- •Курс лекций по биохимии
- •Список сокращений
- •Глава 1 введение в биохимию
- •История развития биохимии
- •Развитие медицинской биохимии в Беларуси
- •Содержание предмета биохимии
- •Разделы и направления биохимии
- •Объекты биохимических исследований
- •Методы биохимии
- •Глава 2 строение и функции белков
- •История изучения белков
- •Аминокислоты и их роль в организме
- •Модифицированные аминокислоты, присутствующие в белках
- •В молекуле коллагена присутствуют:
- •Аминокислоты как лекарственные препараты
- •Пептиды
- •Методы разделения пептидов
- •Автоматический синтез пептидов
- •Биологические функции белков
- •Физико-химические свойства белков
- •Уровни структурной организации белков
- •Предварительные исследования перед определением первичной структуры белка
- •Стадии определения первичной структуры белков и полипептидов
- •Методы определения n-концевых аминокислот
- •Методы определения с-концевых аминокислот
- •Общие закономерности, касающиеся аминокислотной последовательности белков
- •Классификация шаперонов (ш)
- •Роль шаперонов в фолдинге белков
- •Роль шаперонов в защите белков клеток от денатурирующих стрессовых воздействий
- •Болезни, связанные с нарушением фолдинга белков
- •Функционирование белков
- •Активный центр белков и избирательность связывания его с лигандом
- •Характеристика активного центра
- •Глава 3 фермЕнТы. Механизм действия ферментов
- •Отличия ферментов от неорганических катализаторов.
- •Структура молекулы ферментов
- •Кофакторы – ионы металлов
- •Роль металлов в ферментативном катализе
- •Активный центр фермента
- •Механизм действия ферментов
- •Энергетические изменения при химических реакциях
- •Роль активного центра в ферментативном катализе
- •Молекулярные механизмы ферментативного катализа
- •Кислотно-основной катализ
- •Ковалентный катализ
- •Специфичность действия ферментов
- •Специфичность по отношению к реакции
- •Глава 4 регуляция активности ферментов. Медицинская энзимология Способы регуляции активности ферментов:
- •Регуляция количества ферментов
- •Влияние активаторов и ингибиторов на активность ферментов
- •Необратимое ингибирование
- •Обратимое ингибирование
- •Конкурентное ингибирование
- •Лекарственные препараты как конкурентные ингибиторы
- •Антиметаболиты как лекарственные препараты
- •Неконкурентное ингибирование
- •Аллостерическая регуляция
- •Ферменты плазмы крови
- •Энзимопатии
- •Применение ферментов в медицине
- •Энзимодиагностика
- •Применение ферментов в качестве лекарственных средств
- •Глава 5 структура и функции нуклеиновых кислот
- •Структура и функции днк
- •Организация генома человека
- •Виды и особенности структурной организации рнк
- •Гибридизация нуклеиновых кислот
- •Методы изучения структуры нуклеиновых кислот
- •Глава 6 биосинтез нуклеиновых кислот
- •Биосинтез днк
- •Репарация днк
- •Биосинтез рнк
- •Регуляция транскрипции
- •Процессинг рнк
- •Обратная транскрипция
- •Глава 7 биосинтез белка
- •Активация аминокислот
- •Синтез белка у эукариот
- •Посттрансляционные изменения белков
- •Регуляция синтеза белка
- •Ингибиторы матричных биосинтезов
- •Использование днк-технологий в медицине
- •Глава 8 введение в метаболизм
- •Специфические и общие пути катаболизма
- •Метаболиты в норме и при патологии
- •Уровни изучения обмена веществ
- •Глава 9 биологические мембраны
- •Механизмы мембранного транспорта веществ
- •Глава 10 энергетический обмен. Биологическое окисление
- •Структурная организация цепи тканевого дыхания
- •Окислительное фосфорилирование атф
- •Хемиоосмотическая гипотеза Питера Митчелла (1961г.)
- •Строение атф-синтазы
- •Нарушения энергетического обмена
- •Глава 11 типы окисления. Антиоксидантные системы
- •Оксидазный тип окисления
- •Пероксидазный тип окисления
- •Диоксигеназный тип окисления
- •Монооксигеназный тип окисления
- •Активные формы кислорода (свободные радикалы)
- •Перекисное окисление липидов (пол)
- •Антиоксидантные системы организма
- •Глава 12 гормоны – общая характеристика и механизмы действия
- •Классификация гормонов
- •Классификация по месту образования
- •Классификация по механизму действия
- •Основные свойства и особенности действия гормонов
- •Рецепторы гормонов
- •Механизм передачи гормональных сигналов через мембранные рецепторы
- •Аденилатциклазная система.
- •Гуанилатциклазная система.
- •3. Оксид азота.
- •Инозитолтрифосфатная система.
- •Механизм передачи гормонального сигнала через внутриклеточные рецепторы
- •Передача сигналов через рецепторы, сопряженные с ионными каналами
- •Глава 13 особенности действия гормонов Гормоны гипоталамуса и гипофиза
- •Гормоны гипоталамуса и гипофиза
- •Гормоны гипофиза
- •Гормоны щитовидной железы
- •Гиперфункция щитовидной железы
- •Гипофункция щитовидной железы
- •Гормоны поджелудочной железы
- •Биологическое действие
- •Гипофункция поджелудочной железы
- •Гиперфункция поджелудочной железы
- •Глюкагон
- •Регуляция обмена ионов кальция и фосфатов
- •Гиперфункция паращитовидной железы (гиперпаратиреоз)
- •Гипофункция паращитовидных желез (гипопаратиреоз)
- •Гормоны надпочечников Гормоны мозгового вещества надпочечников
- •Биологическое действие
- •Гиперфункция мозгового вещества надпочечников
- •Гормоны коры надпочечников (кортикостероиды)
- •Глюкокортикоиды
- •Биологическое действие
- •Минералокортикоиды
- •Биологическое действие
- •Гиперфункция коры надпочечников
- •Гипофункция коры надпочечников
- •Гормоны половых желёз Мужские половые гормоны
- •Биологическое действие
- •Анаболические стероиды
- •Нарушение андрогенной функции
- •Женские половые гомоны
- •Биологическое действие на половые органы
- •Действие на неполовые органы
- •Нарушения гормональных функций яичников
- •Эйкозаноиды
- •Синтез эйкозаноидов
- •Номенклатура эйкозаноидов
- •Применение гормонов в медицине
- •Глава 14 биохимия питания
- •Углеводы
- •Глава 15 Основы витаминологии
- •Биологические функции витаминов
- •Классификация витаминов
- •Основные характеристики водорастворимых витаминов
- •Основные характеристики жирорастворимых витаминов
- •Обмен витаминов
- •Обеспеченность организма витаминами
- •Гиповитаминозы
- •Гипервитаминозы
- •Методы оценки обеспеченности организма человека витаминами
- •Применение витаминов в клинической практике
- •Поливитаминные препараты
- •Антивитамины
- •Антивитамины
- •Глава 16 углеводы тканей и пищи – обмен и функции
- •Всасывание моносахаридов в кишечнике
- •Транспорт глюкозы из крови в клетки
- •Нарушения переваривания и всасывания углеводов
- •Метаболизм фруктозы
- •Метаболизм галактозы
- •Метаболизм лактозы
- •Глава 17 пути метаболизма глюкозы
- •Гликолиз
- •Гликоген
- •Пентозофосфатный путь (пфп)
- •Глюконеогенез (гнг)
- •Аланин Аланин Аланин
- •Путь глюкуроновой кислоты
- •Глава18 обмен гликогена
- •Синтез гликогена (гликогеногенез)
- •Глюкагон Адреналин
- •Аденилатциклаза Аденилатциклаза
- •Протеинкиназа Протеинкиназа
- •Нарушения обмена гликогена
- •Глава 19 липиды тканей, переваривание и транспорт липидов
- •Глава 20 обмен триацилглицеролов и жирных кислот
- •Регуляция синтеза триацилглицеролов
- •Регуляция мобилизации триацилглицеролов
- •Ожирение
- •Обмен жирных кислот
- •Обмен кетоновых тел
- •Синтез жирных кислот
- •Глава 21 обмен сложных липидов
- •Глава 22 метаболизм холестерола. Биохимия атеросклероза
- •Биохимия атеросклероза
- •Глава 23. Обмен аминокислот. Динамическое состояние белков организма
- •Переваривание белков в желудочно-кишечном тракте
- •Наследственные нарушения транспорта аминокислот
- •Расщепление белков в тканях
- •Превращение аминокислот микрофлорой кишечника
- •Пути обмена аминокислот в тканях
- •Трансаминирование аминокислот
- •Биологическое значение трансаминирования
- •Дезаминирование аминокислот
- •Окислительное дезаминирование глутамата
- •Непрямое дезаминирование аминокислот
- •Декарбоксилирование аминокислот
- •Биогенные амины
- •Пути катаболизма углеродного скелета аминокислот
- •Глава 24 Образование и обезвреживание nh3 в организме
- •Тканевое обезвреживание аммиака
- •Общее (конечное) обезвреживание аммиака
- •Регуляция синтеза мочевины
- •Нарушения синтеза и выведения мочевины
- •Глава 25 Метаболизм отдельных аминокислот Метаболизм метионина
- •Реакция активации метионина
- •Синтез креатина
- •Метаболизм фенилаланина и тирозина
- •Нарушение обмена фенилаланина и тирозина
- •Глава 26 обмЕн нуклеотидов
- •Биосинтез пуриновых нуклеотидов
- •Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов
- •Распад нуклеиновых кислот в желудочно-кишечном тракте и тканях
- •Нуклеопротеины
- •Нарушения обмена нуклеотидов Ксантинурия
- •Глава 27 регуляция и взаимосвязь метаболизма
- •Аллостерическая регуляция метаболических путей
- •Взаимосвязь метаболизма
- •Глава 28 биохимия печени
- •Роль печени в углеводном обмене
- •5. В печени происходит синтез глюкуроновой кислоты. Роль печени в липидном обмене
- •Роль печени в обмене аминокислот и белков
- •Обезвреживающая функция печени
- •Обезвреживание нормальных метаболитов
- •Обезвреживание ксенобиотиков
- •Катаболизм гемоглобина
- •Катаболизм гема.
- •Желтухи. Дифференциальная диагностика
- •Желтуха новорожденных
- •Биохимические механизмы развития печеночной недостаточности
- •Биохимические методы диагностики поражений печени
- •Глава 29 Водно-электролитный обмен Распределение жидкости в организме
- •Состав жидкостей
- •Растворенные вещества
- •Характеристики жидкостей
- •Вода, биологическая роль, обмен воды
- •Обмен воды
- •Регуляция объема внеклеточной жидкости
- •Роль системы ренин-ангиотензин
- •Активация системы
- •Предсердный натрийуретический фактор
- •Нарушения водно-электролитного обмена и кислотно-основного равновесия
- •Нарушения кислотно-основного равновесия
- •Минеральные компоненты тканей, биологические функции
- •Основные биологические функции
- •Натрий, биологическая роль, обмен, регуляция
- •Калий, биологическая роль, обмен, регуляция
- •Кальций, биологическая роль, обмен, регуляция
- •Фосфор, биологическая роль, обмен, регуляция
- •Эссенциальные микроэлементы
- •Глава № 30 биохимия крови
- •Общая характеристика
- •Функции крови
- •Особенности метаболизма в форменных элементах крови
- •Гемоглобин человека
- •Производные гемоглобина
- •Варианты гемоглобина в онтогенезе
- •Гемоглобинопатии
- •Обмен железа
- •Железодефицитные анемии
- •Белки плазмы крови
- •Характеристика белков сыворотки крови
- •Патологии системы свертывания крови. Гемофилии
- •Диссеминированное внутрисосудистое свертывание (двс-синдром)
- •Глава 31 биохимия почек
- •Особенности биохимических процессов в почечной ткани
- •Глава 32 особенности метаболизма в нервной ткани
- •Функции аксонального плазматического тока
- •Гемато-энцефалический барьер (гэб)
- •Общие особенности метаболизма нервной ткани
- •Обмен свободных аминокислот в головном мозге
- •Нейропептиды
- •Энергетический обмен в нервной ткани
- •Особенности углеводного обмена в ткани головного мозга
- •Липидный обмен в нервной ткани
- •Обмен липидов в нервной ткани имеет следующие особенности
- •Роль медиаторов в передаче нервных импульсов
- •Нейрохимические основы памяти
- •Спинномозговая жидкость (ликвор или цереброспинальная жидкость)
- •Глава 33 биохимия мышечной ткани
- •Белки мышечной ткани
- •Биохимические механизмы сокращения и расслабления мышц
- •Роль ионов кальция в регуляции мышечного сокращения
- •Утомление – состояние организма, возникающее вследствие длительной мышечной нагрузки и характеризующееся временным снижением работоспособности.
- •Глава 34 Биохимия соединительной ткани.
- •Эластин
- •Протеогликаны и гликопротеины
- •Cписок литературы
- •Оглавление
- •Для заметок
- •Курс лекций по биохимии
Хемиоосмотическая гипотеза Питера Митчелла (1961г.)
Основные постулаты этой теории:
внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для ионов Н+ и ОН−;
за счет энергии транспорта электронов через I, III и IV комплексы дыхательной цепи из матрикса выкачиваются протоны;
возникающий на мембране электрохимический потенциал является промежуточной формой запасания энергии;
возвращение протонов в матрикс митохондрии через протонный канал АТФ синтазы является поставщиком энергии для синтеза АТФ по схеме
АДФ+Н3РО4АТФ+Н2О
Доказательства хемиоосмотической теории:
-
на внутренней мембране есть градиент Н+ и его можно измерить;
-
создание градиента Н+ в митохондрии сопровождается синтезом АТФ;
-
ионофоры (разобщители), разрушающие протонный градиент, тормозят синтез АТФ;
-
ингибиторы, блокирующие транспорт протонов по протонным каналам АТФ-синтазы, ингибируют синтез АТФ.
Строение атф-синтазы
АТФ-синтаза – интегральный белок внутренней мембраны митохондрий. Он расположен в непосредственной близости к дыхательной цепи и обозначается как V комплекс. АТФ-синтаза состоит из 2 субъединиц, обозначаемых как Fо и F1. Гидрофобный комплекс Fо погружен во внутреннюю мембрану митохондрий и состоит из нескольких протомеров, образующих канал по которому протоны переносятся в матрикс. Субъединица F1 выступает в митохондриальный матрикс и состоит из 9 протомеров. Причем три из них связывают субъединицы Fо и F1, образуя своеобразную ножку и являются чувствительными к олигомицину.
Суть хемиоосмотической теории: за счет энергии переноса электронов по ЦТД происходит движение протонов через внутреннюю митохондриальную мембрану в межмембранное пространство, где создается электрохимический потенциал (Н+), который приводит к конформационной престройке активного центра АТФ-синтазы, в результате чего становится возможным обратный транспорт протонов через протонные каналы АТФ-синтазы. При возвращении протонов назад электрохимический потенциал трансформируется в энергию макроэргической связи АТФ. Образовавшаяся АТФ с помощью белка-переносчика транслоказы перемещается в цитозоль клетки, а взамен в матрикс поступают АДФ и Фн.
Коэффициент фосфорилирования (Р/О) – число атомов неорганического фосфата, включенных в молекулы АТФ, в пересчете на один атом использованного поглощенного кислорода.
Пункты фосфорилирования – участки в дыхательной цепи, где энергия транспорта электоронов используется на генерацию протонного градиента, а затем в ходе фосфорилирования запасается в форме АТФ:
1 пункт – между пиридинзависимой и флавинзависимой дегидрогеназами; 2 пункт – между цитохромами b и с1; 3 пункт – между цитохромами а и а3.
Следовательно, при окислении НАД-зависимых субстратов коэффициент Р/О равен 3, так как электроны от НАДН транспортируются с участием всех комплексов ЦТД. Окисление ФАД-зависимых субстратов идет в обход I комплекса дыхательной цепи и Р/О равен 2.
Нарушения энергетического обмена
Все живые клетки постоянно нуждаются в АТФ для осуществления различных видов деятельности. Нарушение какого-либо этапа метаболизма, приводящие к прекращению синтеза АТФ, гибельны для клетки. Ткани с высокими энергетическими потребностями (ЦНС, миокард, почки, скелетные мышцы и печень) являются наиболее уязвимыми. Состояния, при которых синтез АТФ снижен объединяют термином «гипоэнергетические». Причины данных состояний можно разбить на две группы:
Алиментарные – голодание и гиповитаминозы В2 и РР – возникает нарушение поставки окисляемых субстратов в ЦТД или синтез коферментов.
Гипоксические – возникают при нарушении доставки или утилизации кислорода в клетке.
Регуляция ЦТД. Осуществляется с помощью дыхательного контроля.
Дыхательный контроль – это регуляция скорости переноса электронов по дыхательной цепи отношением АТФ/АДФ. Чем меньше это отношение, тем интенсивнее идет дыхание и активнее синтезируется АТФ. Если АТФ не используется, и его концентрация в клетке возрастает, то прекращается поток электронов к кислороду. Накопление АДФ увеличивает окисление субстратов и поглощение кислорода. Механизм дыхательного контроля характеризуется высокой точностью и имеет важное значение, так как в результате его действия скорость синтеза АТФ соответствует потребностям клетки в энергии. Запасов АТФ в клетке не существует. Относительные концентрации АТФ/АДФ в тканях изменяются в узких пределах, в то время как потребление энергии клеткой может изменяться в десятки раз.
Американский биохимик Д.Чанс предложил рассматривать 5 состояний митохондрий, при которых скорость их дыхания ограничивается определенными факторами:
-
Недостаток SH2 и АДФ – скорость дыхания очень низкая.
-
Недостаток SH2 при наличии АДФ – скорость ограничена.
-
Есть SH2 и АДФ – дыхание очень активно (лимитируется только скоростью транспорта ионов через мембрану).
-
Недостаток АДФ при наличии SH2 – дыхание тормозится (состояние дыхательного контроля).
-
Недостаток кислорода, при наличии SH2 и АДФ – состояние анаэробиоза.
Митохондрии в покоящейся клетке находятся в состоянии 4, при котором скорость дыхания определяется количеством АДФ. Во время усиленной работы могут пребывать в состоянии 3 (исчерпываются возможности дыхательной цепи) или 5 (недостаток кислорода) – гипоксии.
Ингибиторы ЦТД – это лекарственные препараты, которые блокируют перенос электронов по ЦТД. К ним относят: барбитураты (амитал), которые блокируют транспорт электронов через I комплекс дыхательной цепи, антибиотик антимицин блокирует окисление цитохрома b; монооксид углерода и цианиды ингибируют цитохромооксидазу и блокируют транспорт электронов на кислород.
Ингибиторы окислительного фосфорилирования (олигомицин) – это вещества, которые блокируют транспорт Н+ по протонному каналу АТФ-синтазы.
Разобщители окислительного фосфорилирования (ионофоры) – это вещества, которые подавляют окислительное фосфорилирование, не влияя при этом на процесс переноса электронов по ЦТД. Механизм действия разобщителей сводится к тому, что они являются жирорастворимыми (липофильными) веществами и обладают способностью связывать протоны и переносить их через внутреннюю мембрану митохондрий в матрикс, минуя протонный канал АТФ-синтазы. Выделяющаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла.
Искусственные разобщители – динитрофенол, производные витамина К (дикумарол), некоторые антибиотики (валиномицин).
Естественные разобщители – продукты перекисного окисления липидов, жирные кислоты с длинной цепью, большие дозы йодсодержащих гормонов щитовидной железы, белки термогенины.
На разобщении дыхания и фосфорилирования базируется терморегуляторная функция тканевого дыхания. Митохондрии бурой жировой ткани продуцируют больше тепла, так как присутствующий в них белок термогенин разобщает окисление и фосфорилировние. Это имеет важное значение в поддержании температуры тела новорожденных.