Производные жирных кислот
Данные соединения, отличающиеся нестабильностью и оказывающие местное воздействие на находящиеся поблизости от места их выработки клетки, называются также эйкозаноидами. К ним относятся простагландины, тромбоксаны и лейкотриены.
Производные аминокислот
Этот класс гормонов составлен преимущественно из производных тирозина: адреналин и норадреналин, тироксин и т. д. Первые два синтезируются надпочечниками, третий — щитовидной железой.
Белковые и пептидные гормоны
К числу белково-пептидных относятся гормоны поджелудочной железы (глюкагон, инсулин), а также гипоталамуса и гипофиза (гормон роста, кортикотропин и др.). В их состав может входить самое разнообразное количество аминокислотных остатков — от 3 до 250 и более.
2. Сходство и различие ферментов и неорганических катализаторов.
Катализаторы ускоряют только энергетически возможные реакции;
- Они никогда не меняют направления реакции;
- Они не изменяют равновесия обратимой реакции, а лишь ускоряют ее наступления;
- Они не входят в состав конечных продуктов реакции и выходят из реакции в первоначальном виде, хотя в последнее время доказано, что некоторые ферменты в конце химической реакции подвергаются модификации и даже распаду, а не освобождаются в неизменном виде;
- Они не расходуются в процессе катализа, поэтому фермент в клетке действует до тех пор, пока не разрушится.
Однако для ферментов характерны и специфические свойства, которые отличают их от других катализаторов. Эти различия связаны с особенностями строения ферментов, которые являются сложными белковыми молекулами:
1. Эффективность ферментов выше, чем небелковых катализаторов (скорость протекания реакции при участии фермента на несколько порядков выше, чем с участием других катализаторов). Одна-единственная молекула фермента может катализировать при температуре (37 ^ С) от тысячи до миллиона молекул вещества в минуту. Известно, например, что ионы железа каталитически ускоряют разложение пероксида водорода на воду и кислород. Однако атомы того же железа, но в составе фермента ката-лазы, действуют в 10 миллиардов раз энергичнее, и только 1 мг железа в ферменте способен заменить в этой реакции 10 тонн неорганического железа.
2. Ферменты обладают высокой специфичностью действия, т.е. избирательностью действия на субстраты, превращение которых они катализируют, чего не наблюдается для небиологических катализаторов. Каждый фермент каталитически ускоряет, как правило, одну-единственную химическую реакцию, или, в крайнем случае, группу реакций одного типа. Высокая специфичность позволяет ферментам участвовать в регуляции обмена веществ и направлять его в определенное русло.
3. Одной из важнейших свойств ферментов как Биоком-тализаторив является их регулируемость действия. Через регуляцию ферментного аппарата осуществляется скоординированность всех метаболических процессов во времени и пространстве, направленных на воспроизведение живой материи, поддержание постоянства внутриклеточной среды, на приспособление к изменению условий.
4. Ферменты катализируют химические реакции в «мягких» условиях, то есть при невысокой температуре (около 37-40 □ С) и рН среды (68), при нормальном давлении. Это отличает их от неферментного катализаторов, которые действуют очень часто при высокой температуре, больших давлений, в сильнокислой или щелочной среде. Ферменты, благодаря белковом происхождению, очень чувствительны к изменениям температуры и к смещению рН среды, прекращая при этом свою активность.
5. При ферментативных реакций, в отличие от нефермента-ных, наблюдаются лишь незначительные побочные процессы. Для ферментативных реакций характерен почти 100% выход продуктов.
6. Выделены из организма ферменты не утрачивают способности осуществлять каталитическую активность. На этом основывается их практическое использование в химической, легкой, фармацевтической промышленности и в медицине. Особое значение для химического производства имеет специфичность ферментов: ведь до 80% затрат в производстве многих химических веществ идет на отделение примесей, образованных вследствие побочных реакций. Кроме того, ферменты позволяют осуществлять ряд процессов, выполнение которых обычными методами органического синтеза остается пока нерешенной проблемой.
7. Кооперативнисть и суровая запрограммированность этапов действия - вот что отличает механизм биокатализа от действия катализаторов иной природы, т.е. процесс ферментативного катализа во многих случаях серией последовательных реакций превращения веществ (цикличность).
3. Роль и-РНК, р-РНК, т-РНК в биосинтезе белка.
· и-РНК — кодирует наследственную информацию с участка молекулы ДНК — гена и переносит ее к месту сборки белковой молекулы;
· т-РНК — присоединяет аминокислоты и переносит в рибосому.
· р-РНК — входит в состав рибосомы (структурная основа рибосомы);
· рибосомы — органеллы, в которых происходит биосинтез белка. Объединяются в полирибосомы;
4. Биосинтез и ресинтез жиров.
Реакции биосинтеза липидов могут идти в гладкой эндоплазматической сети клеток всех органов. Субстратом для синтеза жиров de novo является глюкоза.
Как известно, попадая в клетку, глюкоза превращается в гликоген, пентозы и окисляется до пировиноградной кислоты. При высоком поступлении глюкоза используется для синтеза гликогена, но этот вариант ограничивается объемом клетки. Поэтому глюкоза "проваливается" в гликолиз и превращается в пируват либо напрямую, либо через пентозофосфатный шунт. Во втором случае образуется НАДФН, который понадобится впоследствии для синтеза жирных кислот.
Общая схема биосинтеза триацилглицеролов и холестерола из глюкозы
Пируват переходит в митохондрии и декарбоксилируется в ацетил-SКоА и вступает в ЦТК. Однако в состоянии покоя, при отдыхе, при наличии избыточного количества энергии в клетке реакции ЦТК (в частности, изоцитратдегидрогеназная реакция) блокируются избытком АТФ и НАДН.
В результате накапливается первый метаболит ЦТК – цитрат. По градиенту концентрации он перемещается в цитозоль, расщепляется с образованием ацетил-SКоА, который далее используется в биосинтезе холестерола, жирных кислот и триацилглицеролов.
Оксалоацетат, также образуемый из цитрата, восстанавливается до яблочной кислоты и возвращается в митохондрии
посредством малат-аспартатного челнока (на рисунке не показан),
после декарбоксилирования малата до пирувата НАДФ-зависимым малик-ферментом. Образованный НАДФН будет использован при синтезе жирных кислот.
Ресинтез липидов — это синтез липидов в стенке кишечника из поступающих сюда экзогенных жиров, иногда могут использоваться и эндогенные жирные кислоты. Основная задача этого процесса — связать поступившие с пищей средне- и длинноцепочечные жирные кислоты со спиртом — глицеролом или холестеролом. Это ликвидирует их детергентное действие на мембраны и позволяет переносить по крови в ткани.
Активация жирной кислоты
Реакция активации жирной кислоты
Поступившая в энтероцит жирная кислота обязательно активируется через присоединение коэнзима А. Образовавшийся ацил-SКоА участвует в реакциях синтеза эфиров холестерола, триацилглицеролов и фосфолипидов.
Ресинтез эфиров холестерола
Реакция ресинтеза холестерола
Холестерол этерифицируется с использованием ацил-S-КоА и фермента ацил-КоА:холестерол-ацилтрансферазы (АХАТ). Реэтерификация холестерола напрямую влияет на его всасывание в кровь. В настоящее время ищутся возможности подавления этой реакции для снижения концентрации ХС в крови.
Ресинтез триацилглицеролов
Для ресинтеза ТАГ есть два пути
Моноацилглицеридный путь
Моноацилглицеридный путь образования ТАГ
Первый путь, основной — 2-моноацилглицеридный — происходит при участии экзогенных 2-МАГ и ЖК в гладком эндоплазматическом ретикулуме энтероцитов: мультиферментный комплекс триацилглицерол-синтазы формирует ТАГ.
Глицеролфосфатный путь
Глицеролфосфатный путь образования ТАГ
Поскольку 1/4 часть ТАГ в кишечнике полностью гидролизуется и глицерол в энтероцитах не задерживается, то возникает относительный избыток жирных кислот для которых не хватает глицерола. Поэтому существует второй, глицеролфосфатный, путь в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме. Источником глицерол-3-фосфата служит окисление глюкозы, так как пищевой глицерол быстро покидает энтероциты и уходит в кровь. Здесь можно выделить следующие реакции:
1. Образование глицерол-3-фосфата из глюкозы;
2. Превращение глицерол-3-фосфата в фосфатидную кислоту;
3. Превращение фосфатидной кислоты в 1,2-ДАГ;
4. Синтез ТАГ.
Ресинтез фосфолипидов
Общая схема ресинтеза фосфолипидов
Фосфолипиды синтезируются также, как и в остальных клетках организма (см "Cинтез фосфолипидов"). Для этого есть два способа:
Первый путь
Ресинтез фосфолипидов из ДАГ на примере фосфатидилхолина
Первый путь — с использованием 1,2-ДАГ и активных форм холина и этаноламина для синтеза фосфатидилхолина или фосфатидилэтаноламина.
Второй путь
Схема ресинтеза фосфолипидов из фосфатидной кислоты
Второй путь – на основе синтезируемой in situ фосфатидной кислоты.
5. Пигменты фотосинтеза.
Пигменты фотосинтеза у высших растений подразделяются на два класса: хлорофиллы и кароти-ноиды. Основное назначение пигментов — поглощать световую энергию, превращая ее затем в химическую энергию. Пигменты располагаются на мембранах хлоропластов (тилакоидах), а хлоропласты в клетке обычно ориентируются таким образом, чтобы мембраны находились под прямым углом к источнику света (для максимального поглощения света). Хлорофиллы Хлорофиллы поглощают в основном красный и сине-фиолетовый свет, зеленый свет ими отражается, что и придает растениям специфическую зеленую окраску, если она не маскируется другими пигментами. На рисунке приведены спектры поглощения хлорофиллов а и h в сравнении с каротиноидами.
В состав молекулы хлорофилла входит плоская голова, поглощающая свет, в центре которой расположен атом магния. Этим можно объяснить, почему растения нуждаются в магнии и почему дефицит магния приводит к уменьшению образования хлорофилла и пожелтению листьев растения. Молекула хлорофилла включаете себя еще и длинный гидрофобный (отталкивающий воду) углеводородный хвост. Внутренние мембраны также гидрофобны, поэтому хвосты «забрасываются» внутрь тилаковдных мембран и служат своеобразным якорем. Гидрофильные головы располагаются в плоскости мембранных поверхностей подобно солнечным батареям. У различных хлорофиллов к головам прикреплены различные боковые цепи, что приводит к изменению их спектров поглощения, увеличивая диапазон длин волн поглощаемого света.
Хлорофилл а — наиболее часто встречающийся пигмент фотосинтеза. Он существует в нескольких формах, в зависимости от расположения в мембране. Каждая форма едва отличается по положению пика адсорбции в красной области; например, значения максимума могут составлять 670, 680, 690 или 700 нм.
Каротиноиды Каротиноиды — это желтые, оранжевые, красные или коричневые пигменты, сильно поглощающие в сине-фиолетовой области. Они называются вспомогательными пигментами, поскольку поглощенную ими световую энергию они переносят на хлорофилл. В спектре поглощения каротиноидов обнаруживаются три пика в сине-фиолетовой области. Помимо своей функции как вспомогательных пигментов каротиноиды защищают хлорофиллы от избытка света и от окисления кислородом, образующимся в процессе фотосинтеза. Они хорошо замаскированы зелеными хлорофиллами, но становятся видны в листьях до начала листопада, поскольку хлорофиллы разрушаются первыми.
Каротиноиды обнаружены в некоторых цветках и фруктах, у которых яркая окраска привлекает насекомых, птиц и млекопитающих, тем самым обеспечивая успешное опыление и распространение семян; к примеру, красный цвет кожицы у томатов обусловлен наличием в ней каротинов. Каротиноиды бывают двух типов: каротины и ксантофиллы. Самым распространенным и важным среди каротинов является (J-каротин, который знаком нам как оранжевый пигмент моркови. У позвоночных животных в процессе пищеварения этот пигмент расщепляется на две молекулы витамина А.
6. Апотомический путь расщепления углеводов, сравнить с дихотомическим.
Основными путями распада углеводов в клетке являются анаэробный путь при недостатке кислорода. По аэробному пути распад идет при достаточном обеспечении клеток кислородом. Распад глюкозы в аэробных условиях может идти непрямым (дихотомическим) или прямым (апотомическим) путем. Отличие состоит в том, при дихотомическом пути происходит расщепление молекулы глюкозы пополам на две триозы. Распад глюкозы по дихотомическому пути называют гликолизом.
Гликолиз — основной процесс образования энергии путем окисления глюкозы. Это сложный ферментативный процесс последовательных превращений глюкозы, протекающих во всех клетках при использовании кислорода (аэробный гликолиз) или при его отсутствии (анаэробный гликолиз). Локализация — цитозоль клетки.
Аэробный путь распада углеводов является основным для образования энергии в клетках организма.
Непрямой путь аэробного распада глюкозы состоит из трех этапов:
Распад глюкозы до пирувата по дихотомическому пути (гликолиз)
Превращение пирувата в ацетил-КоА
Окисление ацетил-КоА в цикле Кребса
Процесс распада активированной глюкозы в виде глюкозо-6-фосфата в анаэробных условиях и при непрямом аэробном окислении (1 этап) протекают одинаково по дихотомическому пути. Конечным продуктом анаэробного дихотомического процесса является молочная кислота (лактат).
При непрямом аэробном гликолизе конечный продукт анаэробного распада — молочная кислота в присутствии кислорода с помощью фермента лактатдегидрогеназы окисляется до пировиноградной кислоты. Поэтому конечный продукт аэробного гликолиза — пируват.
Пируват занимает одно из центральных мест в обмене углеводов. Она участвует в многочисленных реакциях, важных для процессов тканевого обмена веществ. Пировиноградная кислота подвергается аэробному окислительному декарбоксилированию с образованием ацетил-КоА. Это сложный многоступенчатый процесс, который катализируется пируватдегидрогеназным мультиферментрым комплексом, состоящим из трех ферментов и пяти коферментов. Образовавшийся ацетил-КоА при участии коэнзима А передается щавелево-уксусной кислоте — первому продукту цикла Кребса. В цикле Кребса происходит полное окисление ацетил-КоА до углекислого газа и воды. В итоге непрямое аэробное окисление обеспечивает выход 38 молекул АТФ.
Прямой путь аэробного окисления глюкозы — пентозофосфатный или апотомический. Это прямое окисление молекулы глюкозы без предварительного ее расщепления на две триозы, как при дихотомическом пути. От состоит из шести повторяющихся циклов последовательного отщепления от молекулы глюкозы каждого из входящих в ее состав углеродных атомов. В ходе каждого цикла происходит окисление одного из шести атомов углерода молекулы глюкозы до углекислого газа и воды с образованием пентозы.
При этом также выделяются атомы водорода, которые захватываются НАДФ с образованием НАДФН2. Восстановленный НАДФН2 используется для различных восстановительных синтезов.
ким образом, в ходе прямого окисления глюкозы в организме образуются моносахариды-пентозы, которые используется в синтезе нуклеиновых кислот, а именно: ДНК и РНК и восстановленный НАДФН2 , являющийся поставщиком водорода для различных синтетических процессов (синтез жиров, холестерина, гормонов и т. д.), а также образуется 36 молекул АТФ.
7. Синтез ди- и полисахаридов.
Синтез ди- и полисахаридов. Синтез сахарозы осуществляется 2осн.путями: 1.УДФ -глюкоза(уридиндифосфатглюкоза)+Фруктозо-6-фосфат→УДФ(уридиндифосфат)+Сахарозофосфат.Эта реакция катализируется сахарозофосфат-синтазой.Далее сахарофосфат под действием фосфатазы дает сахарозу и Н3РО4. 2.УДФ -глюкоза+Фруктоза ⇌ УДФ+Сахароза.В данной реакции принимает участие сахаросинтаза.Биосинтез олигосахаридов идет путем переноса гликозильных остатков на моносахариды с разнообразных субстратов при участии в каждом конкретном случае соответствующих гликозилтрансфераз.Подобно синтезу олигосахаридов новообразование полисахаридов также идет путем трансглиозилирования. Субстратами м.б.фосфорные эфиры моноз,НДФ-сахара и олигосахариды.Реакции переноса остатков моносахаров в процессе биосинтеза полисахаридов ускоряются соответствующими гликозилтрансферазами.Синтез амилозы,целлюлозы может происходить путем переноса гликозильных остатков с глюкозо-1-фосфата.А также путем синтеза из НДФ-сахаров при участии соответствующих трансгликозидаз.Перенос гликозильного остатка идет на невосстанавливающий конец молекулы синтезируемого полисахарида.Эта реакция может повтор.многократно,что обеспечивает ступенчаый синтез молекул полисахаридов,содерж.огромное число остатков моносахаров.
8. Витамин ВС. Каротин.
Витамин Вс (фолиевая кислота, фолацин -антианемический)
В 1940 году Н. Хоган и А. Перро показали, что у цыплят, выращенных на искусственной диете, развивается анемия, которая проходит при полноценном питании. В 1941 году был выделен витамин, являющийся фактором, предотвращающий это заболевание. Он был назван витамином В с или антианемическим витамином.
Термином "фолацин" объединяют обширную группу родственных соединений, родоначальником которых является фолиевая кислота. Все эти соединения состоят из гетероцикла птеридина, пара-аминобензойной кислоты и остатков глутаминовой кислоты.
Фолацин синтезируется микробными и растительными клетками.
Основными источниками фолатов являются дрожжи, бобовые растения, салат, капуста. Суточная потребность в витамине Вс у взрослого равна 0,5-1,0 мг и в основном восполняется за счет синтеза его микрофлорой кишечника. У новорожденных эта величина составляет 0,04-0,05 мг в сутки, у детей и подростков - 0,1-0,3 мг.
Каротин ( лат. carota морковь ) - представитель семейства каротинов, относящихся к каротиноидам — биологически активным растительнымпигментам желтого, оранжевого и красного цвета, являющимся жирорастворимыми полиненасыщеннымиуглеводородами терпенового ряда, продуктами полимеризации изопрена. К. обладает биологическойактивностью провитамина А (см. Витамины), участвует в защите клеток от разрушительного действия света, в процессе зрения (Зрение) и в переносе энергии в процессе фотосинтеза. Молекула К., как и другихкаротинов, построена только из атомов углерода и водорода. В организме К. находится в свободном видеили в виде комплекса с белками — хромопротеинов. К. легко окисляется атмосферным кислородом. В тканяхи пищевых продуктах окисление К. предотвращается веществами-антиоксидантами, например витамином Е.
Центральной функцией К. в организме млекопитающих является его функция провитамина А, т.е. превращение в витамин А (ретиналь). Все изомеры каротина — α-, β - и γ-каротины обладают активностьюпровитамина А. В качестве провитамина А наиболее эффективен β-каротин, поскольку из него образуетсядве молекулы витамина А (из α- и γ-каротинов образуется по одной молекуле витамина А). Активностьвитамина А измеряется Международными единицами (ME). Биологическая активность 1 ME витамина Аэквивалентна биологической активности 0,6 мкг β-каротина. Этот изомер К. широко содержится в растениях, животных и микроорганизмах. α-Каротин часто сопутствует β-каротину; так, в моркови содержится 85% β-каротина и 15% α-каротина.
Человек и животные не способны синтезировать К., однако они могут метаболизировать экзогенный К. Ворганизм человека поступает главным образом каротин растительного происхождения. Потребность в К. умлекопитающих в 4 раза выше, чем потребность в витамине А (см. Витамины). Наиболее богаты К. листовыеовощи, особенно кочанный и другие виды салага, шпинат, щавель; из корнеплодов — красная морковь. Много К. в тыкве.
Превращение К. в витамин А осуществляется в кишечнике под действием фермента диоксигеназы. Образующийся вначале альдегид ретиналь затем восстанавливается в ретинол в присутствии НАД․Н илиНАДФ․Н. Усвоение К. происходит при условии достаточного количества желчи, активной липазы иантиоксидантов (витамина Е, аскорбиновой кислоты и др.), предохраняющих К. от окисления. Детиусваивают К. хуже, чем взрослые. В слизистой оболочке кишечника ретинол образует сложные эфиры сдлинноцепочечными жирными кислотами (Жирные кислоты); эти эфиры, адсорбируясь на хиломикронах (см. Липиды), транспортируются по лимфатической системе в печень, которая является основным депо витаминаА. Многие ткани содержат фермент ретинилэстеразу, которая расщепляет эфиры ретинола с жирнымикислотами с образованием свободного ретинола. В плазме крови человека ретинол находится в комплексесо специфическим ретинолсвязывающим белком, относящимся к α1-глобулинам; концентрация этого белка вплазме крови составляет 4—5 мг/100 мл.
Содержание К. в плазме крови зависит от его поступления с пищей и составляет от 80 до 230 мкг/100 мл, вплацентарной крови — до 90 мкг/100 мл, в пуповинной крови — до 90 мкг/100 мл. Концентрация К. в грудноммолоке ниже, чем в крови, а в молозиве выше, чем в молоке. В крови концентрация К. резко снижается природах (до 8—30 мкг/100 мл) и некоторых заболеваниях (спру, экземе и др.). Повышение содержания К. вплазме крови (выше 400 мкг/100 мл) в результате избыточного поступления К. с пищей — каротинемия — приводит к окрашиванию плазмы крови и отдельных участков кожи (каротиновая гиперхромия кожи) в желто-оранжевый цвет. Депонирование К. в эпидермисе называют также псевдожелтухой, каротинозом, каротинодермией, ксантодермией, аурантиазом. В отличие от желтухи каротиновая гиперхромия несопровождается окрашиванием склер и слизистых оболочек и исчезает при прекращении избыточногопоступления К. в организм. Каротинемия отмечается при острых поражениях печени, сахарном диабете, гипотиреозе, хроническом гломерулонефрите с почечной недостаточностью, дистрофии у детей (в этомслучае она связана со снижением способности печени превращать в витамин А поступающие с пищейкаротиноиды).
Специфического метода определения К. в клинике не существует. Суммарно К. и витамин А можноопределить с помощью реакции Карра — Прайса: к растворенной в хлороформе пробе биологическойжидкости добавляют 30% раствор треххлористой сурьмы в хлороформе, и интенсивность образовавшейсясиней окраски, прямо пропорциональной содержанию К. в растворе, определяют колориметрически.