Контрольная работа по "Биологической химии"

Жиры составляют до 90% липидов, поступающих с пищей. Переваривание жиров происходит в тонком кишечнике, однако уже в желудке небольшая часть жиров гидролизуется под действием "липазы языка". Этот фермент синтезируется железами на дорсальной поверхности языка и относительно устойчив при кислых значениях рН желудочного сока. Поэтому он действует в течение 1-2 ч на жиры пищи в желудке. Однако вклад этой липазы в переваривание жиров у взрослых людей незначителен. Основной процесс переваривания происходит в тонкой кишке.

Так как жиры - нерастворимые в воде соединения, то они могут подвергаться действию ферментов, растворённых в воде только на границе раздела фаз вода/жир. Поэтому действию панкреатической липазы, гидролизующей жиры, предшествует эмульгирование жиров. Эмульгирование (смешивание жира с водой) происходит в тонком кишечнике под действием солей жёлчных кислот. Жёлчные кислоты синтезируются в печени из холестерола и секретируются в жёлчный пузырь. Содержимое жёлчного пузыря - жёлчь. Это вязкая жёлто-зелёная жидкость, содержащая главным образом жёлчные кислоты; в небольшом количестве имеются фосфолипиды и холестерол. Жёлчные кислоты представляют собой в основном конъюгированные жёлчные кислоты: таурохолевую, гликохолевую и другие (рис.4). После приёма жирной пищи жёлчный пузырь сокращается и жёлчь изливается в просвет двенадцатиперстной кишки. Жёлчные кислоты действуют как детергенты, располагаясь на поверхности капель жира и снижая поверхностное натяжение. В результате крупные капли жира распадаются на множество мелких, т.е. происходит эмульгирование жира. Эмульгирование приводит к увеличению площади поверхности раздела фаз жир/вода, что ускоряет гидролиз жира панкреатической липазой. Эмульгированию способствует и перистальтика кишечника.

По химической природе желчные кислоты являются производными холановой кислоты:

 

 

 В желчи человека  в основном содержатся холевая (3,7,12-триоксихола-новая), дезоксихолевая (3,12-диоксихолановая) и хенодезоксихолевая (3,7-диоксихолановая) кислоты (все гидроксильные  группы имеют α-конфи-гурацию и поэтому обозначены пунктирной линией): 

рис.4 конъюгированные желчные кислоты.

Соотношения между конъюгатами обоих видов могут меняться в зависимости от характера пищи: в случае преобладания в ней углеводов увеличивается относительное содержание глициновых конъюгатов, а при высокобелковой диете – тауриновых конъюгатов. Строение парных желчных кислот может быть представлено в следующем виде: считают, что только комбинация соль желчной кислоты + ненасыщенная жирная кислота + моноглицерид придает необходимую степень эмульгирования жира.

Превращение пролипазы в активную липазу происходит при участии желчных кислот и еще одного белка панкреатического сока-колипазы. Последняя  присоединяется к пролипазе в молекулярном соотношении 2:1. Это приводит к тому, что липаза становится активной и устойчивой к действию трипсина. Жирные кислоты должны быть активированы, т.е. связаны макроэргической связью с коферментом А:

RCOOH + HSKoA + АТФ → RCO ~ КоА + АМФ + PPi.

Реакцию катализирует фермент ацил-КоА синтетаза. Выделившийся в ходе реакции пирофосфат гидролизуется ферментом пирофосфатазой: Н4Р2О7 + Н2О → 2 Н3РО4.

Выделение энергии при гидролизе макроэргической связи пирофосфата смещает равновесие реакции вправо и обеспечивает полноту протекания реакции активации.

Ацил-КоА синтетазы находятся как в цитозоле, так и в матриксе митохондрий. Эти ферменты отличаются по специфичности к жирным кислотам с различной длиной углеводородной цепи. Жирные кислоты с короткой и средней длиной цепи (от 4 до 12 атомов углерода) могут проникать в матрикс митохондрий путём диффузии. Активация этих жирных кислот происходит в матриксе митохондрий. Жирные кислоты с длинной цепью, которые преобладают в организме человека (от 12 до 20 атомов углерода), активируются ацил-КоА синтетазами, расположенными на внешней мембране митохондрий.

 

Задание 53.

Холестерин крови (биосинтез, катаболизм, выведение из организма). Транспортные формы холестерина. Проникновение холестерина в клетки.

Решение:

Холестерин (5-холестен-З-ол), мол. м. 386,66; жемчужные кристатлы, жирные на ощупь; т. пл. 149 °С, т. кип. 300-320 °С (с частичным разложением); -39° (в СНС13). Холестерин- основной стерин высших животных, однако присутствует практически во всех живых организмах, включая бактерии и синезеленые водоросли. В тканях животных содержится в свободном виде (напр., в тканях нервной системы) или в виде эфиров с высшими жирными кислотами и служит их переносчиком. Наибольшее количество холестерина - в мозге, печени, почках, надпочечниках. Нормальное содержание холестерина в крови человека составляет 160-220 мг в 100 мл. Нарушение холестеринового обмена является одной из причин атеросклероза и желчнокаменной болезни. Основное количество холестерина синтезируется самим организмом из сквалена с участием фермента холестеринэстеразы. Важнейшей биохимической функцией холестерина у позвоночных является его превращение в гормон прогестерон в плаценте, семенниках, желтом теле и надпочечниках; этим превращением открывается цепь биосинтеза стероидных половых гормонов и кортикостероидов. Другое направление метаболизма холестерина у позвоночных - образование желчных кислот и витамина D3. Кроме того, холестерин участвует в регулировании проницаемости клеток и предохраняет эритроциты крови от действия гемолитических ядов. У ряда животных постоянный уровень холестерина в организме регулируется по принципу обратной связи - при поступлении избытка холестерина его биосинтез в клетках организма ингибируется. У человека этот механизм контроля отсутствует, поэтому содержание холестерина может значительно возрастать, особенно с приемом жирной пищи.

Биосинтез холестерина можно разделить на 3 стадии: 
 
I.-биосинтез мевалоновой кислоты;

Синтез мевалоната протекает в три этапа.

1. Образование ацетоацетил-КоА из двух молекул ацетил-КоА с помощью тиолазного фермента ацетоацетилтрансферазы. Реакция обратима. Происходит в цитозоле.
2. Образование β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА из ацетоацетил-коА с третьей молекулой ацетил-КоА с помощью гидроксиметилглутарил-КоА-синтазы (ГМГ-КоА-синтазы). Реакция также обратима. Происходит в цитозоле.
3. Образование мевалоната восстановлением ГМГ и отщеплением HS-KoA с помощью НАДФ-зависимой гидроксиметилглутарил-КоА-редуктазы (ГМГ-КоА-редуктаза). Происходит в гЭПР. Это первая практически необратимая реакция в цепи биосинтеза холестерина, а также она лимитирует скорость биосинтеза холестерина. Отмечены суточные колебания синтеза этого фермента. Активность его увеличивается при введении инсулина и тиреоидных гормонов, снижается при голодании, введении глюкагона, глюкокортикоидов.

II.-образование сквалена; 
Изопентенилпирофосфат изомеризуется в диметилаллилпирофосфат.

1. Конденсация изопентенилпирофосфата (С5) с диметилаллилпирофосфатом (С5) и образование геранилпирофосфата (С10). При этом высвобождается молекула пирофосфата.
2. Конденсация изопентенилпирофосфата (С5) с геранилпирофосфатом (С10). Образуется фарнезилпирофосфат (С15) и высвобождается ещё одна молекула пирофосфата.
3. Конденсация двух молекул фарнезилпирофосфата (С15) «голова-к-голове» и образование сквалена (С30). Реакция проходит с затратой НАДФН, и высвобождаются две молекулы пирофосфата. Молекулы фарнезилпирофосфата конденсируются концами, несущими пирофосфатные группы. Сначала отщепляется одна пирофосфатная группа и образуется промежуточный прескваленпирофосфат. Он, в свою очередь, восстанавливается с помощью НАДФН. Второй пирофосфат уходит. Образуется сквален.

Начиная со сквалена, продукты пути биосинтеза холестерина нерастворимы в водной среде и участвуют в дальнейших реакциях, будучи связанными со стеринпереносящими белками (СПБ).

 
III.-циклизация сквалена и образование холестерина.  
Ланостерин превращается в мембранах гладкого эндоплазматического ретикулума в холестерин.

1. Метильная группа при С14 окисляется, и образуется 14-десметилланостерин.

     2. Затем удаляются ещё два метила при С4, и образуется зимостерол.

     3. Далее двойная связь C8=С9 перемещается в положение С8=С7 и образуется Δ7,24-холестадиенол.

     4. Двойная связь далее перемещается в положение С5=С6,образуется десмостерол.

      5. После чего в боковой цепи восстанавливается двойная связь, и образуется холестерин.

(Восстановление двойной  связи в боковой цепи может, однако, происходить и на предшествующих  стадиях биосинтеза холестерола.) 

Рис.5 биосинтез холестерина.

 
Регуляторным ферментом, от активности которого зависит возможность и интенсивность биосинтеза холестерина является бета-гидроксиметил-глутарил - КоА –редуктаза. Этот фермент является объектом действия лекарственных гипохолестеринемических препаратов. 
Выведение холестерола из организма:

Структурная основа холестерола – кольца циклопентанпегидрофенантрена- не может быт расщеплена до СО2 и воды, поэтому основное количество холестерола выводится в виде желчных кислот. Некоторое количество желчных кислот выделяется в неизменном виде, а часть подвергается действию ферментов бактерий в кишечнике. Продукты их разрушения выводятся из организма. Часть молекул холестерола в кишечнике под действием ферментов бактерий восстаавливается по двойной связи в кольце В, в результате чего образуются 2 типа молекул – холестанол и копростанол, выводимые с фекалиями. В сутки из организма выводится от 1,0 до 1,3 г холестерола, основная часть удаляется с фекалиями.

Транспортные формы:

Холестерол транспортируется кровью только в составе ЛП. ЛП обеспечивают поступление в ткани экзогенного холестерола, определяют потоки холестерола между органами и выведение избытка холестерола из организма.

Транспорт экзогенного холестерола:

После гидролиза, всасывания в составе мицелл, этерификации в клетках слизистой оболочки кишечника эфиры холестерола и небольшое количество свободного холестерола включаются в состав ХМ и поступают в кровь. После удаления жиров из ХМ под действием ЛП-липазы холестерол в составе остаточных ХМ доставляется в печень. Остаточные ХМ взаимодействуют с рецепторами клеток печени и захватываются по механизму эндоцитоза. Затем ферменты лизосом гидролизуют компоненты остаточных ХМ, и в результате образуется свободный холестерол. Экзогенный холестерол может ингибировать синтез эндогенногохолстерола, замедляя скорость синтеза ГМК-КоА-редуктазы.

Транспорт эндогенного холестерола  составе ЛПОНП (пре-β-липопротеинов).

Эндогенный холестерол, синтезированный из исходного субстрата аетил-КоА, и экзогенный, поступивший в составе остаточных ХМ, образуют в печени  общий фонд холестерола. В гепатоцитах триацилглицеролы и холестерол упаковываются в ЛПОНП. В их состав входят кроме того, апопротеин В-100 и фосфолипиды. ЛПОНП секретируются в кровь, где получают от ЛПВП апопротеины Е и С-II.  В крови на ЛПОНП действует ЛП-липаза, которая как и в ХМ активируется апоС-II и гидролизует жиры до глицерола и жирных кислот. По мере уменьшения количества ТАГ в составе ЛПОНП они превращаются в ЛППП. Когда количество жиров в ЛППП уменьшается, апопротеины С-II переносятся обратно на ЛПВП. Содержание холестерола и его эфиров в ЛППП достигает 45%; часть этих липопротенинов захватывается клетками печени через рецепторы ЛПНП,которые взаимодействуют и с апоЕ и с апоВ-100.

Транспорт холестерола в сотаве ЛПНП.

На ЛППП, оставшиеся в крови, продолжает действовать ЛП-липаза, и он превращаются в ЛПНП. Апопротеины Е и С-II переносятся обратно в ЛПВП. Апопротеин В-100 взаимодействует с рецепторами ЛПНП итак определяет дальнейший путь холестерола. Рецепторы ЛПНП синтезируются в ЭР и аппарате Гольджи, а затем экспонируются на поверхность клетки, в специальных углублениях, выстланных белком клатрином. Холестерол поступает в клетки из крови в основном в составе ЛПНП. Если количество холестерола, поступающего в клетку, превышает её потребность, то синтез рецепторов ЛПНП  подавляется, что уменьшает поток холестеролаиз крови в клетки. При снижении концентрации свободного холестерола в клетке, наоборот, активируется синтез ГМГ-КоА-редуктазы и рецепторов ЛПНП. Кроме рецепторов ЛПНП, на поверхности клеток многих органов (печени, мозга, плаценты) имеется другой тип рецептора, называемый «белком, сходным с рецептором ЛПНП». Этот рецептор взаимодействует с апоЕ и захватывает ремнантные (остаточные) ХМ и ЛППП. Основной функцией этих рецепторов, вероятно является «очистка» плазмы крови от ремнантных частиц. Так как ремнантные частицы содержат холестерол, этот тип рецепторов также обеспечивает поступление его в ткани. Кроме поступления холестерола в ткани путем эндоцитоза ЛП, некоторое количество холестерола поступает в клетки путем диффузии из ЛПНП и других ЛП при их контакте с мембранами клеток.

   
Задание 60.

Напишите биосинтез и использование кетоновых тел. Взаимосвязь печени и мышц в обмене кетоновых тел. Причины усиления кетонобразования при голодании и сахарном диабете.

Решение:

 

 Синтез кетоновых тел. При β-окислении жирных кислот в митохондриях печени образуется ацетил-КоА, подвергающийся дальнейшему окислению в цикле Кребса. Если в клетках печени имеется дефицит оксалоацетата (например, при голодании, сахарном диабете), то происходит конденсация ацетильных групп с образованием кетоновых тел (ацетоацетат,β-гидроксибутират, ацетон). Эти вещества могут служить энергетическими субстратами в других тканях организма (скелетные мышцы, миокард, почки, при длительном голодании - головной мозг). Печень не утилизирует кетоновые тела. При избытке кетоновых тел в крови развивается метаболический ацидоз.