Звягина Учебное пособие

организме субстратно-энергетическую функцию. Мобилизация жиров, т.е. гидролиз до глицерина и жирных кислот, происходит при голодании и активной физической работе. Катализирует гидролиз гормончувствительная ТАГ-липаза. Этот фермент отщепляет одну жирную кислоту у первого углеродного атома ТАГ, с образованием диацилглицерина, а затем другие липазы гидролизуют его до глицерина и жирных кислот, которые поступают в кровь.

Адипоцит

Кровь

Протеинкиназа (неакт) АТФ

цАМФ

Протеинкиназа (акт)

ТАГ-липаза(неакт) ТАГ-липаза(акт)

Глицерин

ТАГ

Жирные

кислоты

+Глюкагон

Глицерин

Жирные кислоты →Окисление→Энер.

Какой процесс будет преобладать в организме – синтез жиров (липогенез) или их распад (липолиз), зависит от поступления пищи и физической активности. Сразу после приема пищи под действием гормона – инсулина происходит липогенез, а в период между приемами пищи – липолиз, активируемый глюкагоном. Адреналин, секреция которого увеличивается при физической нагрузке и при стрессе, также стимулирует липолиз. Избыточное накопление жира в адипоцитах (ожирение) широко распространено среди взрослого населения и является важнейшим фактором риска развития инфаркта миокарда, инсульта, сахарного диабета и других заболеваний. Ожирение может быть первичным и вторичным. Причинами первичного ожирения могут быть:

генетические нарушения;

состав и количество потребляемой пищи, метод питания в семье;

уровень физической активности;

психологические факторы.

111

Вторичное ожирение развивается в результате какого-либо основного заболевания, чаще всего эндокринного.

Обмен углеводов и обмен жиров очень тесно связаны. Углево-

ды легко могут превращаться в жиры, а вот превращение жиров в углеводы невозможно, так как ацетил-КоА не может превращаться в пируват. Обмен жиров и углеводов объединяется как энергетический обмен, который находится под контролем гормонов.

I.Вопросы для самоподготовки:

1.Приведите классификацию липидов и дайте характеристику основных представителей липидов.

2.Основные функции липидов.

3.Что такое тканевой липолиз?

4.Окисление глицерина в тканях.

5.Энергетическая ценность глицерина в аэробных и анаэробных условиях.

6.Активация жирных кислот и их транспорт в митохондрии.

7.Окисление жирных кислот и их энергетическая ценность.

8.Особенности окисления жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов и ненасыщенных.

9.Биосинтез триацилглицеринов и их биологическая роль.

10.Синтез жирных кислот.

11. Биосинтез холестерина и его регуляция.

12.Транспорт холестерина.

13.Атеросклероз: причины возникновения и основные подходы к коррекции.

14.Биосинтез кетоновых тел и их биологическая роль.

15.Механизм возникновения желчно-каменной болезни.

16.Биосинтез фосфолипидов и их биологическая роль.

17.Регуляция липидного обмена.

18.Причины развития ожирения.

19.Липотропные факторы. Химическое строение и роль в регуляции обмена липидов.

20.Взаимосвязь обмена жиров и углеводов. Схема синтеза ТАГ из глюкозы.

II.Тестовые вопросы для самоконтроля:

1.К простым липидам относятся:

а) триацилглицерины б) липопротеины в) ганглиозиды

112

г) фосфолипиды 2. Во внутриклеточном гидролизе фосфолипидов участвует…

а) липопротеинлипаза б) триацилглицеринлипаза в) фосфолипаза г) глицеринлипаза

3.В результате окисления глицерина в анаэробных условиях образуется…АТФ

а) 1 б) 2 в) 21 г) 38

4.Транспорт длинноцепочечных жирных кислот в митохондрии осуществляется при участии…

а) карнозина б) карнитина в) каротина г) казеина

5.В каждом цикле β-окисления образуются…

а) пируват, НАДН2, СО2; б) ацетил КоА, НАДН2, ФАДН2;

в) 3НАДН2, ФАДН2, АТФ; г) 12 АТФ

6. Жирные кислоты синтезируются при участии…жирных кислот а) трансферазы б) фосфатазы в) киназы г) синтетазы

7. Для биосинтеза триацилглицеринов используются… а) диацилглицерин и АТФ

б) α-глицеролфосфат и активированные жирные кислоты в) фосфатидная кислота и холестерин г) глицерин и кетокислоты

8. Холестерин не выполняет функцию… а) предшественника при синтезе желчных кислот

б) структурного компонента биомембран в) транспорта триацилглицерина

г) предшественника при синтезе стероидных гормонов 9. Ключевым ферментом биосинтеза холестерина является…

113

а) ацил-КоА карбоксилаза б) ГМГ-КоА лиаза

в) α-глицеролфосфатацилтрансфераза г) ГМГ-КоА редуктаза

10. К фосфолипидам относится… а) фосфатидилхолин б) креатинфосфат в) фосфолипаза С

г) фосфоенолпируват

11.Из перечисленных производных витаминов к липотропным факторам относят…

а) тиаминдифосфат б) эргокальциферол

в) пиридоксальфосфат г) дигидроаскорбиновая кислота

12.Основная биологическая функция кетоновых тел…

а) транспортная б) энергетическая в) структурная г) защитная

13. Выведение кетоновых тел с мочой называется… а) глюкозурией б) креатинурией в) алкаптонурией г) кетонурией

14. К кетоновым телам относятся:

а) ацетоацетат, β-гидрокситутират; б) ацетилКоА, β-гидрокси-β-метилКоА; в) оксалоацетат, сукцинилКоА; г) ацетоацетил КоА, α-кетоглутарат

III. Контрольные задания для самостоятельной работы:

А. Решите следующие ситуационные задачи:

1.Объясните, с чем связано использование хенодезоксихолевой кислоты в качестве лекарственного препарата при лечении желчнокаменной болезни, если камни состоят в основном из холестерина.

2.Проанализируйте следующию ситуацию: человек питался разнообразной пищей, но затем в течение нескольких дней получал

114

только растительную пищу. Повлияет ли это на биосинтез холестерола? Если да, то, каким образом?

3.Какая часть молекулы ТАГ содержит больше биологически активной энергии: остатки жирных кислот или остаток глицерола? Ответ аргументируйте.

4.Вопреки распространенному мнению, горб верблюда вовсе не хранит в себе запаса воды, это просто большой запас жира. Как может этот жир служить источником воды?

5.После приема жирной пищи сыворотка крови становится мутной, но вскоре опять возвращается к исходному состоянию. Объясните это явление. Назовите фермент, который принимает участие в «просветлении» сыворотки.

Б. 1. Рассчитайте сколько моль АТФ образуется при окислении

1моль стеариновой кислоты до СО2 и Н2О. Если окисляется линолевая кислота, то на сколько моль АТФ образуется меньше?

2.Рассчитайте количество моль глюкозы, которое должно окис-

ляться в пентозофосфатном пути, чтобы обеспечить НАДФН2 биосинтез 1 моль пальмитиновой кислоты.

Частный модуль 1.7. Обмен белков.

После изучения частного модуля 1.7. студент должен:

Знать: образование и обезвреживание аммиака. Гипераммониемии. Образование, функции и обезвреживание биогенных аминов. Обмен отдельных аминокислот и его нарушение. Обмен гемпротеинов. Гипербилирубинемии. Распад и синтез нуклеотидов. Нарушения пуринового и пиримидинового обменов.

Уметь: объяснять биохимические основы развития и лечения подагры; механизм возникновения желтух: гемолитической, обтурационной, печеночно-клеточной, желтухи новорожденных; самостоятельно находить достаточное количество информации для решения ситуационных задач.

Владеть: навыками интерпретации анализов белкового обмена в норме и при патологии.

Фонд свободных аминокислот. Распад белков в тканях. Классификация протеолитических ферментов. Функции и регуляция активности тканевых протеиназ. Характеристика катепсинов.

Внутриклеточное содержание свободных аминокислот относительно постоянно, т.е в клетках поддерживается определенный фонд

115

свободных аминокислот, который отражает интенсивность процессов поступления и расходования аминокислот. Аминокислоты поступают внутрь клетки за счет: 1)транспорта аминокислот из внеклеточной жидкости, при всасывании пищевых аминокислот; 2)синтеза заменимых аминокислот; 3)внутриклеточного гидролиза белков. Расходуются аминокислоты из фонда свободных аминокислот на: 1)синтез белков и пептидов; 2)синтез небелковых азотсодержащих соединений (пурины, креатин и другие); 3)синтез углеводов (глюконеогенез); 4)синтез липидов; 5)окисление до конечных продуктов обмена.

Причины распада белков.

1)Старение белков или их повреждение;

2)Денатурация белков;

3)Частичный протеолиз белков-ферментов;

4)Переваривание белков;

5)Распад регуляторных белков, например, пептидных гормонов;

6)Использование белков с целью получения энергии.

Распад белков до аминокислот происходит путем гидролиза - присоединяется H2O по месту расщепления пептидных связей под действием протеолитических ферментов. Протеолитические ферменты называются протеиназами или катепсинами. Существует много разных протеиназ. Но по структуре активного центра все протеиназы делят на 4 класса:

1.Сериновые протеиназы - у них в активном центре содержатся аминокислоты серин и гистидин.

2.Цистеиновые (тиоловые) протеиназы - в активном центре цистеин и гистидин.

3.Карбоксильные протеиназы (аспартильные) в активном центре содержат 2 радикала аспарагиновой кислоты. К ним относится пепсин.

4.Металлопротеиназы. В активном центре этих ферментов

находятся гистидин, глутаминовая кислота и ион металла (например, коллагеназа содержит Zn2+).

Все протеиназы различаются по механизму катализа и по условиям среды, в которой они работают. В каждой молекуле белка имеются десятки, сотни и даже тысячи пептидных связей. Протеиназы разрушают не любую пептидную связь, а строго определенную.

Все протеиназы можно разделить также на эндопептидазы, которые гидролизуют связь внутри молекулы белка. Под действием этих протеиназ полипептидная цепь белка расщепляется на крупные

116

фрагменты. Примером эндопептидаз могут служить пепсин, химотрипсин, трипсин. Затем на эти крупные фрагменты действуют экзопептидазы, каждая из которых отщепляет одну аминокислоту от концов полипептидной цепи. К экзопептидазам относят карбоксипептидазы А и В.

Кроме этого, катепсины можно разделить на:

1.Кислые – 85 – 90%, локализованы в лизосомах клеток. Здесь происходит основной процесс гидролитического расщепления белков.

2.Основные и нейтральные - 10 – 15%, локализованы в цитозоле и

эндоплазматическом ретикулуме. Они дополняют действие кислых катепсинов.

Функции катепсинов.

1.Обеспечивают расщепление чужеродных белков, попавших в клетку.

2.Обеспечивают тотальный протеолиз собственных белков клетки (особенно при гибели клетки).

3.Обновление белков организма.

4.Мобилизация эндогенного белка для энергетических целей, особенно при голодании.

5.Активация гормонов и ферментов, путем частичного протеолиза.

Таким образом, тотальный протеолиз (полный распад белка до аминокислот) - один из общих биологических процессов, необходимый не только для внутриклеточного пищеварения, но и для обновления стареющих белков клетки, и организма в целом. Но этот процесс находится под строгим контролем, который обеспечивают специальные механизмы, защищающие белки от избыточного действия протеаз.

Эндогенные ингибиторы протеиназ - это особые белки или пепти-

ды, которые специально вырабатываются в клетке и могут взаимодействовать с протеиназой и блокируют ее. В плазме крови много таких ингибиторов и если появляется протеиназы, то ингибиторы их обезвреживают, например:

Ингибиторы сериновых протеиназ.

Самый активный ингибитор плазмы - альфа1-антитрипсин. Его концентрация в крови примерно 35 нмоль/л. Ингибирует в первую очередь эластазу, а при больших концентрациях ингибитора угнетает трипсин.

117

Ингибиторы цистеиновых протеиназ

Одним из наиболее важных ингибиторов этой группы - альфа2- макроглобулин. Он не блокирует активные центры ферментов, а лишь захватывает протеиназу в ловушку, которая есть на поверхности макроглобулина.

Пути распада аминокислот до конечных продуктов. Дезаминирование аминокислот, его виды. Трансдезаминирование и прямое окислительное дезаминирование аминокислот, биологическая роль этих процессов.

80% аминокислот, которые поступают в организм из желудочнокишечного тракта, используются для синтеза белков. Остальные 20% вступают в метаболические процессы. Все эти процессы можно разделить на 2 группы:

1.Общие пути катаболизма (распада) аминокислот (для всех аминокислот они одинаковы). В них принимает участие общая часть молекулы аминокислоты.

2.Специфические пути метаболизма для каждой отдельной аминокислоты - участвуют радикалы аминокислот. Это - особенности обмена отдельных аминокислот.

Общие пути катаболизма аминокислот.

1.Дезаминирование

2.Трансаминирование (переаминирование)

3.Декарбоксилирование

Дезаминирование аминокислот

Дезаминирование аминокислот происходит в основном путем окислительного дезаминирования. Эти реакции протекают с помощью двух ферментов:

-оксидаза Д-аминокислот

-оксидаза L-аминокислот

118

Эти ферменты обладают выраженной специфичностью к D- и L - аминокислотам. Они получили название оксидаз аминокислот из-за их способности взаимодействовать с молекулярным кислородом с образованием пероксида водорода. Наиболее активна оксидаза D- аминокислот, но оксидазы аминокислот медленно превращают аминокислоты в физиологических условиях.

Биологические особенности реакций дезаминирования.

1.Реакции дезаминирования могут играть роль первого этапа на пути распада аминокислот.

2.Один из непосредственных продуктов дезаминирования - конечный продукт метаболизма аммиак. Это токсическое вещество. Поэтому клетки должны затрачивать энергию, чтобы обезвредить аммиак до безвредных продуктов, которые выводятся из организма.

3.Другой продукт реакции дезаминирования - кетокислота.

Все образующиеся кетокислоты превращаются в соединения, кото-

рые являются промежуточными метаболитами ЦТК.

Трансаминирование.

Эта реакция заключается в том, что аминокислота и кетокислота обмениваются друг с другом своими функциональными группами (-NH2 и С=О). В результате вступившая в реакцию аминокислота превращается в соответствующую альфа-кетокислоту, а кетокислота становится аминокислотой.

Эту реакцию катализируют ферменты под названием трансаминазы (аминотрансферазы). Коферментом всех трансаминаз является коферментная форма витамина В6 – пиридоксальфосфат (ПАЛФ).

Главные особенности реакции трансаминирования.

1. Это циклический процесс, все стадии которого катализируются одним и тем же ферментом - трансаминазой данной пары кислот. Каждая трансаминаза обычно специфична для одной пары субстратов. В этот цикл вступает одна аминокислота и одна из трех кетокислот (пируват, оксалоацетат или 2-оксоглутарат). Образуются другая альфа-кетокислота и другая аминокислота. Большинство трансаминаз использует оксоглутарат как основной акцептор аминогруппы.

Любая + 2-оксоглутарат → глутаминовая кислота+ кетоаналог аминокислота (пируват) (аланин) аминокислоты /оксалоацетат/ /аспарагиновая кислота/

119

Если в качестве акцептора аминогруппы используются пируват или оксалоацетат, то далее NН2-группы с образующихся аланина (фермент аланинаминотрансфераза) или аспарагиновой кислоты (фермент аспартатаминотрансфераза) будут также переходить на 2 - оксоглутарат с образованием глутаминовой кислоты, которая далее может вступать во вторую стадию – окислительного дезаминирования.

2. Все стадии данного процесса обратимы. Поэтому весь цикл в целом может протекать как в прямом, так и в обратном направлении.

3. Это главный путь удаления азота у аминокислот. Трансаминирование обеспечивает синтез новых аминокислот из

числа заменимых. Из заменимых аминокислот также могут образоваться необходимые клетке кетокислоты. Эта функция позволяет регулировать содержание различных аминокислот и кетокислот в клетках организма.

На второй стадии непрямого окислительного дезаминирования

глутаминовая кислота может вступать в реакцию окислительного дезаминирования:

Глутаминовая	глутаматдегидрогеназа
кислота	2-оксоглутарат + NН3
	НАД+ НАДН2

Непрямое окислительное дезаминирование является наиболее важным, т.к. именно таким путем дезаминируются большинство аминокислот живого организма. Это обусловлено тем, что фермент глутаматдегидрогеназа более активен, чем оксидазы аминокислот.

Преимущества непрямого дезаминирования перед прямым.

120