Перелік питань до семінару Загальні шляхи метаболізму

2 Семестр

Везде пиши NH3, не считай Н

1. Роль α-кетоглутаровой кислоти в енергетичному та білковому обмінах. Напишіть  реакції утворення α-кетоглутарату з АсКоА та ЩОК та його перетворення на сукциніл КоА і глутамін, вкажіть вітаміни, що приймають участь у цих реакціях. Покажіть  схематично можливі шляхи використання сукциніл-КоА та глутаміну. 

Альфа-кетоглутаровая кислота (α-кетоглутарат) играет важную роль в обмене веществ, улучшая энергетическое и белковое обмен.

1. Энергетический обмен:

   1. Альфа-кетоглутарат при входе на склад в цикле Кребса (цикл карбоновых кислот) превращается в цитриновую кислоту. В этот процесс происходит выделение энергии при наблюдении НАДН и ФАДН2, которые выделяются для синтеза АТФ (аденозинтрифосфата) в окислительно-фосфорильном процессе.

2. белковое обмен:

   1. Альфа-кетоглутарат является промежуточным продуктом (промежуточным продуктом) в биосинтезе аминокислот, таких как глютамат и глутамин. Глютамат играет важную роль в передаче аминокислот и в энергетических процессах, глутамин является ключевым переносчиком аминогрупп в различных тканях и клиренсе организма.

2. Реакції декарбоксилування амінокислот, їх вітамінне забезпечення та біологічне  значення. Напишіть реакції утворення ГАМК, гістаміну, серотоніну, норадреналіну.  Інактивація біогенних амінів та знешкодження аміаку (реакції, ферменти, їх  локалізація, біологічне значення процесів, можливі причини їх порушення та наслідки). 

Реакция декарбоксилирования аминокислот состоит в отщеплении СО2 от молекул аминокислот с образованием аминов (биогенных аминов), значительная часть которых имеют высокую физиологическую активность как гормоны, нейромедиаторы, или являются их предшественниками. Витамины группы В (в частности, витамины В6 и В12) функционируют как кофакторы для ферментов, катализирующих эти реакции.

Существуют два способа инактивации биогенных аминов - дезаминирование и метилирование.

Дезаминирование протекает с образованием свободного аммиака и с участием ФАД. Катализирует реакцию моноаминоксидаза, она обнаружена во многих тканях, но наиболее активна в печени, желудке, почках, кишечнике, нервной ткани.

Метилирование биогенного амина происходит при наличии у него гидроксильной группы (дофамин, серотонин). В реакции принимает участие активная форма метионина – S-аденозилметионин (SAM), образуется метилированная форма амина и S-аденозилгомоцистеин (SАГ).

ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ АММИАКА:

Восстановительное аминирование. Одним из путей связывания и обезвреживания аммиака в организме, в частности в мозге, сетчатке, почках, печени и мышцах - это биосинтез амидов глутаминовой и аспарагиновой кислот (глутамина или аспарагина):

Биологическое значение обезвреживания и удаления аммиака состоит в том, чтобы избежать его токсичности и обеспечить выведение излишнего аммиака из организма. Аммиак является потенциально токсичным веществом для клеток, поскольку может повреждать белковые структуры и оказывать негативные эффекты на функционирование клеток и органов. Его обработка и вывод из организма является важным процессом для поддержания нормального функционирования клеток и органов. Выведение аммиака также способствует сохранению кислотно-щелочного баланса и регуляции pH в организме.

Причины неправильного обезвреживания и вывода аммиака: заболевания печени, недостаточная функция печени, такая как цирроз или гепатит, может нарушить способность организма обрабатывать и вывести аммиак; хроническая почечная недостаточность может снизить способность почек вывести аммиак из организма.

Последствия неправильного обезвреживания и вывода аммиака:

• Азотемия — повышенное содержание в крови азотистых продуктов обмена, выводимых почками.

3. Метаболізм глутамінової кислоти. Напишіть реакції: а) синтезу глутаміну, б)  переамінування з ПВК та ЩОК, в) окисного дезамінування. Вкажіть ферменти, роль  вітамінів, значення цих реакцій, а також шляхи подальшого використання продуктів.  Перетворення глутамінової кислоти в глюкозу (послідовність реакцій до ЩОК, а далі – схематично). Локалізація процесу, його гормональна регуляція. 

Синтез глутамина – взаимодействие глутамата с аммиаком. Является главным способом уборки аммиака, наиболее активно происходит в нервной и мышечной тканях, в почках, сетчатке глаза, печени. Реакция протекает в митохондриях.

а) синтезу глютаміну:

Витамины: витамин В6 (пиридоксальфосфат) выступает как кофактор и витамин C (аскорбиновая кислота) помогает обеспечить оптимальную работу ферментов, участвующих в синтезе глутамина.

Значение: Глутамин важен для синтеза белков, глюконеогенеза, транспорта аминокислот. Глутамин является важным источником азота для синтеза нуклеотидов и других аминокислот.

Пути дальнейшего использования продуктов: Глутамин может использоваться для синтеза более сложных аминокислот или белков в организме, может участвовать в цикле мочевины, как источник энергии в оксидативных процессах в клетках.

б)  переамінування з ПВК та ЩОК:

Роль витаминов: Витамин В6 -- кофермент аминотрансфераз, переносящих АГ между АК и КетоК

Значение реакций переаминирования: Переаминирование является важным процессом для обновления пула аминокислот в организме и поддержания его азотистого баланса.

Пути дальнейшего использования продуктов: ЦТК, аланин – АК, значит синтез белка

АСТ (аспартатаминотрансфераза)

АЛТ (аланинаминотрансфераза)

в) окисного дезамінування:

Роль витаминов: кофермент B3 -- НАД: Никотинамидадениндинуклеотид (НАД) окисляется до НАДH2 во время реакции.

кофермент B2 -- ФАД/ФАДH2: Флавинадениндинуклеотид (ФАД) окисляется до ФАДH2 во время реакции реакції.

Значение реакций окислительного дезаминирования: создает α-кетоглутаровую кислоту, которая является ключевым промежуточным продуктом цикла Кребса, используемого для производства энергии. Высвобождающий аммиак: Аммиак может использоваться для синтеза других аминокислот или выводиться из организма. Регулирует уровень глутамата.

Шляхи дальнейшего использования продуктов: Аммиак, выделенный в результате этого процесса, может быть использован для синтеза мочевины в печени и последующего вывода из организма. α-кетоглутарат может быть использован для производства энергии в клетках или для синтеза других молекул, таких как глюкоза или другие аминокислоты.

Превращение глутаминовой кислоты в глюкозу: локализация и гормональная регуляция

Локализация процесса: происходит в печени, а также в почках и кишечных мышцах.

Гормональная регуляция:

• Глюкагон: стимулирует распад гликогена в печени до глюкозы.

• Кортизол Стимулирует высвобождение аминокислот из мышц для использования в глюконеогенезе.

• Адреналин: Стимулирует распад гликогена в печени и мышцах глюкозы.

• Тироксин: Увеличивает скорость метаболизма, что может привести к повышению потребности в глюкозе и, следовательно, стимуляции глюконеогенеза.

• Инсулин: Ингибирует глюконеогенез и стимулирует усвоение глюкозы из крови.

4. Джерела та шляхи використання аміаку в печінці та нирках. Гіперамоніемія: можливі  причини та наслідки. Знешкодження аміаку. Напишіть реакції орнітинового циклу, вкажіть роль ЦТК та переамінування в його забезпеченні. Напишіть реакції перетворення фумарату на аспарагінову кислоту.

Источники и пути использования аммиака в печени и почках

	Источники аммиака	Пути использования аммиака
В печени	Катаболизм аминокислот: При распаде аминокислот образуется аммиак, который затем используется в цикле мочевины. Кишечная абсорбция: Аммиак из кишечника всасывается в портальную вену и попадает в печень.	Цикл мочевины: Аммиак используется в цикле мочевины для синтеза мочевины, которая является менее токсичным продуктом, чем аммиак. Мочевина затем выводится из организма с мочой. Синтез аминокислот: Аммиак может использоваться для синтеза аминокислот, таких как глутамин и аспарагин
В почках	Метаболизм белков: При распаде белков в мышцах и других тканях образуется аммиак, который транспортируется в почки с кровотоком. Глютамин: Глютамин, аминокислота, которая образуется в мышцах, может расщепляться в почках с высвобождением аммиака	Секреция водорода: Аммиак может секретироваться в просвет собирательных трубочек почек, где он помогает регулировать pH мочи. Образование аммонийных солей: Аммиак может связываться с ионами натрия и калия для образования аммонийных солей, которые затем выводится с мочой

Нарушение реакций обезвреживания аммиака может вызвать повышение содержания аммиака в крови — гипераммониемию, что оказывает токсическое действие на организм.

Причинами гипераммониемии могут быть:

• генетические дефекты ферментов орнитинового цикла в печени;

• вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита или других заболеваний.

Известны пять наследственных заболеваний, обусловленные дефектом пяти ферментов орнитинового цикла.

Основным механизмом связывания аммиака в организме является синтез мочевины. Мочевина выводится из организма с мочой в качестве главного конечного продукта белкового, соответственно аминокислотного обмена. Основным местом синтеза мочевины является печень. Синтез мочевины является циклическим метаболическим процессом и носит название орнитинового цикла.

Связь ЦКТ и ОЦ: Фумарат, образующийся в результате расщепления аргининосукцината, превращается в малат, который затем переносится в митохондрии, включается в ЦТК и дегидрируется с образованием оксалоацетата. Эта реакция сопровождается выделением 3 молекул АТФ, которые и компенсируют затраты энергии на синтез одной молекулы мочевины.

Реакції перетворення фумарату на аспарагінову кислоту:

5. Дезамінування амінокислот як основний процес утворення аміаку в організмі. Пряме та непряме дезамінування амінокислот, зв'язок між дезамінуванням та трансамінуванням. Напишіть реакцію трансамінування аланіна. Шляхи використання аміаку. Напишіть  реакції синтезу сечовини і вкажіть їх зв´язок з ЦТК.

Дезаминирование – реакция отщепления α-аминогруппы от АК, в результате чего образуется соответствующая α-кетокислота и выделяется молекула аммиака.

Дезаминирование бывает:

1. А. Прямым. Прямое дезаминирование происходит с помощью ферментов дезаминаза.

2. Б. Косвенным. Непрямое дезаминирование происходит в несколько этапов, включая трансаминирование и окислительное дезаминирование.

Связь между дезаминированием и трансаминированием.

Трансаминирование – это биохимическая реакция, в которой аминогруппа переносится из одной аминокислоты на другую кетокислоту. Трансаминирование тесно связано с дезаминированием, поскольку оно может быть первым этапом косвенного дезаминирования аминокислот.

Основные пути использования аммиака в организме человека:

1. Аммиак используется в цикле мочевины, который происходит в печеночной митохондрии. В этом цикле аммиак превращается в сечовину, которая затем выводится с мочой.

2. В некоторых случаях аммиак может использоваться для синтеза глюкозы в процессе глюконеогенеза. При глюконеогенезе амммиак сначала превращается в α-кетоглутарат, который затем используется для синтеза глюкозы.

3. Аммиак может связываться с ионами водорода, тем самым помогая поддерживать pH крови в пределах нормы.

4. Аммиак может использоваться для синтеза других азотистых соединений, таких как пурины и пиримидины.

Связь ЦКТ и ОЦ: Фумарат, образующийся в результате расщепления аргининосукцината, превращается в малат, который затем переносится в митохондрии, включается в ЦТК и дегидрируется с образованием оксалоацетата. Эта реакция сопровождается выделением 3 молекул АТФ, которые и компенсируют затраты энергии на синтез одной молекулы мочевины.

6. Роль фолієвої кислоти та SAM в реакціях трансметилювання. Їх значення в обміні  речовин. Напишіть реакції синтезу холіну та адреналіну з амінокислот. Роль адреналіну  в регуляції вуглеводного та ліпідного обмінів, механізм його дії.  

Фолиевая кислота является необходимым фактором для синтеза SAM, который, в свою очередь, является донором метильной группы во многих биохимических реакциях. SAM играет ключевую роль в передаче метильной группы на различные биомолекулы, образуя адреналин, мелатонин, креатин, карнитин, холин, фосфатидилхолин, гликозаминогликаны. Также S-аденозилметионин необходим для формирования 7-метилгуанозина ("кэпа" на матричной РНК) – структуры, защищающей мРНК от преждевременного разрушения.

Фолиевая кислота (B9) в организме превращается в активные формы, такие как тетрагидрофолиевая кислота (THF) и 5,10-метилен-THF. Эти активные формы фолиевой кислоты играют важную роль в переносе одноуглеродных групп в различных метаболических путях, включая синтез нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и аминокислот. Они также являются ключевыми кофакторами в реакциях трансметилирования, обеспечивая перенос метильных (CH3-) групп.

Роль адреналіну  в регуляції вуглеводного та ліпідного обмінів, механізм його дії.

Механизм действия гормонов разный в зависимости от рецептора.

• Кальций-фосфолипидный механизм

  • при возбуждении α1-адренорецепторов (активация гликогенолиза и глюконеогенеза в печени – выброс глюкозы в кровь)

• Аденилатциклазный механизм

  • при задействовании α2-адренорецепторов (снижение липолиза в результате уменьшения стимуляции ТАГ-липазы) аденилатциклаза ингибируется

  • при задействовании β1- (активация липолиза) и β2-адренорецепторов (стимуляция гликогенолиза и глюконеогенеза в печени, гликогенолиза в скелетных мышцах, липолиза в жировой ткани – выброс глюкозы в кровь) аденилатциклаза активируется.

фосфатидилинозитолдифосфат (ФИФ2)

инозитолтрифосфата(ИФ3)

диацилглицерола (ДАГ)