Контрольная работа по "Биохимии"

 

2.1. Источники ацетил-КоА. Механизм окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты.

Сколько молей АТФ может синтезироваться  при окислении 1 моль субстрата в  реакции: Пируват → СО₂ + Н₂О?

Источниками ацетил КоА являются распад аминокислот; окисление жирных кислот и гликолиз.

При гликолизе глюкоза превращается в пируват, а затем пируват через стадию образования ацетил-КоА распадается до углекислого газа и воды

Одним из ключевых метаболитов липидного обмена является ацетил-КоА, поскольку, именно через это соединение осуществляется окислительное расщепление высших жирных кислот

При распаде  аминокислоты вначале превращаются в промежуточные продукты цитратного цикла, а затем в виде оксалоацетата  превращаются в фосфоенолпируват, а  затем пируват, который иявляется источником ацетил –КоА

В результате окислительного декарбоксилирования пирувата образуются ацетил-КоА, восстановленный НАД  и диоксид углерода:

Эта схема представляет собой суммарный результат многостадийного  процесса, который катализируется сложной ферментной системой – пируватдегидрогеназным комплексом. Комплекс содержит три фермента: пируватдекарбоксилазу, ацетилтрансферазу и дегидрогеназу дигидролипоевой кислоты. Кроме того в реакциях участвуют пять коферментов: НАД, ФАДБ тиаминдифосфат, липоевая кислота и кофермент А (КоА).

Окислительное декарбоксилирование протекает  по схеме:

Первую реакцию  процесса окислительного декарбоксилирования  катализирует пируватдекарбоксилаза (Е₁ на схеме). Субстратами этого фермента служит пируват и дигидролипоевая кислота, которая является простетической группой второго фермента – дигидролипоат-ацетилтрансферазы (Е₂).

Липоевая кислота  содержит дисульфидную группу в составе  пятичленного гетероцикла и боковую  цепь; своей карбоксильной группой  липоевая кислота соединена амидной связью с ε-аминогруппой остатка лизина, входящего в пептидную цепь ацетилтрансферазы.

В результате действия пируватдекарбоксилазы (Е₁) от пировиноградной кислоты отщепляется карбоксильная группа, а ацетильный остаток присоединяется к атому серы липоевой кислоты, т.е. получается ацетиллипоат-Е₂.

Пируватдекарбоксилаза –  сложный белок: он содержит тиаминдифосфат, выполняющий роль кофермента. Тиаминдифосфат – производное витамина В₁ и пирофосфорной кислоты. Декарбоксилирование происходит при прямом участии тиаминдифосфата: в ходе реакции к атому углерода тиазолового кольца (помечен звездочкой) присоединяется промежуточный продукт превращения пирувата – оксиэтильный остаток СН₃-СНОН-, который затем переносится на липоевую кислоту, превращаясь при этом в ацетильный остаток СН₃-СО-.

Второй фермент комплекса  – дигидролипоат-ацетилтрансфераза  – катализирует перенос ацетильного  остатка, соединенного с его собственной простерической группой, на КоА; при этом получается дигидролипоевая кислота (в составе ацетилтрансферазы) и ацетил-КоА.

Третий фермент – дегидрогеназа  дигидролипоевой кислоты (Е₃). Акцептром водорда в реакции служит НАД. В результате дегидрирования дигидролипоевая кислота превращается в нальную форму – дегидролипоевую кислоту, и пируватдегидрогеназный комплекс может реагировать с очередной молекулой пирувата. Дигидролипоилдегидрогеназа содержит в качестве кофермента ФАД, который служит промежуточным акцептором водорода.

Образовавшийся в процессе окислительного декарбоксилирования аце-тил-КоА подвергается дальнейшему окислению с образованием СО₂ и Н₂О. Полное окисление ацетил-КоА происходит в цикле трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Этот процесс, так же как окислительное декарбо-ксилирование пирувата, происходит в митохондриях клеток.

При окислительном  декарбоксилировании пировиноградной  кислоты образуется 6 молекул АТФ. В результате окисления ацетил-КоА в цикле Кребса синтезируется 24 молекулы АТФ

Итого при окислении 1 моль субстрата в реакции: Пируват  → СО₂ + Н₂О  образуется 30 молекул АТФ.

 

2.2. глюконеогенез, биологическая роль, субстраты процесса.

Глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводных продуктов. Такими продуктами или метаболитами являются в первую очередь молочная и пи-ровиноградная кислоты, так называемые гликогенные аминокислоты, гли-церол и ряд других соединений. Иными словами, предшественниками глюкозы в глюконеогенезе может быть пируват или любое соединение, превращающееся в процессе катаболизма в пируват или один из промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот.

У позвоночных  наиболее интенсивно глюконеогенез протекает в клетках печени и почек (в корковом веществе).

Субстратами глюконеогенеза могут быть любые вещества, которые  могут превращаться в пируват  или любой другой метаболит на пути от пирувата к глюкозе. В организме человека это главным образом аминокислоты, глицерин и лактат.

Биологическое значение глюконеогенеза заключается  в обеспечении глюкозой организма  при голодании или при низком содержании углеводов в рационе. В этих условиях для синтеза глюкозы используются аминокислоты и глицерин, образовавшаяся глюкоза идет на обеспечение питания мозга, в то время как другие органы обеспечиваются энергией за счет окисления жирных кислот. 

Физиологическая роль глюконеогенеза из лактата существенно иная. Молочная кислотв – не является конечным продуктом обмена, но ее образование – это тупиковый путь метаболизма: единственный способ использования молочной кислоты связан с ее превращением вновь в пируват при участии той же лактатдегидрогеназы:

Название  процесса	Регуляторные  ферменты	Ингибиторы	Активаторы
Гликолиз	Гексокиназа, фосфоглюкоизомераза, фосфофруктокиназа, альдолаза фруктозо-1,6-бифосфата, фосфотриозоизомераза, дегидрогеназа глицеральдегидрофосфата, фосфоглицераткиназа, фосфоглицеромутаза, енолаза, пируваткиназа.	Глюкагон, адреналин, соматотропин	Инсулин, тиреоидные гормоны
Глюконеогенез	пируваткарбоксилаза, фосфоенолпируваткарбоксикиназа, фруктозо-1,6-бисфосфатаза, глюкозо-6-фосфатаза,	Инсулин,	Глюкагон, катехоламины, адреналин, кортизон
Гликогенолиз	гликогенфосфорилаза, олигосахаридтрансфераза, α-1,6-глюкозидаза	Инсулин	Глюкагон, адреналин,
Гликогеногенез	Фосфоглюкомутаза, УДФ-глюкопирофосфорилаза, гликогенсинтаза (глюкозилтрансфераза)	Глюкагон, адреналин	Инсулин

2.3. какой  механизм всасывания продуктов  переваривания углеводов? 

Моносахариды, образовавшиеся в результате переваривания, всасываются эпителиальными клетками тощей и подвздошной кишок с помощью специальных механизмов транспорта через мембраны этих клеток.

Транспорт моносахаридов  в клетки слизистой оболочки кишечника  может осуществляться разными способами: путем облегченной диффузии и активного транспорта. В случае активного транспорта глюкоза и Na⁺ проходят через мембраны с люминальной стороны, связываясь с разными участками белка-переносчика. При этом Na⁺ поступает в клетку по градиенту концентрации, и одновременно глюкоза транспортируется против градиента концентрации (вторично-активный транспорт). Следовательно, чем больше градиент Na⁺, тем больше поступления глюкозы в энтероциты. Если концентрация Na⁺ во внеклеточной жидкости уменьшается, транспорт глюкозы снижается. Градиент концентрации Na⁺, являющийся движущей силой активного симпорта, создается работой Na⁺, К⁺-АТФ-азы. Перенос в клетки слизистой оболочки кишечника по механизму вторично-активного транспорта характерен также для галактозы. Благодаря активному транспорту эпителиальные клетки кишечника могут поглощать глюкозу при ее очень низкой концентрации в просвете кишечника.

Если же концентрация глюкозы  в просвете велика, то она может  транспортироваться в клетку путем  облегченной диффузии. Таким способом может всасываться и фруктоза. Следует отметить, что скорость всасывания глюкозы и галактозы гораздо выше, чем других моносахаридов.

После всасывания моносахариды (главным образом, глюкоза) покидают клетки слизистой оболочки кишечника  через мембрану, обращенную к кровеносному капилляру, с помощью облегченной диффузии. Часть глюкозы  (более половины) через капилляры кишечных ворсинок попадает в кровеносную систему и по воротной вене доставляется в печень. Остальное количество глюкозы поступает в клетки других тканей.

 

Свойства фермента	Ферменты
	Амилаза слюны	Панкриатическая амилаза
Оптимальная среда  действия рН=8,0	нет	да
Расщепляет  α-1,6-гликозидные связи	нет	нет
Активируется  в присутствии NaCl	да	нет
Относится к  классу гидролаз	да	да

 

3.1. образование  и строение липопротеинов. Биологическая роль. Основные пути превращений, роль апротеинов.

Липопротеины - сложные соединения, молекулы которых построены из липидов и белков, связанных между собой посредством гидрофобных и электростатических взаимодействий. Все типы липопротеинов имеют сходное строение - гидрофобное ядро и гидрофильный слой на поверхности. Гидрофильный слой образован белками, которые называют апопротеинами, и амфифильными молекулами липидов - фосфолипидами и холестеролом. Гидрофильные группы этих молекул обращены к водной фазе, а гидрофобные части - к гидрофобному ядру липопротеина, в котором находятся транспортируемые липиды. Некоторые апопротеины интегральные и не могут быть отделены от липопротеина, а другие могут свободно переноситься от одного типа липопротеина к другому. Апопротеины выполняют несколько функций:

- формируют структуру липопротеинов;

- взаимодействуют с рецепторами на поверхности клеток и таким образом определяют, какими тканями будет захватываться данный тип липопротеинов;

- служат ферментами или активаторами ферментов, действующих на липопротеины.

В организме  синтезируются следующие типы липопротеинов: хиломикроны (ХМ), липопротеины очень  низкой плотности (ЛПОНП), липопротеины промежуточной плотности (ЛППП), липопротеины низкой плотности (ЛПНП) и липопротеины высокой плотности (ЛПВП).

Каждый из типов  ЛП образуется в разных тканях и  транспортирует определённые липиды.

Типы липопротеинов	Хиломикроны (ХМ)	ЛПОНП	ЛППП	ЛПНП	ЛПВП
Функции	Транспорт липидов  из клеток кишечника(экзогенных липидов)	Транспорт липидов, синтезируемых в печени (эндогенных липидов)	Промежуточная форма превращения ЛПОНП в  ЛПНП под действием фермента ЛП-липазы	Транспорт холестерола  в ткани	Удаление избытка  холестерола из клеток и других липопротеинов. Донор апопротеинов А, С-П
Место образования	Эпителий тонкого  кишечника	Клетки печени	Кровь	Кровь (из ЛПОНП  и ЛППП)	Клетки печени - ЛПВП-пред-шественники

ЛП хорошо растворимы в крови, не коалесцируют, так как  имеют небольшой размер и отрицательный  заряд на поверхности. Некоторые ЛП легко проходят через стенки капилляров кровеносных сосудов и доставляют липиды к клеткам. Большой размер ХМ не позволяет им проникать через стенки капилляров, поэтому из клеток кишечника они сначала попадают в лимфатическую систему и потом через главный грудной проток вливаются в кровь вместе с лимфой.

Жиры, синтезирующиеся  в клетках кишечника из продуктов  переваривания пищевых жиров, в  этих же клетках включаются в липопротеины, главным образом в хиломикроны (образуется и немного ЛОНП). Ресинтез жиров, а также синтез основного белка хиломикронов – аполипопротина В-48 – происходит в эндоплазматиском ретикулуме, а формирование хиломикронов – в лпастинчатом комплексе.

Затем путем экзоцитоза хиломикроны  попадают в лимфатические капилляры  кишечника, далее через лимфатические сосуды брыжейки – в грудной проток и оттуда через яремную вену – в общий кровоток.

Внутриклеточно образуются предшественники липопротеинов, которые в крови быстро превращаются в зрелые липопротеины. Важным моментом дозревания является обмен поверхностными компонентами между разными липопротеинами. В частности, хиломикроны получают от ЛВП аполипопротеины Е и С-II.

Жиры, образующиеся в печени, упаковываются в липротеины очень  низкой плотности (ЛОНП), которые поступают  в кровь.