Питання до семінарського заняття:

Скласти схему метаболізму білків; реплікації, транскрипції і трансляції на окремому аркуші.

1. Ферментативний гідроліз білків в органах травлення.

2. Протеолітичні ферменти, їх специфічність, активація.

3. Загальні шляхи розпаду амінокислот в організмі (переамінування, дезамінування, відновне амінування, декарбоксилювання).

4. Утворення аміаку.

5. Шляхи переносу аміаку в печінку і нирки з периферичних тканин і з м'язів.

6. Біосинтез сечовини. Орнитиновий цикл.

7. Виведення амінного азоту з організму. Класифікація живих організмів по виведенню амінного азоту.

8. Обмін нуклеопротеїдів і хромопротеїдів.

9. Характеристика генетичного коду ДНК.

10. Поняття потоку інформації «ДНК-білок». Процеси реплікації, транскрипції і трансляції (загальна характеристика).

11. Реплікація ДНК.

12. Транскрипція. Характер дії РНК-полімерази.

13. Вторинна і третинна структура т-РНК. Реакція утворення аміноацил-тРНК.

14. Структура рибосом. Реакція утворення пептидного зв'язку на рибосомах.

15. Трансляція: ініціація, елонгація та термінація.

16. Особливості біосинтезу білка в про- і евкаріот.

Заняття № 16.

Тема: ВИЗНАЧЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ ХОЛЕСТЕРОЛУ В СИРОВАТЦІ КРОВІ

Теоретична частина:

Спочатку потрібно вивчити перетравлення жирів у шлунково-кишковому тракті, звернути особливу увагу на ферментативні процеси, що йдуть при участі ліпаз, і на роль жовчі в перетравленні й усмоктуванні жирів.

Ліпіди їжі, які потрапляють в організм людини складаються, в основному, з нейтральних жирів (ацилгліцеринів). Панкреатичний і кишковий соки містять ліпази, що розщеплюють попередньо емульговані жири на вільні жирні кислоти й на ди- і моноацилгліцерини. Вільний гліцерин утвориться лише в невеликій кількості. Вільні жирні кислоти перетворюються в кишечнику в розчинні натрієві солі (натрієві мила).

Жовч містить натрієві солі парних жовчних кислот (глікохолевої, таурохолевої, глікодезоксихолевої і таурдезоксихолевої). Вони є потужними емульгаторами жирів і активаторами ліпаз, а також можуть утворювати комплекси із продуктами перетравлення жирів, так звані міцели, які здатні легко проникати в клітини слизової оболонки кишечника. У цих клітинах знову синтезуються жири, які надходять у лімфатичні судини у вигляді хіломікронів, що мають тонку білкову оболонку. По лімфатичних шляхах жири потрапляють у велике коло кровообігу й розносяться з током крові по всьому організму. Основна маса ліпідів відкладається в жирових тканинах у формі запасного жиру. По мірі потреби жири й жирні кислоти жирових депо переходять у кров і надходять у тканини, головним чином у печінку - орган, що грає провідну роль в обміні ліпідів.

У панкреатичному й кишковому соках поряд з ліпазами присутні ферменти, здатні розщеплювати ліпоїди (жироподібні речовини), головним чином фосфатиди й ефіри холестерину. Це фосфоліпази й холестераза. Холестерин, як і жирні кислоти, всмоктується в кишечнику у вигляді розчинного комплексу із солями жовчних кислот. Зі слизової оболонки кишечника більша частина солей жовчних кислот надходить по зворотній вені в печінку й може бути повторно використана.

У тканинах тварин присутні тканинні ліпази, під дією яких жири розщеплюються з утворенням гліцерину й жирних кислот. Гліцерин фосфорилірується при участі АТФ. Утворює гліцерофосфат, що окислюється в тканинах у диоксиацетонофосфат. Останній перетворюється в гліцеральдегід-3-фосфат, подальше окиснення якого до піровиноградної кислоти відбувається по гліколітичному шляху розпаду вуглеводів. Піровиноградна кислота окиснюється до ацетил-КоА. Останній вступає в цикл трикарбонових кислот.

Нейтральні жири

гліцерин жирні кислоти

гліцерофосфат Ацетил - КоА

гліцеральдегід-3-фосфат

п іровиноградна к-та ацетил-КоА

у цикл трикарбонових к-т

СО₂ + Н₂О

Окисний розпад нейтральних жирів (ацилгліцеринів) у тканинах

Перетворення жирних кислот починається з їхньої активації за рахунок АТФ. Ацил-КоА, що утвориться, наприклад, пальмітил-КоА, взаємодіє з карнітином ((CH₃)₃N+CH_2·СНОН· СН₂СОО^-) і у вигляді ацилкарнітину проникає в мітохондрії. Всередині мітохондрій залишок жирної кислоти переноситься від карнітину на коензим А. Ацил-КоА, що утворюється, піддається в мітохондріях β-окисненню шляхом послідовного відщеплення молекул ацетил-КоА.

Студент повинен розібратися в β-окисненні жирних кислот і мати поняття про енергетичну ефективність цього процесу.

Розглянемо як приклад повне окислювання пальмітинової кислоти, що має 16 атомів вуглецю. Процес β-окислювання пальмітинової кислоти завершується протягом семи циклів і приводить до утворення восьми молекул ацетил-КоА. У кожному циклі утворюються дві молекули відновлених коферментів - ФАДН₂ і НАДН-Н⁺. Перенесення електронів від цих коферментів по дихальному ланцюзі на кисень супроводжується синтезом п'яти молекул АТФ. Отже β-окиснення пальмітинової кислоти дає вихід 5 х 7 = 35 молекул АТФ. Звідси потрібно відняти дві молекули АТФ, використані на першому етапі – при активації жирної кислоти (утворення ацил-КоА). Одержимо 33 молекули АТФ. Основний продукт β-окиснення пальмітинової кислоти – вісім молекул ацетил-КоА, які окислюються в циклі трикарбоновых кислот до СО₂ і Н₂O. Це дає 12 х 8 = 96 молекул АТФ. Підсумуємо: 33 + 96 = 129 молекул АТФ. Такий енергетичний баланс β-окиснення однієї молекули пальмітинової кислоти.

Ненасичені жирні кислоти також піддаються β-окисненню , але процес вимагає участі двох додаткових ферментів - ізомерази і епімерази.

Розпад жирних кислот з непарним числом атомів вуглецю, рідко зустрічаються в природі, але утворюються в тканинах з валіну й ізолейцину, цуй розпад відбувається шляхом β-окиснення. Від жирної кислоти послідовно відщеплюються молекули ацетил-КоА доти, поки не залишиться пропіоніл-КоА, що перетвориться в сукциніл-КоА й вступає в цикл трикарбонових кислот. Варто відмітити, що в перетворенні пропіоніл-КоА в сукциніл-КоА беруть участь похідні двох вітамінів – біотину й В₁₂.

Окиснення жирних кислот у рослинних клітинах часто відбувається шляхом α-окиснення – послідовного відщеплення карбоксильного вуглецю у вигляді СО₂. Спочатку відбувається гідроксилювання α-вуглецевого атома жирної кислоти з утворенням оксикислоти, яка шляхом дегідрування перетворюється в α-кетокислоту. Наступне окислювальне декарбоксилювання α-кетокислоти приводить до утворення CO₂ і жирної кислоти, вкороченої на один вуглецевий атом. Процес α-окиснення повторюється, однак повного окиснення жирних кислот при цьому не відбувається. У тканинах тварин, особливо в мозку, α-окиснення може відбуватися, якщо заблоковане β-окиснення в результаті присутності в β-положені метильної групи. Цей обхідний шлях (α-окиснення ) використовується, наприклад, при окисненні титанової кислоти, яка утворюється в організмі з рослинного спирту фітолу (продукту гідролізу хлорофілу). Спадкова хвороба Рефсмана пов'язана з порушенням у системі окиснення фітанової кислоти в мозку.

Деякі жирні кислоти можуть окислятися по ω-вуглецевому атому. Біологічне значення ω-окиснення поки-що не з’ясоване.

При надлишку ацетил-КоА в печінці утворюються кетонові тіла: ацетоацетат, β-оксибутират і ацетон. З током крові вони надходять у м'язи, нирки й мозок, де перетворюються в ацетил-КоА. Останній включається в цикл трикарбоновых кислот. Кетонові тіла, як енергетичний субстрат, мають особливе значення для метаболізму мозку, оскільки жирні кислоти в тканині мозку не окисляються. Кетоз – підвищений вміст кетонових тіл у крові – спостерігається при голодуванні й цукровому діабеті.

Жирні кислоти можуть синтезуватися в цитоплазмі з ацетил-Коа, основними джерелами якого служать: жирні кислоти, вуглеводи й кетогенні амінокислоти (лейцин, ізолейцин, лізин, тирозин, фенілаланін). Ацетил-Коа, який утворюється в мітохондріях, не може виходити з мітохондрій у цитоплазму. Для цього існують два шляхи:

1. Головний шлях - синтез цитрату з ацетил-Коа й оксалоацетату. Спеціальна система переносить цитрат з мітохондрій у цитоплазму, де під дією цитратліази й за участю АТФ знову утворюється ацетил-Коа й оксалоацетат.

2. Перенос ацетильних груп карнітином.

У біосинтезі жирних кислот бере участь ацилпереносний білок (АПБ), що містить у якості простетичної групи фосфопантетеїн. Ацилпереносний білок входить до складу мультиферментного комплексу, який називають синтетазою жирних кислот (мол. вага 4,5-10 ).

Синтез жирних кислот проходить через наступні етапи:

1. Карбоксилювання ацетил-КоА. Реакцію каталізує фермент ацетил-коа-карбоксилаза, що містить біотин (вітамін Н). У результаті реакції й при участі АТФ утвориться малоніл-Коа. Ця лімітуюча стадія процесу біосинтезу жирних кислот активується цитратом та ізоцитратом:

Н₃С-СО~S·KoA+CO₂+АТФ → НООС-СН-СО~S·КоА + АДФ + Р_неорг

ацетил-КоА малоніл-КоА

2. Перенос ацетилу й малонілу на ацилпереносний білок, причому SH-група фосфопангетеїну приєднує малонил, а SH-група цистеїну – ацетил.

HOOC – CH₂ – CO – S

E

CH₃ – CO - S

3. Конденсація ацетилу й малонілу з відщепленням молекули СО₂ відбувається на фосфопантеїні. Утворюється ацетоацетил-АПБ:

HOOC – CH – CO – S H₃C – CO – CH₂ – CO - S

E E

H₃C – CO – S HS

4. Відновлення кетогрупи ацетоацетилу, яка знаходиться в jS -положенні, до гідроксильної групи при участі НАДФН – яка містить редуктазу:

H₃C – CO – CH₂ – CO – S H₃C – CHOH – CH₂ – CO – S

Е E

НS HS

НАДФН·Н⁺ НАДФ⁺

β- оксацил - АПБ

5. Дегідратація з утворенням подвійного зв'язку:

H₃C – CO – CH₂ – CO – S H₂O H₃C – CH=CH – CO – S

E E

HS HS

β -дегідрацил - АПБ

6. Відновлення подвійного зв'язку при участі іншої НАДФН –Н⁺ яка містить редуктазу:

H₃C – CH = CH – CO – S H₃C – CH₂ – CH₂ – CO – S

Е E

HS HS

НАДФН·Н⁺ НАДФ⁺

бутирил - АПБ

Бутирил, який утворюється в цій реакції (залишок чотиривуглецевої жирної кислоти) мігрує на SH-групу цистеїну, а SH-група фосфопантетеїну вивільняється для приєднання другого залишку малоніла.

Сім разів повторюється цикл реакцій, доки не утвориться 16-вуглецева пальмітинова кислота. Сумарне рівняння синтезу пальмітинової кислоти можна представити в наступному вигляді:

Ацетил-КоА + 7 Малоніл- КоА + 14 НАДФН + 14 Н+ > Пальмітил- КоА +7 КоА + 7 С0₂ + 14 НАДФ+7H₂0.

Подовження пальмітил- КоА на два вуглецевих атоми з утворенням стеаринової кислоти відбувається в мітохондріях і мікросомах.

Ненасичені жирні кислоти утворюються в мікросомах, де під дією специфічних НАДФН- містять оксигенази, у молекулах жирних кислот виникають подвійні зв'язки. У печінці й жировій тканині ссавців синтезується тільки одна ненасичена жирна кислота - олеїновая, а лінолева й ліноленова повинні надходити з рослинною їжею.

Пальмітил-КоА може взаємодіяти з гідроксильними групами а-гліцерофосфату, утворюючи фосфатидну кислоту – ключовий проміжний продукт при біосинтезі триацилгліцеринів і фосфатидів. Синтез триацилгліцеринів супроводжується дефосфорилюванням фосфатидної кислоти з утворенням диацилгліцерину, з яким взаємодіє третя молекула пальмітил-Коа або іншого Коа-похідного жирної кислоти. Утворюється триацилгліцерин.

В утворенні холінфосфатидів та етаноламінфосфатидів у якості перенощика фосфохоліну й фосфоетаноламіну на диацилгліцерин бере участь цитидинтрифосфат (ЦТФ).

Перший етап синтезу холестерину починається з утворення мевалонової кислоти із трьох молекул ацетил-КоА. Через цілий ряд перетворень і відновлювальних конденсацій утвориться сквален, з якого шляхом окисної циклізації виникає ланостерин, а потім холестерин – попередник жовчних кислот і стероїдних гормонів.

Біосинтез жирних кислот регулюється на першому етапі – на рівні ацетил-КоА-карбоксилази. Фермент активується цитратом, що супроводжується агрегацією неактивних протомерів у активний полімер. Адреналін і глюкагон інгібують синтетазу жирних кислот, а інсулін активує її. Під гормональним контролем перебуває й розпад триацилглицеринів у печінці та жировій тканині. Адреналін і глюкагон, активуючи аденілатциклазу, збільшують внутрішньоклітинну концентрацію циклічної АМФ. Це, у свою чергу, призводить до активації протеїнкінази, що переводить неактивну форму триацилгліцеринліпази в активну форму шляхом фосфорилювання за рахунок АТФ (ковалентна модифікація ферменту). Спеціальна фосфатаза дефосфорилює триацилгліцеринліпазу, що супроводжується її інактивацією. Інсулін інгібує утворення циклічної АМФ, наслідком чого є придушення розпаду ліпідів у тканинах. Нагромадження в тканинах жирів під дією інсуліну пов'язано також з активацією цитратліази – ферменту, що постачає основний субстрат для біосинтезу жирних кислот – ацетил - КоА. Цитрат + АТФ + КоА → Оксалоацетат + Ацетил КоА + АДФ + Р_неорг