39 Билет
АТФ и другие высокоэнергетические соединения. Способы образования АТФ в организме. Биологическая роль.
АТФ – макроэргическое соединение, выполняющее функцию аккумулирования биологической энергии и ее переноса для последующего использования при выполнения клеточных функций. Макроэргичность АТФ объясняется высокой плотностью зарядов, сконцентрированной в «хвосте», которая обеспечивает легкость диссоциации фосфатов при водном гидролизе и высокую величину его свободной энергии.
Все процессы в организме, сопровождающиеся накоплением энергии, в конечном счете ведут к образованию АТФ, который выполняет роль связующего звена между процессами, протекающими с потреблением энергии, и процессами, сопровождающимися выделением и накоплением энергии.
Молекула АТФ состоит из азотистого основания – аденина, рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.
Разрыв макроэргических связей в молекуле АТФ сопровождается выделением энергии, используемой для биосинтеза и транспорта веществ, мышечного сокращения, пищеварения и других процессов жизнедеятельности организма.
Отщепление фосфатных остатков от молекул АТФ происходит при участии аденозинтрифосфатаз (АТФ-аз) — ферментов класса гидролаз, широко распространенных в клетках всех организмов и обеспечивающих использование энергии АТФ для осуществления различных процессов жизнедеятельности. Группа транспортных АТФ-аз осуществляет активный перенос ионов, аминокислот, нуклеотидов, сахаров и других веществ через биологические мембраны, создание и поддержание градиентов концентраций ионов (ионных градиентов) по обе стороны биологических мембран (Н+ — АТФ-аза мембран митохондрий, хлоропластов и бактериальных клеток, Са2+ — АТФ-аза внутриклеточных мембран мышечных клеток и эритроцитов, Na+, К+АТФ-аза). В результате осуществляемого этими ферментами транспорта ионов против градиента их концентраций на мембране генерируется разность электрических потенциалов.
АТФ образуется из аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) в результате окислительного фосфорилирования при переносе электронов в митохондриальной электронтранспортной цепи или в результате фосфорилирования на уровне субстрата.
Наряду с АТФ к макроэргическим соединениям относятся и другие нуклеозидтрифосфорные кислоты: гуанозинтрифосфат (ГТФ), уридинтрифосфат(УТФ), инозинтрифосфат (ИТФ) и тимидинтрифосфат (ТТФ), играющие роль поставщиков энергии в различных биосинтетических процессах и взаимопревращениях углеводов, липидов, а также соответствующие нуклеозиддифосфорные кислоты, пирофосфорная и полифосфорная кислоты, фосфоенолпировиноградная и 1,3-дифосфоглицериновая кислоты, ацетил- и сукцинилкофермент А, аминоацильные производные адениловой и рибонуклеиновых кислот и др.
Важным макроэргическим соединением, участвующим в ресинтезе АТФ в мышечной ткани, является содержащийся в скелетных мышцах креатин-фосфат — фосфорилированное производное креатина (β-метилгуанидинуксусной кислоты). Обратимое ферментативное взаимодействие креатина с АТФ: креатин + АТФ = креатинфосфат + АДФ,
катализируемое креатинкиназой (креатинфосфокиназой), играет существенную роль в аккумуляции энергии, необходимой для мышечного сокращения.
Биосинтез и мобилизация гликогена, последовательность реакций. Биологическая роль гликогена мышц и печени. Регуляция активности фосфорилазы и гликогенсинтазы.
Фософорилирование глюкозы приучастии ферменто гексокиназы (в печени – глюкокиназы).
Глюкозо-6-фосфат переходит в глокозо-1-фосфат под действием фосфоглюкомутазы
Глюкозо-1-фосфат вступает во взаимодействие с уридинтрифосфатом (УТФ), образуя УДФ-глюкозу и пирофосфат. Фермент – глюкозо-1-фосфат-уридилтрансфераза.
Глюкозный остаток с УДФ-глюкозы переносится на глюкозидную цепь гликогена. Образуется α-(1-4)-связь между первым атомом С добавляемой глюкозы и 4 гидроксильной группой остатка глюкозы цепи. Фермент – гликоген-синтаза.
УДФ снова фосфорилируется за счет АТФ.
Благодаря способности к отложению гликогена (в основном в печени и в мышцах) создаются условия для накопления резерва углеводов. При повышении энергозатрат происходит усиление распада гликогена и синтеза глюкозы.
Фософорилаза и гликогенсинтаза фосфорилируются протеинкиназами, которые активируются катехоламинами опосредованно через цАМФ и таким образом приходят в малоактивное или неактивное состояние.
Микросомальное окисление. Локализация. Биологическая роль.
В мембранах ЭПР практически всех тканей локализована система микросомального окисления (монооксигеназного окисления). Эта система обеспечивает первую фазу обезвреживания большинства чужеродных неприродных гидрофобных веществ – ксенобиотиков, а также окисление некоторых эндогенных веществ.
В эксперименте при выделении ЭПР из клеток мембрана распадается на части, каждая из которых образует замкнутый пузырёк - микросому, отсюда и название - микросомальное окисление.
Микросомальный ферментный комплекс включает в себя ферменты диоксигеназы и монооксигеназы и 2 внемитохондриальные элетронтранспортные цепи, включающие НАДФ, цитохром P-450 и цитохром b5.
Окисление происходит по схеме
SH + O2 --> SOH
Суть реакций заключается в гидроксилировании вещества типа R-H с использованием одного атома молекулы кислорода О2, второй атом соединяется с протонами водорода H+ с образованием воды. Донором протонов водорода является восстановленный NADPH + H+. Таким образом, меняется структура исходного вещества, а значит и его свойства.
В процессе микросомального окисления вследствие особенностей используемых цепей передачи электронов не образуется АТФ. Его биологическая роль заключается в метаболизме ряда природных и ксенобиотических субстратов. В последнем случае свободное окисление выполняет важную функцию модификации чужеродных соединений (лекарственных средств, гербицидов, продуктов загрязнения окружающей среды). Как правило они имеют гидрофобные свойства. Их микросомальное окисление облегчает последующую деструкцию и выведение их из организма.
Азотсодержащие вещества мочи. Возрастные особенности.
1) Мочевина
Продукт конечного распада аминокислот и пиримидиновых оснований. Составляет большую часть органических веществ, входящих в состав мочи. За сутки у взрослого человека выводится 12-36 г мочевины. Количество мочевины в моче увеличивается при употреблении пищи, богатой белками и при всех заболеваниях, сопровождающихся распадом белков тканей; уменьшается при тяжелых поражениях печени (печень – место синтеза мочевины), заболеваниях почек.
У новорожденных детей мочевина в моче практически отсутствует, что очевидно связано с тем, что у детей практически не происходит распада белков, а только синтез. Только к 9-14 годам уровень мочевины в моче детей примерно соответствует норме взрослых.
2) Креатинин
Конечный продукт азотистого обмена. Образуется в мышечной ткани из фосфокреатина. На 1 кг массы у мужчин выделяется 18-32 мг креатинина, у женщин – 10-25 мг.
У новорожденных очень малое количество креатинина, оно увеличивается с возрастом и примерно к 16 годам достигает взрослого значения.
3) Креатин
В норме отсутствует в моче взрослых людей. У детей в первые годы жизни наоборот возможна «физиологическая креатинурия». По-видимому, это обусловлено усиленным синтезом креатина, опережающем развитие мускулатуры. Также присутствует такое явление, как «физиологическая креатинурия стариков», связанная с атрофией мышц и неполным использованием креатина, образующегося в печени. Наибольшее содержание креатина моче наблюдается при патологических состояниях мышечной системы (миопатии, мышечной дистрофии).
4) Аминокислоты
В суточном количестве составляют около 1,1 г. У детей уровень АК в моче очень низкий, но он возрастает уже к 4-7 годам.
Гипераминоацидурия наблюдается при поражениях паренхимы печени инфекционных заболеваниях, злокачественных новообразованиях, травмах, коматозных состояниях, миопатии и др. состояниях.
5) Мочевая кислота
Конечный продукт обмена пуриновых оснований. За сутки выделяется около 0,7 г мочевой кислоты. Повышается при употреблении пищи, богатой пуринами, а также при лейкемии, полицитемии, гепатитах, подагре. У новорожденных присутствует в очень малых количествах и с возрастом постепенно увеличивается.