Ответы на экзамен

Этапы движения е- по дыхательной цепи

a.2е- от НАДН2, проходят через I комплекс (ФМН→SFe белок) на КоQ, высвобождаемая при этом энергия обеспечивает перекачку Н+.

b.КоQ с 2е- забирает у воды 2Н+ из матрикса и превращается в КоQН2 (восстановление КоQ проходит также с участием комплекса II).

c.КоQН2 переносит 2е- на комплекс III, а 2Н+ в межмембранное пространство.

d.Цитохром С переносит е- c III комплекса на IV комплекс.

e.IV комплекс сбрасывает е- на О2, высвобождаемая при этом энергия обеспечивает перекачку Н+.

Образовавшийся на внутренней мембране митохондрий электрохимический потенциал используется для:

a.фосфорилирования АДФ в АТФ;

b.транспорта веществ через мембрану митохондрий;

c.теплопродукцию.

2) Процесс фосфорилирования

Процесс фосфорилирования осуществляется АТФ-синтетазой (Н+-АТФ-аза), которая потребляет 40-45% свободной энергии, выделившейся при окислении. Н+-АТФ-аза интегральный белок внутренней мембраны митохондрий, она состоит из 2 белковых комплексов F0 и F1.

a.Гидрофобный комплекс F0 погружён в мембрану и служит основанием, которое фиксирует АТФ-синтазу в мембране. Он состоит из нескольких субъединиц, образующих канал, по которому протоны переносятся в матрикс.

b.Комплекс F1 выступает в митохондриальный матрикс. Он состоит из 9 субъединиц (3α, 3β, γ, δ, ε). Субъединицы α и β уложены попарно, образуя «головку»; между а- и β-субъединицами располагаются 3 активных центра, в которых происходит синтез АТФ; γ, δ, ε – субъединицы связывают комплекс F1, с F0.

АТФ-синтетаза обеспечивает обратимое взаимопревращение энергии электрохимического потенциала и энергии химических связей.

Электрохимический потенциал внутренней мембраны заставляет Н+ двигаться из межмебранного пространства по каналу АТФ-синтазы в матрикс митохондрий. При каждом переносе протонов через канал Fo энергия электрохимического потенциала расходуется на поворот стержня, в результате которого циклически изменяется конформация а- и β-субъединиц

21

и все 3 активных центра, образованных парам α- и β-субъединиц, катализируют очередную фазу цикла: 1) связывание АДФ и Н3РО4; 2) образование фосфоангидридной связи АТФ; 3) освобождение конечного продукта АТФ.

14. Механизмы сопряжения и разобщения дыхания и фосфорилирования, эндогенные и экзогенные разобщители.

Сопряжения и разобщения окислительного фосфорилирования

Процесс окисления создает электрохимический потенциал, а процесс фосфорилирования его использует. Таким образом, электрохимический потенциал обеспечивает сопряжение процессов окисления и фосфорилирования.

Так как необходимый для сопряжения электрохимический потенциал создают I, III и IV комплексы дыхательной цепи, их называют пунктами сопряжения окисления и фосфорилирования.

Разобщение дыхания и фосфорилирования называют явление исчезновения на мембране электрохимического потенциала под действием разобщителей и прекращение синтеза АТФ.

Разобщителями являются вещества, которые могут переносить протоны или другие ионы через мембрану минуя каналы АТФ-синтетазы. В результате разобщения количество АТФ снижается, АДФ увеличивается, возрастает скорость потребления О2, окисления НАДН2, ФАДН2, а образовавшаяся свободная энергия выделяется в виде теплоты.

15. Микросомальное биологическое окисление (система транспорта электронов, цитохромы р-450, в-5). Биологическое значение, регуляция, особенности активности ферментов в детском возрасте

Микросомальное окисление - Катализируют низкоспецифичные реакции.

1) Цитохром Р450

Донор: НАДФН2.

Субстраты - гидрофобные вещества экзогенного (лекарства, ксенобиотики) и эндогенного (стероиды, жирные кислоты и т.д.) происхождения.

Регуляция активности: индукция синтеза ферментов.

22

+ Н2О

НАДФН2 НАДФ

ROH

RH

ФАД

2Н+ + О2-

О2

e-

цитоплазма

ФМН

Fe2+/3+

гладкий ЭПР

НАДФН2-редуктаза

цитохром Р450

НАДФН2-Р450 редуктаза. Содержит 2 домена: цитозольный (содержит 2 кофермента ФАД и ФМН), гидрофобный (фиксирует фермент в мембране). Переносит электроны с НАДФН2 на цитохром Р450.

Цитохром Р450 – передает 2 электрона на 1 атом молекулы кислорода, который превращается в О2-, при взаимодействии с 2 протонами О2- дает воду. Второй атом молекулы кислорода включается в субстрат RH, образуя

ROH.

2) Цитохром b5

Донор: НАДН2.

цитоплазма

R--CH=CH--CO-SKoA

Н2О

Н2О

Аленоил-КоА

R--CHOH-CH2--CO-SKoA

НАДН2 НАД+ 2Н+ + О2-

О2-

О2

R--CH2-CH2--CO-SKoA

ФАД

e

-

Fe

2+/3+

e

-

стеароил-КоА

FeS

гладкий ЭПР

НАДН2-редуктаза

цитохром b5

Десатураза

НАДН2-цитохром b5 редуктаза. Содержит 2 домена: цитозольный (содержит ФАД), гидрофобный (фиксирует фермент в мембране). Переносит электроны с НАДН2 на цитохром b5.

Цитохром b5. Содержит 2 домена: цитозольный (содержит гем), гидрофобный (фиксирует фермент в мембране). Может передавать электроны на различные ферменты. Участвует в синтезе холестерина, плазминогенов и церамида.

Стеароил-КоА-десатураза – переносит электроны с цитохрома b5 на 1 атом кислород, при участии протонов этот кислород образует воду. Второй атом

23

кислорода включается стеариновую кислоту с образованием её оксиацила, который дегидрируется до олеиновой кислоты.

Регуляция активности: такая же как и в цитохроме Р450?

Биологическое значение: микросомальное окисление – первая фаза обезвреживания ксенобиотиков. В соединительной ткани монооксигеназы участвуют в гидроксилировании пролина в оксипролин в молекуле коллагена.

16. Реакции образования активных форм О2, значение в физиологии и патологии клетки, ферментативная и

неферментативная антиоксидантная защиты, особенности детского возраста

Реакции образования активных форм кислорода:

a.О2 + 1е- → О∙2

b.О∙2 +1е- → О2-2 он быстро протонируется с образованием перекиси водорода О2-2 + 2Н+ → Н2О2

c.Н2О2 + 1е- → НО∙ + ОН- ОН- протонируется с образованием воды ОН- + Н+ → Н2О

d.ОН∙ + 1е- → Н2О

1)Ферментативные:

Электроны, необходимые для образования АФК могут давать цепи переноса электронов. Утечка е- из ЦПЭ на кислород является основным путем образования АФК в большинстве клеток:

a.В цепи окислительного фосфорилирования Q принимая 1 е- превращается в свободный радикал семихинон НQ∙, который может

непосредственно взаимодействовать с кислородом, образуя супероксидный анион-радикал: HQ· + O2 → Q+ О∙2 + H+;

b.В монооксигеназных реакциях е- с цитохрома Р450 переходит на кислород с образованием супероксидного анион-радикала, который иногда теряется с активного центра.

c.Аэробные дегидрогеназы (ФАД-зависимые оксидазы) переносят е- и Н+ с субстрата на кислород с образованием перекиси водорода.

Примеры таких оксидаз — оксидазы аминокислот, супероксид дисмутаза, оксидазы, локализованные в пероксисомах.

2)Неферментативные:

24

Электроны, необходимые для образования АФК могут давать:

a.Металлы переменной валентности. Наличие в клетках Fe2+ или ионов других переходных металлов катализирует образования АФК. Например, в эритроцитах окисление иона железа гемоглобина

способствует образованию супероксидного анион-радикала.

Hb(Fe2+) + O2 → MetHb(Fe3+) + О∙2

b.Радикалы. АФК, обмениваясь электроном, легко переходят друг в друга: О∙2 + Н2О2 → О2 + НО∙ + ОН-

Так же при гомолитическом разрыве связей под действием ионизирующего излучения. Этот процесс обычно происходит на поверхности тела - в коже.

Значение активных форм кислорода в физиологии клеток:

1)Иммунная система. АФК используются фагоцитарными клетками - тканевыми макрофагами, моноцитами и гранулоцитами крови для разрушения бактерий, вирусов и онкоклеток.

2)Поддержание гомеостаза.

3)Внутриклеточное пищеварение.

Значение активных форм кислорода в патологии клеток:

Вызывают повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидов мембран клеток. Инактивируют многие ферменты. Могут повреждать ДНК. Нарушают физико-химические свойства мембран - проницаемость, рецепторная функция и работа мембранных белков. Повреждение барьера приводит к нарушению регуляции внутриклеточных процессов и тяжелым расстройствам клеточных функций. Часто вызывают гибель клеток, следовательно, ускоряют процесс старения организма.

Антиоксидантная защита:

Прооксиданты усиливают процессы свободно-радикального окисления. Это высокие концентрации кислорода, ферментные системы, ионы двухвалентного железа.

Антиоксиданты тормозят свободно-радикальное окисление. Они образуют ферментативную и неферментативную антиоксидантную систему.

1) Ферментативная антиоксидантная система

Ферменты, защищающие клетки от действия активных форм кислорода: супероксиддисмутаза, каталаза и глутатионпероксидаза.

25

Органы, где их активность наивысшая: печень, надпочечники и почки (там особенно велико содержание митохондрий, цитохрома Р450 и пероксисом).

Супероксиддисмутаза: 2О∙2 + 2H+ → H2O2+ O2

Его (это же фермент. Он) изоферменты находятся и в цитозоле и в митохондриях и являются первой линией защиты.

Синтез этого фермента увеличивается, если в клетках активируется свободнорадикальное окисление.

Каталаза: 2Н2О2 → H2O+ O2

Находится в пероксисомах, в лейкоцитах и в эритроцитах.

Глутатионпероксидаза: Н2О2 + 2 GSH → 2 Н2О + G-S-S-G. (участвует глутатион. Видимо GSH – глутатион, а G-S-S-G – окисленный глутатион)

Кофермент: селен.

Глутатионредуктаза: GS-SG + НАДФН2 → 2 GSH + НАДФ+.

2) Неферментативная антиоксидантная система

"Липидные антиоксиданты" - производные фенола, способны инактивировать свободные радикалы в гидрофобном слое мембран и предотвращать развитие перекисного окисления липидов.

К ним относится витамин Е, коэнзим Q, тироксин и синтетические соединения.

Витамин Е самый распространённый, обеспечивает защиту мембран от свободно-радикального окисления. Отдаёт атом водорода радикалу липида ROO∙, восстанавливает его до гидропероксида (ROOH), а сам превращается в малоактивный свободный радикал, что прерывает перекисное окисление липидов:

HO

CH3

ROO

ROOH

CH3

O

H3C

O

CH3

CH3

Фитил

H3C

O Фитил

НО-аскорбат-О

НО-аскорбат-ОН

CH3

CH3

Токоферол

Токоферилрадикал

(витамин Е = токоферол)

Регенерацию витамина Е осуществляет витамин С.

26

Витамин С ингибирует свободно-радикальное окисление с помощью двух механизмов:

a.Восстанавливает в мембранах витамин Е:

b.Взаимодействует с активными формами кислорода — О∙2, Н2О2, НО∙ и инактивирует их.

Соединения, связывающие железо. Большинство из них не просто связывают железо, но и не дают ему возможности приникнуть в липидную фазу мембран, поскольку образующиеся комплексы, в силу своей полярности, не проникают в гидрофобную зону.

17. Углеводы пищи и организма человека: классификация, биологические функции, принципы нормирования суточной

пищевой потребности для ребенка и взрослого

Углеводы – это многоатомные спирты содержащие оксогруппу.

Классификация:

1)По количеству мономеров:

a)Моносахариды

b)Дисахариды

c)Олигосахариды

d)Полисахариды

2)Моносахариды по положению оксогруппы:

a)Альдозы

b)Кетозы

3)Моносахариды по количеству атомов углерода:

a)Триозы

b)Тетрозы

c)Пентозы

d)Гексозы и т.д.

Биологические функции:

Моносахариды:

27

Энергетическая (образование АТФ;

Пластическая (образование ди-, олиго-, полисахаридов, аминокислот, липидов, нуклеотидов);

Детоксикационная (обезвреживание токсичных метаболитов и ксенобиотиков);

Фрагменты гликолипидов.

Дисахариды – у человека только лактоза. Она:

Источник глюкозы и галактозы для новорожденных;

Формирование нормальной микрофлоры у новорожденных.

Олигосахариды:

Фрагменты гликопротеинов, гликолипидов;

Образуют на поверхности клетки гликокаликс.

Полисахариды:

Гомополисахариды:

a)Запасающая (гликоген – форма хранения глюкозы).

Гетерополисахариды (ГАГ)

a)Структурный компонент межклеточного вещества;

b)Пролиферация и дифференцировка клеток;

c)Препятствуют свертыванию крови (гепарин).

Принципы нормирования суточной потребности для ребенка и взрослого:

75% массы пищевого рациона. 50% необходимых калорий.

У взрослого человека суточная потребность в углеводах 400г/сут, в целлюлозе и пектине до 10-15 г/сут.

Рекомендуется употреблять в пищу больше сложных полисахаридов и меньше моносахаров.

18. Механизмы переваривания в полости рта и желудочнокишечном тракте, характеристика и действие ферментов, участвующих в полостном и пристеночном пищеварении.

Переваривание углеводов в ротовой полости (полостное):

28

В ротовой полости пища измельчается при пережёвывании и смачивается слюной.

Слюна состоит на 99% из воды и обычно имеет рН 6,8.

Ферменты слюны: α-амилаза (расщепляет в крахмале внутренние α-1,4- гликозидные связи с образованием декстринов.

Переваривание углеводов в желудке (полостное):

В желудке рН <4. В нем прекращает действовать α-амилаза слюны. Однако, она сохраняется внутри пищевого комка.

Желудочный сок не содержит ферментов, в нем возможен лишь незначительный кислотный гидролиз гликозидных связей.

Переваривание углеводов в тонком кишечнике (полостное и пристеночное):

Двенадцатиперстная кишка: рН 7,5-8,0.

Ферменты: панкреатическая α-амилаза. Она гидролизует внутренние α-1,4- гликозидные связи в крахмале и декстринах с образованием мальтозы, изомальтозы и олигосахаридов.

Переваривание мальтозы, изомальтозы и олигосахаридов происходит под действием специфических ферментов - экзогликозидаз, образующих ферментативные комплексы.

Сахаразо-изомальтазный комплекс состоит из 2 пептидов: первый имеет изомальтазную субъединицу; второй - сахаразную. Сахаразная субъединица гидролизует α-1,2-гликозидные связи в сахарозе, изомальтазная - α-1,6- гликозидные связи в изомальтозе, α-1,4-гликозидные связи в мальтозе. Комплекса много в тощей кишке.

Гликоамилазный комплекс, содержит две субъединицы. Гидролизует α-1,4- гликозидные связи в олигосахаридах (с восстанавливающего конца) и в мальтозе. Наибольшая активность в нижних отделах тонкого кишечника.

β-Гликозидазный комплекс (лактаза) гидролизует β-1,4-гликозидные связи в лактозе. Активность лактазы зависит от возраста. У плода она особенно повышена в поздние сроки беременности и сохраняется на высоком уровне до 5-7-летнего возраста. Затем активность лактазы снижается.

Трегалаза гидролизует α-1,1-гликозидные связи между глюкозами в трегалозе.

29

Переваривание углеводов заканчивается образованием моносахаридов – в основном глюкозы, меньше образуется фруктозы и галактозы.

Всасывание углеводов

Моносахариды всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок. Транспорт моносахаридов в клетки слизистой оболочки кишечника может осуществляться путём диффузии (рибоза, ксилоза, арабиноза), облегчённой диффузии с помощью белков переносчиков (фруктоза, галактоза, глюкоза), и путем вторично-активного транспорта (галактоза, глюкоза). Вторично-активный транспорт галактозы и глюкозы из просвета кишечника в энтероцит осуществляется симпортом с Na+. Через белок-переносчик Na+ двигается по градиенту своей концентрации и переносит с собой углеводы против их градиента концентраций. Градиент концентрации Na+ создаётся Nа+/К+-АТФ-азой.

Скорость всасывания: галактоза > глюкоза > фруктоза > другие моносахариды.

Нарушение переваривания и всасывания углеводов:

Недостаточное переваривание и всасывание переваренных продуктов называют мальабсорбцией. В основе мальабсорбции углеводов могут быть причины двух типов:

1). Наследственные и приобретенные дефекты ферментов, участвующих в переваривании. Наследственные – дефекты ферментов. Приобретенные - при кишечных заболеваниях, после операций на ЖКТ.

2). Нарушение всасывания моносахаридов в кишечнике. Дефект компонента, участвующего в транспорте моносахаридов через мембраны.

19. Виды транспорта при всасывании моносахаридов, клеточные транспортеры глюкозы (ГЛЮТ 1-5), тканевая

локализация, регуляция активности.

Виды транспорта при всасывании моносахаридов:

Диффузия - рибоза, ксилоза

Облегчённая диффузия с помощью белков переносчиков - фруктоза, галактоза, глюкоза

Вторично-активный транспорт - галактоза, глюкоза. Симпорт с Na+.

Транспорт глюкозы из крови в клетки:

30