Биохимия пособие Коновалова 2012

л0века представлен пятью формами. Каждая форма состоит из четырех бт^единиц двух типов - Н (heart -сердце, преимущественно встреча­ ется в кардиомиоцитах) и М (muscle —мышца, преимущественно в по­ перечно-полосатой мускулатуре). ЛДГi - НННН, ЛДГ2 - НННМ, ЛДГ3 _ ННММ, ЛДГ4 —НМММ, ЛДГ5 —ММММ. Каждая из форм этого фермента имеет свою органную локализацию и приспособлена к работе именно в клетках этого органа. ЛДГ’! ингибируется избытком пиру­ эта и кислорода и представлена в органах, работающих, преимущест­ венно, в аэробных условиях (сердце). В этих органах пируват окисля­ ется до углекислого газа и воды и поэтому, нет необходимости преоб­ разования его в лактат. ЛДГ4 и ЛДГз локализуются в поперечно­ полосатой мускулатуре, активируются избытком пирувата. Эта осо­ бенность позволяет восстанавливать пируват до лактата при увеличе­

нии мышечной активности.

Еще одним примером множественных форм ферментов можно назвать гексокиназу. Гексокиназа мозга обладает малой константой Михаэлиса, что позволяет фосфорилировать глюкозу даже при низких ее концентрациях. Эта особенность делает энергетику мозга несколько менее зависимой от концентрации глюкозы. Глюкокиназа печени име­ ет большую константу Михаэлиса и проявляет свою максимальную ак­ тивность при высоких концентрациях глюкозы (внутриклеточная кон­ центрация глюкозы в печени высока).

Таким образом, по мере усложнения организмов увеличивается количество белков, имеющих более тонкую специализацию в рамках одной и той же функции.

1. Группоспецифические вещества крови

Группоспецифическими веществами крови называют серологически различающиеся антигенные детерминанты поверхности эритроцитов.

Высокая генетическая изменчивость хорошо иллюстрируется на примере групп крови человека. Группы крови, по системе АВО, впер­ вые были описаны Ландштейнером в 1900 году. Все люди были разде­ лены на 4 группы: А, В, АВ и О. При смешивании крови людей одной и той же группы, клетки крови не склеиваются (не агглютинируют). Смешивание крови людей различных групп приводит к агглютинации эритроцитов. Явление агглютинации обусловлено присутствием на клеточной поверхности эритроцитов в составе гликопротеинов (белка гликофорина) или гликолипидов специфических антигенов, построен­ ных из разветвленных олигосахаридов. В случае гликолипидов детерминантные группировки присоединены к повторяющемуся фрагменту N-ацетилгалактозамин - галактоза (P-D-GlcNAc-(l—►3)-D-Gal).

321

У созревающих эритроцитов олигосахаридная цепь не заверь на, ее завершение происходит по мере созревания эритроцита. Ддя Эт®'

го фермент гликозилтрансфераза присоединяет дополнительные моно­ сахариды. Синтез гликозилтрансферазы кодируется тремя аллелями (разные формы одного и того же гена). Фермент, характерный для группы А присоединяет к олигосахариду N-ацетилгалактозу, а В - га­ лактозу. Люди с группой крови AB(IV) гетерозиготны и поэтому име­ ют антигены обоих видов. Для людей группы 0(1) характерно отсутст­ вие концевого моносахарида. Это обусловлено тем, что аллельный ген О кодирует синтез белка, не имеющего ферментативной активности, и, следовательно, присоединения моносахарида не произойдет. Ген Н - кодирует синтез фермента фукозилтрансферазы, который присоединя­ ет L-фукозу к галактозе. Люди с инактивированным геном Н либо имеют I группу крови, либо содержат еще один активный ген Le - ко­ дирующий трансферазу.

Этот фермент присоединяет фукозу к N-ацетилглюкозамину. Та­ кие люди имеют группу крови Lea. Если одновременно будут активны гены Н и Le - то у них будет группа крови Leb.

Ряд людей имеют еще один активный ген - Se (secretion - секре­ ция). У таких людей гликопротеиды, несущие антигены группы крови, будут секретироваться в слюну.

До недавнего времени людей группы 1(0) относили к универ­ сальным донорам, поскольку сыворотки крови других групп не содер­ жат антител к эритроцитам этой группы. Однако, в настоящее время

322

переливании крови предпочтение отдается только одногруппнои °РЙи поскольку известны свыше 30 групп крови.

Лекция 33

ЛЕКЦИЯ ВВЕДЕНИЕ В ВИТАМИНОЛОГИЮ

Витамины, общая характеристика, функции

Витамины - это низкомолекулярные органические соединения, незаменимые компоненты пищи, присутствующие в ней в чрезвычай­ но малых количествах и обеспечивающие нормальное протекание биохимических и физиологических процессов. Это достигается уча­ стием витаминов в регуляции обмена веществ. Витамины являются либо кофакторами ферментов (водорастворимые витамины и витамин К), либо выполняют функции прогормонов и гормонов (жирораство­ римые витамины). Особенностью витаминов является то, что они не используются для пластических и энергетических нужд организма. Витамины —это необходимый фактор питания для человека и ряда живых организмов, потому что не синтезируются, либо синтезируются в недостаточном количестве данным организмом. Нормальная микро­ флора кишечника синтезирует витамины: биотин, В2, РР, В6, В12, К2, пантотеновую, парааминобензойную и фолиевую кислоты.

История развития витаминологии

Ко второй половине XIX века были накоплены знания о том, что пищевая ценность продуктов питания определяется не только содер­ жанием в них белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды.

Считалось общепризнанным, что если в пищу человека входят в определенной пропорции все эти питательные вещества, то она полно­ стью отвечает биологическим потребностям организма. Известные фи­ зиологи того времени (Петгенкофер, Фойт и Рубнер) поддерживали это мнение. Однако практика далеко не всегда подтверждала правиль­ ность укоренившихся представлений о биологической полноценности пищи.

Практический опыт врачей и клинические наблюдения издавна Указывали на существование ряда специфических заболеваний, непосредственно связанных с дефектами питания. Об этом свидетельсгвовал также многовековой практический опыт участников длительных Путешествий. Настоящим бичом для мореплавателей долгое время бы­

323

ла цинга; от нее погибало моряков больше, чем в сражениях или от кораблекрушений. Так, из 160 участников известной экспедиции Вас­ ко де Гама, прокладывавшей морской путь в Индию, 100 человек по­ гибли от цинги. История морских и сухопутных путешествий давала ряд поучительных примеров, указывавших на то, что возникновение цинги может быть предотвращено, а цинготные больные могут быть излечены, если в их пишу вводить лимонный сок или отвар хвои. Та­ ким образом, практический опыт ясно указывал на то, что цинга и не­ которые другие болезни связаны с дефектами питания. Для преду­ преждения таких заболеваний необходимо вводить в организм какието дополнительные вещества.

Экспериментальное обоснование и научно-теоретическое обоб­ щение этого многовекового практического опыта впервые стали воз­ можны благодаря исследованиям русского ученого Николая Иванови­ ча Лунина, изучавшего в лаборатории Г. А. Бунге роль минеральных веществ в питании.

Н. И. Лунин проводил свои опыты на мышах, содержавшихся на искусственно приготовленной диете. Она состояла из смеси очищен­ ного казеина (белок молока), жира молока, молочного сахара, мине­ ральных веществ и воды. Несмотря на то, что были все необходимые составные части молока, мыши, находившиеся на такой диете, не рос­ ли, теряли в весе, переставали поедать корм и, наконец, погибали. В то же время контрольная группа мышей, получавшая натуральное моло­ ко, развивалась совершенно нормально. На основании этих работ Н. И. Лунин в 1880 г. пришел к следующему заключению: «...если, как вы­ шеупомянутые опыты учат, невозможно обеспечить жизнь белками, жирами, сахаром, солями и водой, то из этого следует, что в молоке, помимо казеина, жира, молочного сахара и солей, содержатся еще другие вещества, незаменимые для питания. Представляет большой интерес исследовать эти вещества и изучить их значение для пита­ ния». Это было важное научное открытие, опровергавшее установив­ шиеся положения в науке о питании. Результаты работ Н. И. Лунина стали оспариваться; их пытались объяснить, например, тем, иго искус­ ственно приготовленная диета, которой он в своих опытах кормил жи­ вотных, была невкусной. В 1890 г. К. А. Сосин повторил опыты Н. И. Лунина с иным вариантом искусственной диеты и полностью под­ твердил выводы Н. И. Лунина. Однако и после этого безупречный вы­ вод не сразу получил всеобщее признание.

Блестящим подтверждением правильности вывода Н. И. Лунина стало установление причины болезни бери-бери, которая была осо­ бенно широко распространена в Японии и Индонезии среди населе­ ния, питавшегося, главным образом, полированным рисом. Врач Эйкман, работавший в тюремном госпитале на острове Ява, в 1896 году

324

одметил, что куры, содержавшиеся во дворе госпиталя и питавшиеся ручным полированным рисом, страдали заболеванием, напоминаю­ щим бери-бери. После перевода кур на питание неочищенным рисом, болезнь проходила. Наблюдения Эйкмана, проведенные на заключен­ ных в Tt°PbMax Явы, также показали, что среди людей, питавшихся очищенным рисом, бери-бери заболевал в среднем один человек из 40, тоГДа как в группе людей, питавшихся неочищенным рисом, заболе­ вал лишь один человек из 10000.

Таким образом, стало ясно, что в оболочке риса (рисовых отру­ бях) содержится какое-то неизвестное вещество, предотвращающее заболевание бери-бери. В 1911 году польский ученый Казимир Функ выделил это вещество в кристаллическом виде (оказавшееся, как по­ том выяснилось, смесью витаминов); оно было довольно устойчивым по отношению к кислотам и выдерживало, например, кипячение с 20%-ным раствором серной кислоты. В щелочных растворах активное начало, напротив, очень быстро разрушалось. По своим химическим свойствам это вещество принадлежало к органическим соединениям и содержало аминогруппу. Функ пришел к заключению, что бери-бери является заболеванием, вызываемым отсутствием каких-то особых веществ в пище.

Несмотря на то, что эти особые вещества присутствуют в пище, как подчеркнул еще Н.И. Лунин, в малых количествах, они являются жизненно необходимыми. Так как первое открытое вещество этой группы жизненно необходимых соединений содержало аминогруппу и обладало некоторыми свойствами аминов, Функ (1912) предложил на­ звать весь этот класс веществ витаминами (лат. vita-жизнь, vitaminамин жизни). Впоследствии, однако, оказалось, что многие вещества этого класса не содержат аминогруппы. Но термин «витамины» на­ столько прочно вошел в обиход, что менять его не стали.

После выделения из пищевых продуктов вещества, предохра­ няющего от заболевания бери-бери, был открыт ряд других витами­ нов. Большое значение в развитии учения о витаминах имели работы Гопкинса, Степпа, Мак-Коллума, Мелэнби, Ю.М. Островского.

Классификация витаминов

К 70-м годам XX века было открыто более двадцати веществ, обладающих витаминной активностью. Необходимо было их класси­ фицировать. Поэтому в 1974 году была принята временная классифи­ кация витаминов:

'°1. Жирорастворимые витамины

А (антиксерофтальмический)

325

Д(антирахитический) Е (антистерильный)

К (антигеморрагический)

2. Водорастворимые витамины Витамин В! (антиневритный) Витамин В2 (витамин роста) Витамин РР (антипеллагрический) Витамин В6 (антидерматитный)

Пантотеновая кислота (антидерматитный) Фолиевая кислота (антианемический, фактор роста) Витамин В12(антианемический)

Витамин Н (антисеборейный) Витамин С (антискорбутный) Витамин Р (витамин проницаемости)

3. Витаминоподобные вещества Холин Инозит

Оротовая кислота Пангамовая кислота Карнитин Липоевая кислота ПАЕК

Витамин U

Витамин F

Каждая из этих групп содержит большое количество различных витаминов, которые обычно обозначают буквами латинского алфавита (по предложению Мак-Коллума в 1913 году). В приводимой класси­ фикации витаминов в скобках указаны наиболее характерные биоло­ гические свойства данного витамина (его способность предотвращать развитие того или иного заболевания). Обычно названию заболевания предшествует приставка «анти», указывающая на то, что данный ви­ тамин предупреждает или устраняет это заболевание.

Патологические состояния, возникающие при нарушении обмена витаминов

Болезни, которые возникают вследствие отсутствия в пище тех или иных витаминов, стали называть авитаминозами. Однако типич­ ные по своей клинической картине авитаминозы в настоящее время встречаются довольно редко. Чаще приходится иметь дело с относи­ тельным недостатком какого-либо витамина; такое заболевание назЫ-

326

ся гиповитаминозом.

8 Чрезмерное введение в организм некоторых витаминов может узвать заболевание, называемое гипервитаминозом (характерно для

*ирорастворимых витаминов).

Взависимости от причин, вызывающих витаминную недоста­

точность, различают ее экзогенную и эндогенную формы. Наиболее распространена экзогенная витаминная недостаточность, обусловлен­

ная'-

1)низким содержанием витаминов в пищевых продуктах;

2)разрушением витаминов вследствие их длительного и непра­ вильного хранения и нерациональной кулинарной обработки пищи;

3)однообразным и несбалансированным питанием;

4)дисбактериозом вследствие длительного приема антибиоти­

ков;

5)действие антивитаминов;

6)анорексия.

Реже встречается эндогенная витаминная недостаточность. Ее причины следующие:

1.Нерациональная химиотерапия.

2.Нарушение всасывания витаминов в желудочно-кишечном тракте (заболевания желудка, кишечника, поражение гепатобилиарной системы, конкурентные всасывания витаминов и других компонентов пищи).

3.Недостаточное образование активных метаболитов витаминов при заболеваниях печени и почек.

4.Нарушение нормального метаболизма витаминов и образова­ ние их биологически активных форм (наследственные и приобретен­ ные заболевания).

5.Повышенная потребность в витаминах (интенсивный рост, бе­ ременность, лактация, интенсивная физическая нагрузка).

6.Усиленный распад витаминов (лихорадочные состояния).

Антивитамины —соединения, которые:

1)являются структурными аналогами витаминов. Антивитами­ ны этой группы замещают коферменты, производные витаминов, но не способны выполнять их функции в ферментативных реакциях. Напри­ мер, 4’-окситиамин —антивитамин тиамина (витамина Bi);

2)разрушают или инактивируют витамины. Например, фермент тиаминаза, присутствующий в тканях пресноводных рыб, разрушает витамин В] на две неактивные части. Или, например, белок сырых яиц нвидин связывает биотин (витамин Н) с образованием нерастворимого комплекса, который не всасывается в пищеварительном тракте.

327

Использование витаминов как лекарственны! препаратов

Раскрытие причин авитаминозов и механизма действия многие витаминов обосновало использование витаминов как лекарственных препаратов.

По лечебно-профилактическому действию можно дать следуй щую групповую характеристику некоторым витаминам.

1.Витамины Вь В2, В3, В5, А и С регулируют функциональное состояние центральной нервной системы, обмен веществ и трофику тканей, поэтому их используют как препараты, повышающие общую реактивность организма.

2.Витамины С, Р и К обеспечивают нормальную проницаемость

иустойчивость кровеносных сосудов, повышают свертываемость кро­ ви, поэтому их используют как препараты, оказывающие антигеморрагическое действие.

3.Витамины Bi2, Вс и С нормализуют и стимулируют кроветво­ рение, поэтому их используют как антианемические препараты.

4.Витамины С и А повышают устойчивость организма к инфек­ циям путем стимуляции выработки антител и противовоспалительных веществ, усиления защитных свойств эпителия, а также благодаря их антиоксидантному действию.

5.Витамины А, В2и С усиливают остроту зрения, расширяют по­ ле цветного зрения, поэтому их используют как препараты, регули­ рующие зрение.

Лекция 34

ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ

Особенности жирорастворимых витаминов

1)Всасываются из пищеварительного тракта и транспортируют­ ся в крови аналогично пищевым липидам.

2)Способны депонироваться в организме.

3)Способны вызывать гипервитаминозы.

4)Являются структурными компонентами мембран.

5)Не характерна коферментная функция (кроме витамина К).

6)Растворяются в полярных растворителях.

328

Витамин А (ретинол, антиксерофтальмический)

СН з

СН з

СН 2ОН

витамин А (ретинол)

Витамин А — это циклический, ненасыщенный, одноатомный спирт, состоящий из кольца р - ионона и двух изопреновых остатков. Относится к ретиноидам, группа которых включает:

1.Ретинол (АО и 3 - дегидроретинол (А2).

2.Ретиналь.

3.Ретиноевую кислоту.

Ретинол химически активен благодаря наличию двойных связей и спиртовой группы. Легко окисляется по спиртовому гидроксилу в альдегидную форму (ретиналь) и ретиноевую кислоту. В продуктах питания животного происхождения и при депонировании в организме витамин А находится в виде сложных эфиров (чаще с пальмитиновой кислотой). В продуктах растительного происхождения содержатся а-, Р-, у-каротины (провитамины А). Наиболее биологически активны Р- каротины, способные при гидролизе давать 2 молекулы ретиналя.

Витамин А поступает с пищей животного происхождения в виде эфиров ретинола, с растительной пищей поступают каротины. Желч­ ные кислоты эмульгируют липиды пищи, а также каротины и эфиры ретинола. В двенадцатиперстной кишке происходит расщепление эфи­ ров ретинола на ретинол и жирную кислоту с участием гидролазы поджелудочной железы. Затем гидрофобные продукты переваривания пищевых липидов, каротины и ретинол включаются в мицеллы, в со­ ставе которых поступают в энтероцигы. В энтероцитах с помощью фермента Р-каротин-15, 15’-диоксигеназы происходит гидролиз каро­ тинов до ретиналя, который восстанавли-вается в ретинол с участием НАД-зависимых дегидрогеназ. Однако основное количество кароти­ нов превращается в ретинол в печени. Ретинол образует эфиры с пальмитиновой жирной кислотой и транспортируется в составе хиломикронов в печень. Купферовские клетки печени депонируют эфиры ретинола, причём его запаса у взрослого может быть достаточно на 2-3 года. Ретинолэстераза печени высвобождает ретинол из его эфиров, который переносится транстиретином (ретинолсвязывающий белок плазмы) к периферическим тканям. В клетках этих тканей ретинол связывается с клеточным ретинолсвязывающим белком.

329

В организме каждый ретиноид играет свою роль. Так, ретин обеспечивает рост, дифференцировку тканей, нормальную функци^ репродуктивного тракта; ретиноевая кислота нужна для дифферент ровки эпителия, регуляции активности рецепторов для кальцитриод". ретиналь —важен для нормального функционирования сетчатой обо лочки глаза.

Биохимические функции.

Витамин А:

1)Регулирует рост и дифференцировку клеток эмбриона и моло­ дого организма, а также деление и дифференцировку быстро пролифе­ рирующих тканей, в первую очередь, эпителиальных, хряща и костной ткани. Он контролирует синтез белков цитоскелета, реакции распада и синтеза гликопротеинов. Недостаток витамина А приводит к нарущению синтеза гликопротеинов (точнее, реакций гликозилирования, т. е. присоединения углеводного компонента к белку), что проявляется по­ терей защитных свойств слизистых оболочек.

2)Участвует в фотохимическом акте зрения.

В сетчатке глаза имеются специализированные фоторецептор­ ные клетки двух типов —палочки и колбочки. Наибольшей светочув­ ствительностью обладают палочки, колбочки обеспечивают цветовое зрение. Наружные сегменты палочек содержат уплощенные замкнутые мембранные пузырьки - диски, уложенные в стопку. Диски богаты белком опсином. Опсин способен связываться с 11-цис-ретиналем, об­ разуя пигмент пурпурно-красного цвета родопсин. Механизм образо­ вания зрительного сигнала достаточно хорошо изучен.

1 1-цис-ретиналь		11 -транс-ретиналь Нервный
		импульс
1 1 -цис-ретиналь	Ретинол	1 1 -транс-ретиналь
■"---------------	дегидрогеназа
1 1-цис-ретинол	изомераза	1 1 -транс-ретинол
При поглощении кванта		света палочками сетчатки 11-ЦИ<>

связанный ретиналь изомеризуется в 11-транс-ретиналь. Это изменяет конформацию родопсина и блокирует вход Na+ в палочки, что вызыва-

3 3 0