Контрольные вопросы по теме занятия. 1
Скачать 213.15 Kb.
|
| Тема: Белки 2. Тканевой обмен аминокислот. Обезвреживание продуктов обмена. Время 3ч. 1. УЧЕБНЫЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕЛИ, МОТИВАЦИЯ ДЛЯ УСВОЕНИЯ ТЕМЫ; ТРЕБОВАНИЕ К ИСХОДНОМУ УРОВНЮ ЗНАНИЙ. Цель занятия: сформировать представления об основных путях метаболизма свободных аминокислот в тканях. Изучить механизмы и значение реакций детоксикации аммиака в норме и при патологии. Освоить методику определения концентрации мочевины в сыворотке крови и моче. В результате проведения занятия студент должен: 1) Знать общие пути превращения аминокислот в клетке; источники и пути обезвреживания аммиака в организме. ЦТК, реакции, ферменты, механизмы регуляции 2) Научиться проводить исследование на колориметре ^ 2.1. Строение, классификация и свойства аминокислот (биоорганическая химия). 2.2. Строение витамина В6 и его активных форм (биоорганическая химия). 2.3. Физико-химические свойства аммиака (неорганическая химия). ^ 1. Основные реакции обмена аминокислот: 1.1. Реакции на радикал: а) гидроксилирование (про, лиз, фен). Механизм микросомального окисления (роль аскорбата, NADPH, цитохрома P450 и др.), примеры, биологическое значение; б) разрыв (механизм, биологическое значение); в) метилирование и др. Кроме индивидуальных путей обмена, известен ряд превращений, общий почти для всех а/к. Это реакции: 1) на радикал (R): - гидроксилирование; - разрыв радикала; - метилирования Гидроксилирование: 1. При синтезе коллагена одновременно с трансляцией происходит гидроксилирование остатков пролина и лизина, катализируется этот процесс проколлаген-гидроксилазами, имеющими в активном центре атомы железа, в качестве кофермента используется аскорбат (витамин С). Симптомы дефицита витамина С, такие, как выпадение зубов, кровоточивость десен или повреждения кожи (цинга), объясняются нарушением биосинтеза коллагенов. Гидроксилирование пролина и лизина происходит в микросомальной дыхательной цепи при помощи цитохрома Р450, при этом один атом кислорода включается в вещество, а другой, связывая водород из среды, входит в состав воды (см. микросомальную дыхательную цепь)  2. При гидроксилировании фенилаланина образуется аминокислота тирозин. Эта реакция катализируется фенилаланингидроксилазой.  ^ Реакции метилирования: Метионин на пути своего распада взаимодействует с АТФ с образованием S-аденозилметионина (SАМ). Эту молекулу называют «активный метионин», поскольку он является донором метильной группы в синтезе многих важных для клетки соединений. П  осле передачи метильной группы образуется S-аденозилгомоцистеин, который путем гидролиза S—С-связи распадается на L-гомоцистеин и аденин. ^  Распад молекулы триптофана до промежуточных продуктов проходит в основном по кинуренин-антранилатному пути, в результате которого после ряда реакций из триптофана образуется никотинамид (витамин РР). Разрыв цепей аргинина приводит к образованию орнитина и мочевины в цикле синтеза мочевины:  2. Реакции на карбоксильную группу: а) декарбоксилирование (на примере гис, тир, трп, глу) – механизм, ферменты, биологическая роль; б) восстановление – ферменты, биологическая роль. Декарбоксилирование аминокислот. Общая схема процесса декарбоксилирования: ^ 2 + CO2 │ NH2 В живых организмах открыто 4 типа декарбоксилирования: 1. Альфа-декарбоксилирование (отщепляется COO-группа, стоящая по соседству с альфа-углеродным атомом. ^ 2-NH2 │ NH2 2. Омега- декарбоксилирование (характерно для микробов). Таким путем из АСП образуется альфа-аланин. HOOC-CH2-CH-COOH ---------> CH3-CH-COOH │ -CO2 │ NH2 NH2 аспартат аланин 3. Декарбоксилирование, связанное с трансаминированием. R1 R2 R1 R2 │ │ │ │ CH-NH2 + C=O ----------->^ 2 │ │ - CO2 │ │ COOH COOH H COOH альдегид новая а/к 4. Декарбоксилирование, связанное с конденсацией молекул. R1 R2 R1 │ │ │ CH-NH2 + CO-S-КоА -----------> CH-NH2 + HSКоА │ - CO2 │ COOH CO-R2 Реакции декарбоксилирования в отличие от других процессов обмена а/к являются необратимыми. Они катализируются специфическими ферментами - декарбоксилазами а/к, каждая из которых состоит из белковой части и простетической группы, представленной пиридоксальфосфатом. Реакции декарбоксилирования аминокислот лежат в основе образования биогенных аминов. Продукты декарбоксилирования ароматических аминокислот и глутаминовой кислоты выполняют роль нейромедиаторов: г  амма-аминомасляная кислота - медиатор тормозных нейронов- образуется путем декарбоксилирования L-глутамата. Эта реакция катализируется пиридоксальфосфат-зависимым ферментом L-глутамат-декарбоксилазой. Она локализована главным образом в нейронах центральной нервной системы, преимущественно в сером веществе головного мозга. В животных тканях с высокой скоростью протекает реакция декарбоксилирования гистидина, катализируемая специфической гистидиндекарбоксилазой:  Гистамин - вазодилятатор, образуется в области воспаления, вызывая расширения сосудов в очаге воспаления, тем самым ускоряет приток лейкоцитов, участвует в секреции HCl, является медиатором боли. В животных тканях с высокой скоростью декарбоксилируются цистеиновая и цистеинсульфиновая кислоты. CH2-SO2H CH2-SO3H │ [O] │ CH-NH2 -----> CH-NH2 │ │ COOH COOH цистеин- цистеиновая к-та сульфиновая к-та │___ CO2 │____ CO2 │ │ CH2-SO2H [O] CH2-SO3H │ -----> │ CH2-NH2 CH2-NH2 гипотаурин таурин (используется для синтеза парных желчных к-т). При декарбоксилировании триптофана образуется биогенный амин триптамин, обладающий сосудосуживающим действием.  При декарбоксилировании тирозина происходит синтез катехоламинов.  Реакция восстановления. Реакцию восстановления карбоксильной группы можно рассмотреть на примере глутаминовой кислоты: образующийся при этом глутамат-гамма-полуальдегид используется в различных реакциях, например, в реакции синтеза пролина из глутаминовой кислоты.  3. Реакции на аминогруппу: а) виды дезаминирования (окислительное, восстановительное, гидролитическое, внутримолекулярное), их медико-биологическое значение; б) прямое окислительное дезаминирование – механизм, ферменты, коферменты, биологическое значение; в) реакции переаминирования – ферменты, коферменты, биологическое значение; г) непрямое окислительное дезаминирование – механизм, ферменты, коферменты, биологическое значение. Виды дезаминирования Возможны четыре механизма прямого дезаминирования:  Окислительное дезаминирование (см. ниже) Восстановительное дезаминирование характерно для микроорганизмов, гидролитическое – для аспарагина и глутамина (в результате образуются аспартат и глутамат), внутримолекулярное – для гистидина (с образованием урокаиновой кислоты). Прямое окислительное дезаминирование характерно для глутаминовой кислоты: ^  Окислительное дезаминирование некоторых аминокислот катализируется флавин-зависимыми дегидрогеназами. Они названы оксидазами аминокислот из-за их способности использовать в качестве конечного акцептора водородов молекулярный кислород с образованием при этом пероксида водорода. В окислительном дезаминировании первая стадия является ферментативной с образованием промежуточного продукта - иминокислоты, которая спонтанно, без участия фермента, распадается на аммиак и альфа-кетокислоту. Этот тип реакций наиболее распространен в тканях. Прямое окислительное дезаминирование характерно для глутаминовой кислоты:  Первая стадия катализируется ферментом глутаматдегидрогеназой (анаэробный фермент). Вторая стадия протекает спонтанно. Реакция обратима: ----> окислительное дезаминирование, <---- восстановительное аминирование. ГДГ - регуляторный, аллостерический фермент с молекулярной массой 312 кД, состоящий из 6 субъединиц, аллостерическими ингибиторами фермента являются АТФ, ГТФ и НАДН+Н+, а активатором является АДФ. ГДГ, обладает высокой активностью. ГДГ локализована в митохондриях и может использовать в качестве кофермента НАД или НАДФ. Работой этого фермента завершается непрямое дезаминирование многих аминокислот и аммиак, высвобождаемый в этой реакции, протекающей в печени, используется для синтеза мочевины.  Этот фермент катализирует и обратную реакцию, обеспечивая аминирование альфа-кетоглутаровой кислоты свободным аммиаком, что важно в механизмах обезвреживания аммиака и позволяет использовать азот аммиака для синтеза аминокислот. Т. о. ГДГ выполняет следующие функции:
Все остальные а/к могут окисляться и дезаминироваться только непрямым путем (т. е. через дополнительную стадию трансаминирования) Механизм трансаминирования: ^  Большинство аминокислот теряют свою аминогруппу не путем описанного выше прямого дезаминирования, а передают аминогруппу на кетокислотный акцептор. Эти реакции катализируются группой ферментов, получивших название трансаминаз. Коферментом их является пиридоксальфосфат. Это главный путь удаления азота у аминокислот. Выделены трансаминазы, катализирующие переаминирование большинства аминокислот. После поступления пищевых аминокислот из воротной вены, например, значительная часть их в печени подвергается переаминированию. Исключением являются аминокислоты с разветвленным углеводородным радикалом, для которых в печени нет соответствующих трансаминаз, о чем говорит более высокая концентрация таких аминокислот в крови, оттекающей от печени по сравнению с концентрацией в крови воротной вены.  ^ - аминогруппы разных донорных аминокислот переносятся на ограниченное число альфа- кетокислотных акцепторов, что позволяет выделить центральный путь метаболизма аминокислот. Большинство трансаминаз использует альфа-кетоглутаровую кислоту как основной акцептор аминогруппы. Трансаминазы же обычно называют по аминокислотам, которые служат донором аминогруппы (как правило альфа-кетоглутаровой кислоты, хотя оксалоацетат и ПВК также можно рассматривать в качестве важных акцепторов аминогрупп). Наиболее изученными трансаминазами являются: a. аланиновая трансаминаза (АЛТ), известна также как глутамат:пируват трансаминаза. Следует заметить, что реакции переаминирования обратимы. В скелетной мышце пируват - главный акцептор для аминогрупп от глутаминовой кислоты, что приводит к образованию больших количеств аланина (последний транспортируется к печени). В печени аланин отдает аминогруппу альфа-кетоглутаровой кислоте, что вновь ведет к образованию ГЛУ. б. аспарагиновая трансаминаза (АСТ), известна как глутамат:оксалоацетат трансфераза. Эта реакция важна для печени, где оксалоацетат действует как акцептор аминогрупп, получаемых от ГЛУ. Продукт реакции аспартат является субстратом для синтеза мочевины. Эта реакция, но протекающая в обратном направлении, важна для сердечной мышцы. Р  оль трансаминаз в перносе аминного азота на мочевину показана на следующем рисунке . ^  В трансаминазной реакции он действует как переносчик аминогрупп в двухступенчатой реакции. Пиридоксальфосфат (ПФ) вначале выполняет функции акцептора аминогруппы от аминокислоты-донора, образуя пиридоксаминфосфат, во второй половине реакции эта аминогруппа переносится на альфа-кетокислотный акцептор, регенерируя пиридоксальфосфат. ^ . Для клинических целей наибольшее значение имеют две трансаминазы: АлАТ и АсАТ. АсАТ АСП + альфа-КТК --------------> ЩУК + ГЛУ АлАТ АЛА + альфа-КТК ------------- > ПВК + ГЛУ В сыворотке крови здоровых людей активность этих трансаминаз в среднем составляет 15-20 Е, по сравнению с десятками и сотнями тысяч единиц во внутренних органах и тканях. Поэтому органические поражения при острых и хронических заболеваниях, сопровождающихся деструкцией клеток, приводит к выходу АсАТ и АлАТ из очага поражения в кровь и их активность в крови возрастает. Наибольшая активность АлАТ приходится на печень, а АсАТ на миокард. Поэтому определение активности АлАТ в сыворотке крови используется для ранней диагностики болезни Боткина, а также ее безжелтушных форм. Высокая активность фермента поддерживается 10-15 дней, затем постепенно снижается. Степень увеличения активности АлАТ коррелирует со степенью тяжести болезни. Определение активности АсАТ используется для ранней диагностики инфаркта миокарда. Причем увеличение активности наблюдается через 24-36 часов и снижается на 3-7 сутки при благоприятном исходе. При повторном инфаркте наблюдается новый пик увеличения активности АсАТ, поэтому этот тест используется не только для диагностики заболевания, но и для проверки эффективности лечения. Для дифференциальной диагностики гепатита и инфаркта миокарда используются коэффициент Де Ритиса: АсАТ К = ----------- = 1,5 - 2 (в норме). АлАТ Если К > 2 (возрастает активность АсАТ) -- инфаркт миокарда. Если К < 0,6 (возрастает активность АлАТ) -- болезнь Боткина. ^ Как уже упоминалось, все аминокислоты (кроме глутаминовой кислоты) могут окисляться и дезаминироваться только непрямым путем (т. е. через дополнительную стадию трансаминирования). ^ (Непрямое окислительное дезаминирование необходимо, т. к. L-оксидазы а/к работают только при pH = 10, а pH организма = 7,4).  Почти все природные аминокислоты сначала реагируют с альфа-кетоглутаратом в реакции трансаминирования с образованием глутамата и соответствующей кетокислоты. Глутамат далее подвергается окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогеназы. Таким образом, непрямое окисление – это окисление, когда аминокислоты подвергаются дезаминированию через стадию образования глутамата. 2. Аммиак, пути его образования и механизмы токсичности. Пути образования аммиака:
Токсичность аммиака: 1. NH3 в тканях протонирован (NH4+), т. е. он связывает H+ и тем самым изменяет КЩБ. 2. NH3 вступает в реакции "насильственного" аминирования альфа- кетокислот, тем самым извлекает из ЦТК важнейшие субстраты и вызывает низко-энергетический сдвиг, т. е. состояние близкое к гипоксическому. 3. NH4+ изменяет соотношение ионов Na+ и K+, т. к. близок к ним по физико-химическим свойствам; следовательно, нарушается водно-электролитный баланс. 4. Обладает нейротоксичностью (изменяет мембранный потенциал нейронов). 5. Способен ингибировать биосинтез белка. Концентрация NH3 в плазме 25 - 40 мМ/л. При накоплении аммиака возникает кома, нечленораздельная речь, иногда смерть. Аммиак - этиологический фактор почечной недостаточности. ^ а) восстановительное аминирование; б) образование амидов (глн и асн); в) аммониогенез; г) биосинтез мочевины, реакции, ферменты, локализация, биологическая роль цикла синтеза мочевины (ЦСМ). Энергетическая емкость ЦСМ. Связь ЦСМ с ЦТК и обменом аминокислот. Роль ЦСМ в регуляции КОС. Пути обезвреживания аммиака: 1. Восстановительное аминирование. +NH3; НАДФ.H2 альфа-КТК ------------------------------> глутамат ^ + ГДГ 2. Образование амидов дикарбоновых кислот: NH3; АТФ ГЛУ -------------------> ГЛН Глутамин- синтетаза NH3; АТФ АСП ------------------> АСН Аспарагин- синтетаза Поскольку ГЛН и АСН выделяются с мочой в небольших количествах, то они являются транспортными формами аммиака. 3. Аммониогенез Основная масса ГЛН (и АСН) захватывается почками, где под влиянием глутаминазы от него отщепляется аммиак. Потом аммиак реагирует с H+ и дает ион аммония NH4+, который экскретируется с мочой. При ацидозе экскреция NH4+ с мочой возрастает, т.к. ацидоз активирует глутаминазу и она активнее отщепляет аммиак от ГЛН, который в свою очередь активнее захватывает H+ и тем самым и тем самым ликвидирует ацидоз. Кроме того при ацидозе происходит потеря Na+ и K+ с мочой. Это приводит к понижению осмотического давления и обезвоживанию ткани. Но этот процесс не развивается благодаря образованию NH4+, который обладает близкими физико-химическими свойствами к свойствам Na+ и K+ и тем самым как бы замещает их, предотвращая нарушение водно-электролитного баланса. Аналогичный процесс может происходить при отщеплении NH3 от АСП под действием аспарагиназы. Биосинтез мочевины.  Биосинтез мочевины - основной механизм обезвреживания аммиака в организме. 90% азота из организма выводится в виде мочевины, причем в норме количество экскретируемой мочевины зависит от количества потребленного белка и обычно составляет 25-30 г в сутки.Печень - единственный орган, клетки которого содержат все ферменты синтеза мочевины и, следовательно, являются главным местом синтеза мочевины в организме. Ферменты, участвующие в ее синтезе расположены в митохондриях и цитозоле. Синтез мочевины – пример циклического метаболического пути. Расходуются в процессе мочевинообразования аспарагиновая кислота и ион аммония (источники аминогрупп молекулы мочевины), диоксид углерода (из бикарбоната) и АТФ. Синтез 1 моля мочевины требует 3 молей АТФ. ^ К  арбамоилфосфат синтезируется в митохондриях в комплексной реакции, которая катализируется карбамоилфосфат синтетазой I. Этот аллостерический фермент активируется N –ацетилглутаминовой кислотой. Потребление 2 молекул АТФ делает синтез карбамоил-фосфата необратимой реакцией. Карбамоилфосфат синтетаза I (КФС-1) катализирует образование карбомоилфосата в митохондриях. Из цитозоля выделена карбомоилфосфатсинтетаза-2 (КФС-2), которая катализирует образование карбомоилфосфата, используемого для синтезе пиримидиновых нуклеотидов.  Образование цитруллина происходит благодаря использованию высокоэнергетического фосфата карбамоилфосфата и катализируется орнитин-карбамоил трансферазой (ОКТ). Продукт реакции цитруллин транспортируется в цитозоль, где завершается образование мочевины. Мочевина - природный антиоксидант (радиопротектор). ^ Суммарная реакция синтеза мочевины: А  спарагиновая кислота + NH3 + CO2 + 3АТФ + 2 H2O мочевина + фумарат + 2АДФ + АМФ + 2Фн + ФФнНа синтез одной молекулы мочевины расходуется 4 макроэргических связи 3-х молекул АТФ: 2 АТФ – на стадии синтеза корбомоилфосфата и одна АТФ – на стадии синтеза аргинино-сукцината (если учитывать, что в данной реакции образуется АМФ, то можно считать энергозатраты этой реакции равной 2 АТФ, т.е. энергетическая емкость ЦСМ равна 4 АТФ). Биологическая роль ЦСМ.
Между циклом мочевинообразования и циклом трикарбоновых кислот устанавливается тесная связь на уровне субстратов ^  Ферменты: 1 - карбамоилфосфатсинтетаза-1. │ 2 - карбамоилфосфаттрансфераза. │ ферменты 3 - аргининосукцинатсинтетаза. │ ЦСМ 4 - аргининосукцинатлиаза. │ 5 - аргиназа. │ 6 - фумараза. │ ферменты 7 - малатдегидрогеназа │ ЦТК 8 - АсАТ│ ферменты 9 - ГДГ │ обмена а/к ^ 1. Краткосрочная: на уровне 1-го фермента, который вместе с 8-ым направляет азот ГЛУ (а значит и всех а/к) в карбамоилфосфат. 2. Долгосрочная: определяется уровнем липолиза, Ац-КоА. Ац-КоА при недостатке углеводов, является наиболее предпочтительным субстратом, чем липиды. Косвенные доводы позволяют предположить, что углеводы и белки (а/к) способны полностью обеспечить энергетический потенциал клетки. ^ Дефицит ферментов орнитинового цикла встречается в популяции с частотой 1 случай на 25000 новорожденных и начинает проявляться в неонатальный период. К настоящему времени описаны врожденные дефекты каждого фермента, участвующего в синтезе мочевины. Все дефекты (за исключением дефицита аргиназы) сопровождаются тяжелой гипераммониемией. Высокий уровень аммиака оказывает токсическое действие на центральную нервную систему. Не поддающаяся лечению гипераммонийемия завершается тяжелым нарушениями психики. ^ 1.3 Врожденные дефекты ферментов ЦСМ, основные клинические проявления. Типы гипераммониемий.
Следующие лечебные мероприятия могут ослабить проявления гипераммониемий:
А  льтернативные пути выведения азота показаны ниже. На рисунке показаны нормальные пути выделения азота аминокислот в форме мочевины и выделение азота при добавлении фенилацетата и бензоата натрия. Введение фенилацетата связывает азот аминокислот в форме глутамина, который затем соединяется с фенилацетатом с образованием фенилацетилглутамина. Введение бензоата связывает азот аминокислот в форме глицина с выделением гиппуровой кислоты. Глицин и глутамин находятся в равновесии с аммиаком.
Гликогенными аминокислотами стали называть аминокислоты, углеродные скелеты которых превращаются в пируват или в промежуточные продукты цикла Кребса (оксалоацетат, альфа-кетоглутаровую кислоту, сукцинил- КоА или фумаровую кислоту) с последующим использованием в реакциях глюконеогенеза..  Кетогенными аминокислотами являются аминокислоты углеродные скелеты которых превращаются в ацетил-КоА или в ацетоацетил-КоА из которых возможно образование кетоновых тел.
Истинно кетогенной кислотой является только ЛЕЙ, остальные не истинные, т. к. часть их углеродных атомов используется для синтеза кетоновых тел, а другая часть для синтеза Гл, поэтому правильнее их будет называть кетогликогенные. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Уметь путем решения ситуационных задач проанализировать наиболее сложные механизмы, лежащие в основе деятельности периферической... | | Общее время занятий: 5 учебных часов (2-й курс, специальности «Лечебное дело», «Педиатрия», «Военно-медицинское дело», «Медико-профилактическое... |
| Охарактеризуйте основные признаки и структуру мировоззрения. Возможно ли и чисто научное мировоззрение? | | Социальный строй и внутриполитическое развитие Киевской Руси в IX – начале XII вв |
| Усилились, ослабли или остались без изменений позиции партийного аппарата в жизни страны после отставки? | | Трудовые отношения и иные отношения, непосредственно связанные с трудовыми, как предмет трудового права |
| Подготовьте план учебно-просветительского занятия по теме: «Здоровый образ жизни» | | Понятие среднего класса. Проблема среднего класса в современном постсоветском обществе |
| Лектор – Георгиева Т. П., доцент кафедры муниципального права и природоохранного законодательства юфу | | Рекомендовано к изданию Комиссией по приемке и аттестации электронных версий учебных и учебно-методических материалов Академии управления... |