 а/к являются протеиногенными, они определяют разнообразие структуры белков, при строгой специфичность ее у каждого конкретного белка. Замена даже одной а/к может привести к развитию молекулярной болезни (замена глутаминовой кислоты на валин в структуре гемоглобина лежит в основе серповидно-клеточной анемии. Аминокислотный состав белка определяет заряд его молекулы и кислотно-основные свойства. Функциональные группы а/к формируют активный центр ферментов, играют важную роль в образовании фермент-субстратного комплекса и принимают участие в ферментативном катализе. Аминокислоты – производные карбоновых кислот, в которых атом водорода у альфа-углеродного атома замещен на аминогруппу (пропионовая кислотааланин). В структуру а/к входит радикальная группа, карбоксильная группа, альфа-углеродный атом и аминогруппа. Если аминогруппа расположена слева от хирального атома углерода, то эту а/к относят к L-ряду. Наиболее стабильной конформацией вторичной структуры белков является а-спираль (ее образует аланин, лейцин, тирозин, гистидин, валин, и не образуют серин, глутамат лизин, глицин). На основании особенностей строения радикальных групп все а/к делятся на три группы: 1)алифатические (нециклические а/к) а) моноаминомонокарбоновые а/к – глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин; оксиаминокислоты, содержащие ОН-группу – серин, треонин; а/к, содержащие амидную группу – аспарагин, глутамин; серусодержащие а/к – цистеин, митионин. в) моноаминдикарбоновые а/к – аспарагиновая и глутаминовая кислоты. с) диаминомонокарбоновые а/к – лизин, аргинин. 2) ароматические а/к, содержащие бензольное кольцо – фенилаланин, тирозин, триптофан. 3) гетероциклические а/к – гистидин, пролин.

На основе принципа полярности радикальных групп, т.е. способности их к взаимодействию с водой, все а/к подразделяют на четыре основных класса: 1) а/к с неполярными, или гидрофобными радикальными группами – аланин, валин, лейцин, фенилаланин, триптофан. 2) а/к с полярными, незаряженными радикальными группами – глицин, серин, треонин, цистеин, тирозин. 3) а/к с отрицательно заряженными радикальными группами – аспарагиновая и глутаминовая кислоты. 4) а/к с положительно заряженными радикальными группами – лизин, аргинин, гистидин.

8. Уровни структуры белка. Первичная структура белка: последовательность а/к в полипептидной цепи соединенные пептидной связью (ковалентная). Последовательность а/к, их количество, лежат в основе первичной структуры белка, в которой заложена информация о последующих уровнях структуры и биологических функциях белка. Вторичная структура белка: 1) а-спираль имеет жесткие параметры – правозакрученная спираль, шаг спирали между двумя витками 3,6 а/к, высота 0,54 нм, конформация повторяется через 5 витков или 18 а/к, многочисленные Н связи между группами NH и С-О от первой к четвертой а/к-те. 2) бета структура – слоисто-складчатая, удерживается водородными связями, пептидные цепи располагаются антипараллельно. 3) неупорядоченная нерегулярная структура – а+в структуры – перекрест где встречаются а/ альфа и бета. Третичная структура белка: упаковка полипептидной цепи в пространстве. 1) в фибриллярных белках – коллаген и эластин – 3 а-спираль, бета слой (актин, миозин) 2) в глобулярных белках – все три типа вторичных структур. Два типа связи в третичной структуре: 1) ковалентная – пептидная и дисульфидная 2) слабые связи – многочисленные водородные связи, ионные взаимодействия. Упаковка идет таким образом, что гидрофобные связи находятся ниже (по типу жирной капли) – легко разрываются при изменении рН, температуры, ионов. Четвертичная структура – это ассоциация 4х субъединиц, которые определенным образом ориентированны в пространстве относительно друг друга. Для того чтобы Нb удерживался в форме тетрамера возникают связи между одинаковыми полипептидными цепочками, а также между разными полипептидными цепочками. Субъединицы расположены в пространстве таким образом, что в центре Нb образуется центральная полость (впадина), в которой находятся 2,3-дифосфоглицириновая кислота. По мере присоединения кислорода к молекуле гемоглобина конформация четвертичной структуры меняется, при этом альфа цепи сближаются, бета расходятся, т.о. молекула Нb как бы дышит Присоединяется одна молекула кислорода к первой субъединице, что приводит к конформационным изменениям других субъединиц.

9. Классификация белков. По форме молекулы: 1) глобулярные – форма шара, хорошо растворимы в воде, имеет гидроксильную группу, окружена гидратной оболочкой (ферменты, гормоны, защитные белки); 2) фибриллярные – волокнистая структура, не растворимы в воде (коллаген, эластин, креатин).

По структуре: I – простые – состоят только из а/к 1) альбумины (поддерживают онкотическое и осмотическое давление, транспорт жирных кислот) и глобулины (транспорт липидов, гормонов, витаминов, защитная функция) 2) протамины (выражены основные свойства, 80% аргинина, хорошо растворимы в воде, PI находится в щелочной среде) и гистоны (много лизина и аргинина, регулируют метаболическую активность генома) 3) проламины и глютелины – белки растительного происхождения – семена злаков, растворяются в водном растворе этанола, содержат 20% глутаминовой кислоты и 15% пролина 4) протеиноиды – белки костей, хрящей, волос, ногтей, не перевариваются под действием ферментов ЖКТ, имеют фибриллярную структуру, не растворяется в водных растворах, не пригодные для питания.

II – сложные – состоят из белковой (а/к) и небелковой части, они связаны ковалентно-гетерополярной или координационной связью 1) нуклеопротеиды – небелковой частью является нуклеиновая кислота, если это ДНК, дезоксирибонуклеиды, если РНК – рибонуклеины 2) фосфопротеиды – казеин, вителлин, вителлинин, фосвитин, овальбумин, ихтулин – осуществляют питание зародыша и новорожденного; фосфорная кислота связана сложной эфирной связью с белковой частью 3) гликопротеины – простерические группы представлены углеводами и их производными, которые прочно связаны с белковой частью, и гликозаминогликанами (гиалуроновая и хондроитинсерная кислоты); различают собственно гликопротеины (95% белка, 5% углеводный компонент – тиреотропный и фолликулостимулирующий гормон) и протеогликаны (5% белка, 95.5 гликозаминогликана) 4) Липопротеины – простерическая группа представлена липидом, входят в состав клеточной мембраны, митохондрий и микросом, а также присутствует в свободном состоянии в плазме крови; делятся на высокой плотности – ЛПВП (холестерин из тканей в печень), низкой – ЛПНП (холестерин в ткани), очень низкой – ЛПОНП и хилоникроны (транспортируют триглицериды). Связь между липидом и белком нековалентная. 5) металлопротеины – в активном центре нах-ся металл – ферритин, трансферрин, гемосидерин. 6) хромопротеины – состоят из белковой части и окрашенного небелкового компонента: а) флавопротеины – в качестве простерической группы – ФМН и ФАД б) ретинальпротеины – витамин А в) гемопротеины – небелковая часть – гем, различают ферментные (цитохромы, каталаза, пероксидаза) и неферментные (гемоглобин и миоглобин).

10. Нуклеопротеиды это сложные белки, которые состоят из белковой и небелковой части. Небелковая часть – простерическая группа, представленная нуклеиновой кислотой. В природе обнаружено два типа нуклеопротеидов, отличающихся друг от друга по составу, размерам, физико-химическим свойствам: дезоксирибонуклеопротеиды ДНП и рибонуклеопротеиды РНП. У РНП углевод представлен рибозой, у ДНП дезоксирибозой. ДНП локализованы преимущественно в ядре, а РНП в цитоплазме. Белковая часть ДНП представлена 5 классами гистонов, различающихся по размерам, а/к составу: Н1 – богатые лизином; Н2А – богатые аргинином и лизином; Н2В – умеренно богатые аргинином и лизином; Н3 – богатые аргинином; Н4 – богатые глицином и аргинином. В различных нуклеопротеидах количество нуклеиновой кислоты колеблется в пределах от 40 до 65%. В вирусных нуклеопротеидах 2-5% (вирус собачей мазайки РНК 2%). Выделение нуклеиновых кислот – фенольный метод – происходит денатурация белка, центрифугирование, водную среду осаждают на холоде, нуклеиновые кислоты выпадают в осадок.

11. Первичная, вторичная, третичная структура ДНК.

Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК – сложные высокомолекулярные соединения, которые состоят из нескольких компонентов более простого строения. В молекуле ДНК углевод представлен дезоксирибозой, а в молекуле РНК рибозой. ДНК и РНК содержат фосфорную кислоту, а также по два пуриновых (аденин, гуанин) и пиримидиновых (цитозин, урацил, тимин) оснований. ДНК: Н₃РО₄, Дезоксирибоза, Аденин, Гуанин, Цитозин, Тимин. Структурной единицей нуклеиновой кислоты является нуклеотид. Они состоят из трех компонентов: азотистого основания, углевода и фосфорной кислоты. Первичная структура нуклеиновых кислот – это последовательное расположение нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК или РНК. Между нуклеотидами имеется 3’,5’-фосфодиэфирная связь. Вторичная структура нуклеиновых кислот –

ДНК представляет собой двойную спираль (это биополимер) состоящий из двух антипараллельных цепочек, закрученных вокруг одной и той же оси. Цепочки соединяются водородными связями которые образуются между азотистыми основаниями. Цепочки имеют противоположную полярность, т.е. у одной цепочки направление 5’ к 3’, а у другой 3’ к 5’. Спираль ДНК закручивается вправо, общий виток 3,4нм, расстояние между цепочками 2нм. Основой структурной организации ДНК составляет принцип комплементарности – аденин соединяется с Тимином, цитозин с гуанином. Третичная структура – двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы, что часто вызвано ковалентным соединением их открытых концов. Суперспиральная структура обеспечивает экономную упаковку огромной молекулы ДНК в хромосоме: вместо 8 см в вытянутой форме ДНК укладывается в 5 нм. Суперспирализация ДНК может быть нарушена разрывом в одной из цепей или обеих цепях двойной спирали под действием ДНКазы.

Биологическая роль ДНК: 1) хранение и передача генетической информации о структуре белка. 2) способна к репликации (самоудваению). 3) способна к репарации (восстановление поврежденной структуры). 4) Участвует в транскрипции (в синтезе мРНК). ДНК находится в ядре, в митохондриях.

12. Первичная, вторичная, третичная структура РНК. Типы РНК. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК – сложные высокомолекулярные соединения, которые состоят из нескольких компонентов более простого строения. В молекуле ДНК углевод представлен дезоксирибозой, а в молекуле РНК рибозой. ДНК и РНК содержат фосфорную кислоту, а также по два пуриновых (аденин, гуанин) и пиримидиновых (цитозин, урацил, тимин) оснований. РНК: Н₃РО₄, Рибоза, Аденин, Гуанин, Цитозин, Урацил. Структурной единицей нуклеиновой кислоты является нуклеотид. Они состоят из трех компонентов: азотистого основания, углевода и фосфорной кислоты. Первичная структура нуклеиновых кислот – это последовательное расположение нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК или РНК. Между нуклеотидами имеется 3’,5’-фосфодиэфирная связь.

РНК - это одинарная полинуклеотидная цепочка, содержится в ядре, цитоплазме, рибосомах, митохондриях. Три вида РНК: 1) Матричная или информационная – мРНК – 2-3%. Синтезируется в ядре на матрице ДНК, вступает в рибосому, на ней происходит синтез белка. 2) Рибосомальная – рРНК – 80-85%. Находится в двух субъединицах рибосом 50S и 30S у прокариот, и 60S и 40S у эукариот, выполняет структурную функцию. 3) Транспортная – тРНК – 16%. Переносит а/к к месту синтеза белка – рибосоме. Вторичная структура тРНК напоминает клеверный лист. Во всех тРНК имеются участки, взаимодействующие с рибосомами, места для связывания с а/к-ми и ферментами, а также специфическая последовательность трех нуклеотидов (триплет), называемая антикодоном, которая оказывается комплиментарной тринуклеотидной последовательности мРНК (кодону), кодирующей включение в белковую молекулу определенной а/к-ты. Третичная структура – т-РНК отличается большой компактностью, образованной за счет складывания различных частей молекулы. м-РНК и т-РНК при физиологических значениях рН среды, ионной силы и t создаются условия для образования множества участков с двойной спиралью с дальнейшим формированием комплементарных участков, определяющих в известной степени жесткость их третичной структуры.

13. Гликопротеиды - простерические группы представлены углеводами и их производными, которые прочно связаны с белковой частью (через аспарагин, сери, треонин) и гликозаминогликанами (гиалуроновая и хондроитинсерная кислоты); Различают: 1) собственно гликопротеины - 95% белка, 5% углеводный компонент – тиреотропный и фолликулостимулирующий гормон, интерфероны 2) протеогликаны - 5% белка, 95% ГАГ. ГАГ всегда связаны с белком. В их состав входят остатки мономера либо гликозамина, либо галактозамина, а также D-глюкуроновая или L-идуроновая кислоты.

ГАГ – высокомолекулярные соединения, мономером является дисахаридная единица, которая представлена уроновой кислотой, которая соединена альфа-1,3 гликозидной связью с аминосахаром.

Различают 7 классов ГАГ: 1) гиалуроновая кислота – распространена в почках, стекловидном теле, синавиальной жидкости, пупочном канатике, смазка в суставах, барьер против проникновения микроорганизмов; с возрастом количество уменьшается; 2, 3) хондроэтин4сульфат и хондроэтин6сульфаты - состоят из уроновых кислот, соединенных с галактозамином; они находятся в костной ткани, с возрастом количество уменьшается; 4) дерматансульфаты – состоят из итуроновой кислоты и аминосахара ацетилированного и сульфированного; 5) керотансульфаты – не содержат уроновых кислот, в состав входит Д-галактоза с ацетилированным и сульфированным сахаром, сиаловые кислоты, обуславливают прозрачность роговицы; 6) гепарин – находятся на поверхности многих клеток, в тучных клетках внутренний элемент, содержит несколько остатков серной кислоты; выполняет роль антикоагулянта в комплексе с липопротеидами плазмы, соединяются с липопротеинлипазой, становится активнои и расщепляет липиды в составе хилоникронов; 7) гепарансульфаты – по структуре похож на гепарин, но содержит меньше сульфатных групп, синтезируется при участии гликозилтрансфераз – переносят ост Углев с активных форм. Каждый раз увеличивается на 1ну молекулу углевода.

14. Хромопротеиды – это сложные белки, которые состоят из белкой части и связанного с ней окрашенного небелкового компонента, откуда и произошло их название от греч chroma – краска. Хромопротеиды наделены рядом уникальных биологических функций: они участвуют в таких фундаментальных процессах жизнедеятельности, как дыхание клеток и целостного организма, транспорт кислорода и углекислого газа, ОВР, свето- и цветовосприятие. Хромопротеиды делятся на: а) флавопротеины – в качестве простерической группы – ФМН и ФАД б) ретинальпротеины – витамин А в) гемопротеины – небелковая часть – гем, различают ферментные (цитохромы, каталаза, пероксидаза) и неферментные (гемоглобин и миоглобин). Нb у мужчин 130-160, у женщин 115-140 гр/л. Функции Нb: 1) доставка кислорода к тканям. 2) Транспорт из тканей СО₂ – реализуется белковым компонентом гемоглобина, в результате образуется карбаминогемоглобин. 3) поддержание постоянства рН, входит в состав гемоглобиновой буферной системы, работает в тесном контакте с бикарбонатной буферной системой. 4) антитоксическая функция – нейтрализация СО – реализуется небелковым компонентом и образуется карбоксигемоглобин. 5) гемоглобин в форме метгемоглобина нейтрализует цианиды с образованием цианометгемоглобина. первичная структура – последовательность а/к-т в полипептидной цепи. Нb состоит из 4 субъединиц, каждая из них состоит из гема который соединен с глобином (состоит из 2х альфа и 2х бета цепей). Т.О. Нb представляет собой 4 гема и 4 полипептидные цепочки, которые попарно одинаковые.

15. Заменимые и незаменимые а/к. Белковый минимум, азотистый баланс. Белки нужны не только растущему, но и сформировавшемуся организму. Белок – это составной компонент пищи. Белковое питание должно быть полноценным: 1) достаточное кол-во незаменимых а/к (аргинин и гистидин – условнонезаменимые, незаменимые - изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин, валин), их человек должен получать из вне с пищей. При недостатке незаменимых а/к наблюдается потеря в весе, склонность к заболеваниям; дефицит метионина, триптофана – анемия, потемнение роговицы. 2) белки должны усваиваться – например не все белки злаков усваиваются (полноценно – яйца, мясо). В сутки взрослому человеку необходимо 100-120 гр/сут, это где-то 1,5 гр на кг веса – это белковый оптимум. Коэффициент изнашивания – кол-во белка, которое распадается в течении суток. Человек потребляет 100 гр/сут, это 16 гр азота, известно, что 3,7 гр/сут азота выделяется из организма. Т.О. коэффициент изнашивания = 23,2 гр белка. Белковый (физиологический) минимум для азотистого равновесия это 2 коэффициента изнашивания = 50 гр/сут белка (в покое). 2 белковых минимума – суточная норма белка. Норма белка зависит от пола, возраста, профессии (130-150), климата, увеличивается при беременности, лактации, некоторых заболеваниях. У детей 3,5гр/сут, 1 год 2,5гр/сут. В нашем организме существует равновесие между скоростями синтеза и распада белка. В растущем организме скорость синтеза преобладает над скоростью распада.

Азотистый баланс – отношение между введенным с пищей азотом к азоту мочи и кала г/сут. АБ используют в клинической практике для оценки обеспеченности больного белковой пищей. Азотистое равновесие – количество азота, теряемое организмом равно количеству получаемого азота с пищей. N_ПИЩИ=N_МОЧИ+N_КАЛА – состояние здорового взрослого человека, который находится на полноценной диете. «+» АБ – N_ПИЩИ>N_МОЧИ+N_КАЛА – количество выводимого из организма азота меньше количества азота, введенного с пищей – молодой растущий организм, женщины во время беременности (синтез преобладает над распадом), при выздоровлении, нарушение мышечной массы. «-» АБ – N_ПИЩИМОЧИ+N_КАЛА – количество выделяемого азота превышает количество азота, поступающего в течении суток – при голодании, тяжелых заболеваниях.

16. Переваривание белков в ЖКТ – сложный этапный процесс, где путем последовательного действия протеолитических ферментов белки распадаются до свободных а/к, 95% всасываются в кишечнике, а 5% подвергается гниению в толстом кишечнике под действием бактериальной флоры. Белки перевариваются под действием желудочного, панкреатического и кишечного соков. рН желудочного сока 1,5-2,5, это рН оптимум для пепсина, он гидролизует пептидные связи, образованные аминогруппами ароматических а/к. HCl: 1) набухание и денатурация белков – нативный денатурирующий агент. 2) оказывает бактерицидное действие. 3) создает оптимальное рН для ферментов. 4) активирует пепсиноген в пепсин в 2е стадии: а) частичный протеолиз б) аутокатализ. Ренин катализирует свертывание молока (у детей), т.е. превращение растворимого казеиногена в нерастворимый. Панкреатический сок – действует трипсин (укорочение полипептидной цепи, гидролиз связи между аргинином и лизином, активируется энтерокиназой), химотрипсин (активируется трипсином), эластаза и коллагеназа (разрыв между глицином и аланином). Кишечный сок – ди- и три-аминопептидазы (лейцинаминопептидаза, аланинаминопептидаза, пролиндипептидаза). Т.О. конечным продуктом гидролиза белков является свободные а/к. Возрастные особенности: активность протеолитических ферментов минимальна, рН желудочного сока 6-7.

17. Процессы превращения а/к в кишечнике под влиянием гнилостных бактерий. Обезвреживание ядовитых продуктов.

5% свободных а/к подвергаются гниению в толстом кишечнике под действием бактериальной флоры. В кишечнике образуются ядовитые продукты распада а/к – фенол, индол, крезол, скатол, сероводород, метилмеркаптан, а также нетоксичные для организма соединений – спирты, амины, жиры, кетокислоты, оксикислоты. 1) при десульфировании серосодержащих а/к – цистеина и метионина, образуется Н₂S и метилмеркаптан СН₃SH – реакция 1. 2) при декарбоксилировании орнитина образуется амин-путресцин, при лизина – кодаверин – р2. 3) дезаминирование: а) окислительное, с образованием альфа-кетокислоты – р3 б) гидролитическое, с образованием оксикислоты р4. в) восстановительное, с образованием жирной кислоты – р5 г) внутримолекулярное, с образованием непредельной кислоты – р6 4) укорочение боковой цепи у аромтических а/к – р7 – триптофан  скатол  индол тирозин  крезол  фенол.

После всасывания ядовитых продуктов обмена (крезола, фенола, скатола, индола) они через воротную вену попадают в печень, где они подвергаются обезвреживанию путем связывания с серной или глюкуроновой кислотой с образованием нетоксичных парных кислот, которые выделяются с мочой. Катализируют реакции ФАФС – 3-фосфоаденозин-5-фосфосульфат и УДФГК – уридиндифосфоглюкуроновая кислота.

Индол  индоксил  индоксилсерная кислота  животный индикан.

18. Основные пути использования а/к после всасывания. Синтез креатина. Свободные а/к после всасывания в кишечнике участвуют в процессах анаболизма и катаболизма. Анаболизм направлен на синтез 1)тканевых белков, белков плазмы крови, на синтез защитных и транспортных белков, 2) пептидов, таких как глутатион, кот. участвует в ок.вос. реакциях, окситоцин, вазопрессин 3) заменимых а/к 4) азотсодержащих соединений небелковой природы – пурины и пиримидины- ФАД- кофактор ферментов оксидоредуктаз (НАД и НАДФ), креатинин, кот участвует в процессах мышечного сокращения, гем, биогенные амины ( адреналин, норадреналин, гистамин, ГАМК) 5) на синтез углеводов – глюкогенные а/к 6) липидов – кетогенные а/к. В процессах катоболизма а/к распадаются до конечных продуктов обмена CO₂ H₂O NH₃, кот. превращается в мочевину и выводится с мочой. При реакциях катоболизма выделяется энергия, образование АТФ.

Биосинтез креатина протекает в две стадии в почках, в печени, в поджелудочной железе. Из печени с током крови креатин поступает в мышечную ткань, где фосфорилируясь превращается в креатинфосфат (который после дефосфорилирования превращается в креатинин, выделяющийся с мочой), участвует в химических процессах связанных с мышечным сокращением, источник энергии АТФ.

19. Биосинтез белков. Роль нуклеиновых кислот.

В молекуле ДНК углевод представлен дезоксирибозой, а в молекуле РНК рибозой. ДНК и РНК содержат фосфорную кислоту, а также по два пуриновых (аденин, гуанин) и пиримидиновых (цитозин, урацил, тимин) оснований. ДНК: Н₃РО₄, Дезоксирибоза, Аденин, Гуанин, Цитозин, Тимин. РНК: Н₃РО₄, Рибоза, Аденин, Гуанин, Цитозин, Урацил.

Структурной единицей нуклеиновой кислоты является нуклеотид. Они состоят из трех компонентов: азотистого основания, углевода и фосфорной кислоты. ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух антипараллельных цепочек, закрученных вокруг одной и той же оси. Цепочки соединяются водородными связями, которые образуются между азотистыми основаниями. Цепочки имеют противоположную полярность, т.е. у одной цепочки направление 5’ к 3’, а у другой 3’ к 5’. Спираль ДНК закручивается вправо, общий виток 3,4нм, расстояние между цепочками 2нм. Основой структурной организации ДНК составляет принцип комплементарности – аденин соединяется с Тимином, цитозин с гуанином. Биологическая роль ДНК: 1) хранение и передача генетической информации о структуре белка. 2) способна к репликации (самоудваению). 3) способна к репарации (восстановление поврежденной структуры). 4) Участвует в транскрипции (в синтезе мРНК). ДНК находится в ядре, в митохондриях. РНК - это одинарная полинуклеотидная цепочка, содержится в ядре, цитоплазме, рибосомах, митохондриях. Три вида РНК: 1) Матричная или информационная – мРНК – 2-3%. Синтезируется в ядре на матрице ядра, вступает в рибосому, на ней происходит синтез белка. 2) Рибосомальная – рРНК – 80-85%. Находится в двух субъединицах рибосом 50S и 30S у прокариот, и 60S и 40S у эукариот, выполняет структурную функцию. 3) Транспортная – тРНК – 16%. Переносит а/к к месту синтеза белка – рибосоме. Вторичная структура тРНК напоминает клеверный лист. Во всех тРНК имеются участки, взаимодействующие с рибосомами, места для связывания с а/к-ми и ферментами, а также специфическая последовательность трех нуклеотидов (триплет), называемая антикодоном, которая оказывается комплиментарной тринуклеотидной последовательности мРНК (кодону), кодирующей включение в белковую молекулу определенной а/к-ты. Сначала происходит репликация ДНК - это процесс при котором информация, закодированная последовательностью нуклеотидов, родительской ДНК с абсолютной точностью передается дочерней ДНК;

Биосинтез РНК – транскрипция – процесс считывания генетической информации с ДНК, при котором нуклеотидная последовательность ДНК кодируется в виде нуклеотидной последовательности РНК. В основе лежит принцип комплиментарности – консервативный процесс – синтезируется новая одноцепочная РНК Процессинг – созревание РНК. образование КЭП на 5’-конце, участвует в присоединение к рибосоме. на 3’-конце образуется хвост, сплайсинг – вырезается не кодирующие последовательности – интроны. Трансляция – биосинтез белка.

20. Биосинтез ДНК. Повреждение и репарация ДНК.

Репликация ДНК – это процесс, при котором информация, закодированная последовательностью нуклеотидов, родительской ДНК с абсолютной точностью передается дочерней ДНК; процесс идет в направлении 5’-3’ в S-фазу клетки. Источником энергии служит нуклеозидтрифосфаты с дезоксирибозой. Отщепляется пирофосфорная кислота, которая разлагаясь пирофосфатазой дает дополнительную энергию. Репликация ДНК проходит по полуконсервативному механизму, при этом одна материнская нить дает новую дочернюю нить. Этапы репликации: 1) инициация. 2) элонгация. 3) терминация. Инициация – происходит образование репликативной вилки, формирование праймосомы, синтез праймера. Топоизомераза I и инициирующий белок DnаА обнаруживают места начала репликации по ориджинам (определенная последовательность нуклеотидов).Топоизомераза I и II (ДНКгераза у прокариот) снимают суперспирализацию. Репликативная вилка – это та часть молекулы ДНК, которая уже расплелась в данный момент и служит матрицей для синтеза дочерней ДНК. Репликативная вилка перемещается вдоль молекулы ДНК (у эукариот много РВ, это ускоряет этот процесс). В репликативной вилке на одной нити ДНК формируется праймосома – комплекс из 20 полипептидов (хеликаза, SSB белки, праймаза и др.). n’-белок передвигает праймосому по нити ДНК, используя энергию АТФ. Хеликазы Rep и DnaB – движутся в оду сторону, разрывая водородные связи, гидролизуя АТФ. SSB-белки распрямляют нити ДНК и не дают им снова переплестись и образовать петли. Праймаза (РНК_ДНК-полимераза) – синтезирует праймер – это РНК-затравка. На нити 3’-5’ праймер образуется только один раз – на лидирующей цепочке, на нити 5’-3’ он образуется многократно (на 3’-конце будет свободная ОН-группа). Роль праймера: 1) ДНК-полимераза нечуствительна к репликативной вилке, а праймаза чувствительна. 2) Для активации ДНК-полимеразы необходима затравка со свободной 3’ОН-группой, которую и предоставляет праймер. 3) Удаление праймера служит сигналом для проверки правильности включения нуклеотидов в дочернюю цепь ДНК-полимеразы. Элонгация – осуществляется синтез дочерней ДНК. Основной фермент ДНКполимеразаIII, который присоединяет нуклеозидтрифосфаты с дерибозой к 3’ОН-группе, при этом выделяется пирофосфорная кислота, которая пирофосфатазой расщепляется на две молекулы фосфорной кислоты, что делает процесс необратимым. Отборка нуклеотидов осуществляется по правилу комплиментарности, присоединяя нуклеотиды проявляет 5’-3’ полимеразную активность. Если нуклеотид присоединен неправильно, то фермент делает шаг назад в направлении 3’-5’ и вырезает его, т.е. проявляет экзонуклеазную активность. Т.О. репликация осуществляется ДНК-полимеразой III – основной фермент синтеза на нити 5’-3’ (запаздывающая цепь) – фрагменты Оказаки – каждый фрагмент включает в себя праймер и участок вновь синтезированной ДНК. ДНК-полимераза III осуществляет синтез до конца предыдущего праймера, она не способна удалить праймер, ее сменяет ДНК-полимераза I, которая обладает теми же свойствами что и ДНК-полимераза III, но еще также способна в направлении 5’-3’ проявлять экзонуклеарную активность, т.е. вырезать праймер – вырезает нуклеотид с рибозой, а с дезоксирибозой. ДНК-лигаза сшивает короткие разрывы. ДНК-полимераза III работает в 60 раз быстрее чем ДНК-полимераза I. ДНК-полимераза II принимает участие в процессах репарации. Все виды ДНК-полимераз I II III встречаются у бактерий, у эукариот они обозначаются буквами греческого алфавита: ДНК-полимераза альфа – отвечает за синтез запаздывающей цепи фрагментами Оказаки, т.к. одна из субъединиц обладает праймазной активностью. ДНК-полимераза бета – участвует в процессе репарации ДНК и удаляет праймер. ДНК-полимераза гамма – синтез мДНК. ДНК-полимераза Б – синтез лидирующей цепи ДНК. ДНК-полимераза ипсилон – работает или с альфа, или с Б ДНК-полимеразой, участвует в репарации, заменяет участок на новый.

В процессе элонгации переписывается вся ДНК (экзоны и интроны), отделяются праймеры. Процесс заканчивается формированием дочерней цепи ДНК. Терминация наступает когда встречаются репликативные вилки и исчерпана ДНК матрицы. Клетка выходит из S-фазы и активность ферментов падает и остается на низком уровне до следующей репликации. Реплицированный хроматин метится с помощью метилаз (метилирование). Значение метилирования: 1) защита собственной ДНК от воздействия рестиктаз. 2)Метилированные участки служат для узнавания специфическими регуляторными белками – горячими точками мутогенеза: метилированный Ц – NH₃  Т.

Типы повреждения ДНК:1) повреждение затрагивающее отдельные нуклеотиды: А) апуринизация – потеря азотистого основания, т.е. остается остов с дезоксирибозой без азотистого основания. Исправляет это ДНК-инсертаза, она включает азотистые основания по принципу комплиментарности. Б) спонтанное дезаминирование: аденин – NH₃ в присутствии воды  гипосантин. Цитозин  урацил. Гуанин  сантин. В) делеция (вставка) нуклеотидов. Г) включение основания аналога. Д) алкинирование азотистого основания. 2) Повреждение затрагивает пары нуклеотидов, что приводит к образованию пиримидиновых димеров (сшивок). 3)Разрывы цепей под действием ионизирующей радиации.

Механизм фотореактивации под влиянием видимого света происходит активация фермента фотолиазы, которая действует на тиминовые димеры, связь между ними разрушается и образуется тимин. Эксцизионная репарация – осуществляется комплексом ферментов. В одну из двух нитей встроено не то азотистое основание, его обнаруживает фермент N-гликозилаза. Эндонуклеаза делает разрез, а экзонуклеаза вырезает десятки нуклеотидов. ДНК-полимераза I ресинтезирует участок разрушенной ДНК в направлении 5’-3’, подбирая правильные нуклеотиды по правилу комплиментарности. ДНК-лигаза сшивает оставшийся разрыв.

Процессы репарации: 1) пигментная ксеродерма – нарушена световая репарация, поэтому у людей повышена чувствительность к ультрафиолету, что приводит к раку кожи и к летальному исходу. 2) анемия Данкони (Фанкони) – наблюдается снижение образования всех форменных элементов крови  неустойчивые лейкоциты, гемолиз эритроцитов, трансформация скелета. Нарушена репарация повреждений от химических мутогенов. 3) Атаксия или ангиэктазия – повышенная чувствительность к гаммаизлучению, нет фермента гаммаэндонуклеазы, развиваются кожные пятна и мозжечковые расстройства. 4) прогерия – ребенок рождается как старичок, его кожа быстро стареет и сморщивается. Все случаи сопровождаются развитием опухолей.

21. Транскрипция, генетический код, процессинг РНК.

Биосинтез РНК – транскрипция – процесс считывания генетической информации с ДНК, при котором нуклеотидная последовательность ДНК кодируется в виде нуклеотидной последовательности РНК. Используется в качестве энергии и субстрата – нуклеозид-3-фосфат с рибозой. В основе лежит принцип комплиментарности – консервативный процесс – синтезируется новая одноцепочная РНК во время всей интерфазы, начинается в определенных участках – промоторах, заканчивается в терминаторах, а участок между ними – оперон (транскриптон) – содержит один или несколько функционально связанных генов, иногда содержит гены которые не кодируют белки. Отличия транскрипции: 1) транскрибируются отдельные гены. 2) не требуется праймера. 3) в РНК включается рибоза, а не дезоксирибоза.

Этапы транскрипции: 1) связывание РНК-полимеразы с ДНК. 2) инициация – образование цепи РНК. 3) элонгация или рост цепи РНК. 4) терминация.

1 этап – участок с которым связывается РНК-полимераза называется промотор (40 нуклеотидных пар) – имеет сайт узнавания, прикрепления, инициации. РНК-полимераза узнав промотора садится на него и образуется закрытый промоторный комплекс, в котором ДНК спирализовано и комплекс может легко диссоциировать и переходить в открытый промоторный комплекс – связи прочные, азотистое основание выворачивается наружу.

2 этап – инициация синтеза РНК заключается в образовании нескольких звеньев в цепи РНК, синтез начинается на одной цепи ДНК 3’-5’ и идет в направлении 5’-3’. Стадия заканчивается отделением б-субъединицы.

3 этап – элонгация – удлинение цепочки РНК – происходит за счет Core-рРНК-полимеразы. Нить ДНК деспирализована на 18ти парах, а на 12 – гибрид – общий гибрид ДНК и РНК. РНК-полимераза продвигается по цепочке ДНК, а после восстановление цепочки ДНК. У эукариот когда РНК достигает 30 нуклеотидов на 5’-конце образуется защитная структура КЭП.

4 стадия – терминация – происходит на терминаторах. В цепочке находится участок богатый ГЦ, а затем от 4 до 8 расположенных подряд А. После прохождения участка в РНК продукте образуется шпилька и фермент дальше не идет, синтез прекращается. Важную роль играет белковый фактор терминации – ро и тауэр. Пока шел синтез пирофосфат ингибировал ро белок, т.к. фермент остановился (шпилька) прекратился синтез фосфорной кислоты. Ро белок активируется и проявляет нуклеозидфосфатазную активность, что приводит к высвобождению РНК, РНК-полимеразы, которая в дальнейшем объединяется с субчастицей.

Процессинг – созревание РНК. Включает в себя: 1) образование КЭП на 5’-конце, участвует в присоединение к рибосоме. 2) на 3’-конце происходит полиаденилирование и образуется хвост из ста-двухсот адениловых нуклеотидов, он защищает ‘-конец от действия нуклеаз и помогает проходить через ядерные поры и играет роль в присоединение к рибосоме. 3) сплайсинг – вырезается не кодирующие последовательности – интроны. Это происходит двумя путями: а) осуществляется сплайсосомой – это нуклеопротеид, содержащий ряд белков и малую ядерную РНК. В начале происходит выпетливание интронов, при этом остаются только кодирующие последовательности – экзоны. Ферменты эндонуклеазы разрезают, а лигазы сшивают оставшиеся экзоны. Т.О. интроны уходят. Альтернативный сплайсинг – на одной последовательности нуклеиновой кислоты РНК образуют несколько белков. Самосплайсинг – самостоятельное удаление интронов. Нарушение сплайсинга: 1) системная красная волчанка. 2) фенилкетонурия. 3) гемоглобинопатия. Матричная РНК прокариот не подвергается процессингу, т.к. у них не интронов. Процессинг тРНК. Предшественник тРНК расщепляется и отщепляется нуклеотид 5’-3’ Q P. К 3’-концу присоединяется последовательность ССА с ОН-группой, на 5’ конце фосфорилированое пуриновое основание. Дугидроуридиновая петля – АРСаза. Процессинг рРНК. Предшественник рРНК – прорибосомальная РНК 45S синтезируется в ядрышке и подвергается действию рибонуклеаз и образуется 5,8S 18S 28S. Они на 70% спирализуются. рРНК играет роль в формировании рибосомы и участвует в каталитических процессах. Субъединица формируется из рРНК в ядре. Малая субъединица 30S, большая субъединица 50S и образуется рибосома 70S у прокариот, у эукариот 40S + 60S = 80S. Формирование рибосом происходит в цитоплазме.

Участки рибосом для связывания РНК: 1) в малых субъединицах, у которых есть последовательность Шайна-Далгорна мРНК 5’ГГАГГ3’ 3’ЦЦУЦЦ5’. Матричная РНК крепится к малой субъединице. У эукариот КЭП-связывающий участок для мРНК. Участок для связывания с тРНК: а) Р-участок – пептидильный центр для связывания мРНК с растущей пептидной цепью – пептидил-тРНК-связывающий. б) А-участок – для связи тРНК с аминокислотой – аминоацильный участок 2) В большой субъединице Е-участок с пептидилтрансферазной активность.

Обратная транскрипция характерна для ретровирусов или вирусы содержащие РНК – вирус ВИЧ-инфекции, онковирусы.

На цепочке РНК происходит синтез ДНК под действием фермента обратной транскриптазы или ревертазы, или ДНК_РНК-полимераза. Внедряясь в клетку хозяина происходит синтез ДНК, в которая встраивается в ДНК хозяина и начинается транскрипция своих РНК и синтез собственных белков.

Генетический код, его характеристика. Генетический код – это нуклеотидная последовательность молекулы рРНК в которой имеются кодовые слова для каждой аминокислоты. Он заключается в определенной последовательности расположения нуклеотидов в молекуле ДНК.

Характеристика. 1) генетический код триплетный – т.е. каждая а/к-та зашифрована тремя нуклеотидами. 2) генетический код для а/к является вырожденным или избыточным – подавляющее большинство а/к кодируется несколькими кодонами. Всего 64 триплета образуется, из них 61 триплет кодирует определенную а/к, а три триплета – АУГ, УАА, УГА являются нонсенс-кодонами, т.к. они не кодируют ни одной из 20 а/к, выполняют функцию терминации синтеза. 3) Генетический код является непрерывным, отсутствуют знаки препинания, т.е. сигналы, указывающие на конец одного триплета и начала другого. Код является линейным, однонаправленным, непрерывным. Например - АЦГУЦГАЦЦ. 4) кодоном включения синтеза служит триплет АУГ. 5) Генетический код является универсальным.

22. Трансляция – биосинтез белка. Этапы трансляции: 1) инициация. 2) элонгация. 3) терминация. Инициация – происходит активация а/к.

Инициирующая аатРНК будет взаимодействовать с 1 а/к будущего белка только карбоксильной группой, а 1 а/к может давать на синтез только NH₂ группу, т.о. синтез белка начинается с N-конца.

Сборка инициирующего комплекса на малой субчастице. Факторы: 30S мРНК фомилметионил тРНК IF 123 Mg²⁺ ГТФ – источник энергии

Нагруженная факторами инициации малая субъединица находит на мРНК старт кодон АУГ или ГУГ и по нему устанавливается рамка считывания, т.е. старт кодон помещается в Р-участок. К нему подходит формлметионил тРНК, что сопровождается высвобождением фактора IF 3, затем присоединяется большая субъединица и высвобождается IF 1 и IF2, происходит гидролиз 1ГТФ и образуется рибосома. Элонгация – рабочий цикл рибосомы. Включает в себя три шага: 1) связывание аатРНК с А-участком т.к. занят Р-участок– нужны факторы элонгации EF-TU, EF-TS и ГТФ.. 2) транспептидирование Е-участок перебрасывает а/к и образуется пептидная связь. Факторы элонгации у прокариот: EF-TU, EF-TS, EF-G. 3)Транслокация – сначала EF-G деацилированная тРНК Р-участка покидает рибосому, происходит перемещение на 1 триплет в сторону 3’ конца; перемещение пептида из А, в Р-участок – используется ГТФ и фактор элонгации – EF-G-транслоказа, А – участок опять свободен и процесс повторяется. Терминация – узнавание терминирующих кодонов УАА, УГА, УАГ с помощью релизинг-факторов RF 1 2 3. При попадании терминального кодона в А-участок к нему не присоединяется тРНК, а присоединяется один из факторов терминации, который блокирует элонгацию, что сопровождается активацией эстеразной активности пептидилтрансферазы участка Е. Происходит гидролиз сложных эфирных связей между пептидом и тРНК, рибосома покидает пептид, тРНК и диссоциирует на субъединицы, которые потом могут быть использованы.

Формирование структуры происходит одновременно с помощью белков-шаперонов – белки теплового шока. На синтез одной пептидной связи расходуется 1АТФ на аминоацилирование тРНК (присоединение аминокислоты), 1ГТФ на связь аатРНК с А-участком и 1ГТФ на транслокацию. Затрата энергии около 4 макроэргических связей на синтез одной пептидной связи.

23. Лактозный оперон. Регуляция репликации осуществляется с помощью концентрации белка Dna и гуанозинтетрафосфата. Основная регуляция экспрессии генов осуществляется на уровне транскрипции (зависит от стадии развития клетки, всех факторов, действия гормонов и других регуляторных компонентов). В разных клетках тканей только 5% генов экспрессируется, 97% молчат – мусорные ДНК – регуляторы транскрипции это хрономеры и ряд регуляторных последовательностей. Если присоединение белка-регулятора к ДНК вызывает транскрипцию, то это позитивная (+) регуляция, если подавление транскрипции – негативная (-) регуляция. Позитивная регуляция – ген выключен, присоединение белка-регулятора приводит к началу синтеза, в итоге ген включается. Т.О. белок-регулятор может быть индуктором или активатором. Негативная регуляция – ген включен, идет синтез РНК, если присоединяется белковый фактор регуляции (ингибитор или репрессор синтеза белка)Д ген выключается. Многие гормоны и другие факторы влияют на присоединение белка регулятора. Лактозный оперон E. Coli – негативная регуляция. Основные элементы его работы: в молекуле ДНК – участок регулятор, промотор, про-оперон и три структурных гена: лаг 1, лаг 2, лаг 3 и терминатор. Лаг 1 – осуществляет синтез фермента лактазы или бета-галактозидазы. Лаг 2 – фермент пермиаза, участвует в транспорте лактозы через мембрану. Лаг 3 – фермент трансацилаза. Регулятор – синтез мРНК на рибосоме, ведет к образованию белка репрессора, он присоединяется к оператору (т.к. имеет сродство), садится на него, а т.к. участки промотора и оперона перекрываются – РНК-полимераза не может присоединиться к промотору и транскрипция выключается. Глюкоза и галактоза обеспечиваю сходство репрессора и оператора. Если сходства не будет, лактоза взаимодействует с репрессором, меняя его трансформацию, и он не садится на оперон, т.к. теряет сходство к нему. РНК-полимераза садится на промотор и начинается транскрипция матричной РНК. Лактоза – это индуктор, а процесс – индукция – форма негативной регуляции, называемая так потому, что транскрипция прекращается из-за присоединения репрессора и его отщепление приводит к началу синтеза. Позитивная регуляция – ТАТА фактор – имеет сходство к участку ТАТА-бокс. ТАТА фактор садится на ТАТА-бокс – сигнал для РНК-полимеразы для узнавания своего промотора, села на него и начала транскрипцию рядом расположенных генов. У прокариот преоблалает негативная регуляция, для эукариот это не выгодно. Участки-энхансеры (усилители транскрипции) + белок-регулятор приводит к усилению транскрипции. Саинсеры + белок-регулятор  выключает транскрипцию и изменяет структуру хромосом.

24. Дезаминирование, трансаминирование, декарбоксилирование.

В тканях происходит только окислительное дезаминирование а/к, при этом происходит отщепление аминогруппы и выделяется аммиак.

Прямое окислительное дезаминирование – под действием глутаматдегидрогеназы (кофермент НАД) глутаминовая кислота превращается в альфакетоглутарат и выделяется аммиак.

Реакция включает анаэробную фазу дегидрирования глутаминовой кислоты с образованием промежуточного продукта – иминоглутаровой кислоты – и спонтанный гидролиз последней на аммиак и альфа-кетоглутаровую кислоту.

Оксидаза L а/к имеет оптимум активности при рН = 10, а в тканях около 7, поэтому она не активна. Оксидаза D а/к имеет оптимум активности при рН = 7, но ее субстратом являются D а/к, кот в тканях очень мало.

Трансаминирование а/к – обратимая реакция межмолекулярного переноса аминогруппы от а/к на альфа-кетокислоту без промежуточного образования аммиака, протекает при участии специфических ферментов трансаминаз. На первой стадии у аминокислоты отщепляется NH₂ группа, которая передается на перидоксальфосфат, в результате чего образуется перидоксаминфосфат. На второй стадии перидоксаминфосфат реагирует с любой другой альфа-кетокислотой, что приводит к синтезу новой а/к-ты и освобождению перидоксальфосфата. Большое значение имеют две трансаминазы: аланин-аминотрансфераза (АлАТ) и аспартат-аминотрансфераза (АсАТ).

Декарбоксилирование аминокислот - процесс отщепления карбоксильной группы аминокислот в виде СО₂, эта реакция необратима, реакцию катализируют декарбоксилазы, у которых простерическая группа представлена пиридоксальфосфатом. В тканях происходит декарбоксилирование тирозина, триптофана, валина, серина, гистидина, цистеина, аргенина, орнитина, альфа-аминомалоновой кислоты, 5-окситриптофана, глутаминовой кислоты и др.

Известно четыре типа декарбоксилирования аминокислот: 1) альфа-декарбоксилирование – от аминокислот отщепляется карбоксильная группа, стоящая по соседству с альфа-углеродным атомом. Продуктами реакции являются СО₂ и биогенные амины 2) w-декарбоксилирование, свойственное микроорганизмам, из аспарагиновой кислоты образуется альфа-аланин 3)декарбоксилирование, связанное с реакцией трансаминирования - образуется альдегид и новая аминокислота, соответствующая исходной аминокислоте 4)декарбоксилирование, связанное с реакцией конденсации двух молекул. Эта реакция в тканях животных осуществляется при синтезе сигма-аминолевулиновой кислоты из глицина и сукцинил-КоА, и при синтезе сфигнолипидов, а также у растений при синтезе биотина.

В тканях с высокой скоростью протекает декарбоксилирование гистидина под действием специфической декарбоксилазы и образуется гистамин.

Гистамин обладает сосудорасширяющим действием на кровеносные сосуды. При декарбоксилировании 5-окситриптофана под действием ароматических а/к-т образуется серотонин и СО₂. Из тирозина образуется 3,4-диоксифенилаланин (ДОФА). При декарбоксилировании ДОФА под действием декарбоксилазы ароматических а/к образуется дофамин и СО₂.

25. Связь трансаминирования и дезаминирования. Непрямое дезаминирование.

Непрямое окислительное дезаминирование в тканях.

Включает в себя 2 реакции в ходе которых участвуют 2 различных фермента. Любая а/к подвергается трансаминированию, она реагирует с альфакетоглутаровой кислотой под действием трансаминазы В₆(пиридоксальфосфат который в процессе реакции обратимо превращается в перидоксаминфосфат) и образуется глутаминовая кислота и соот. кетокислота. Глутамат под действием глутаматдегидрогеназы превращается в альфакетоглутарат и выделяется аммиак.

26. Образование и обезвреживание аммиака в организме. Биосинтез мочевины. Аммиак образуется при распаде пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований, окислительном дезаминировании аминокислот в тканях, дезаминирование биогенных аминов.

Орнитиновый цикл мочевинообразования – основной механизм обезвреживания аммиака в организме. Мочевина является главным конечным продуктом белкового обмена, она синтезируется в печени.

На первом этапе синтезируется макроэргическое соединение – карбамоилфосфат. На втором этапе происходит конденсация карбамоилфосфата и орнитина с образованием цитрулина. Далее цитрулин взаимодействует с аспартатом и образуется аргининосукцинат, который под действием аргининосукцинат-лиазы распадается на фумарат и аргинин, который под действием аргиназы расщепляется на мочевину и орнитин.

27. Процессы образования конечных продуктов обмена простых белков.

Аминокислота R-CH-NH₂-COOH окисляется до NH₃ (обезвреживается и превращается в мочевину, которая выводится с мочой) и R-C=O-COOH  CO₂ + R- COOH  бета окисление до АцКоА  ЦТК  АТФ + Н₂О + СО₂

28. Обмен тиоаминокислот.

Обмен метионина – незаменимая а/к, 1) синтез белков, синтез цистеина, 2) является донором SH группы, 3) активная форма метионина – S адгенозилметионин, участвует в реакциях метилирования: синтез креатина, фосфатидилхолина, карнетина, адреналина, ДНК.

Метионин+АТФS-аденозилметионин (активная форма метионина, донор СН₃)  S-аденозилгомоцистеин + Н₂О  (аденозин) гомоцистеин + серин  цистатионин + Н₂О под действием цистатиониназы  (цистеин) + гомосерин  сукцинилКоА  ЦТК. Серин – источник углеродного скелета в синтезе цистеина. Цистатиониназа у новорожденных неактивна, по этому у них цистеин незаменимая а/к.

Обмен цистеина - заменимая а/к, 1)синтез белков. 2) участвует в формировании третичной структуры белков, формирует дисульфидные связи. 3) SH группа цистеина часто входит в состав активных центров ферментов. 4) из цистеина синтезируются тиоэтиламин, таурин, входят в состав глутатиона.

29. Обмен фенилаланина, тирозина и триптофана. Фенилкетонурия и алкаптонурия. Фенилаланин – незаменимая а/к, которая поступает с пищей, используется на синтез тканевых белков. Основной путь распада идет через тирозин, который в свою очередь распадается на фумарат и ацетоацетат  2АцКоА  ЦТК.

Распад фенилаланина и тирозина до конечных продуктов. Фенилаланин в реакции гидроксилирования под действием гидроксилазы, кофактор ВН₄ – тетрагидробиотерин превращается в тирозин, из которого в дальнейшем образуется гомогентизиновая кислота, которая превращается в малеилацетоуксусную кислоту, а потом в фумарилацетоуксусную кислоту, которая распадается на фумаровую кислоту и ацетоуксусную кислоту.

Наследственное нарушение распада фенилаланина и тирозина: 1) ФКУ – фенилаланинкетонурия – 2 формы. А) классическая ФКУ. Б) ФКУ в результате дефицита кофактора ВН₄ (встречается в 2%). Причина классической ФКУ – врожденная недостаточность фермента фенилаланингидроксилазы в печени, нарушается основной путь распада фенилаланина через тирозин. У большинства наблюдается повышенное содержание в крови и моче фенилаланина и его метаболитов. Фенил ПВК – оказывает токсическое действие, тормозит транспорт через мембрану внутрь клеток, это нарушает синтез белков и нейромедиаторов нервной ткани, у детей наблюдается умственная отсталость. Характерный признак ФКУ – специфический запах плесени (мышиный) от мочи и пота ребенка.

Диагностика ФКУ: 1) экспресс метод определяет фенил ПВК в моче с FeCl₃, наблюдается образование продукта зеленого цвета (тест проводят на пеленке). 2) определение концентрации фенилаланина и его метаболитов в крови и моче. При заболевании фенилаланина в крови в 15 раз больше нормы. 3) тест на дефицит кофактора ВН₄. Лечение ФКУ: 1)диетотерапия – используют смеси со сниженным содержанием фенилаланина.

2) Алкаптонурия причина – врожденная недостаточность фермента оксидазы гомогентизиновой кислоты, накопление этой кислоты в организме, она выводится с мочой, которая на воздухе темнеет, т.к. образуется полимер черного цвета – алкаптон. С возрастом гомогентизиновая кислота накапливается в соединительной ткани, наблюдается охроноз – потемнение ушных раковин, носа, щек и других мест.

У 50% больных наблюдается артрит, т.к. гомогентизиновая кислота тормозит синтез коллагена.

Синтез катехоламинов из тирозина– дофамин, норадреналин, адреналин – синтезируются в нейронах и в мозговом веществе надпочечников. НА и дофамин являются нейромедиаторами. АД – гормон стресса – увеличивает ЧСС, АД, участвует в активном гликогенолизе и липолизе (с образованием энергии). Синтез меланина происходит в меланоцитах из тирозина. Наследственное нарушение синтеза меланина: 1)альбинизм – нарушение в меланоцитах. Причина – недостаточность фермента тирозиназы – наблюдается выраженная депигментация кожи, волос, глаз (кожа розовая, радужка светло-голубая, цвет волос белый, предрасположенность к раку кожи). 1:39000 детей. Синтез тиреоидных гормонов происходит в щитовидной железе в составе тиреоглобулина – это гликопротеид, с молекулярной массой 660кДа – в своем составе имеет 115 остатков тирозина. 1 стадия синтеза – концентрирование и активация иодидов в щитовидной железе. 2 стадия синтеза - йодирование остатков тирозина в составе тиреоглобулина. 3 стадия – происходит освобождение Т₃ (трийодтирозин) и Т₄ (тироксин) из тиреоглобулина, которые активируют тиреоидный гормон, они поступают в кровь и с помощью тироксин связывающих глобулинов транспортируются в ткани.

Обмен триптофана – незаменимая а/к, используется на синтез белков. 2 пути обмена: 1) основной – кинуриновый. 2) серотониновый (1%).

Синтез НАД из триптофана важен, т.к. на этом пути используется витамин В₆, поэтому при недостатке этого витамина наблюдаются симптомы, сходные с пеллагрой.

Наследственные нарушения обмена триптофана: болезнь Хартнупа – недостаток белков-переносчиков триптофана в кишечной стенке. Избыток триптофана превращается в индикан, который выводится с мочой и окисляется в индиго синего цвета – симптом голубых пеленок, признаки пеллагры. Биологическая роль серотонина: 1) является нейромедиатором. 2) активирует агрегацию и адгезию тромбоцитов. 3) стимулирует сужение сосудов, сокращение гладких мышц. 4) в эпифизе из серотонина образуется мелатонин, который участвует в регуляции сна.

30 и 31. Переваривание нуклеопротеидов в ЖКТ. Распад пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Подагра.

Нуклеопротеиды – это сложные белки, кот состоят из белковой части и нуклеиновых кислот. В зависимости от содержания нуклеиновых кислот различают ДНП и РНП. Нуклеопротеиды состоят из мононуклеотидов.

Мононуклеотиды выполняют в свободном виде следующие функции:

1) АТФ – универсальный источник энергии 2) УТФ – участвует в синтезе глицерофосфолипидов 3) АМФ – входит в состав НАД и ФАД 4) цАМФ – вторичный посредник в передаче вторичного сигнала.

Распад экзогенных нуклеопротеидов в ЖКТ. Особенности: 1) распад идет гидролитическим способом 2) нуклеотиды и азот. основания, кот получаются в ходе распада практически не используются для синтеза нуклеиновых кислот и кофакторов тканей.

Пуриновые и пиримидиновые азотистые основания всасываются в vena porte и поступают в печень, где происходит их распад (в энтероцитах и гепатоцитах) до конечных продуктов.

Пуриновые азотистые основания окисляются до мочевой кислоты: 1) плохо растворима в Н₂О 2) рК_м/к= 5,75 при рН меньше 5,75 мочевая кислота в основном находится в протонированной форме, при рН больше 5,75 мочевая кислота образует соли с Na – ураты, кот в 17 раз лучше растворимы в воде, чем мочевая кислота.3) растворимость мочевой кислоты резко снижается при низкой температуре. Роль мочевой кислоты: 1) является конечным продуктом распада 2) проявляет свойства антиоксиданта 3) по структуре похожа на кофеин, поэтому оказывает влияние на функцию цнс. Судьба мочевой кислоты. М/К поступает в кровь, связывается с глобулинами плазмы и это значительно повышает ее растворимость. М/К в крови в норме 0,15-0,42 ммоль/л. из организма м/к в основном выводится с мочой 250-270 миллиграмм в сутки. Повышение концентрации м/к в крови называется гиперурикемия, кот бывает 2 видов: 1) продукционная – образуется в результате повышенного образования м/к 2) ретенционная – в результате снижения выведения с мочой В последствии развивается подагра, при кот наблюдается накопление уратов в тканях, наиболее чувствительны суставы, в кот накопление уратов вызывает воспалительную реакцию и сильные боли, наблюдается образование камней в мочевыводящих путях. Лечение подагры: 1) диета с исключением продуктов с высоким содержанием пуринов ( икра, печень, почки, мясо, красное вино) – болезнь аристократов 2) препарат аллопуринол – структурный аналог гипоксантина, действует как конкурентный ингибитор к , в результате образуется именьше м/к.

Особенности у новорожденных: на 2-3 день после рождения у детей наблюдается мочекислый инфаркт новорожденных – повышенное выведение м/к с мочой, кот приобретает ярко янтарно-коричневый цвет, связано это с повышенным распадом нуклеопротеидов - физиологическое состояние, кот проходит через 5-7 дней.

Распад пиримидиновых азотистых оснований.

Судьба бета-аланина: 1) трасаминирование и образуется альфа-аланин 2) путь полного окисления 3) идет на синтез карнозина и ансерина – это дипептиды, кот находятся в мышцах и увеличивают амплитуду сокращений в период утомления мышц. Бета-аминоизобутират окиляется до конечных продуктов или в небольшом количестве выводится с мочой, при лейкимии это количество увеличивается за счет повышенного распада клеток.

32. Биосинтез пуриновых нуклеотидов.

Источники пуринового кольца: С₄ С₅ С₇ – глицин N₃ N₉ – глу – NH₂ C₆ – CO₂ N₁ – fcgfhnfn C₂ C₈ – ТГФК – тетрагидрофолиевая кислота.

Сначала образуется активная форма рибозы – фосфорибозилпирофосфат ФРПФ, к которому достраивается пуриновое кольцо, то есть синтез пуринового кольца идет в составе нуклеотида.

Рибозо-5-фосфат ингибируется по типу обратной связи конечными продуктами синтеза АМФ и ГМФ.

ГМФ + АТФ под действием фосфокиназы  ГДФ ГТФ АДФ + TR-SH-SH  (dАДФ) + TR-S-S + НАДФН  TR-SH-SH

33. Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов.

Источники пиримидинового кольца: аспартат, карбомоилфосфат.

Сначала синтезируется пиримидиновое кольцо, а потом достраивается рибоза и фосфорная кислота. При дефиците ферментов синтеза УМФ наблюдается оротатацидурия – повышенное выделение оротовой кислоты с мочой, у детей наблюдается умственная отсталость.

34. Распад хромопротеидов. Старые эритроциты поступают в селезенку, где перекисным окислением высвобождается гемоглобин, который попадает в плазму крови и там он встречается с белком гаптоглобином. Образуется гемоглобин-гаптоглобиновый комплекс, он поступает в ретикулоэндотелиальную систему, гаптоглобин отсоединяется и гемоглобин поступает в клетку. Превращения гемоглобина протекает: 1) в клетках РЕС – купферовские клетки печени. 2) в гепатоцитах печени. 3) в ЖКТ – кишечник. 1) Под действием гемоксигеназной дециклизующей системы происходит разрыв метиленовых мостиков гемоглобина между первым и вторым пирольными кольцами и молекула разворачивается превращаясь в вердоглобин. Происходит отсоединение белка глобина, который под действием катепсинов расщепляется на а/к. Также отсоединяется эндогенный СО – угарный газ, который обладает большим сродством к гемоглобину и образуется карбоксигемоглобин HbCO. Отсоединяется железо (идет в депо в форме ферритина), оставшийся линейный тетраферон – биливердин – 1 желчный пигмент, нетоксичен, хорошо растворим в воде, зеленого цвета, он восстанавливается при участии НАДФ-зависимой редуктазы он превращается в билирубин – красно-коричневый пигмент, токсичен, плохо растворим в воде. Из клеток РЕС билирубин поступает в кровь и взаимодействует с альбуминами, образуя альбумин-билирубиновый комплекс (непрямой). Если концентрация билирубина в крови очень высока, тогда он поступает в ткани и они приобретают желтое окрашивание. Ядерная желтуха – билирубин не полностью адсорбируется на альбуминах и поражает ядра ЦНС. Непрямой (не дает прямую реакцию с диазореактивом Эрлиха, сначала надо адсорбировать альбумины с помощью спиртов) несвязанный (химически несвязан) неконъюгированный (не конъюгированный с кислотой) билирубин. 2) Превращение билирубина в гепатоцитах: транспорт билирубина из плазмы крови в ЭПС гепатоцитов – билирубин конъюгирует с активной формой глюкуроновой кислоты под действием фермента УДФ-глюкоронилтрансферазы, образуется билирубиндиглюкоронид (БДГ) – прямой билирубин, происходит конъюгация, изменяются свойства и соединение становится нетоксичным, хорошо растворимым в воде. БДГ – 75% идет в ЖКТ, это энергозависимый процесс. До 25% из гепатоцитов поступает в кровь – прямой конъюгированный связанный билирубин, он сразу реагирует с деазореактивом Эрлиха. 3) БДГ поступает в ЖКТ, в кишечник и при участии глюкоронидаз отсоединяется глюкуроновая кислота от БДГ и образуется мезобилирубин, который восстанавливается под действием редуктаз в уробилиноген (мезобилиноген) – большая часть всасывается в вену портэ и поступает в печень, там он разрушается до моно и дипироллов (поступают в желчь; при патологии мезобилиноген не разрушается, он поступает в кровь и выводится с мочой, оказывает токсическое действие на органы и ткани ЦНС). Малая часть уробилиногена выводится с мочой и в отдельных порциях не обнаруживается. Мезобилиноген восстанавливается в стеркобилиноген – пигмент кала, небольшая часть всасывается через вены и выводится с мочой – цвет мочи соломенно-желтый, основная часть выводится через кишечник. У новорожденных стул зеленый – миконий – потому, что билирубин не восстанавливается микрофлорой кишечника (т.к. ее еще нет) и он окисляется в биливердин. Общее содержание билирубина определяется суммой прямого и непрямого билирубина. Общий билирубин 8,5-20,5 ммоль/литр. Прямой билирубин меньше 5 ммоль/литр. Непрямой билирубин расчетная величина – общий билирубин минус прямой билирубин. У новорожденных общий билирубин 20,5-200 ммоль/литр.

35. Синтез гемоглобина. Обмен железа.

Нb является хромопротеидом и относится к подгруппе неэнзимных (неферментных) хромопротеидов. Гемоглобин состоит из белковой части – глобин и небелковой части – гем. Нb состоит из 4 субъединиц, каждая из них состоит из гема, который соединен с глобином (состоит из 2х альфа и 2х бета цепей). Глобин синтезируется из а/к на рибосомах. Связь гема и глобина. Железо имеет валентность +2, имеет 6 координационных связей, 2 из них идут к атомам азота пиррольных колец, 5ая к азоту имидозольного кольца гистидина. 6ая соединяется с кислородом и образуется оксигемоглобин, который отдает кислород и образуется связь с имидозольным кольцом гистидина. Часть а/к вблизи окружения гема называются инвариантными - они не изменяются, замена а/к невозможна, если этого не происходит развиваются аномалии.

Синтез гема. В 1948 году Давид Ротенберг и Паул Фишер изучали синтез гема, они выделили основные ферменты, которые участвуют в синтезе гема, их место расположение (костный мозг, печень, почки, слизистая кишечника).

Исходные продукты синтеза гема – сукцинилКоА, глицин. В начале синтез происходит в митохондриях и под действием фермента синтетазы дельта-аминолевуленовой кислоты кофермент - В₁, В₆, липолевая кислота, и образуется альфа-амино-бета-кетоадипиновая кислота, затем дельта-аминолевуленовая кислота, она из митохондрий выходит в цитоплазму клетки и там происходит конденсация 2х молекул дельта-аминолевуленовой кислоты под действием дегидротазы дельта-аминолевуленовой кислоты и образуется одно циклическое соединение – порфобилиноген.

Далее происходит конденсация четырех молекул порфобилиногена по принципу «голова к хвосту», под действием уропорфириногена-1-синтетазы и уропорфириногена-3-косинтазы образуется уропорфириноген 3. Затем уропорфириноген 3 под действием декарбоксилазы превращается в копропорфириноген 3, который возвращается в митохондрии и все оставшиеся реакции происходят там. Из копропорфириногена 3 под действием копропорфириногеноксидазы образуется пропорфириноген 9. Далее происходит восстановление пропорфириногена 9 в протопорфирин 9 и внедряется железо (гемоксидаза), в результате чего образуется гем.

Регуляция синтеза гема происходит по принципу обратной связи, т.е. гем ингибирует первый фермент синтеза (синтетазу дельта-аминолевуленовой кислоты), а также может ингибироваться и второй фермент (дегидротаза дельта-аминолевуленовой кислоты). Если отмечается снижение концентрации глобина в клетке, то происходит самопроизвольное окисление протопорфирина 9 в пропорфериноген 9, т.о. железо не внедряется и накапливается в клетке, концентрация железа увеличивается и происходит активация процесса синтеза глобина.

Обмен железа. В организме железо находится в 2х видах – клеточное железо и внеклеточное железо. Клеточное железо – входит в состав ферментных гемопротеидов (гемоглобин, миоглобин). Внеклеточное железо – это белки, которые связывают железо и транспортируют его (трансферин, лактоферин). Железо в организме совершает постоянный кругооборот. При распаде клеточных структур железо освобождается и 9/10 используется повторно, а 1/10 выводится из организма. Замена железа происходит с пищей, с продуктами содержащими железо (мясо, печень, почки, салат, сухофрукты, абрикос, укроп). 25 мг железа в сутки поступает в желудок, где железо высвобождается и только 1 мг подвергается всасыванию с помощью аскорбиновой кислоты в желудке, основная масса железа всасывается в 12перстной кишке. Способствуют всасыванию - белки, продукты содержащие аскорбиновую кислоту, чай и кофе ингибирует этот процесс; алкоголь улучшает всасывание железа.

Железо поступает в кровь, соединяется с трансферрином, который относится к бета-глобулиновой фракции, и в результате образуется комплекс и железо транспортируется к органам депо – печень, костный мозг, селезенка, плацента. Т.О. трансферин (15 типов – С) транспортирует железо в депо, где оно высвобождается и поступает в клетку.

Железо поступает в клетку и откладывается в форме ферритина – это не токсичное, хорошо растворимое в воде соединение, одна молекула феритина может соединять до 4,5 тысяч атомов железа. В феритине Fe³⁺.

Гемосидерин содержит гранулы железа – это белок, он является токсичным, т.к. содержит очень много железа и т.к. в организме человека нет путей экскреции железа из клетки развивается гемосидероз. Ему подвергается печень вследствие осложнения таких заболеваний, как гемолитическая и апластическая анемия. Лечение – переливание крови.

36. Производные моносахаридов – фосфорные эфиры, уроновые кислоты, аминосахара. Фосфорные эфиры: 1) глюкозо6фосфат – активная форма глюкозы, с нее начинается превращения углеводов. Глюкоза + АТФ под действием гексокиназы превращается в глюкозо6фосфат, глюкозо1фосфат. Глю6ф идет на синтез гликогена. При распаде гликогена образуется глюкозо1фосфат и из нее глкозо6фосфат. Глюкозо6фосфат участвует в гликолизе, в результате чего образуется ПВК. С глюкозо6фосфата начинается ПФЦ, в результате чего образуется рубозо5фосфат. 2) Рибозо5фосфат – образуется в пирофосфатном цикле, входит в структуру мононуклеотидов – НАД, ФАД, АТФ, ДНК, РНК. Рибозо5фосфат + АТФ образуется фосфорибозилпирофосфат, который идет на синтез пуриновых азотистых оснований. Уроновая кислоита – глюкуроновая кислота, в 6 положении СООН группа. Аминосахар – глюкоозамин, фруктозамин, галактозамин. Уроновые кислоты и аминосахара являются структурными компонентами ГАГ – высокомолекулярные соединения, мономером является дисахаридная единица, которая представлена уроновой кислотой, которая соединена альфа-1,3 гликозидной связью с аминосахаром.

37. Гомополисахариды. К ним относятся крахмал и гликоген. Общая формула [С₆Н₁₀О₅]_n. Гликоген – главный резервный полисахарид, построенный из остатков альфа-D-глюкозы, запасается в тканях печени и мышцах. Представляет собой амилозную цепь, в которых остатки глюкозы связаны альфа-1,4-гликозидной связью. Цепь амилопектина имеет ветвления. В точках ветвления имеются альфа-1,6-гликозидные связи. Чем больше точек ветвления тем лучше растворяется гликоген. В ЖКТ гликоген под действием амилолитических ферментов, а в тканях фосфорилазы распадается на декстрины. Они под действием альфа-амилазы в 12-перстной кишке распадаются на олигосахариды, в толстом кишечнике под действием специфических олигосахаридаз расщепляются до мальтодекстринов, лактоза под действием бета-галактозидазы распадается на глюкозу и галактозу. Лактоза  (бета-галактозидаза) глюкоза + галактоза, сахароза (сахараза) глюкоза + фруктоза, мальтоза  (мальтаза) 2 глюкозы.

38. Гетерополисахариды – ГАГ всегда связаны с белком. В их состав входят остатки мономера либо гликозамина, либо галактозамина, а также D-глюкуроновая или L-идуроновая кислоты.

ГАГ – высокомолекулярные соединения, мономером является дисахаридная единица, которая представлена уроновой кислотой, которая соединена альфа-1,3 гликозидной связью с аминосахаром.

Различают 7 классов ГАГ: 1) гиалуроновая кислота – распространена в почках, стекловидном теле, синавиальной жидкости, пупочном канатике, смазка в суставах, барьер против проникновения микроорганизмов; с возрастом количество уменьшается; 2, 3) хондроэтин4сульфат и хондроэтин6сульфаты - состоят из уроновых кислот, соединенных с галактозамином; они находятся в костной ткани, с возрастом количество уменьшается; 4) дерматансульфаты – состоят из итуроновой кислоты и аминосахара ацетилированного и сульфированного; 5) керотансульфаты – не содержат уроновых кислот, в состав входит Д-галактоза с ацетилированным и сульфированным сахаром, сиаловые кислоты, обуславливают прозрачность роговицы; 6) гепарин – находятся на поверхности многих клеток, в тучных клетках внутренний элемент, содержит несколько остатков серной кислоты; выполняет роль антикоагулянта в комплексе с липопротеидами плазмы, соединяются с липопротеинлипазой, становится активнои и расщепляет липиды в составе хилоникронов; 7) гепарансульфаты – по структуре похож на гепарин, но содержит меньше сульфатных групп, синтезируется при участии гликозилтрансфераз – переносят ост Углев с активных форм. Каждый раз увеличивается на 1ну молекулу углевода.

39. Переваривание и всасывание углеводов в ЖКТ на примере гликогена. Судьба всосавшихся моносахаридов. В ЖКТ гликоген под действием амилолитических ферментов, а в тканях фосфорилазы распадается на декстрины. Они под действием альфа-амилазы в 12-перстной кишке распадаются на олигосахариды, в толстом кишечнике под действием специфических олигосахаридаз расщепляются до мальтодекстринов, лактоза под действием бета-галактозидазы распадается на глюкозу и галактозу. Лактоза  (бета-галактозидаза) глюкоза + галактоза, сахароза (сахараза) глюкоза + фруктоза, мальтоза  (мальтаза) 2 глюкозы, т.о. образуется смесь моносахаридов. Активная форма глюкозы – глюкоза6фосфат идет на: 1) синтез гликогена 2) происходит прямое окисление глюкозы в ПФЦ, в итоге образуется рибоза5фосфат + НАДФН 3) гликолиз до 2 ПВК (8 АТФ): а) в анаэробных условиях образуется 2 молекулы молочной кислоты и 2 АТФ б) аэробные условия – окислительное декарбоксилирование ПВК до 2х АцКоА, ЦТК, в итоге образуется СО₂, Н₂О и 24 АТФ, т.о. на одну молекулу глюкозы приходится 38 АТФ. Возрастные особенности: 1) основной углевод пищи – лактоза 2) небольшая активность альфа-амилазы 3) низкая амилолитическая активность панкреатического сока 4) высокая активность лактазы 5) в ЖКТ наблюдается брожение углеводов.

39 а) Синтез и распад гликогена, регуляция активности фосфорилазы и гликогенсинтетазы. Синтез гликогена. Глюкоза под действием гексокиназы в глю6ф, под действием фосфоглюкомутазы в глю1ф. Глюкоза1фосфат +УТФ  УДФ-глюкоза + пирофосфат. Для синтеза гликогена необходима затравка (С₆Н₁₀О₅) _{n = или > 4} + УДФ-глюкоза под действием гликогенсинтетазы до (С₆Н₁₀О₅) _{n + 1} + УДФ. Активность гликогенсинтетазы регулируется гормонами: инсулином, глюкогоном, адреналином. Регуляция активности гликогенсинтетазы происходит путем ковалентной модификации (фосфорилирование/дефосфорилирование). Инсулин активирует гликогенсинтетазу, уровень глюкозы в крови снижается. Адреналин ингибирует гликогенсинтетазу, уровень глюкозы в крови увеличивается. Синтез гликогена происходит в печени, в лимфе, лейкоцитах. Синтез амилопектина происходит под действием гликозилтрансферазы. Она берет участок линейной цепи амилазы, переносит его с образованием ветвления. Распад гликогена – фосфоролиз под действием фосфорилазы. (С₆Н₁₀О₅)_n + Н₃РО₄ под действием фосфорилазы образуется (С₆Н₁₀О₅)_n–1 + глюкоза1фосфат, которая под действием фосфоглюкомутазы в глюкоза6фосфат и под действием глюкоза6фосфатазы в глюкозу. Фосфорилаза активна в фосфорилированной форме (а- актавная форма – 4 субъединицы; В – неактивная форма – 2 субъединицы). 2фосфорилаза-В + 4АТФ под действием киназафосфорилаза образуется фосфорилаза-А + 4АДФ Адреналин активирует фосфорилазу путем присоединения Н₃РО₄, а инсулин оказывает противоположное действие

40. Анаэробный распад глюкозы – гликолиз это сложный ферментативный процесс превращения глюкозы до молочной кислоты без потребления кислорода. Гликолиз протекает в гиалоплазме клетки. Суммарное уравнение: С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Фн  2 CH₃CH(OH)COOH + 2АТФ + 2Н₂О.

41. Роль анаэробного и аэробного распада глюкозы в мышцах. Судьба молочной кислоты. Глюкоза вступает в процесс гликолиза и в результате образуется 2 ПВК (высвобождается 8 АТФ). Далее ПВК в анаэробных условиях превращается в 2 МК и 2 АТФ. В аэробны условиях происходит окислительное декарбоксилирование ПВК до 2 АцКоА (6 АТФ), который запускает ЦТК, в результате чего образуется СО₂, Н₂О и 24 АТФ. Судьба молочной кислоты – цикл кори – она образуется в мышцах, эритроцитах и в сетчатке глаза. Молочная кислота является тупиком метаболизма. Если молочной кислоты образуется много – это лактатный ацидоз. Цикл Кори – это соотношение содержания глюкозы и молочной кислоты в различных органах и тканях. Глюкоза из печени поступает в кровь, затем в мышцы, где синтезируется гликоген. Потом он распадается, образуется глюкоза, которая превращается в молочную кислоту. 4/5 молочной кислоты идут в кровь, в печень, превращается в ПВК, который участвует в глюконеогенезе в печени, в результате чего образуется глюкоза и все начинается сначала. Одна молекула глюкозы дает 6 АТФ – процесс самообслуживания. 1/5 молочной кислоты превращается в ПВК, АцКоА, ЦТК, СО₂, Н₂О, 12 АТФ.

42. Схема аэробного окисления углеводов, образование ПВК, челночные механизмы транспорта водорода. Три этапа аэробного распада углеводов: 1) гликолиз до ПВК, при этом образуется 8 АТФ 2) окислительное декарбоксилирование ПВК, при этом образуется 6 АТФ 3) АцКоА запускает ЦТК, в итоге образуется 24 АТФ, т.о. на одну молекулу глюкозы приходится 38 молекул АТФ.

Митохондриальная мембрана не проницаема для Н, он транспортируется через челночные механизмы – глицеролфосфатный челночный механизм, Маолат-аспартатная челночная система.

43. Окислительное декарбоксилирование ПВК, связь с дых цепью. В реакции окислительного декарбоксилирования ПВК образуется 2 АцКоА, 2 СО₂ и 2 НАДН, который является источником Н для дыхательной цепи, в результате чего образуется 2 воды и 6 АТФ. Реакцию катализирует мультиферментный комплекс, который включает 5 кофакторов и 3 фермента. Кофакторы: тиаминдифосфат, липоевая кислота, НS-КоА, ФАД, НАД. Ферменты: пируватдегидрогеназа декарбоксилирующая, липоацетилтрансфераза, липоамиддегидрогеназа.

44. ЦТК, связь с дых цепью. Цитратный цикл (цикл лимонной кислоты, цикл трикарбоновых кислот, цикл Кребса) открыт Кребсом в 1937 году. 1) Конденсация АцКоА и оксалоацетата, образуется цитрат. 2) превращение цитрата в изоцитрат через цис-аконитовую кислоту. 3) прямое декарбоксилирование изоцитрата, НАДН – источник Н, проступает в дых цепь  3АТФ + Н₂О. 4) окислительное декарбоксилирование а-кетоглутората, сложный а-кетоглуторатдегидрогеназный комплекс, включающий 3 фермента и 5 кофакторов (ТДФ, НSКоА, НАД, ФАД, липоевая кислота). НАДН (3АТФ+вода). 5) реакция субстратного фосфорилирования сукцинилКоА, ГТФ (1АТФ). 6) реакция окисления сукцината в фумарат, образуется ФАДН₂ (2АТФ и вода). 7) реакция гидратации фумарата с образованием малата. 8) Окисление малата путем дегидрирования, образуется оксалоацетат и НАДН (3АТФ и вода). Суммарное уравнение: АцКоА + 2H₂O + Фн + ГДФ  3НАДН + ФАДН₂ + ГТФ + НSКоА.

45. Строение коэнзима А, участие в обмене веществ. HS-КоА входит в мультиферментный комплекс окислительного декарбоксилирования ПВК. Участвует в образовании активных форм жирных кислот (бета-окисление). Строение – пантотеновая кислота, тиоэтанол амин, АМФ, в третьем положении дополнительный остаток фосфорной кислоты. Очень важен АцКоА – это промежуточный продукт окисления белков, жиров, углеводов. Образуется при окислительном декарбоксилировании ПВК, он запускает ЦТК. Из а-кетоглутората в ЦТК в процессе окислительного декарбоксилирования образуется сукцинилКоА, который идет на синтез гема.

46. Пентозофосфатный путь окисления глюкозы. ПФЦ: 1) окислительная стадия 2) неокислительная стадия: а) изомеризация пентоз б) структурная перестройка сахаров. Окислительная ветвь: 6 глюкоза6фосфат + НАДФ под действием глюкоза6фосфатдегидрогеназы образуется (6 НАДФН) и 6 глюнолактон + 6 Н₂О под действием лактоназы образуется 6 фосфоглюконовая кислота под действием 6фосфоглюконатдегидрогеназы (декарбоксилирующая) образуется 6 СО₂ и 6 рибулозо5фосфат. Дефицит глюкозо6фосфатдегидрогеназы приводит к нарушению целостности мембран эритроцитов, их гемолиз – наследственная гемолитическая анемия 2) а) 6 Рибулозо5фосфат идет на образование 4 ксилулоза5фосфат и 2 рибоза5фосфат (структура мононуклеотидов - ДНК, РНК, АТФ). б) Катализирует ферменты транскетолаза – переносит 2ой С фрагмент на альдозу и трансальдолаза – переносит С фрагмент на альдозу и образуются углеводы С₃, С₄, С₆, С₇. Значение ПФЦ: Является источником пентоз 2) является источником углеводов с различным числом углеродных атомов 3) является источником НАДФН, который не транспортирует Н в дых цепь, а используется в реакциях восстановительного биосинтеза (синтез жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов) 4) является местом переключения на гликолиз – образуются продукты, сходные с промежуточными продуктами гликолиза. 5) является фондом возвращения пентоз и гексоз, локализуется в лактирующей железе, в коре надпочечников, печени, жировой ткани, эритроцитах.

47. Роль печени в обмене углеводов. В печени происходит синтез гликогена, глюконеогенез, ПФЦ. Печеночный гликоген участвует в поддержании уровня глюкозы в крови, а гликоген мышц играет энергетическую роль. Глюкоза6фосфат идет на синтез гликогена.

48. Биосинтез глюкозы – глюконеогенез. Цикл кори – это соотношение содержания глюкозы и молочной кислоты в различных органах и тканях. Глюкоза из печени поступает в кровь, затем в мышцы, где синтезируется гликоген. Потом он распадается, образуется глюкоза, которая превращается в молочную кислоту. 4/5 молочной кислоты идут в кровь, в печень, превращается в ПВК, который участвует в глюконеогенезе в печени, в результате чего образуется глюкоза и все начинается сначала. Одна молекула глюкозы дает 6 АТФ – процесс самообслуживания. 1/5 молочной кислоты превращается в ПВК, АцКоА, ЦТК, СО₂, Н₂О, 12 АТФ. Глюконеогенез – процесс образования глюкозы из продуктов неуглеводного происхождения из молочной кислоты, идет путем сочетания прямых (обратимых) реакций и идущих в обход (необратимых) реакций (ГК, ФФК, ПК).

49. Регуляция концентрации глюкозы в крови, пути поступления и расходования глюкозы, гипо- и гипергликемия. Уровень глюкозы в крови регулирует ряд гормонов. Инсулин понижает уровень сахара в крови, а все остальные повышают его – адреналин, глюкогон, глюкокортикоиды, соматотропный гормон. Глюкоза в организм человека поступает с пищей и образуется в результате протекания следующих процессов: распад гликогена, глюконеогенез. Глюкоза расходуется на: 1) синтез гликогена 2) ПФЦ (рибоза5фосфат + НАДФН) 3) гликолиз, в результате образуется 2 ПВК (высвобождается 8 АТФ). Далее ПВК в анаэробных условиях превращается в 2 МК и 2 АТФ. В аэробны условиях происходит окислительное декарбоксилирование ПВК до 2 АцКоА (6 АТФ), который запускает ЦТК, в результате чего образуется СО₂, Н₂О и 24 АТФ. Кортизол угнетает синтез белков в тканях и не использованные на синтез а/к идут на глюконеогенез, а в печени усиливается биосинтез ключевого фермента глюконеогенеза пируваткарбоксилазы. Возрастные показатели уровня сахара в крови. Норма взрослого человека – 3,5-5,5 ммоль/л, если больше 11 ммоль/л, то сахар появляется в моче – это пороговое вещество. Если меньше 3,3 ммоль/л – гипогликемия, больше 6 ммоль/л – гипергликемия. Гипергликемия – причины: физиологическая гипергликемия – алиментарная, эмоциональная; при сахарном диабете; при гипертиреозе, адренокортицизме, гиперпитуитаризме. Гипогликемия – причины: длительное голодание; нарушение всасывания (заболевания ЖКТ), хронические заболевания печени (нарушение синтеза гликогена); нарушение секреции контринсулярных гормонов – гипопитуитаризм, хроническая недостаточность коры надпочечников; гипотиреоз; заболевания ЦНС (инсульты); передозировка инсулина и пероральных диабетических средств; нарушение режима питания у больных с сахарным диабетом; заболевания поджелудочной железы (инсулинома).

50. Сахарный диабет. При недостаточности содержания инсулина возникает сахарный диабет: повышается концентрация глюкозы в крови, появляется глюкоза в моче и уменьшается содержание гликогена в печени. При введении инсулина больным диабетом происходит коррекция метаболических сдвигов. Инсулин контролирует эти процессы на генетическом уровне как индуктор синтеза ключевых ферментов гликолиза: гексокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы. Инсулин также индуцирует синтез гликогенсинтетазы. Одновременно инсулин действует как репрессор синтеза ключевых ферментов глюконеогенеза. Инсулин синтезируется в поджелудочной железе в виде препроинсулина, состоит из альфа цепи – 20 а/к и бета цепи – 31 а/к. Рецепторы инсулина имеют сложное строение. Состоят из 2х альфа субъединиц, которые не проникают через клеточную мембрану и 2х бета субъединиц, которые находятся в цитозоле. При сахарном диабете может нарушаться передача трансмембранного сигнала, и в этом случае инсулин не помогает. Повышение сахара в крови в течении 2-3х минут вызывает секрецию инсулина, 40мин-1час пока не станет содержание сахара в крои в норме. Причины развития сахарного диабета с биохимической позиции: 1) повышение активности тканевого фермента инсулиназы - происходит восстановление или окисление дисульфидных мостиков, инсулин теряет свою активность 2) замена ряда а/к в полипептидных цепях инсулина; если заменить фенилаланин на лейцин с С-конца бета цепи, происходит потеря гормональной активности в 10 раз 3) дефект рецепторов инсулина – нарушается связь инсулина с рецепторами или связь происходит, но передача с альфа на бета субъединицы не происходит 4) нарушено превращение проинсулина в инсулин – нарушение отщепления С пептида. Биохимические нарушения при сахарном диабете: первый симптом - манифестный симптом – нарушается транспорт глюкозы через клеточную мембрану, глюкоза не транспортируется из крови в клетки, это приводит к превышению сахара в крови – гипергликемия. Мало инсулина – это приводит к повышению синтеза контринсулярных гормонов и повышение синтеза кортизола – усиливаются процессы глюконеогенеза – наблюдается много сахара в крови. Норма сахара в крови – 3,3-5,5 ммоль/л, порог почечной проницаемости для глюкозы – 11 ммоль/л, при превышении порога сахар обнаруживается в моче – глюкозурия, это приводит к повышению осмоляльности, наблюдается приток жидкости из тканей – полиурия, появляется полидипсия – глубокое нарушение. Полиурия – с мочой выводится большое количество ионов Na, K, Ca, фосфатов, что вызывает увеличение концентрации контринсулярных гормонов. В результате этого происходит потеря ионов – изменяется буферная емкость крови, снижается концентрация 2,3дифосфоглицератов, это приводит к нарушению отдачи кислорода к тканям (гипоксия тканей).

51 и 52. Нарушение углеводного обмена. Наследственные заболевания, которые характеризуются нарушением активности ферментов принимающих участие в синтезе и распаде гликогена и в процессах переваривания. Например – непереносимость молока у ребенка может быть связана с дефицитом фермента лактазы, наблюдается вздутие живота. Нарушение синтеза гликогена – если нарушена активность ферментов, участвующих в распаде гликогена, то это приводит к болезням накопления гликогена – гликогенные заболевания – всего их 11 типов (мышечная, печеночная, сердечная и т.д.). При нарушении синтеза гликогена наблюдается отсутствие гликогена в печени – агликогеноз – нарушение активности ферментов синтеза; истощенность.

53. Взаимосвязь всех обменов.

Глюкозо6фосфат – активная форма глюкозы, которая идет на синтез гликогена. При распаде гликогена образуется глюкозо1фосфат и из нее глкозо6фосфат. Глюкозо6фосфат участвует в гликолизе, в результате чего образуется ПВК. С глюкозо6фосфата начинается ПФЦ, в результате чего образуется НАДФН (используется в реакциях восстановительного биосинтеза – синтез жирных кислот УиЛ) рубозо5фосфат и  фосфорибозилпирофосфат  синтез нуклеотидов (БиУ). ПВК – под действием лактатдегидрогеназы превращается в молочную кислоту. ПВК образуется при гликолизе, участвует в глюконеогенезе. ПВК превращается в оксалоацетат, который в реакции аминирования в аспартат (БиУ). Окислительное декарбоксилирование ПВК приводит к образованию АцКоА. АцКоА – образуется при окислительном декарбоксилировании ПВК, при бета-окислении жирных кислот (ЛиУ), из кетогенных а/к. АцКоА запускает ЦТК, идет на синтез жирных кислот, кетоновых тел и холестерина.

54. Роль ключевых метаболитов: глюкозо6фосфат, ПВК, АцКоА. Глюкозо6фосфат – активная форма глюкозы, которая идет на синтез гликогена. При распаде гликогена образуется глюкозо1фосфат и из нее глкозо6фосфат. Глюкозо6фосфат участвует в гликолизе, в результате чего образуется ПВК. С глюкозо6фосфата начинается ПФЦ, в результате чего образуется рубозо5фосфат  фосфорибозилпирофосфат  синтез нуклеотидов. ПВК – под действием лактатдегидрогеназы превращается в молочную кислоту. ПВК образуется при гликолизе, участвует в глюконеогенезе. Окислительное декарбоксилирование ПВК приводит к образованию АцКОА. АцКоА – образуется при окислительном декарбоксилировании ПВК, при бета-окислении жирных кислот, из кетогенных а/к. АцКоА запускает ЦТК, идет на синтез жирных кислот, кетоновых тел и холестерина.

124-126. Нервная ткань.

Функции нервной системы: обработка, хранение, передача информации через синаптические связи клеток. Главный элемент нервной ткани – нейрон. Синапс – осуществляет связь между отдельными нейронами. Химический состав: 1) содержание липидов в сером веществе 25%, в белом 40%, в периферических нервах до 50%. Липидный состав меняется в онтогенезе, в раннем возрасте отсутствуют цереброзиды, далее увеличивается количество длинноцепочных жирных кислот с четырьмя и пятью двойными связями. 2) содержание белков 50% в сером веществе, 35% в белом. 3) малый запас гликогена и АТФ.

Нейроспецифические белки (НСБ) – обнаруживаются в нервной ткани и количественно в ней преобладающие. Открыто более 200 НСБ. В нервной ткани присутствуют простые и сложные белки. Простые – нейроальбумины, глобулины и опорные белки – нейросклеропротеиды, нейроколлаген и нейроэластин. Сложные – нуклеопротеиды, липопротеины, фосфопротеины, протеолипиды, и надмолекулярные липонуклеопротеиды, липогликопротеиды, липогликонуклеопротеиды. НСБ: 1) Са связывающий НСБ – белок S100 – 1965 г – находится в мозге в глии – кислый гликопротеид, т.к. 60% его состава глутаминовая и аспарагиновая кислоты, он не осаждается в 100% (NH₄)SO₄. Появляется на 10-15 неделе эмбрионального развития, количество увеличивается по мере обучения, тренировок формирования условных рефлексов, в памяти. Молекула S100 соединяет 2Са меняет конформацию, на поверхности появляются гидрофобные группы – изменение проницаемости мембран. В 50 – основной фосфорилируемый белок мембраны синапсов, это приводит к продолжительному изменению заряда постсинаптической мембраны. При старении интенсивность ф-я падает, это приводит к снижению пластичности мембран. 2) НСБ связанные с адгезией и межклеточным узнаванием - гликопротеины, участвующие в синаптической передаче, рецепторной реакции, формирование и хранение памяти. Болезнь Альцгеймера – белок бета-АРР. Потеря интеллектуальной способности, теряется координация, кратковременная память, не узнавание себя. В норме белок бета-АРР погружен на половину в мембрану, верхняя половина отщепляется. А при болезни отщепляется только кончик, иногда остальное. 3) НСБ ферменты: белок 14-3-2-гамма гамма-енолаза, находится в цитоплазме нейронов, в основном в сером веществе больших полушарий. 4) Секретируемые НСБ – транспортер и защита от разрушения пептидных регуляторов, вырабатываемых в ЦНС: нейрофизин – используется для транспорта окситоцина и вазопрессина в соотношении 1:10 (окситоцин) и 1:14 (вазопрессин). 5) белок Р-400 (по молекулярной массе) – отвечает за двигательный контроль, находится в мозжечке. 6) белок – фактор роста нервов (ФРН) – NGF – вырабатывается клетками-мишенями, на аксоне есть его рецепторы. Если аксон в течение 12-15 дней достиг мишени – они выжили, другие погибают. Путем эндоцитоза NGF поглощается клеткой, в клетке может произойти частичная гидротация (дегродация) NGF, т.о. он выполняет трофическую функцию. NGF индуцирует тироксиноксидазу – основной фермент синтеза катехоламинов. Стимулирует поглощение уридина, образование полисом, синтез белка, липидов, РНК, потребление глюкозы. Он способствует выживанию нервных клеток – активирует рост аксонов и денритов, осуществляет контроль за сборкой микротрубочек. Белок РсI (пиайси) – его наличие связывают с шизофренией.

Азотистый обмен. Метаболизм белков и а/к в головном мозге происходит интенсивнее, чем в других органах, в сером веществе выше чем в белом. Более интенсивнее идет синтез из глюкозы глутаминовой и аспарагиновой кислот, глицина, серина, аланина. Быстрый обмен между свободными а/к мозга и кровью. На долю глутаминовой и аспарагиновой кислот и их производных (глутамин, ГАМК, глутатион) приходится 75% от всех а/к мозга. Центральная роль принадлежит глутаминовой кислоте, она может использоваться как источник энергии - глутаматальфа-КГЦТК (АТФ, Н₂О, СО₂). Концентрация глутамата поддерживается на одном уровне. Источники глутамата – 1) восстановительное анимирование альфакетоглутарат + аммиак + НАД(Ф)Н₂ под действием глутаматдегидрогеназы образуется глутамат + НАД(Ф) + вода 2) трансанимирование аспартат + альфаКГ под действием АсАТ об-ся ЩУК + глутамат 3) метаболизм ГАМК – образуется из глутаминовой кислоты в реакции декарбоксилирования и СО₂ Т.К. ГАМК оказывает тормозящий эффект на синаптическую передачу в ЦНС , то судорожные явления при недостатке витамина В₆ могут быть связаны с пониженным образованием ГАМК. Внутривенное введение ГАМК может привести к гибели определенных клеток. Образование аммиака – источниками являются а/к и ихпроизводные.А/к+альфа-КГальфа-кетокислоты+глутамат. Глутамат+ЩУКа-КГ+аспартат. В митохондриях – дезаминирование НАД. А/к  глутамат  аспартат + ДНАД  (НАДсукцинатсинтетаза, ГТФ) НАДсукцинат  ( ф лиаза) фумраровая кислота + НАД  (дезаминаза) NH₃ + H₂O + фор. В цитоплазме источник аммиака – АМФ. а/к  глутамат  аспартат + ИМФ  (аденозилсукцинатсинтетаза) аденозилсукцинат  (лиаза) фумарат + АМФ  (дезаминаза) H₂O + NH₃ + ИМФ. Высокая концентрация аммиака приводит к коматозам. Обезвреживание аммиака: NH₃ + глутамат  (инсинтетаза) глутамин  с током крови в печень или почки. Удаление аммиака происходит за счет глутамина.

Липиды – нейтральных липидов почти нет, преобладают сложные липиды – фосфолипиды, сфинголипиды – галактоцеребразиды, галактосульфатиды, много холестерина – 25% от всех липидов мозга. Сфинголипиды входят в состав миелиновых оболочек. Нарушение их деградации из-за дефекта фермента приводит к сфинголипидозам и демиелинизации. Ганглиозиды – участвуют в связывании натрия, калия, кальция, процессе адгезии, обеспечивает иммунохимическую специфичность. Свободных жирных кислот мало, в состав входят около 40 жк. Мозг не использует жк и липиды в качестве источника энергии, но может использовать бета-гидроксибутират. Энергетический обмен головного мозга: глюкоза – основной энергетический субстрат. В головном мозге потребляется до 70% глюкозы образующейся в печени и 20-25% от всего поступающего в кровь кислорода. Глюкоза: 90% окисляется аэробно до ПВК  СО₂, Н₂О, АТФ (для поддержания электрических потенциалов), 5% анаэробно до молочной кислоты, а 5-7% идет на синтез гликопротеидов, в ПФЦ – образуется НАД(Ф)Н₂, на синтез гликогена. Запаса гликогена хватило бы на 2-6 сек работы мозга, т.к. глюконеогенеза в мозге из а/к не происходит – нет соответствующих ферментов. Функционирование головного мозга зависит от поступающего уровня глюкозы с кровью.

Нуклеиновые кислоты – репликация ДНК в нейронах отсутствует, работает система репарации ДНК, в мозге экспрессируется несколько десятков тысяч уникальных генов, из которых не менее половины экспрессируется только в головном мозге – это говорит о высокой скорости транскрипции РНК, широко распространен альтернативный сплайсинг и интенсивное образование белка. Синтеза пиримидиновых нуклеотидов не происходит, т.к. нет карбамоилфосфатсинтетазы, для синтеза пуринов все есть. Содержание циклических нуклеотидов очень высокое, т.к. они участвуют в синаптической передаче нервного импульса. Особенности обмена в нервной ткани: 1) много липидов, мало углеводов, нет их резерва 2) высокий обмен дикарбоновых кислот 3) глюкоза – основной источник энергии 4) мало гликогена, поэтому мозг зависит от поступления глюкозы с кровью 5) интенсивный дыхательный обмен 6) кислород используется постоянно и уровень не меняется 7) обменные процессы носят обособленный характер благодаря гематоэнцефалическому барьеру, высокая чувствительность к гипоксии и гипогликемии. Медиаторы: 1) возбуждения – ацетилхолин, адреналин, норадреналин (все они их тирозина), серотонин (из триптофана). 2) тормозные – ГАМК, глицин, ацетилхолин из АцКоА и холина. Основные возбуждающие медиаторы в мозге – глутамат и аспартат. При освобождении в синапс они через ионотропные рецепторы открывают Na-каналы, происходит быстрый вход Na в постсинаптическую мембрану. Происходит деполяризация мембраны, что приводит к возбуждению нейрона. Серотонин – играет роль в развитии патологических состояний – эффективное расстройство и шизофрения. При его недостатке наблюдаются нарушение сна, раздражение, агрессия. Адаптация к стрессу включает систему ГАМК, увеличивается содержание ГАМК и он связывается с фосфолипидными компонентами постсинаптических мембран и ингибируют выработка АХ. ГАМК и глицин открывают каналы пропускающие Cl  возникают тормозные постсинаптические потенциалы.

Медиаторы высших отделов нс: 1)Дофамин – осуществляет контроль движений. Болезнь Паркенсона – нарушение дофаминэргической передачи и концентрация дофамина падает и составляет 5-15% от нормы, вырабатывается в таламусе. При шизофрении концентрация увеличивается. Нейромедиаторы – нейропептиды, их несколько сотен, содержат от 2 до 50 а/к остатков и каждая имеет определенный комплекс биологической активности. Тиролиберин – активность эмоционального поведения, бодрствование, дых центра. Холицистокинин – мощный ингибитор пищедобывательного центра. Эндозепин 6 – вызывает беспокойство. Люлибирин – отвечает за половое поведение. Коннекторы – поведенческие пептиды – скотофобин. Аплоидные пептиды – обладает повышенной чувстваительностью к морфиновым рецепторам – эндоферины и бета-энкефалины. Они обладают значительным эффектом.

127. Мышечная ткань.

Мышцы – гладкие (непроизвольные) и поперечно-полосатые (сердечная – непроизвольная, скелетные – медленные, самопроизвольно сокращающиеся, иннервируется вегетативной нервной системой – находятся в стенке трубчатых органов, кишечном тракте, мочеточнике, семявыводящих протоках, сосудах, мочевого пузыря). Сердечная мышца – самопроизвольная, иннервируется вегетативной НС, клетки не являются многоядерными, соединяются вставочными дисками. Скелетные мышцы – произвольные, иннервируется соматической нервной системой, обеспечивает передвижение, быстрое сокращение и утомление, многоядерные клетки. Гладкие мышцы – одноядерные клетки, веретенообразные соединяются в коллаген, миозин отличается от поперечно-полосатых мышц большей степенью укорочения. Поперечно-полосатые мышцы – мышечные волокна от 2 до 50 см, портняжная мышца самая длинная. Мышечная клетка несколько мм в длину, толщина 50 мкм. Многоядерные клетки, слияние происходит в онтогенезе, ядра нах-ся под плазматической мембранной. Основные элементы: мембрана – сарколемма; цитоплазма – саркоплазма, содержит большое число миофибрилл – специальные органеллы, которые отвечают за сокращение; саркоплазма содержит продольные цистерны ЭПР, гликоген, АТФ, креатинфосфат, гликолитические ферменты. Саркомер – его границы это линии Z. При большом увеличении наблюдается чередование белых полос – диск I (изотропные) и темных полос – диск А анизотропные диски. В диске А имеются менее темные участки – Н, и темная линия – М – в нее встроен фермент креатинфосфокиназа; белок миолизин – прикрепляет хвосты миозина. Миофиламенты 2х типов: 1) тонкие нити 7нм – содержат актин, тропомиозин, тропониновый комплекс 2) толстые нити 15 нм – миозин. К Z пластине присоединяются хвосты тропомиозина, белка тинина. Альфа-тинин связывает нити F-актина. Химический состав: 75-80% воды, 20-25% сухого остатка: 1) саркоплазматические белки – миоальбумины, миоглобулины, миоглобин, ферменты гликолиза и гликогемолиза 2) белки стромы – коллаген, эластин 3) сократительные белки – актин, миозин, тропомиозин, тропонин. 15% сухого остатка это: 1) азотсодержащие вещества – глутамин, карнозин, ансерин, креатин, креатинин, свободные а/к 2) фосфорсодержащие вещества – АТФ и другие нуклеопротеиды, креатинфосфат 3) липиды – фосфолипиды, фосфоглицериды 4) углеводы – гликоген 5) минеральные вещества. Миозин – миофибриллярный белок 520 кДа, на него приходится 50% всех белков мышц. Функция: 1) при физиологических значениях рН ионной силы, концентрации Mg, Ca, он образует пучки 2) он является АТФ-азой, т.е. АТФ в присутствии миозина дает АДФ и неорганический фосфор 3) миозин связывается с F-актином, это приводит к самопроизвольному сокращению. В основе миозина – длинный спиралевидный хвост, который заканчивается двумя глобулярными головками, около которых располагаются легкие цепи миозина. При действии трипсина миозин разрушается на легкий меромиозин (половина закрученной спирали) и тяжелый меромиозин (вторая половина закрученной спирали + две головки). Тяжелый меромиозин взаимодействуя с папаином распадается на 1фибриллярный компонент (S2), 2глобулярные головки (S1) – обладают АТФ-азной активностью. Там где действовал трипсин - шарнирное устройство – деспирализованные участки миозина. Актин – в глобулярной форме G-актин – 42 кДа. В присутствии АТФ полимеризуется в F-актин. На 7 молекул G-актина приходится 1 молекула тропомиозина (ТМ) – черный стержень в структуре тонкаго филамента. Есть еще дополнительные белки – тропонины – тропониновый комплекс (Тт) для связывания с тропомиозином, TI – ингибирует АТФ-азную активность миозина, ТС т- связывает ионы Са. Механизм взаимодействия нитей миозина и актина – химическая энергия АТФ преобразуется в механическую. 1) Головка миозина обладает АТФ-азной активностью. 2) Происходит гидролиз АТФ в АДФ + Н₃РО₄. 3) после прихода нервного импульса происходит поворот головки к нити актина, отщепляется остаток Н₃РО₄, образуется актин-миозин-АДФ, под углом 90⁰. 4) головка поворачивается под углом 45⁰ к миозину и выделяется молекула АДФ и актин с миозином отделяются. Все это происходит при наличии ионов магния.

1) гидролиз АТФ миозином идет быстро 2) АДФ и Фн освобождаются медленно и остаются связанными с головками миозина, они могут вращаться под большим углом 3) при поступлении сигнала миозиновые головки прочно связываются с актиновым филаментом под углом 90⁰ и образуется актомиозин АДФ и высвобождается Фн. 4) т.к. актомиозиновый комплекс имеет наименьшую энергию при угле 90⁰, происходит поворот головки на 45⁰ что сопровождается выделением АДФ. Новая молекула АТФ отсоединяет актин от миозина. Миозиновые головки шагают вдоль актиновых нитей, т.о. происходит сближение Zлиний за счет перемещения толстых филаментов относительно тонких. В результате мышца сокращается до 1/3 своей иходной длинны. 1сек – 15 мкм – скольжение . Регуляция мышечной активности опосредован Са. 1) актиновая регуляция через освобождение у актина участка для связывания с миозином. Са концентрируется в саркоплазматическом ретикулуме при участии Са-связывающего белка – кальсеквестрин имеет 40 участков для связывания с ионами Са. При поступлении сигнала происходит деполяризация мембраны мышечных клеток и

2) открываются Са каналы. В покое ионы кальция составляют 10^-7-10^-8, после открытия Са каналов концентрация становится 10^-6-10^-5 степени. При низкой концентрации Са 10^-7-10^-8 и тропонин и тропомиозин препятствует взаимодействию актина с миозином. После повышения концентрации Са, Са связывается с белком тропонином С – его боковая петля оказывает влияние на тропонин I и Тт а они располагались рядом с тропомиозином и он с тропониновым комплексом отходит от участка актина, который способен взаимодействовать с миозином. Начинается взаимодействие актина и миозина, начинается сокращение. Сердечная мышца полностью зависит от поставки Са из внеклеточной жидкости. Роль оксида азота и его влияние на организм. Под его действием на гладкие мышечные клетки увеличивается поток Са из клеток, уменьшается фосфорилирование легких цепей миозина – протеинкиназы С. Это нарушает взаимодействие актина и миозина, что приводит к мышечной релаксации. Роль Са: 1) оттягивает тропин-тропомиозиновый комплекс от актина 2) активирует миозиновую АТФ-азу 3) непрямой эффект – осуществляет фосфорилирование легкой цепи миозина, что может ускорить взаимодействие актина с миозином. Миозиновая регуляция – в миозине открываются участки для связывания с актином. 2 легкие цепи миозина у глобулярной головки закрывают участки для связывания с АТФ и актином. Особенности сокращения гладких мышц – пусковой момент – концентрация Са, но тропониновая система в гладких мышцах отсутствует, то Са связывается с кальмодулином и активирует протеинкиназу легких цепей, в результате протеинкиназа будет фосфорилировать легкие цепи миозина и они будут отъезжать с головки открывая участки связывания миозина, что приводит к мышечному сокращению. При понижении Концентраци Са до 10^-7 Са отсоединяется от кальмодулина, протеинкиназа инактивируется  участки закрываются. Миоглобин (гемопротеид) – саркоплазматический белок, Fe²⁺, 1 гем, 1 бело, обладает большим сродством к кислороду чем гемоглобин, поэтому отнимает у него кислород и доставляет к тканям. Основной источник энергии – АТФ, но его хватило бы буквально на доли секунд. Источники АТФ: 1) креатинфосфат + АДФ (креатинфосфокиназа, магний) креатин+АТФ. При мышечном сокращении АТФ будет разлогаться на АДФ и Фн. 2) С помощью фермента аденилаткиназы (миокиназа) АДФ+АДФАТФ+АМФ – алостерический модулятор фосфофруктокиназа. 3) процессы гликолиза и гликогенолиза – анаэробный гликолиз для белых мышц, аэробный для простых мышц (глюПВКАцКоАЦТК). Исчезновение АТФ приводит к: 1) Са насос саркоплазматического ретикулума перестает поддерживать низкую концентрацию Са 2) не происходит зависимая от АТФ отделение миозиновых головок от F-актина – трупное окоченение.

1. В покое основным источником энергии служат свободные жирные кислоты и кетоновые тела, при умеренной нагрузке еще и глюкоза, при максимальной – скорость доставки субстратов снижается и начинается расщепляться гликоген до лактата путем аэробного гликогенолиза. Накопление молочной кислоты и низкое рН, а также высокая t снижает эффективность энергетических процессов в мышцах. Источники аммиака: 1) процессы дезаминирования АМФ, т.е. АМФ  (аденилатдезаминаза) аммиак + инозинмонофосфат  аспарагиновая кислота  фумарат + ГТФ  АМФ. 2) система непрямого дезаминирования и участие а-кетоглутаровой кислоты. Возрастные особенности: 1) на долю мышечной ткани приходится 25%, у взрослых 45%. 2) характерен тонус сгибателей (новорожденный) 3) снижено содержание миофибриллярных белков, увеличено содержание белков стромы и саркоплазмы 4) миозин – миозин – фетальный – со сниженной АТФ-азной активностью. Заболевания мышечной системы: 1) первичные миопатии – прогрессирующая мышечная дистрофия – поражает лиц любого возраста. Мышечная слабость, отмечается увеличение проницаемости клеточной мембраны, поэтому мышечные ткани хуже задерживают креатин. Замена сократительных белков на саркоплазматические Причина: снижение образования белка дистрофина, поддерживающего структуру мембран. Дистрофия Дюшена – наиболее выражена, креатинфосфокиназа увеличена в крови в 10, 100 раз. 2) вторичные миопатии – связаны с травмами, нарушение проводимости нервного волокна. При ишемической болезни сердца снижается доля аэробных процессов, появляется молочная кислота, накапливаются жирные кислоты, это приводит к жировой инфильтрации сердечной мышцы и слабости. Нарушается мембранная проницаемость, из клеток выходит К, креатинфосфокиназа и изофермент МВ, ЛДГ₁ и ЛДГ₂. Снижается АТФ, креатинфосфат, концентрация цАМФ снижается, увеличивается фосфодиэстеразная активность, нарушается способность аденилатциклазной системы активироваться адреналином. Для оценки состояния мышечной системы и диагностики инфаркта миокарда используют органоспецифические изоферменты и белки. Маркеры (маркеры гибе5ли кардиомиоцита) – ТнС и ТнI. Появляется прежде всего миоглобин через 3-4 ч увеличенный в 120-20 раз, гликогенфосфорилаза (ВВ), гликогенфосфорилаза – 98% достоверности в постановке диагноза. АсАТ – 47%, ЛДГ₁ – увеличивается через 12 ч., и остается в течении 11-12 дней. Тропонин Т увеличивается на 3 часу после инфаркта миокарда – остается с 3х часов до 3 недель.

128. Соединительные ткани – межклеточный матрикс вместе с клетками различного типа (фибробласты, хондробласты, тучные клетки, макрофаги, остеобласты). Специализированная соединительная ткань – скелетная (хрящи, кости). Со специфическими свойствами (жировая, слизистая, пигментная).Собственно соединительная ткань – широко распространена, расположена по ходу сосудов, подстилает кожу, в области мочеточников, почечных лоханок, основа паренхиматозных органов, входит в состав связок и сухожилий. Поражение этой ткани приводит к рахиту, ревматизму, атеросклеротизму сосудов, коллагенозам.

Собственно соединительная ткань определяет морфологическую и функциональную условность организма. Характеризуется универсальностью и тканевой специфичностью с другой стороны. Характеризуется многокомпонентностью, полиморфизмом, полифункциональностью, обладает высокой способностью к адаптации. Состоит из клеточных элементов, волокнистых структур и основного вещества. Фибробласты – синтез коллагена и эластина, протеогликанов, ферментов. Волокнистые структуры – коллагеновые и эластические волокна. Основное вещество представлено внеклеточными нерастворимыми нитями, которые погружены в матрикс. Функции основного вещества: 1) опорная или биомеханическая – из соединительной ткани состоит скелет – каркас для внутренних органов. 2) барьерная – соединительно тканные элементы образуют барьер между внешней и внутренней средой. 3) фагоцитарная активность и осуществление иммунной защиты (воспаление). 4) трофическая или метаболическая – входят в состав сосудов, транспорт питательных веществ и экскреция конечных продуктов; предотвращение выпотевания жидкой части плазмы крови. 5) депонирование – соединительная ткань является депо для воды, солей, гормонов, витаминов, пигментов и т.д. 6) пластическая. 7) репаративная – повреждение соединительной ткани сопровождается образованием молодой соединительной ткани (образуются рубцы). Все функции осуществляются благодаря уникальному строению.

Строение соединительной ткани. Коллаген – распространенный белок соединительной ткани, составляет 1/3-1/4 от всего белка соединительной ткани. Составляет 5-6% от массы тела. Химический состав уникален – каждая 3 а/к – глицин – маленькая а/к, которая не мешает соединению полипептидных цепей в волокно. 1/5 от всех а/к – пролин и оксипролин – это своеобразные замки, которые придают прочность коллагеновому волокну. Окси а/к-ты – оксилизин и оксипролин. Структурная единица коллагена – молекула тропоколлагена – содержит до 1000 а/к, спирализована, соединены по 3 и образуют структуру похожую на кабель – суперспирализация. Последовательность а/к в полипептидной цепи характеризуется высокой специфичностью – каждая 3ая а/к-та – глицин, часто встречаются оксиглицин и пролин. 5 основных – минорных - типов коллагена. 1ый тип отличается от 3го тем, что он присутствует в твердых образованиях (кости, фасции, дентин), для 1го типа характерно низкое содержание оксилизина, малое число сайтов для гликолизирования. 3ий тип присутствует в мягких образованиях (кожа, сосуды, матка), имеет большое число остатка оксилизина, большое число сайтов.

Синтез коллагена – особенности: 1) биосинтез коллагена не заканчивается сборкой полипептидных цепей, а заканчивается сборкой молекулы коллагена, характерны ко- и посттрансляционные модификации. Часть происходит в фибробластах, а часть в межклеточном матриксе.

На рибосоме синтезируется незрелая препроальфа-полипептидная цепь коллагена, который содержит сигнальный пептид, необходимый для того, чтобы молекула коллагена транспортировалась в ЭПС. Далее от нее отщепляют сигнальный пептид и образуется проальфа-полипептидная цепь коллагена, которая содержит N- и C-концевые домены – не образуется спираль, связаны дисульфидными мостиками. В ЭПС при дальнейшей котрнсляционной модификации происходит:

1) гидроксилирование а/к – введение дополнительной функциональной группы – ОН. Пролин по С₄ и С₅ (катализирует пролингидроксилаза), лизин по С₅ (катализирует лизингидраза).

Пролин+О₂+альфакетоглутаровая кислота  СО₂+Н⁺+янтарная кислота + в пролине у четвертого атома С образуется НОНС.

Нарушение гидроксилирования приводит к нарушению следующей стадии котрансляционной модификации. Это приводит к образованию рыхлой соединительной ткани. При дефиците витамина С – синяки, рыхлые десна, кровоточивость, выпадают зубы – страдает иммунитет, т.к. витамин С участвует в синтезе Ig.

2) гликозилирование – присоединение углеводного компонента – катализируют гликозилтрансферазы. УДФ-глюкоза и УДФ-галактоза переносят углеводные компоненты к гидроксильным группам а/к оксипролина и оксилизина. Если имеется малое количество сайтов для гликозилирования, то синтезируется патологический компонент (синдром Элерса-Данлоса).

3) После этого в фибробласте происходит образование тройной спирали, этот процесс идет только тогда, когда коллагеновые волокна имеют не менее 90 остатков оксипролина. Вне клетки идет процесс отщепления N и C-концевых доменов N и С-проколлагеновой пептидазой. Снижение активности N-проколлагеновой пептидазы приводит к образованию коллагенового волокна с сохраненным N- концевым доменом – нарушение структуры коллагенового волокна лежит в основе синдрома Элерса-Данлоса.

4) Удаление N и С концов приводит к образованию тропоколлагена – не такой прочный как коллагеновое волокно. Образуются поперечные сшивки, они придают дополнительную прочность. Лизилоксидаза (внеклеточный медьсодержащий фермент) катализирует окисление эпсилонамминых групп лизина и оксилизина, в результате

образуются альдегидные группы и из лизина аллизин.

В образовании поперечных сшивок играет роль ортокремниевая кислота – образует со свободной ОН-группой эфирную связь. Зрелое коллагеновое волокно – [тропоколлаген+место минерализации (соли Са и Р)+тропоколлаген]_n.

Нарушение прочности коллагенового волокна – при снижении активности аминооксидазы плазмы, лизиноксидазы костной и соединительной ткани. Наблюдается при употреблении зеленого горошка, т.к. содержит бета-аминопропионитрил – ингибитор амино- и лизин-оксидазы.

Катаболизм коллагена. Осуществляется тканевой и бактериальной коллагеназами, которые вырабатываются клетками соединительной ткани. Содержит в активном центре цинк. Она разрезает тройную спираль на части и расщепляет их. Бактериальная коллагеназа – ее содержат бактериальные клетки. За 10 лет обменивается только половина коллагена, у взрослых это процессы заживления ран.

Генетические дефекты коллагена: 1) Дерматоспараксис – повышенная хрупкость кожи – дефект проколлагеновых пептидаз; 2) латиризм – ингибирование ферментов лизиноксидазы и аминооксидазы; 3) синдром Элерса-Данлоса (7 типов); 4) несовершенный остеогенез или врожденная ломкость костей, или болезнь Вролика, или врожденный рахит, или болезнь «стеклянного мужчины» - преобладает коллаген III типа, очень мало I типа  многочисленные переломы; 5) синдром Марфана – из-за нарушения активности лизиноксидазы нарушается образование поперечных сшивок; 6) врожденный атеросклероз – в сосудах преобладает коллаген I типа.

Эластин – основной белок соединительной ткани. А/к-ный состав: 1/3 - а/к – глицин, но мало оксилицина и оксипролина, много а/к имеющих неполярные группы. Десмозин и изодесмозин – состоят из 4х молекул лизина, из которых 3 окисляются в аллизин и конденсируются с образованием структуры десмозина. Если эластические волокна утрачивают способность растяжения то клинически это проявляется как эмфизема легких, аневризм, нарушение сердечных клапанов, что приводит к снижению активности лизиноксидазы при дефиците меди и витамина В₆.

Катаболизм – расщепление происходит под действием эластазы панкреатического сока (при поступлении с пищей). В тканях расщепление осуществляется нейтрафилами. В легких расщепление может привести к разрыву легких и эмфиземе. В норме этого не происходит, т.к. существует ингибитор альфа1-антитрипсин. Он синтезируется в печени и защищает эластин от эластазы.

Основное вещество – гидротированный гель, образован высокомолекулярными и высокополимерными соединениями, которые представлены протеогликанами – сложные белки, в состав небелкового компонента входят углеводные компоненты. Собственно протеогликаны содержат 5% белкового компонента и 95% углеводного компонента – гликозаминогликаны – ГАГ (мукополисахариды). ГАГ – высокомолекулярные соединения, мономером является дисахаридная единица, которая представлена уроновой кислотой, которая соединена альфа-1,3 гликозидной связью с аминосахаром.

Различают 7 классов ГАГ: 1) гиалуроновая кислота – распространена в почках, стекловидном теле, синавиальной жидкости, пупочном канатике, смазка в суставах, барьер против проникновения микроорганизмов; с возрастом количество уменьшается; 2, 3) хондроэтин4сульфат и хондроэтин6сульфаты - состоят из уроновых кислот, соединенных с галактозамином; они находятся в костной ткани, с возрастом количество уменьшается; 4) дерматансульфаты – состоят из итуроновой кислоты и аминосахара ацетилированного и сульфированного; 5) керотансульфаты – не содержат уроновых кислот, в состав входит Д-галактоза с ацетилированным и сульфированным сахаром, сиаловые кислоты, обуславливают прозрачность роговицы; 6) гепарин – находятся на поверхности многих клеток, в тучных клетках внутренний элемент, содержит несколько остатков серной кислоты; выполняет роль антикоагулянта в комплексе с липопротеидами плазмы, соединяются с липопротеинлипазой, становится активнои и расщепляет липиды в составе хилоникронов; 7) гепарансульфаты – по структуре похож на гепарин, но содержит меньше сульфатных групп, синтезируется при участии гликозилтрансфераз – переносят ост Углев с активных форм. Каждый раз увеличивается на 1ну молекулу углевода. Степень сульфирования. Протеогликаны – поливалентные анионы, которые притягивают катионы натрия и калия, связывают их прочно, что их ионные свойства не проявляются. Имеют склонность к агрегации, которая ускоряется кальцием, при это гиалуроновая кислота образует петли, которые обозначают как домены. Внутри них вода, буфер – который защищает при травмах, механических повреждениях. Растворы гиалуроновой кислоты обладают высокой степенью вязкости, если возникает ревматизм – нарушается деполимеризация гиалуроновой кислоты, это ведет к деформации суставов. Для восстановления ГАГ используют стероидные гормоны. Протеогликаны функционируют как молекулярное сито, препятствует проникновению катионов и микроорганизмов, но некоторые микроорганизмы имеют фактор проницаемости – гиалуронидаза 70%. Ряд ПГ выполняют антикоагуляционную функцию. Нарушения – 1) мукополисахариды – накопление мукополисахаридов в тканях из-за уменьшения активности гидролаз – дисплазия скелета, деформация таза, темная роговица и т.д. 2) коллагеназы – диффузное заболевание соединительной ткани – включает ряд болезней, которые характеризуются воспалительными процессами – системная красная волчанка, дерматомиозиты, наследственная предрасположенность. Методы исследования метаболизма соединительной ткани: 1) определение количества ГАГ в плазме 2) степень сульфатирования ГАГ 3) активность гиалуронидазы 4) определение оксипролина в плазме и моче, объем распада в кишечнике 5) определение сиаловых кислот.

133. рН мочи в зависимости от характера питания. Ацидо- и аммониогенез. На нормальном (смешанном) питании рН мочи составляет 5,5-6,5. Почка выдерживает колебания рН от 4,5 до 8,5. При белковом питании, а также при ацидозе повышается экскреция кислот. рН мочи становится менее 5,5 (кислая среда) за счет того, что кислые соли профильтровываются в мочу из крови, в почках образуются кислые соли. При питании растительной пищей, а также при алкалозе увеличивается содержание оснований, рН мочи сдвигается в основную сторону. Основания выводятся в виде бикарбонатов и двузамещенных фосфатов. Растительная пища богата органическими кислотами, Na, K. Бикарбонатный ион секретируется в просвет, а анионы полностью реабсорбируются. Т.О. выводятся бикарбонаты и рН мочи сдвигается в кислую сторону. Ацидонгенез – механизм направленный на удаление избытка кислых продуктов. Секретируется Н, который нейтрализуется фосфатами и сульфатами с образованием титруемых кислот. Мех-м: Na₂HPO₃ поступает в просвет канальца, где диссоциирует на 2Na и НРО₄, 1 Na выделяется в кровь. В эпителии канальца образуется Н₂СО₃ под действием карбангидразы из Н₂О и СО₂, которая диссоциирует на НСО₃^- и Н⁺. Н⁺ секретируется в кровь, а НСО₃^- в кровь. В просвете образовывается титруемая кислота NaН₂РО₄. Аммониогенез – секреция аммиака в просвет канальцев из эпителия с последующим замещением ионов Na в солях на аммонийный ион. В просвет поступают Na⁺, Cl^-, SO₄^2-. Натрий выводится в кровь. Из Н₂О и СО₂ под действием карбангидразы образуется Н₂СО₃, которая диссоциирует на НСО₃ и Н, водород в просвет, НСО₃ в кровь. В эпителии образуется аммиак путем: глутамин  (глутаминаза) глутамат и выделяется аммиак, далее (глутаматдегидрогеназа) альфа-КГ выделяя аммиак. Аммиак связывается с Н образуется аммонийный ион NH₄, далее обр-ся соли аммония NH₄Cl, (NH₄)SO₄.

134. Содержание и формы билирубина. Билирубин образуется при распаде гемопротеидов (гемоглобин – вердоглобин – биливердин – билирубин). В крови содержится прямой и непрямой (связанный с альбуминами) билирубин. Общее содержание билирубина определяется суммой прямого и непрямого билирубина. Общий билирубин 8,5-20,5 ммоль/литр. Прямой билирубин меньше 5 ммоль/литр. Непрямой билирубин расчетная величина – общий билирубин минус прямой билирубин. У новорожденных общий билирубин 20,5-200 ммоль/литр. Повышение содержания билирубина наблюдается при гемолитических процессах, острых и хронических гепатитах, закупорке желчевыводящих путей. Для дифференцивальной диагностики желтух проводят качественную реакцию на определение форм билирубина по реакции с деазореактивом (реактив Эрлиха). При развитии окраски непосредственно после добавления реактива – реакция прямая (реакция Ван ден Берга). Прямой билирубин образуется путем конъюгации его с глюкуроновой кислотой в клетках печени. Непрямой билирубин адсорбирован на белках плазмы крови и дает цветную реакцию только после предварительной обработки (осаждение белка, например спиртом). У здорового человека на долю непрямого билирубина приходится 75%, на долю прямого 25% от общего билирубина. При паренхиматозной желтухе нарушается билирубиновыдилительная функция печени, а также превращение непрямого билирубина в прямой. В крови повышено содержание обеих форм, особенно непрямого. При механической желтухе наблюдается повышенное содержание прямого билирубина. После поражения паренхимы повышается и непрямой. При гемолитической желтухе повышено содержание непрямого билирубина, в незначительной степени и прямого билирубина, что свидетельствует о нарушении билирубиновыделительной функции печени. Также содержание непрямого билирубина повышается при: физиологической желтухе новорожденных, синдроме Криглера-Найяра, болезни Жильбера, токсических гепербилирубинэмиях (отравление хлороформом, тетрахлоридом углерода), вирусном гепатите.

146. Пигменты мочи и их происхождение.

Пигменты мочи: В норме стеркобилиноген и небольшое количество уробилиногена; при паренхиматозной желтухе в моче появляется ПБ и уробилин; при гемолитической желтухе повышается количество стеркобилиногена; при механической желтухе определяется ПБ. Уробилинурия (Уробилиноген) наблюдается при: паренхиматозной желтухе, гемолитических желтухах, отравлении свинцом. Билирубинурия наблюдается при: обтурационной желтухе, паренхиматозной желтухе (прямой). При нарушении синтеза гема в моче появляются промежуточные продукты синтеза порфиринового кольца и продукты распада гемоглобина: аминолевулиновая кислота (норма 2-3мг/сут), порфобилиноген (до 2мг/сут), уропорфирины (около 6мг/сут), копропорфирины (около 70мкг/сут), протопорфирины (около 12мг/сут). Повышение окраски мочи может быть при потере жидкости (отеки, понос, рвота). Красноватый цвет (мясных помоев) при гематурии, гемоглобинурии. Темно-желтый цвет с зеленоватым оттенком – желчные пигменты при желтухах. При механической – зеленовато-желтая, при паренхиматозной – зеленовато-бурая. Зеленовато-желтый цвет – содержание гноя в моче (пиурия). Грязно-коричневый – пиурия при щелочной реакции. Темный – гемоглобинурия при гемолитической желтухе. Беловатый – большое количество фосфатов и липидов.

Дыхательная цепь.

I комплекс – НАДН-дегидрогеназа-коэнзим Q-редуктаза (F-цикл). НАДН под действием флавиновой НАДН-дегидрогеназы окисляется в НАД. Протоны от НАДН транспортируются на наружный листок внутренней мембраны, а электроны делают возвратную петлю с помощью (FeS)_n переносятся на ФМН, для восстановления которого из матрикса перекачиваются два протона, в результате чего образуется ФМН-Н₂. Перенос двух протонов из матрикса в межмембранное пространство сопряжен с образованием градиента концентрации протонов водорода (дельта МюН). Именно в этом месте возникает пункт сопряжения окисления и фосфорилирования и образуется АТФ из АДФ и Ф_н (фосфорилирование АДФ с использованием энергии окисления водорода). Далее протоны ФМН-Н₂ сбрасываются на наружную часть внутренней мембраны. II комплекс переносит электроны на коэнзим Q. III комплекс – коэнзим QH₂-цитохром-С-редуктаза или Q цикл. Для восстановления 2КоQ из матрикса переносятся 4Н⁺ в результате чего образуется 2КоQH_2. Перенос 4Н⁺ из матрикса в межмембранное пространство сопряжен с образованием градиента концентрации протонов водорода (дельта МюН) и образуется АТФ. 2Н⁺ сбрасываются на наружную часть внутренней мембраны. Электроны передаются на цитохром b, с. IV комплекс – цитохромоксидазный комплекс или цикл кислорода. Под действием цитохромоксидазы осуществляется перенос электронов Си А а, а3, СиВ. Из матрикса перекачиваются 4Н⁺ , в этом месте возникает пункт сопряжения окисления и фосфорилирования и образуется АТФ из АДФ и Ф_н (фосфорилирование АДФ с использованием энергии окисления водорода). Затем 2Н⁺ сбрасываются на наружную часть внутренней мембраны. Таким образом, 4е переносятся на кислород, в результате чего образуется вода.