1. Тема занятия № 21

КОНЕЧНЫЕ ПРОДУКТЫ АЗОТИСТОГО ОБМЕНА

2. Цели самостоятельной работы: углубить знания о механизмах детоксикации аммиака в тканях и путях выведения конечных продуктов азотистого обмена из организма.

3. Задачи самостоятельной работы:

- уяснить механизмы токсичности аммиака, пути его связывания в тканях, проводить анализ нарушений орнитинового цикла при гипераамониемиях у детей.

-знать особенности обмена фенилаланинина и тирозина и их возможные нарушения

- сформировать навык работы с новой информацией, её анализа, логичного изложения

- сформировать навык использования полученных знаний в учебной и профессиональной деятельности

4.Перечень вопросов для самостоятельной работы

Разделы и темы для самостоятельного изучения

Виды и содержание самостоятельной работы

Особенности обмена серина, глицина, цистеина, метионина. Фолиевая кислота, витамин В12 Механизм бактериостатического действия сульфаниламидных препаратов Нарушения орнитинового цикла Взаимосвязь обмена аминокислот с обменом углеводов и жиров. Гликогенные и кетогенные аминокислоты. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Биосинтез аминокислот из углеводов Патология обмена простых белков. Белковое голодание, его причины и последствия. Квашиоркор

Проработка учебного материала для самостоятельной работы Написание рефератов Решение ситуационных задач Работа с тестами Подготовка презентаций

Особенности обмена отдельных аминокислот

Обмен глицина и серина

Глицин и серин являются источниками одноуглеродных радикалов.

Глицин – заменимая аминокислота, широко используется в тканях для следующих процессов:

• синтез гема,

• синтез креатина,

• синтез пуриновых нуклеотидов,

• входит в состав глютатиона,

• участвует в процессах детоксикации,

• переходит в углеводы через пируват,

• Источник радикала (СН₂=).

Метиленовый радикал присоединяется к активной форме фолиевой кислоты - ТГФК (тетрагидрофолевая кислота). Основная реакция распада глицина ведёт к образованию СН₂=ТГФК:

HOOC--CH₂-NH₂

глицин

НАДН₂ + СО₂ + NH₃ + CH₂= ТГФК

Серин – заменимая аминокислота, используется для следующих процессов:

• синтез фосфолипидов (фосфатидилсерин),

• синтез сфингозина и сфинголипидов,

• переходит в углеводы через пируват,

• источник метиленового радикала.

Переход серина в глицин ведёт к образованию СН₂=ТГФК:

HOOC--CH-NH₂

HOOC--CH₂-NH₂ + Н₂О + CH₂= ТГФК

СН₂ОН

Фолиевая кислота, витамин Вс, антианемический витамин

Витамин Вс включает в свой состав птеридин, парааминобензойную кислоту, глютаминовую кислоту. Он встречается в зелёных частях растений, в дрожжах. Суточная потребность в витамине составляет 2 мкг.

Биологическая роль фолиевой кислоты (в виде ТГФК) состоит в переносе одноуглеродных радикалов от серина и глицина для синтеза нуклеиновых кислот, аминокислот. ТГФК образуется из фолиевой кислоты при участии фермента фолатредуктазы при присоединении четырёх атомов водорода. В клинической практике в качестве противоопухолевых препаратов применяют антивитамины фолиевой кислоты. Они имеют структуру, близкую к птеридину, являются ингибиторами фолатредуктазы, блокируют синтез нуклеиновых кислот в опухолевых тканях. В качестве бактериостатических препаратов применяют сульфаниламидные соединения, которые структурно сходны с парааминобензойной кислотой. В силу этого сулфаниламиды блокируют у микроорганизмов синтез фолиевой кислоты, которая является фактором роста микроорганизмов. Авитаминоз фолиевой кислоты проявляется анемией.

Обмен серосодержащих аминокислот

Цистеин и метионин являются источником серы и метильных групп.

Цистеин при окислении и декарбоксилировании образует серную кислоту, таурин.

Таурин используется в синтезе парных жёлчных кислот, участвует в развитии сетчатки, головного мозга у плода и в раннем детском возрасте.

Серная кислота в активной форме ФАФС (фосфоаденозлилфосфосульфат): используется на синтез гликозаминогликанов, участвует в обезвреживании токсичных продуктов в печени

HOOC—CH₂-СН₂-SO₃H

таурин

глютатион

H₂SO₄

HOOC--CH-NH₂

СН₂SН

Цистеин включается в синтез углеводов, используется для синтеза трипептида глютатиона – фактора антирадикальной защиты

М

етионин - незаменимая аминокислота, донатор метильных групп в реакциях трансметилирования. Метионин участвует в них в активной форме – S⁺ (СН₃) - аденозилметионин (SАМ), которая образуется при взаимодействии метионина с АТФ.

Реакция трансметилирования с участием активной формы метионина имеют следующий вид:

S

метионин

⁺ (СН₃)- аденозилметионин + R → R-СН₃ + аденозилгомоцистеин (фермент метилтрансфераза).

Примеры реакций трансметилирвания:

холин

Метионин используется на следующие процессы:

• синтез холина (фосфолипиды),

• синтез тимина (ДНК),

• синтез адреналина (гормон, нейромедиатор),

• синтез карнитина (перенос жирных кислот в митохондрии),

• реакции обезвреживания,

• донор серы.

В реакциях трансметилирования аденозилметионин превращается в аденозилгомоцистеин, который затем распадается на аденозин и гомоцистеин. Гомоцистеин может дальше превращаться в цистеин или реметилироваться в метонин.

1. Гомоцистеин + серин → цистеин

2. Гомоцистеин при участии метилен - ТГФК и витамина В₁₂ → метионин

Витамин В₁₂, кобаламин, антианемический витамин.

Он включает корриновое кольцо с кобальтом в центре. Витамин В₁₂ содержится в печени, мясе. Его суточная потребность составляет 3 мкг. Биологическая роль заключается в участии в следующих процессах:

• синтез метионина (реметилирование),

• распад жирных кислот с нечётным числом углеродных атомов,

• восстановление рибонуклеотидов до дезоксирибонуклеотидов при синтезе ДНК.

Авитаминоз проявляется анемией и поражением некоторых структур спинного мозга.

Нарушение обмена серосодержащих аминокислот

Цистинурия, при которой серосодержащие аминокислоты теряются с мочой в результате нарушения реабсорбции в почках

Цистиноз проявляется накоплением серосодержащих аминокислот в тканях в результате снижения активности лизосомальных ферментов их распада

Гомоцистинурия развивается в результате нарушения промежуточных стадий обмена этих аминокислот. Гомоцистеин играет важную роль в патогенезе сердечно-сосудистых заболеваний, тромбозов.

Превращения безазотистых остатков аминокислот

Безазотистые радикалы аминокислот представлены компонентами ЦТК и альфа - кетокислотами. Они могут использоваться в следующих процессах:

• синтез новых аминокислот,

• синтез углеводов (глюконеогенез),

• синтез кетоновых тел,

• пополнение запасов метаболитов ЦТК,

• включение в цикл Кребса и использование в качестве источников энергии.

В зависимости от того, какие вещества могут синтезироваться из аминокислот, их делят на гликогенные, кетогенные, смешанные.

К гликогенным аминокислотам относятся те, радикал которых может использоваться на глюконеогенез по схеме: аминокислота → альфа-кетокислота → ЦТК →ЩУК→ глюконеогенез. Большинство аминокислот относятся к группе гликогенных.

Кетогенными являются аминокислоты, радикалы которых участвуют в синтезе кетоновых (ацетоновых) тел по схеме: аминокислота → ацетоацетил-КоА (или ацетил-КоА) →кетоновые тела. К этому виду аминокислот относятся лейцин, изолейцин, триптофан, лизин.

Смешанные аминокислоты (фенилаланин, тирозин) могут использоваться как на глюконеогенез, так и на кетогенез.

Все 20 аминокислот превращаются в 7 безазотистых продуктов: ПВК, ЩУК, альфа-кетоглютаровая кислота, фумаровая кислота, сукцинил - КоА, ацетил – КоА, которые в последующем могут идти на синтез углеводов, ацето-ацетил КоА, идущий на синтез ацетоновых тел (как и ацетил - КоА).

Взаимосвязь обмена аминокислот с обменом углеводов и липидов

Взаимосвязь обмена белков, жиров, углеводов осуществляется через метаболиты ЦТК.

Аминокислоты →альфа-кетокислоты →ЦТК →глюкоза

Аминокислоты →ацетоацетил-КоА →кетоновые тела (компоненты липидного обмена)

Глюкоза→ПВК →ЦТК →альфа-кетокислоты→аминокислоты

Липиды →глицерин →ПВК →ЦТК →альфа-кетокислоты →аминокислоты

Регуляция белкового обмена

Авторегуляция наблюдается при изменении характера белкового питания. При повышении потребления белков активируются ферменты белкового обмена – протеазы желудочно-кишечного тракта и тканевые ферменты катаболизма аминокислот.

Нервная регуляция осуществляется путём иннервации мышц и других тканей. При денервации мышц усиливается распад миофибриллярных белков. Усиление нервной импульсации при увеличении физической нагрузки, наоборот, стимулирует синтез мышечных белков.

Эндокринная регуляция. Гормоны соматотропин, андрогены, тироксин, инсулин активируют синтез белков, уменьшают их распад. Высокие дозы тироксина, глюкокортикоиды (в лимфоидной, соединительной ткани) усиливают распад белков, увеличивают потерю азота из организма. В период новорожденности наблюдается физиологическая гипопротеинемия. В течение нескольких первых дней после рождения усилен распад тканевых белков, которые используются в качестве энергетического материала в процессе неонатальной адаптации организма.

Патология обмена белков и аминокислот

Нарушения обмена серосодержащих аминокислот – цистиноз, цистинурия, гомоцистинурия (см. ранее)

Нарушения обмена тирозин, фенилаланина – фенилкетонурия, алакаптонурия, альбинизм, тирозинемии (см. ранее)

Нарушения синтеза мочевины – гипераммониемия, цитруллинемия, аргининсукцинатурия, аргининемия (см. ранее)

Белковое голодание – квашиоркор может наблюдаться при дефиците белков в рационе, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. При белковом голодании развивается отрицательный азотистый баланс, уменьшается содержание тканевых белков (плазмы, печени, мышц), развивается гипопротеинемия. Наблюдается уменьшение онкотического давления плазмы крови, что ведёт к развитию «голодных» отёков. Постепенно развивается мышечная дистрофия, снижается антитоксическая функция печени, синтез иммуноглобулинов. Квашиоркор переводится как «красный ребёнок», поскольку посвечивающие через кожу сосуды придают ей красный оттенок.

5. Тесты

1. Наибольшее количество аммиака выводится из организма в составе азотистого компонента мочи:

Креатинина. Аммонийных солей. Индикана. Мочевины. Мочевой кислоты. Уробилиногена.

2. В обмене аминокислот метионина и серина, как источников одноуглеродных радикалов в биосинтетических процессах, активное участие в качестве коферментов принимают витамины:

Витамин С. Витамин D. Витамин В₁₂. Витамин К. Тиамин. Фолиевая кислота. Витамин РР. Рибофлавин.

3. К кетогенным аминокислотам относятся:

Серин. Валин. Лейцин. Метионин. Изолейцин. Гистидин. Лизин.

4. Вследствие нарушения обмена аминокислот развиваются заболевания:

Фруктоземия. Подагра. Алкаптонурия. Микседема. Альбинизм. Фенилкетонурия. Рахит.

5. К фенилпировиноградной олигофрении (фенилкетонурии) приводит нарушение обмена аминокислоты:

Тирозин. Лизин. Фенилаланин. Гистидин. Аргинин.

6. Причиной развития алкаптонурии является нарушение обмена аминокислоты:

Цистеин. Триптофан. Тирозин. Метионин. Гистидин. Аргинин.

7. Понятие «гликогенные аминокислоты» означает:

Снижают почечный порог для глюкозы и вызывают глюкозурию. Нарушают способность клеток усваивать глюкозу. Способны трансформироваться в глюкозу и гликоген. В энергетическом отношении могут заменять глюкозу. Способны подавлять процесс глюконеогенеза.

8. В синтезе мочевины в печени принимают непосредственное участие следующие вещества:

Углекислый газ. Лизин. Орнитин. АТФ. Глютаминовая кислота. Аспартат. Аммиак. Щавелевоуксусная кислота.

9. В обезвреживании токсичного аммиака могут участвовать:

Ацетоуксусная кислота. Белки. Моносахариды. Глютаминовая кислота. Альфа -кетоглутаровая кислота. Молочная кислота.

10. Чёрный цвет мочи наблюдается при заболевании:

Подагра. Фенилкетонурия. Алкаптонурия. Желтуха

11. При алкаптонурии дефектен фермент:

Фенилаланинмонооксигеназа. Диоксигеназа (оксидаза) гомогентизиновой кислоты. Гидролаза фумарилацетоуксусной кислоты

12. При фенилкетонурии дефектен фермент:

Фенилаланинмонооксигеназа. Тирозиназа. Гидролаза фумарилацетоуксусной кислоты

13. При альбинизме в обмене тирозина нарушено:

Окисление и декарбоксилирование. Трансаминирование. дезаминирование.

14. При тирозинозах дефектны ферменты:

Гидролаза фумарилацетоуксусной кислоты. Тирозиновая трансаминаза

15. Минимальная доля полноценных белков в рационе ребёнка от их общего потребления должна составлять:

50%. 75%. 20%

6. Ситуационные задачи

1. Молодая мама сообщила врачу о потемнении пелёнок во время их высушивания. О каком наследственном заболевании можно думать? Каковы диетические рекомендации педитра?

2. Спустя 36 часов после рождения у мальчика выявлено нарушение сознания, дыхания. Роды естественные, в срок. Родители - двоюродные брат и сестра. В сыворотке крови выявлено содержание аммиака выше 1000 мкМ/л (норма 20-80), содержание мочевины 2,5 мМоль/л (норма 2,5-4,5). В моче повышено содержание оротовой кислоты. Через 72 часа ребёнок погиб.

В пользу каких врожденных дефектов обмена свидетельствуют лабораторные данные?

3. У ребёнка 5-ти лет после перенесенного инфекционного гепатита содержание мочевины в крови составило 1,9 мМ/л. О чём свидетельствует данный анализ? Каковы рекомендации врача - педиатра?

4. У новорожденного в первые дни после рождения наблюдается рвота, судороги, в крови выявлено резкое повышение содержания аминокислоты орнитина, а концентрация мочевины очень низкая. Какое заболевание у ребёнка? Какие рекомендации могут быть использованы

5. Содержание мочевины в сыворотке крови у больного составляет 2,2 мМ/л. При этом у него обнаружен В₆-гиповитаминоз. Что произошло с обменом веществ в данном случае? Какие витамины и для чего необходимо назначить больному?

6. У ребёнка 1,5 месяцев наблюдается вялость, заторможенность. При обследовании выявлено содержание фенилаланина в крови 35 мг/дл (норма 1,4-1,9 мг/дл), содержание фенилпирувата в моче 150 мг/сутки (норма 5-8 мг/сутки). Сделайте вывод о заболевании, его причине. Какие диетические рекомендации обязательны в данном случае?

7. Проведено успешное лечение больного 22-х лет с аргининсукцинатурией назначением кетоаналогов аминокислот фенилаланина, валина, лейцина на фоне малобелковой диеты. Концентрация аммиака в плазме при этом снизилась с 90 до 30 мкмоль/л, а выведение аргининсукцината значительно снизилось. Объясните механизм лечебного действия кетоаналогов аминокислот.

8. При наследственном заболевании семейная гипераммониемия наблюдается стойкое повышение содержание аммиака в крови и полное отсутствие цитруллина. Основные клинические проявления связаны с поражением ЦНС. Какая реакция блокирована при данном заболевании? Как изменится суточное выведение мочевины?

9. В моче больного обнаружено значительное количество гомогентизиновой кислоты. Какой наследственный ферментативный дефект можно предположить? Напишите реакцию, заблокированную у данного пациента. Каковы диетические рекомендации для данного пациента?

7. Основная и дополнительная литература к теме

Основная

1. Биохимия. Под ред. Е.С. Северина. 2003. С. 470

Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. 2001. С. 226-255

А.Я. Николаев Биологическая химия. 2004. С. 330-365

О.Д. Кушманова. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии. 1983. С. 66-73

Лекционный материал

Дополнительная

Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. Биологическая химия. 1990. С. 318-396

Р. Марри и др. Биохимия человека. С. 306-342 (1)

Ю.Е. Вельтищев, М.В. Ермолаев, А.А. Ананенко, Ю.А. Князев. «Обмен веществ у детей». М.: Медицина. 1983. 462 с.

Р.М. Кон, К.С. Рот. Ранняя диагностика болезней обмена веществ. М. «Медицина».- 1986.

Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебно-методические пособия «Биохимические особенности детского организма». Смоленск. 2001. 2007.

Макаренко Т.Г., Стунжас Н.М. Учебно-методическое пособие «Особенности обмена веществ у новорожденных и грудных детей» (Рекомендовано УМО). Смоленск. 2012.

Занятие № 22

Итоговое занятие по теме «Обмен белков»

Экзаменационные вопросы

1. Особенности обмена белков и аминокислот. Азотистое равновесие. Коэффициент изнашивания организма. Белковый минимум. Критерии пищевой ценности белков. Белковая диета детей раннего возраста. Квашиоркор.

2. Переваривание белков. Протеиназы желудочно-кишечного тракта и их проферменты. Субстратная специфичность протеиназ. Эндо- и экзопептидазы. Всасывание аминокислот. Возрастная характеристика процессов перевааривания и всасывания белков.

3. Гниение белков в толстом кишечнике. Продукты гниения и механизмы их обезвреживания в печени. Особенности протекания гнилостных процессов в толстом кишечнике грудных детей.

4. Динамическое состояние белков в организме. Катепсины. Аутолиз тканей и роль в этом процессе повреждения лизосом. Источники и основные пути расходования аминокислот. Окислительное дезаминирование аминокислот. Аминокислотоксидазы, глютаматдегидрогеназа. Другие виды дезаминирования аминокислот.

5. Трансаминирование. Аминотрансферазы и их коферменты. Биологическое значение реакций трансаминирования. Особая роль в этом процессе  -кетоглютарата. Непрямое дезаминирование аминокислот. Клиническое значение определения активности трансаминаз в сыворотке крови.

6. Декарбоксилирование аминокислот и их производных. Важнейшие биогенные амины и их биологическая роль. Распад биогенных аминов в тканях.

7. Конечные продукты азотистого обмена: соли аммония и мочевина. Основные источники аммиака в организме. Обезвреживание аммиака. Биосинтез мочевины (орнитиновый цикл). Связь орнитинового цикла с циклом Кребса. Происхождение атомов азота мочевины. Суточная экскреция мочевины. Нарушения синтеза и выведения мочевины. Гипераммониемия. Возрастная характеристика выведения азота конечных продуктов из организма ребенка в возрасте до 1 года.

8. Обезвреживание аммиака в тканях: восстановительное аминирование  -кетокислот, амидирование белков, синтез глютамина. Особая роль глютамина в организме. Глютаминаза почек. Адаптивное изменение активности глютаминазы почек при ацидозе.

9. Особенности обмена фенилаланина и тирозина. Использование тирозина для синтеза катехоламинов, тироксина и меланинов. Распад тирозина до фумаровой и ацетоуксусной кислот. Наследственные нарушения обмена фенилаланина и тирозина: фенилкетонурия, алкаптонурия, альбинизм.

10. Особенности обмена серина, глицина, цистеина, метионина. Значение тетрагидрофолиевой кислоты и витамина В₁₂ в метаболизме одноуглеродных радикалов. Недостаточность фолиевой кислоты и витамина В₁₂. Механизм бактериостатического действия сульфаниламидных препаратов.

11. Взаимосвязь обмена аминокислот с обменом углеводов и жиров. Гликогенные и кетогенные аминокислоты. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Биосинтез аминокислот из углеводов.