- •Метаболизм белков Особая роль белков в питании
- •Переваривание и всасывание белков в желудочно-kишечном тракте
- •Механизмы, защищающие белки от действия протеиназ:
- •Ингибиторы сериновых протеиназ.
- •Ингибиторы тиоловых протеиназ
- •Катаболизм аминокислот.
- •3. Гистидиндекарбоксилаза
- •Строение и свойства белков.
- •Основные различия в строении белковых молекул
- •II. Биологическая классификация.
- •Типы связей между аминокислотами в молекуле белка
- •Слабые типы связей
- •Пространственная организация белковой молекулы
- •Первичная структура
- •Вторичная структура
- •Третичная структура
- •Четвертичная структура
- •Методы определения первичной структуры белка
- •1)Деградация по Эдмону
- •2) Секвенирование днк
- •3) Рентгеноструктурный анализ
- •Электронная микроскопия
- •Конфигурация и конформация белковой молекулы
- •Лиганды
- •Нативность белковой молекулы
- •Денатурация белка
- •Факторы, вызывающие денатурацию белков
- •Физические факторы
- •Химические факторы
- •Обратимость денатурации
- •Белки стресса
- •Физико-химические свойства белков. Растворимость белков в воде.
- •Факторы стабилизации белка в растворе.
- •Свойства воды гидратной оболочки
- •Способы осаждения белков
- •Осаждение нативных белков
- •Осаждение денатурированных белков
- •Обмен сложных белков обмен нуклеопротеинов
- •Обмен нуклеиновых кислот
- •Различия в катаболизме пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований.
- •Функции мочевой кислоты:
- •Синтез мононуклеотидов
- •Синтез пиримидиновых мононуклеотидов.
- •Синтез нуклеиновых кислот из мононуклеотидов
- •Строение и свойства ферментов
- •Общие свойства катализаторов
- •Особенности ферментов как биологических катализаторов
- •Строение ферментов
- •I класс - оксидоредуктазы.
- •Кинетика ферментативного катализа
- •Характеристика конкурентных ингибиторов
- •Автономная саморегуляция ферментативных процессов
- •2. Субстрат - аллостерический активатор своего фермента.
- •3. Продукт реакции - аллостерический активатор своего фермента.
- •4. Один субстрат - два фермента и два продукта.
- •5. Один субстрат, два фермента и один продукт
- •Биологическое окисление. Понятие о метаболизме.
- •История развития учения о биоокислении.
- •Современная теория биоокисления
- •Митохондриальное окисление (МтО).
- •Главная (полная) цепь
- •Укороченная (сокращенная) цепь
- •Главная дыхательная цепь
- •Митохондриального окисления
- •Синтез атф.
- •Никотинамидные дегидрогеназы (надг)
- •Комплекс I
- •Комплекс III.
- •Комплекс IV.
- •Основные процессы, для которых используется энергия атф:
- •Синтез атф.
- •Специфические ингибиторы тканевого дыхания
- •Вещества-разобщители процессов окисления и фосфорилирования
- •Теория сопряжения окисления и фосфорилирования питера митчелла.
- •Автономная саморегуляция системы митохондриального окисления
- •Варианты дыхательной цепи.
- •1. Полная дыхательная цепь
- •2. Сокращенная (укороченная) дыхательная цепь
- •3. Максимально сокращенная (максимально укороченная) дыхательная цепь.
- •Окислительное декарбоксилирование пировиноградной
- •Окислительное декарбоксилирование пирувата
- •Цикл трикарбоновых кислот
- •Итоговое уравнение цтк
- •Биологическое значение цтк
- •Автономная саморегуляция цтк
- •Энергетический заряд клетки (эзк)
- •Челночные механизмы переноса водорода
- •Внемитохондриальное окисление
- •I. Окисление оксидазного типа.
- •II. Окисление оксигеназного типа
- •Примеры реакций оксигеназного типа окисления
- •Антиоксидантная система.
- •1. Ферментативная
- •В) пероксидаза.
- •2. Неферментативные компоненты антиоксидантной системы
- •Параметаболизм
- •Некоторые параметаболические процессы
- •Биохимические основы питания человека.
- •Метаболизм углеводов и его регуляция.
- •Переваривание и всасывание углеводов
- •Синтез и распад гликогена.
- •(Гексозобисфосфатный путь распада углеводов)
- •Особенности первого этапа гбф-пути
- •Гликолиз. Гликогенолиз. Гликолитическая оксидоредукция. Обращение гликолиза
- •Судьба лактата, образовавшегося при гликолизе
- •Глюконеогенез
- •Автономная саморегуляция гбф-пути.
- •(Гексозомонофосфатный путь метаболизма глюкозы)
- •I. Окислительный этап.
- •Биологическое значение I этапа гмф-пути:
- •Биологическое значение II этапа гмф-пути:
- •Автономная саморегуляция гмф-пути.
- •Гормональная регуляция метаболизма углеводов гормональная регуляция энергетического метаболизма.
- •Гормоны прямого действия.
- •Гормоны косвенного действия
- •Химия и обмен липидов.
- •Липопротеины
- •Пищевой жир.
- •Липогенез.
- •Гормональная регуляция синтеза жира
- •Катаболизм жира
- •Пути метаболизма глицерина
- •Распад глицерина по пути к углеводам
- •Пути использования жирных кислот.
- •Катаболизм жирных кислот
- •Реакции синтеза кетоновых тел
- •Утилизация кетоновых тел
- •Биохимия фосфолипидов, гликолипидов и стероидов. Биологические мембраны. Биологические мембраны
- •Фосфолипиды.
- •Роль мембранных белков.
- •Роль углеводных компонентов мембран
- •Функции липоидов
- •Катаболизм липоидов.
- •Биохимия крови.
- •Функции крови.
- •Альбумины
- •Функции альбуминов
- •Глобулины
- •Функции 1-глобулинов
- •Биохимия мышечной ткани
- •1. Специальные реакции субстратного фосфорилирования
- •2. Гликолиз, гликогенолиз.
- •3. Окислительное фосфорилирование.
- •Биохимия нервной ткани
- •2) Пептиды
- •Биохимия костной ткани, тканей зуба, биохимия слюны.
- •Органический матрикс кости.
- •Дентин.
- •Пульпа.
- •Биохимия почек.
- •1. Ультрафильтрация
- •2. Реабсорбция
- •3. Секреция
- •1. Водно-солевой гомеостаз.
- •2. Участие почек в регуляции кислотно-щелочного равновесия
- •2) Аммониогенез
- •3) Глюконеогенез
Антиоксидантная система.
1. Ферментативная
a) КАТАЛАЗА - геминовый фермент, содержащий Fe3+, катализирует реакцию разрушения перекиси водорода. При этом образуется вода и молекулярный кислород.
2Н2О2 ------> H2O + O2
Каталазы много в эритроцитах - там она защищает гем гемоглобина от окисления.
б) СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗА (СОД) катализирует реакцию обезвреживания двух молекул супероксиданиона, превращая одну из них в молекулярный кислород, а другую - в перекись водорода (менее сильный окислитель, чем супероксиданион).
О2. + О2.+ 2Н+ ------> H2O2 + O2
СОД работает в паре с каталазой и содержится во всех тканях.
В) пероксидаза.
Пероксидаза - геминовый фермент, восстанавливает перекись водорода до воды, но при этом обязательно идет окисление другого вещества, которое является восстановителем. В организме человека таким веществом является ГЛУТАТИОН - трипептид: гамма-глутамил-цистеил-глицин. Поэтому пероксидазу человеческого организма называют ГЛУТАТИОНПЕРОКСИДАЗА.
SH-группа цистеина, входящего в состав глутатиона, может отдавать всего 1 атом водорода, а для пероксидазной реакции необходимы 2 атома. Поэтому молекулы глутатиона работают парами.
Реакция, катализируемая глутатионпероксидазой:
2Н2О2 + 2Г-SH ------> H2O + Г-S-S-Г
Регенерация глутатиона идёт с участием НАДФН2, катализирует ее фермент глутатионредуктаза.
Г-S-S-Г + НАДФН2 ---------> 2Г-SH + НАДФ
Глутатион постоянно поддерживается в восстановленном состоянии в эритроцитах, где он служит для защиты гема гемоглобина от окисления.
2. Неферментативные компоненты антиоксидантной системы
1. Витамины Е (токоферол) и А (ретинол), которые находятся в составе клеточных мембран.
2. Церулоплазмин - белок плазмы крови, который принимает участие в транспорте меди.
3. Мочевая кислота.
Механизм действия этих компонентов: они принимают неспаренные электроны от активных форм кислорода, при этом образуется радикал антиоксиданта, который малоактивен. Таким образом неферментативные компоненты антиоксидантной системы - это перехватчики неспаренных электронов.
Параметаболизм
Параметаболизм – это совокупность химических реакций, протекающих в живом организме и не катализируемых ферментами.
Реакции, относящиеся к параметаболизму, протекают с очень низкой скоростью, поэтому исследование параметаболизма стало возможным совсем недавно, после разработки чрезвычайно высокочувствительных методов анализа. К числу таких методов можно отнести, например, высокоэффективную жидкостную хроматографию с использованием масс-спектрометрии, позволяющие отделять вещества друг от друга и идентифицировать разделенные вещества даже в нанограммовых (10-9 г) количествах; иммуноферментные методы.
Некоторые параметаболические процессы
Вещества, образующиеся в ходе параметаболических процессов, могут оказывать как негативное, так и положительное действие на организм.
ПРИМЕРЫ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ
Негативное влияние оказывают две группы биомолекул:
Вещества, в составе которых имеется карбонильная, альдегидная или кетогруппа
Вещества – сильные окислители
ГРУППА 1.
Карбонильная группа имеется в молекуле глюкозы, но эта группа маскируется, потому что в физиологических условиях почти все молекулы глюкозы находятся не в линейной форме, где карбонильная группа проявляет свои свойства, а в циклической - пиранозной или фуранозной (99,997% от общего количества молекул глюкозы). Для других моносахаридов характерен больший процент линейной формы, из которых самыми опасными являются триозы (они не имеют циклической формы), но их содержание в организме, по сравнению с глюкозой, невелико.
Ферментативное взаимодействие белков с углеводами наблюдается в норме, в результате чего образуются сложные белки – гликопротеины. Источником углеводного компонента служит УДФ-глюкоза, а сам процесс называется гликозилированием. Образуются O-гликозидные связи с участием радикалов серина, треонина (через ОН-группу) и N-гликозидные связичерз амидную группу аспарагина. (при этом источником углеводнФерментативное взаимодействиеЕсли процесс идет с участием ферментов, ативногЭто приводит к гликозилированию белков и нуклеиновых кислот, что приводит к возникновению мутаций.
Без участия ферментов карбонильная группа моносахаридов может взаимодействовать с аминогруппами полипептидных цепей белковых молекул, а также азотистых оснований нуклеиновых кислот.
В случае взаимодействия с белками процесс называется гликированием. Мишенями для присоединения углеводного компонента являются аминогруппа в радикалах лизина и аргинина, а также свободная -аминогруппа на N-конце белковой молекулы.
В отличие от ферментативных реакций, скорость гликирования зависит от концентрации глюкозы прямо пропорционально (для ферментативных реакций характерна гиперболическая зависимость скорости от концентрации субстрата). Поэтому у здорового человека гликирование если и протекает, то очень медленно, а у больных сахарным диабетом – быстро, и у них в организме много гликированных белков. Интенсивно гликируются, как правило, альбумины и глобулины – эти белки плазмы крови содержат много фруктозоамина, а также белки, находящиеся в инсулин-независимых тканях.
Фруктозо-амин тоже обладает карбонильной группой, поэтому возможно образование Шиффовых оснований между фрагментами двух разных полипептидных цепей. Так образуются вторичные продукты гликирования:
Большинство этих веществ являются хромофорами - пигментами коричневого цвета. Вторичные продукты гликирования характерны для долгоживущих белков, обновляющихся в течение месяцев, лет. Это коллаген, кристаллины (белки хрусталика глаза), некоторые другие белки.
Образование первичных и вторичных продуктов гликирования не всегда сопровождается нарушением функции белка. Например, гликирование гемоглобина с образованием молекулярной формы А1с не влияет на способность этого белка переносить кислород. Но иногда гликирование вызывает серьезные нарушения функционирования белка. Так, гликирование апобелка АпоB100 в составе липопротеинов низкой плотности (ЛНП) ведет к потере его способности взаимодействовать с тканевыми рецепторами, он начинает восприниматься организмом как чужеродный. В результате вырабатываются антитела к этому белку, ЛНП взаимодействуют с рецепторами макрофагов и фагоцитируются. Макрофаги, получившие много холестерина, погибают, а кристаллы холестерина откладываются в интиме сосудов. Поэтому для больных сахарным диабетом характерен ранний атеросклероз.
Гликирование белков мембраны эритроцита приводит к изменению ее эластических свойств, в результате чего ухудшается кровоснабжение и оксигенация тканей.
При гликировании коллагена атаке подвергаются радикалы лизина и оксилизина, необходимые для образования поперечных сшивок в молекуле этого белка. Сшивки все-таки образуются, но при этом нарушается архитектура молекулы коллагена, что приводит к нарушению его эластических свойств. В результате снижается эластичность стенки артерий. Опасным для организма является гликирование коллагена базальной мембраны почечных клубочков – увеличивается проницаемость фильтрационного барьера, поэтому одним из частых осложнений сахарного диабета является нефропатия.
Гликирование кристалинов ведет к помутнению хрусталика – катаракте.
Для оценки состояния больного сахарным диабетом используется определение уровня гемоглобина А1с и фруктозоамина.
Лекарственный препарат амидогуанидин предотвращает образование вторичных продуктов гликирования, образуя Шиффово основание с карбонильной группой фруктозо-амина.
Значительное количество продуктов параметаболизма обнаруживается в крови больных, страдающих почечной недостаточностью. У таких больных концентрация мочевины в крови может возрастать до 80 ммоль/л (в норме: 3,3 – 6,6 ммоль/л). Сама мочевина является инертным веществом, но способна вступать в неферментативную реакцию. Теряя аминогруппу, мочевина превращается в изоциановую кислоту:
Изоциановая кислота может взаимодействовать с аминогруппами белковых молекул, вызывая их карбомоилирование:
Карбомоилирование гемоглобина приводит к увеличению сродства к кислороду, поэтому ухудшается его способность отдавать кислород тканям – наблюдается гипоксия. При карбомоилировании ферментов карбоангидразы и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы снижается их активность.
Долгоживущие белки также подвергаются карбомоилированию с последствиями, характерными для сахарного диабета (например, катаракта).
Цианаты иногда могут использоваться в лечебных целях. Например, карбомоилируя концевой валин гемоглобина S при серповидно-клеточной анемии, они усиливают его гидрофильность.
Витамин В6 имеет альдегидную группу, и при его поступлении в организм способен пиридоксилировать белки. При избытке В6 в организме наблюдаются нарушения со стороны нервной системы, а иногда – рак печени.
При поступлении этанола в организм продукт его метаболизма – уксусный альдегид вызывает ацетилирование белков, например, гемоглобина. Опасным является ацетилирование белков нервной ткани, и нейромедиаторов.
ГРУППА II.
Эта группа веществ представлена сильными окислителями.
NO, HOCl – продукты ферментативных реакций. HOCl образуется в полиморфно-ядерных гранулоцитах под действием миелопероксидазы:
NO образуется с участием фермента NO-синтетазы в лейкоцитах, нейронах, в эндотелии сосудов:
Некоторые сильные окислители являются сигнальными молекулами: NO может выступать в качестве нейромедиатора, супероксид анион и пероксида водорода иногда выполняют сигнальную функцию.
Сильные окислители используются как «молекулярное оружие» для разрушения чужеродных веществ.
Сильные окислители также воздействуют на белки, нуклеиновые кислоты и липиды.
При окислении липидов происходит обогащение их кислородом и фрагментация. Из полиненасыщенных жирных кислот при этом образуются токсические вещества:
При взаимодействии с белками эти вещества образуют сшивки, вызывая инактивацию некоторых из них.
Продукция сильных окислителей ускоряется при инфекционных заболеваниях, стрессах (оксидативный стресс, карбонильный стресс). Борьба с таким стрессом возможна с помощью антиоксидантов – веществ, содержащих SH-группу: глутатиона, липоевой кислоты, тиосульфата, а также витамина «С».
РЕАКЦИИ ПАРАМЕТАБОЛИЗМА В НОРМЕ.
Играют положительную роль. Сюда относятся:
Декарбоксилирование ацетоацетата с образованием ацетона. Ацетон летуч и быстро удаляется из организма.
Неферментативная реакция образования Шиффова основания: протекает в процессе зрительного восприятия между опсином и ретиналем.
При синтезе коллагена образуются поперечные сшивки в его молекуле неферментативным путем.
Б И О Х И М И Я П И Т А Н И Я