81. Витамины группы d (кальциферолы)

Кальциферолы - группа химически родственных соединений, относящихся к производным стеринов. Витамин D в основном образуется в организме человека в коже под влиянием ультрафиолетовых лучей, которые воздействуют на провитамин D, образующийся в более глубоких слоях кожи из холестерина. Сам витамин D мало активен. Для того чтобы превратиться в свою активную форму, витамин D в печени гидроксилируется и превращается в активный витамин D. Биологическая роль. В организме человека витамин D3 гидроксилируется в положениях 25 и 1 и превращается в биологически активное соединение 1,25-дигидроксихолекальциферол (калыщтриол). Калыщтриол выполняет гормональную функцию, участвуя в регуляции обмена Са2+ и фосфатов, стимулируя всасывание Са2+ в кишечнике и кальцификацию костной ткани, реабсорбцию Са2+и фосфатов в почках. При низкой концентрации Са2+ или высокой концентрации D3 он стимулирует мобилизацию Са2+ из костей (см. раздел 11).

Недостаточность. При недостатке витамина D у детей развивается заболевание "рахит", характеризуемое нарушением кальцификации растущих костей. При этом наблюдают деформацию скелета с характерными изменениями костей (Х- или о-образная форма ног, "чётки" на рёбрах, деформация костей черепа, задержка прорезывания зубов).

82. Железо - один из основных микроэлементов организма: его содержание составляет 0,0065% массы тела, т. е. около 4-5 г. у взрослого человека. Биологическая роль железа связана со способностью легко окисляться и восстанавливаться. Обмен железа в организме включает следующие процессы: всасывание в кишечнике, транспорт к тканям (трансферрин), утилизацию тканями (миоглобин, гем, негемовые ферменты), депонирование (ферритин, гемосидерин), экскрецию и потери. Суточная потребность в железе составляет для мужчин 10 мг, для женщин 18 мг (в период беременности — 38 мг, лактации — 33 мг). Источниками железа при биосинтезе железосодержащих белков служат железо пищи и железо, освобождающееся при постоянном распаде эритроцитов в клетках печени и селезёнки. Всасывание железа представляет собой активный процесс, осуществляемый в проксимальных отделах тонкого кишечника. Железо может проникать через клеточные мембраны только в ферро-форме. В клетках кишечника часть железа связывается с белком апоферритином, образуя ферритин, который является резервным соединением. В плазме крови железо, находящееся в ферри-форме соединяется со специфическим связывающим белком трансферрином. Этот белок в норме способен связать около 54 мкмоль/л железа; таким образом, в плазме трансферрин насыщен железом примерно на 1/3. Связанное с трансферрином железо транспортируется в тканевые резервы и костный мозг. В тканевых резервах оно представлено в виде ферритина и гемосидерина, а в тканях костного мозга железо частично может поступать из трансферрина непосредственно в развивающиеся эритроциты, участвуя в образовании гемоглобина. Основным белком, используемым для сохранения избытка железа в организме, является ферритин. Ферритин может вместить до 4500 атомов железа, практически одна молекула содержит около 3000 атомов. Гемосидерин — белок, содержащий железо. Гемосидерин — это частично денатурированный и частично депротеинизированный ферритин. В гемосидерине идентичен ферритину,но нерастворим. Моле-кула ферритина содержит 20% железа, тогда как в гемосидерине содержание железа более высокое —25—30%. Скорость использования гемосидерина значительно более медленная, чем ферритина. Кроме основной функции – синтеза гемоглобина, железосодержащие белки (ферритин, трансферрин и др.) принимают участие в формировании клеточного иммунитета, контролируют активность мозга и познавательные способности и др. функции организма. Трансферрин осуществляет обратный транспорт железа в костный мозг из тканевых депо и из макрофагов, где происходит реутилизация железа из естественно разрушающихся эритроцитов.

83. Неорганические элементы играют важнейшую роль в обмене веществ. Около 99 % массы млекопитающего состоит из углерода, азота, кальция, натрия, магния, хлора, калия, водорода, фосфора, кислорода и серы. Биологически значимые органические соединения (белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты) содержат большое количество углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора.

Многие неорганические соединения являются ионными электролитами. Наиболее важны для организма ионы натрия, калия, кальция, магния, хлоридов, фосфатов и гидрокарбонатов. Баланс этих ионов внутри клетки во внеклеточной среде определяет осмотическое давление и рН. Концентрации ионов также играют важную роль для функционирования нервных и мышечных клеток. Потенциал действия в возбудимых тканях возникает при обмене ионами между внеклеточной жидкостью и цитоплазмой. Электролиты входят и выходят из клетки через ионные каналы в плазматической мембране. Например, в ходе мышечного сокращения в плазматической мембране, цитоплазме и Т-трубочках перемещаются ионы кальция, натрия и калия.

Переходные металлы в организме являются микроэлементами, наиболее распространены цинк и железо. Эти металлы используются некоторыми белками (например, ферментами в качестве кофакторов) и имеют важное значение для регуляции активности ферментов и транспортных белков. Кофакторы ферментов обычно прочно связаны со специфическим белком, однако могут модифицироваться в процессе катализа, при этом после окончания катализа всегда возвращаются к своему первоначальному состоянию (не расходуются). Металлы-микроэлементы усваиваются организмом при помощи специальных транспортных белков и не встречаются в организме в свободном состоянии, так как связаны со специфическими белками-переносчиками (например, ферритином или металлотионеинами).

84. Опасность — это биологический, химический, физический агент или состояние пищевого продукта, потенциально способное негативно влиять на здоровье. Биологические загрязнители пищевых продуктов: бактериальные токсины; ботулинические токсины; токсины микроскопических грибов; токсины одноклеточных и многоклеточных водорослей.Химические загрязнители пищевых продуктов: металлы ( ртуть, свинец, хром, мышьяк, кадмий, кобальт, олово, никель); пестициды и продукты их метаболизма: органические инсектициды, метилбромид и др; нитраты, нитриты, полициклические ароматические соединения, стимуляторы роста сельскохозяйственных животных и др; радиоизотопы.

Прежде всего это острые отравления. Однако возрастающая химизация нашей жизни приводит к появлению все новых веществ, воздействие которых на организм может оказаться токсичным. Попадающие с пищей чужеродные вещества могут также стать причиной возникновения аллергических заболеваний. Очень опасны отдаленные последствия влияния ксенобиотиков в виде появления злокачественных опухолей, вредных для организма мутаций, нарушений эмбрионального развития.

Основным местом метаболической трансформации этанола является печень, в этом процессе может также принимать участие эпителий желудка. Этанол дегидрируется алкогольдегидрогеназой в этаналь (ацетальдегид), а затем альдегиддегидрогеназой переводится в ацетат. Уксусная кислота в реакции, катализируемой ацетат-КоА-лигазой (тиокиназой) в присутствии АТФ, превращается в ацетил-КоА (ацетил-СоА). Наряду с цитоплазматической алкогольдегидрогеназой в метаболизме этанола принимают ограниченное участие каталаза и "индуцибельная" микросомальная алкогольоксидаза.

Скорость трансформации этанола в печени лимитируется главным образом активностью алкогольдегидрогеназы и наличие НАД+. Максимальная скорость реакции наблюдается даже при небольших концентрациях этанола. Действие больших количеств этанола напоминает действие наркотика, что можно объяснить прямым воздействием этанола на мембраны нейронов.

85. Важнейшая функция печени - детоксикационная (или барьерная). Она имеет существенное значение для сохранения жизни организма. В печени происходит обезвреживание таких веществ, как билирубин и продукты катаболизма аминокислот в кишечнике, а также инактивируются лекарственные препараты и токсические вещества экзогенного происхождения, NH3 - продукт азотистого обмена, который в результате ферментативных реакций превращается в нетоксичную мочевину, гормоны и биогенные амины. Обезвреживание веществ в печени заключается в их химической модификации, которая обычно включает две фазы. В первой фазе вещество подвергается окислению (отсоединению электронов), восстановлению (присоединению электронов) или гидролизу. Во второй фазе ко вновь образованным активным химическим группам присоединяется какое-либо вещество. Такие реакции именуются реакциями конъюгации, а процесс присоединения — конъюгированием. В результате этой серии реакций ксенобиотики становятся более гидрофильными и выделяются с мочой. Вещества, более гидрофобные или обладающие большой молекулярной массой (>300 кД), чаще выводятся с жёлчью в кишечник и затем удаляются с фекалиями. Например, лекарственное вещество барбитурат в ходе биотрансформации превращается в гидроксибарбитурат, который далее участвует в реакции конъюгации с остатком глюкуроновой кислоты. Фермент глюкуронилтрансфераза катализирует образование барбитуратглюкуронида, в качестве источника глюкуроновой кислоты используется УДФ-глюкуронил.

86. Компартментализация липидного обмена . Так как реакции синтеза жирных кислот, кетоновых тел, холестерола и β-окисления жирных кислот имеют много общих продуктов, то возникают 2 проблемы:

– конкуренция различных ферментов за один субстрат

– существования «холостых циклов», в ходе которых один и тот же продукт многократно бы окислялся до ацетил-КоА и вновь из него синтезировался.

Проблемы решаются несколькими путями.

1. компартментализация – приуроченность процессов к определенным клеточным структурам. Так, синтез жирных кислот происходит в цитоплазме клеток, а их окисление в митохондриях. При этом транспорт жирных кислот в митохондрии при участии карнитина тормозится первым продуктом синтеза жирных кислот – малонил-КоА. Таким образом, как только в цитоплазме начинается синтез жирных кислот, их окисление в митохондриях становится невозможным.

Химизм синтеза кетоновых тел совпадает с начальными реакциями синтеза холестерола и эти процессы также локализованы в разных отделах клетки – синтез кетоновых тел происходит в митохондриях, синтез холестерола – в цитоплазме.

2. Структурно-функциональные особенности ферментов. Промежуточные продукты синтеза жирных кислот связаны с мультиферментным комплексом и не могут использоваться в других процессах, таких как и β-окисление, синтез кетоновых тел и холестерина.

3. Кроме того, клетки печени не могут включать ацетоацетат, синтезированный в митохондриях в другие процессы в цитоплазме, так как не содержат фермента, способного переводит ацетоацетат в ацетоацетил-КоА.

Печень является органом, регулирующим поступление азотистых веществ в организм и их выведение. В периферических тканях постоянно протекают реакции биосинтеза с использованием свободных аминокислот, либо выделение их в кровь при распаде тканевых белков. Несмотря на это, уровень белков и свободных аминокислот в плазме крови остаётся постоянным. Это происходит благодаря тому, что в клетках печени имеется уникальный набор ферментов, катализирующих специфические реакции обмена белков.

1. Пути использования аминокислот в печени. После приёма белковой пищи в клетки печени по воротной вене поступает большое количество аминокислот. Большая часть из них, особенно ароматические аминокислоты, поглощаются гепатоцитами. Аминокислоты в печени используются на:

А) синтез белков. Из 80—100 г белка, расщепляемого и вновь синтезируемого в организме человека за сутки, примерно половина приходится на печень. Белки в печени обновляются в два раза быстрее, чем в других органах. В печени образуются не только белки, характерные для неё самой, но и белки плазмы крови: альбумины (около 12 г в сутки) , большинство α- и β-глобулинов, в том числе транспортные белки (трансферрин, церулоплазмин, транскортин, ретинолсвязывающий белок и др.). Многие факторы свёртывания крови (фибриноген, протромбин, проконвертин, про-акцелерин и др.) также синтезируются в печени.

б) Дезаминирование аминокислот – процесс, приводящий к образованию свободного аммиака, протекает, в основном, именно в клетках печени. Глутаматдегидрогеназа – митохондриальный фермент, катализирующий окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты является индикаторным ферментом печени, его активность повышается в крови при глубоком поражении печени.

В) трансаминирование – процесс переноса аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту выступает связующим звеном между обменом белков и углеводов. С одной стороны, это путь синтеза заменимых аминокислот из продуктов катаболизма глюкозы, с другой – способ включения углеродного скелета аминокислот в глюконеогенез. г) синтез мочевины - путь обезвреживания аммиака;

д) синтез небелковых азотсодержащих веществ. Характерны пути превращения в печени отдельных аминокислот — триптофана, фенилаланина, гистидина, лизина и др. Из триптофана, в частности, синтезируются такие биологически активные вещества, как триптамин, окситриптофан и продукт его декарбоксилирования — серотонин, хинолиновая кислота и продукт её декарбоксилирования — никотиновая кислота и никотинамид, из гистидина - гистамин; из аргинина - орнитин и мочевина. Особое значение имеют реакции трансметилирования, протекающие при участии S-аденозилметионина: синтез карнитина и креатина, синтез холина (компонента глицерофосфолипидов, сфингомиелинов, ацетил-холина), метилирование нуклеотидов, входящих в состав РНК, например, образование 7-метилгуанилата используемого в процессинге м-РНК.