Основи біохімії

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВАРІАНТ №1

Основи біохімії



Зміст

1. Теоретичні питання

1.1 Поняття про білки як незамінні компоненти клітини

1.2 Денатурація білків. Ознаки денатурації

1.3 Поняття про первинну структуру білка, характеристика зв'язків, які її стабілізують

1.4 Визначення ферментів. Загальні і відмінні ознаки ферментів та неорганічних каталізаторів

1.5 Специфічність. Види специфічності ферментів

1.6 Що таке коферменти і яка їх функція? Коферменти І класу

1.7 Вітамін Вз (пантотенова кислота). Ознаки авітамінозу, роль в обміні речовин, розповсюдження, добова доза

1.8 Роль в обміні речовин вітаміну Д

1.9 Сульфаніламідні препарати як антивітаміни. Принцип бактерицидної дії

1.10 Характеристика гормонів мозкового шару надниркових залоз

1.11 Механізм прямого і зворотного шляху регуляції функцій ендокринних залоз

1.12 Гіпофункція щитоподібної залози

1.13 Послідовність реакцій ЦТК. Назвати ферменти, які каталізують ці ферменти. 14. Роль ЦТК в обміні речовин

2. Ситуаційні задачі



1. Теоретичні питання

1.1 Поняття про білки як незамінні компоненти клітини

Білки -- це високомолекулярні органічні азотовмісні сполуки. Крімазоту до складу всіх білків входять вуглець, водень і кисень, а також сірка(Сульфур), фосфор, залізо (Ферум), мідь (Купрум) і цинк. Молекулярна масабілків коливається в широких-- від кількох тисяч до сотеньмільйонів. Так, молекулярна маса міоглобіну м'язової тканини становить16900, у той час як білок вірусів грипу має молекулярну масу 332 млн.

Білки виконують багато різних функцій.

Структурна. Білки є основними структурними елементами живихорганізмів. Вони входять до складу сполучної і кісткової тканини. До числанайбільш поширених клітинних білків належать білки мембран, які разом зліпідами утворюють основу клітин.

Каталітична. Найбільшу і найважливішу за своїм біологічнимзначенням групу білків становлять ферменти. На цей час відомо більшетисячі різних ферментів, кожний з яких каталізує певний тип хімічної реакції.

Скорочувальна. Окремі типи білків є обов'язковими компонентамискорочувальних і рухових систем. Наприклад, актин і міозин - основніелементи скорочувальної системи м'язів.

Транспортна. Білки виконують транспортну функцію. Вони можутьзв'язувати і переносити з током крові певні молекули. Гемоглобін, щоміститься в еритроцитах хребетних тварин, переносить від легенівдо тканинкисень, а з тканин до легенів -- вуглекислий газ. Білок міоглобін утримує вм'язах кисень, створюючи таким чином його запаси.

Гормональна. Речовинами білкової природи є численні гормони, якимвластива висока біологічна активність. До них належать соматотропін -гормон передньої долі гіпофіза, що стимулює ріст, інсулін, який утворюєтьсяв острівцевій тканині підшлункової залози і регулює вуглеводний обмін ворганізмі, та ряд інших.Енергетична. Білки виконують в організмі енергетичну функцію. За їхрахунок забезпечується 10-15% енергії.

Захисна. Серед багатьох різних білків, що містяться в живихорганізмах, є білки особливого типу, на яких уперше була показана їх видоваспецифічність. Ці білки називаються антитілами. Вони виробляються ворганізмі у відповідь на появу стороннього білка. Таким чином, білкивиконують захисну функцію в організмі. Вони забезпечують також зсіданнякрові, яке спостерігається при ушкодженні судин. Це обумовлено наявністюв складі крові специфічних білків - фібриногену і тромбіну.

Передача спадкової інформації.

У результаті досліджень, проведених на початку XIX ст., буловстановлено, що білки, які мають велику молекулярну масу, при кислотному гідролізі розпадаються на більш прості, низькомолекулярні органічнісполуки -- амінокислоти, які відрізняються одна від одної за своєю будовою.На цей час відомо понад 150 амінокислот. Проте структурними елементами,або, як їх прийнято називати, "структурними блоками" тваринних білківможуть бути тільки 20 різних а-амінокислот.Слід підкреслити, що всі білки, які виконують найрізноманітнішіфункції, у тому числі і білки, яким властива висока біологічна активність аботоксична дія, містять один і той же набір з 20 амінокислот. Останні самі пособі не мають ні тієї біологічної активності, ні токсичності, яка властивабілкам. Специфічну функцію білкам надає їх просторова конфігурація, яка, усвою чергу, обумовлена певною послідовністю амінокислот у білковіймолекулі. Оскільки структура, фізико-хімічні і біологічні властивості білківзалежать від природи амінокислот, що входять до їх складу, розглянемобудову цих "структурних блоків".



1.2 Денатурація білків. Ознаки денатурації

Денатурація білка пов'язана з глибокими внутрішньомолекулярними змінами його будови, руйнуванням четвертинної, третинної і вторинної структур. Це призводить до втрати білком розчинності, біологічної активності тощо. Деякі чинники, які зумовлюють денатурацію білків, наведені в таблиці.

Чинники, які зумовлюють денатурацію білків
Хімічні	Фізичні
Концентровані кислоти й луги Сполуки важких металічних елементів Органічні розчинники Отрути рослинного й тваринного походження Сечовина у високих концентрація	Високі температури Ультрафіолетове опромінення Рентгенівське й радіоактивне опромінення Механічний вплив (наприклад, вібрація)

Приміром, денатурація білків відбувається у сильнокислому середовищі шлунка. Це сприяє ферментативному розщепленню білків під час перетравлювання їжі. Хімічні опіки шкіри й слизових оболонок також зумовлені денатурацією білків під впливом їдких речовин. Термічні опіки - приклад денатурації білків за високої температури.

Денатурацію білків застосовують для лікування отруєння сполуками важких металічних елементів: Купруму, Плюмбуму тощо. Хворому дають молоко або сирі яйця. Токсичні сполуки денатурують білки молока або яєць й поглинаються їхньою поверхнею.

1.3 Поняття про первинну структуру білка, характеристика зв'язків, які її стабілізують

Первинна структура - це певна послідовність амінокислот у молекулах білків та пептидів, сполучених між собою ковалентними пептидними зв'язками. Первинна структура стабілізується також дисульфідними зв'язками, якщо вони є в білковій молекулі.

Вивчення первинної структури білка складається з кількох етапів. Спочатку визначають амінокислотний склад білка. Для цього здійснюють повний гідроліз білка в запаяних під вакуумом ампулах під дією 6 М розчину НСІ (кислотний гідроліз) або 2-4 М розчину NaOH (лужний гідроліз) при 110 °С протягом 24 год. Добуту суміш амінокислот аналізують за допомогою іонообмінної хроматографії. Для визначення послідовності амінокислот у поліпептидному ланцюгу білок обробляють протеолітичними ферментами (трипсином, хімотрипсином, амінопептидазою, карбоксипептидазою тощо), які гідролізують пептидні зв'язки між певними амінокислотами.

Потім суміш пептидів - продуктів часткового гідролізу - аналізують і визначають амінокислотний склад кожного пептиду, а також послідовність і взаєморозташування пептидів у молекулі білка. При цьому враховують специфічність дії протеолітичних ферментівна поліпептидний ланцюг, беручи до уваги, що трипсин гідролізує пептидні зв'язки, утворені лізином і аргініном, хімотрипсин діє на пептидні зв'язки, утворені ароматичними амінокислотами фенілаланіном, тирозином, триптофаном тощо.

Для вивчення послідовності амінокислотних залишків у молекулах білків Ф. Сенгер розробив стандартний метод визначення N-кінцевих амінокислот. Принципова основа цього методу полягає в тому, що до аміногрупи приєднують хімічну "мітку", яка не відщеплюється під час гідролізу білка. Якщо з гідролізату виділити таку мічену амінокислоту, можна визначити, який амінокислотний залишок розташований на N-кінці поліпептидного ланцюга білка.

Для "мітки" амінокислотних залишків Ф. Сенгер використовував динітрофторбензол (ДНФ). При обробці цим реактивом білка утворюється динітрофеніл-білок (ДНФ-білок):

У подальшому ДНФ-білок гідролізується з утворенням залишку молекули білка і ДНФ-амінокислоти:

ДНФ-амінокислоту виділяють із суміші продуктів гідролізу та ідентифікують за допомогою хроматографії. Залишок молекули білка реагує з новими порціями ДНФ, усі наведені вище реакції повторюються і завершуються ідентифікацією другої амінокислоти. Реакції продовжуються доти, доки вся молекула білка не розпадеться на окремі ДНФ-похідні амінокислот.

Внаслідок тривалої роботи Ф. Сенгер у 1958 р. повністю встановив первинну структуру гормону інсуліну. Виявилось, що інсулін має два поліпептидних ланцюги - А і В, сполучені двома дисульфідними містками. Ланцюг А має 21 залишок, ланцюг В - ЗО залишків амінокислот. Крім того, в ланцюгу А є дисульфідний зв'язок між залишками молекул цистеїну. Цікаво, що існує видова специфічність будови інсуліну, яка виявляється в амінокислотному складі поліпептидного ланцюга А.

Якщо інсулін людини має у 8-, 9- і 10-му положеннях цього ланцюга амінокислотну послідовність залишків амінокислот - Тре -- Сер -- Іле -, то інсулін бика - Ала -- Сер -- Вал -, барана - Ала -- Глі -- Вал -, коня - Тре -- Глі -- Іле -. Інсулін свині має амінокислотну послідовність ланцюга А таку саму, як і у людини, але в 30-му положенні ланцюга В він містить аланін замість треоніну. Відмінність первинної структури препаратів інсуліну, отриманих з підшлункових залоз різних тварин, пояснює неоднакову ефективність цих препаратів під час лікування цукрового діабету.

Для відщеплення та ідентифікації N-кінцевої амінокислоти значного поширення набув також метод, запропонований П. Едманом, що ґрунтується на застосуванні фенілізотіоціанату. Досліджуваний пептид обробляють фенілізотіоціанатом, який взаємодіє з вільною а-аміногрупою N-кінцевої амінокислоти. У кислому середовищі відбувається розрив пептидного зв'язку, утвореного N-кінцевою амінокислотою з рештою пептиду. Внаслідок цієї реакції вивільняється фенілтіогідантоїнова похідна N-кінцевої амінокислоти, а досліджуваний пептид вкорочується на один мономер:

Отже, метод П. Едмана дає змогу послідовно вкорочувати пептиди на один амінокислотний залишок без пошкодження решти поліпептидного ланцюга. Фенілтіогідантоїнову похідну N-кінцевої амінокислоти можна ідентифікувати хроматографічним методом, а послідовність операцій - повторити. Метод дає змогу визначати первинну структуру пептидів та білків (після їх часткового гідролізу трипсином) шляхом послідовного відщеплення N-кінцевих амінокислот. Автоматизація цього методу реалізується в спеціальному приладі - "секвенаторі" (англ. "sequence" - послідовність), що дає змогу досить швидко аналізувати пептидні ланцюги.

Сучасним методом, що дає можливість мітити та ідентифікувати N-кінцеві амінокислотні залишки в пептидах та білках, є також застосування дансилхлориду:

Дансилхлорид здатен реагувати з N-кінцевою амінокислотою, утворюючи дансильну похідну ("дансилування пептидів"). Після гідролітичного розщеплення всіх пептидних зв'язків у досліджуваному пептиді дансилована амінокислота може бути виділена та ідентифікована завдяки її специфічній флуоресценції.

Для ідентифікації С-кінцевих амінокислот у білках та пептидах застосовують гідразиноліз за Акаборі. Згідно з цим методом, досліджуваний полі-пептид обробляють гідразином NH2 - NH2, що веде до розщеплення пептидних зв'язків і утворення гідразидів усіх амінокислот крім С-кінцевої. С-Кінцева амінокислота лишається у вільному стані і може бути виділена з реакційної суміші та ідентифікована.

Використання вищенаведених методів у поєднанні з різними способами розділення пептидів і амінокислот дало змогу встановити первинну структуру багатьох пептидів та білків, зокрема інсуліну (51 амінокислота), міоглобіну (153 амінокислоти), гемоглобіну (574 амінокислоти), рибонуклеази (124 амінокислоти), аспартат-трансамінази (412 амінокислот) тощо.

1.4 Визначення ферментів. Загальні і відмінні ознаки ферментів та неорганічних каталізаторів

Хімічні процеси в організмі каталізуються особливими речовинами (біокаталізаторами), що називаються ферментами, або ензимами. Білкову природу ферментів беззаперечно довівДжеймс Самнер (1926), який отримав перші кристалічні препарати ферменту уреази. Вчення про ферменти - одна з найважливіших проблем сучасної біології і біохімії. Саме тому ХХ ст. називають ще століттям ферментів, бо вчення про них - це дітище цього століття.

Встановлено, що немає жодного процесу в організмі, який би відбувався без участі ферментів. Травлення, енергозабезпечення, побудова структурних компонентів клітин і тканин, ріст, розмноження, м'язове скорочення, згортання крові пов'язані з роботою ферментів.

а хімічною природою ферменти - це білки, що проявляють каталітичні властивості, тобто вони прискорюють перебіг різних хімічних процесів, які відбуваються в живому організмі. Ферментам притаманні всі фізико-хімічні властивості білків: висока молекулярна маса, розщеплення до амінокислот під час гідролізу, утворення колоїдоподібних розчинів; вони не стійкі до впливу високих температур та солей важких металів, проявляють антигенні властивості, піддаються фракціонуванню. Як і білки, ферменти поділяються на прості й складні. Прості, або однокомпонентні, ферменти містять у своєму складі тільки амінокислоти. Наприклад, пепсин, уреаза, РНКаза та інші. Більшість ферментів є двокомпонентними, тобто складаються з білкової і небілкової (простетичної) частин. Їх називають ще голоферментами, а їх складові, відповідно, апоферментами (білкова частина) і простетичною групою, або коферментом (небілкова частина ферменту).

Властивості ферментів як каталізаторів

Ферменти мають ряд властивостей, подібних до небіологічних каталізаторів, але одночасно і відрізняються від них. Спільними для всіх видів каталізаторів є:

1. Вони пришвидшують тільки ті реакції, які можливі з точки зору термодинаміки, тобто ті процеси, що йдуть у напрямку термодинамічної рівноваги, але з малою швидкістю.

2. Вони не змінюють напрямку реакції.

3. Каталізатори збільшують швидкість наближення системи до термодинамічної рівноваги, не змінюючи при цьому точки рівноваги.

4. Відносно не змінюються після реакції, тобто вивільняються і знову можуть реагувати з наступними молекулами субстрату.

5. Усі каталізатори діють у відносно малих концентраціях.

Разом із тим, ферменти як білкові структури мають властивості, відмінні від властивостей каталізаторів неорганічних. Що це за властивості? Для ферментів характерні: специфічність, чутливість до дії сторонніх чинників, залежність дії від рН і t°, ферментам, на противагу іншим каталізаторам, притаманна значно вища каталітична активність. Розглянемо ці властивості.

1.5 Специфічність. Види специфічності ферментів

Специфічність є характерною рисою, що відрізняє ферменти від усіх інших небіологічних каталізаторів. Так, дрібно розпушені платина, залізо чи нікель можуть виступати каталізаторами розкладу перекису водню на воду і кисень. Серед ферментів таку дію проявляє в основному каталаза. Таким чином, ферментам притаманна виражена специфічність дії. Кожен фермент діє на певний субстрат або на певну групу близьких за структурою субстратів чи на певний тип зв'язку в молекулі.

Висока специфічність дії ферментів зумовлена конформаційною й електростатичною комплементарністю між молекулами субстрату і ферменту, а також особливістю структури активного центру ферменту, що забезпечує високу спорідненість із субстратом і вибірковість перебігу однієї якоїсь реакції серед багатьох інших, які здійснюються в клітині. В активному центрі є функціональні групи для зв'язування відповідного специфічного субстрату, а також компоненти, що перетворюють субстрат на продукт реакції. Таку властивість називають субстратною специфічністю ферменту. Завдяки специфічності ферменти не тільки пришвидшують перетворення субстратів, але і визначають напрямок метаболічного процесу.

Ферменти можуть проявляти відносну (групову), абсолютну та просторову, або стереоспецифічність.

Ферментами з відносною специфічністю можуть служити фосфатази, ліпази, протеази та ін. Так, фосфатази здатні гідролізувати різні фосфороорганічні сполуки, наприклад бета-гліцерофосфат, глюкозо-6-фосфат, холінфосфат; ліпаза розщеплює різні жири тваринного і рослинного походження; протеази (пепсин, трипсин та ін.) також гідролітично розщеплюють пептидні зв'язки в білкових молекулах.

Відносна специфічність властива переважно ферментам травної системи, що має важливе біологічне значення, бо економить засоби впливу на субстрати. Спільним для розглянутих вище ферментів є їх дія на однакові зв'язки певної групи субстратів.

Велика кількість ферментів характеризується абсолютною специфічністю, тобто здатністю перетворювати тільки якийсь один субстрат. Прикладом таких ферментів може служити фермент уреаза, що каталізує перетворення сечовини, але не впливає на метилсечовину; фермент аргіназа перетворює аргінін, але не діє на метиларгінін; сукцинатдегідрогеназа окиснює сукцинат, але не діє на малеат.

Усій групі ферментів притаманна стереоспецифічність, тобто здатність впливати на один якийсь із стереоізомерів, наприклад на D- або L-ізомер. Так, ферменти, що каталізують перетворення вуглеводів, діють тільки на D-ізомери, але не впливають на L-ізомери; фермент фумараза каталізує перетворення фумарової кислоти, яка є транс-ізомером, але не діє на цис-ізомер - малеїнову кислоту.

1.6 Що таке коферменти і яка їх функція? Коферменти І класу

Кофермент, або коензим, бере участь у перетворенні субстрату, тоді як апофермент вказує на тип реакції. Коферментом можуть виступати різні за природою низькомолекулярні органічні, а також неорганічні речовини (метали), що здатні зв'язуватись із субстратом і видозмінювати його.

Вітаміни як коферменти

Найчастіше коферментами виступають вітаміни та їх похідні. Наприклад, пірофосфорний ефір вітаміну В1 - ТПФ - є коферментом піруватдегідрогенази, альфа-кетоглутаратдегідрогенази та транскетолази; похідні вітаміну В2 - ФМН, ФАД входять до складу оксидно-відновних ферментів. Сюди ж належать і похідні вітаміну В5 - НАД і НАДФ.

Коферментом переамінування та декарбоксилювання амінокислот є похідні вітаміну В6 - піридоксальфосфат. Вітамін В3 є основою для утворення коферменту А (кофермент ацилювання) та пантотеїнфосфату - коферменту ацилпереносного білка синтезу жирних кислот.

Вітамін В10 в організмі перетворюється на кофермент ТГФК, що бере участь у перенесенні одновуглецевих фрагментів. Із вітаміну В12 утворюється два коферменти - метилкобаламін та дезоксиаденозил-кобаламін, які разом із ТГФК переносять і видозмінюють одновуглецеві фрагменти під час синтезу нуклеїнових кислот у кровотворних органах.

Вітамін Н (біотин) утворює активний кофермент - карбоксибіотин, що бере участь у процесах карбоксилювання. Роль коферментів можуть відігравати і вітаміноподібні речовини - ліпоєва кислота, убіхінон, карнітин та інші. Перша з них входить до складу піруватдегідрогеназного комплексу і бере участь в оксидно-відновному перетворенні альфа-кетокислот. Убіхінон служить проміжним переносником електронів і Н+ в дихальному ланцюзі, а карнітин входить як кофермент до складу трансфераз, що переносять залишки жирних кислот через мітохондріальну мембрану.

Порфіринові коферменти

Ці коферменти за своєю структурою подібні або навіть тотожні гему в гемоглобіні. Вони містять іони металів, зокрема заліза, які можуть змінювати свою валентність (Fe+2 > Fe+3) і за рахунок цього брати участь у перенесенні електронів під час окисно-відновних процесів. Порфіринові коферменти входять до складу таких ферментів, як цитохроми (b, с, а1, а3), каталаза, пероксидаза та ін.

Червоним в центрі молекули показаний активний центр -- комплекс заліза з органічною сполукою порфірином. Іон заліза, переходячи з двох- у трьохвалентний стан і навпаки, може віддавати і отримувати електрони.

Нуклеотидні коферменти

Найчастіше коферментами виступають нуклеозиддифосфати, рідше - нуклеозидмонофосфати. У складі коферментів нуклеозиддифосфати зв'язуються з вуглеводами, ліпідами, амінокислотами тощо. Реакції, в яких беруть участь нуклеотидні коферменти, зводяться до перетворення субстрату в молекулі коферменту. Наприклад, перетворення УДФ-глюкози в УДФ-галактозу (стереоізомеризація). Нуклеотидні коферменти можуть також виступати в ролі донорів субстратів у реакціях переносу груп. Так, УДФ-глюкоза є донором глюкози для біосинтезу глікогену, УДФ-глюкуронова кислота - донор залишку глюкуронової кислоти в реакціях кон'югації (наприклад, білірубіну). ЦДФ-холін може служити донором холіну під час біосинтезу холінфосфатидів.

Коферменти-метали або металовмісні комплекси

Значна кількість ферментів для своєї дії потребує наявності металів. У таких ферментах метали беруть участь в окисно-відновних процесах або відповідають за утворення зв'язку між ферментом і субстратом. Іноді важко з'ясувати, чи даний метал або його іон входить до складу ферменту, чи виконує тільки роль активатора ферменту. В останньому випадку фермент може каталізувати реакцію і без металу. Ферменти, що містять у своєму складі метали, без них не будуть проявляти хімічної активності. Зараз встановлено, що більш ніж 30 % із відомих ферментів є металовмісними або металозалежними. Металоферменти зустрічаються в різних класах ферментів.

Іон металу може входити в активний центр ферменту або бути зв'язаним із залишками амінокислот апоферменту, що розміщені на певній відстані від активного центру. Крім участі в окисно-відновних процесах, про що сказано вище, метали сприяють формуванню вищих структур апоферменту, які також є необхідними для функціонування ферменту. Ці структури стабілізуються шляхом утворення сольових містків між іонами металів і карбоксильними групами амінокислот. Такі функції здебільшого виконують метали постійної валентності.

Наприклад, іони кальцію стабілізують альфа-амілазу, іони цинку- алкогольдегідрогеназу (при відсутності цинку остання дисоціює на субодиниці й втрачає активність).

Коферменти-фосфати вуглеводів

Коферментами можуть бути і деякі фосфати вуглеводів. Наприклад, 2,3-дифосфогліцерат є коферментом фосфогліцеромутази, що перетворює під час гліколізу 3-фосфогліцерат на 2-фосфогліцерат. Для деяких ферментів роль коферменту можуть виконувати пептиди. Зокрема, трипептид глутатіон (глутамілцистеїнілгліцин), що може знаходитись у відновленій або окисненій формі (HS-SH- або -S-S-), виконує функцію коферменту для багатьох оксидоредуктаз, наприклад глутатіонпероксидази.

1.7 Вітамін Вз (пантотенова кислота). Ознаки авітамінозу, роль в обміні речовин, розповсюдження, добова доза

Назва вітаміну В3 (від грец. pantothen - скрізь присутній, всеохоплюючий) свідчить про його значне поширення в природі. Він необхідний для життєдіяльності мікроорганізмів, комах, рослин, тварин і людини.

За хімічною структурою пантотенова кислота являє собою сполуку, утворену з масляної кислоти, яка в альфа- і гамма-положеннях містить ОН-групи, а в бета-положенні - дві СН3-групи, з'єднану амідним зв'язком із бета-аланіном:

Джерелом пантотенової кислоти для людини є кишкові мікроорганізми і продукти харчування. Найбільше її міститься в дріжджах, печінці, курячих яйцях, молоці, м'ясі, стручкових тощо. Добова потреба у вітаміні В3 для дорослої людини складає приблизно 10 мг.

Біологічна функція пантотенової кислоти: вона входить до складу коферменту А (кофермент ацилювання). Кофермент А утворюється в результаті приєднання до СООН-групи бета-аланіну пантотенової кислоти залишку тіоетиламіну та залишку АДФ до гамма-ОН-групи масляної кислоти.

Функціонально активною групою коензиму А (КоА) є кінцева сульфгідрильна група, яка може зазнавати ацилювання з утворенням ацил-КоА або знаходитися в деацильованому стані КоА-SH. Крім того, вітамін В3 входить до складу фосфопантотеїну, що є коферментом ацилпереносного білка синтетази жирних кислот.

Таким чином, значення пантотенової кислоти пояснюється участю 2-х коферментів у багатьох каталітичних процесах, зокрема таких, як окиснення жирних кислот, кетокислот, біосинтез жирних кислот, холестерину, стероїдних гормонів, кетонових тіл, ацетилхоліну. Саме за участь коферменту А в багатьох процесах обміну вуглеводів, жирів і білків його називають основним коферментом у клітинах. Гіповітамінозу В3 у людини не виявлено. Встановлено, що недостатність пантотенової кислои проявляється сповільненням окиснення піровиноградної й альфа-кетоглутарової кислот, ураженням шкіри, посивінням волосся, порушенням функцій центральної нервової системи, зниженням пристосування до факторів зовнішнього середовища.

Практичне застосування. У медицині використовують пантотенат кальцію і КоА для лікування захворювань шкіри, уражень печінки, міокардіодистрофій, а також у парфумерії.

1.8 Роль в обміні речовин вітаміну Д

Вітамін D - спільна назва групи речовин рослинного і тваринного походження, що відносяться до стероїдів і проявляють антирахітну дію. Серед них найактивнішим є вітамін D2 (ергокальциферол) і D3 (холекальциферол).

Перший утворюється із рослинного попередника (провітаміну D2) - ергостеринy, а вітамін D3 - із 7-дегідрохолестерину, що міститься в шкірі людини і тварин. Під впливом ультрафіолетового випромінювання ергостерин перетворюється в ергокальциферол (вітамін D2), а 7_дегідрохолестерин - в холекальциферол (вітамін D3). Воснові їх будови лежить циклічний вуглеводень стеран, який є стереоізомером циклопентанпергідрофенантрену.

Треба мати на увазі, що у здорової людини, яка постійно піддається сонячному опроміненню, вітамін D у шкірі утворюється в достатній кількості. Щодо цього вітамін D не є типовим вітаміном.

Ці вітаміни стійкі до дії високої температури, але руйнуються під впливом мінеральних кислот та окисників. Вагітним та малим дітям рекомендується приймати сонячні ванни або опромінення кварцовими лампами з метою вироблення в шкірі вітаміну D.

Встановлено, що вітамін D не є біологічно активним. Біологічно активні форми його утворюються в печінці і нирках. Кальцифероли, що надходять з їжею, всмоктуються в тонкій кишці за допомогою жовчних кислот. Після всмоктування вони транспортуються в складі хіломікронів у кров, а далі - в печінку. В печінці під впливом ендоплазматичної гідроксилази в місці 25-го вуглецевого атома приєднується кисень з утворенням гідроксильної групи, тобто холекальциферол перетворюється в 25_гідроксихолекальциферол. Останній кров'ю заноситься в нирки, де відповідна гідроксилаза приєднує кисень в першому положенні й утворює 1,25-дигідроксихолекальциферол. Це діюча форма вітаміну D, що має властивості гормону. клітина фермент білок антивітамін

Таким чином, у шкірі під дією ультрафіолетового випромінювання 7_дегідрохолестерин перетворюється в холекальциферол, з нього у печінці утворюється 25-гідроксихолекальциферол, а в нирках - 1,25-дигідроксихолекальциферол. Таких перетворень зазнає як вітамін D2, так і вітамін D3. Формула 1,25-дигідроксихолекальциферолу має такий вигляд:

На обмін речовин вітамін D діє як синергіст паратгормону та антагоніст гормону щитовидної залози - тиреокальцитоніну. Є навіть думка, що активна форма вітаміну D є складовим ліпідним компонентом, який зв'язується з білковою частиною паратгормону. На рис. показана роль вітаміну D3 в обміні кальцію і фосфору.

Активна форма вітаміну D підтримує постійний рівень кальцію і фосфору в крові. У крові здорових людей вміст Са в середньому складає 2,2-2,7 ммоль/л, фосфору - 1,2-2,2 ммоль/л. Вітамін D стимулює всмоктування кальцію і фосфору в кишечнику за допомогою кишкової Са2+-АТФази та кальційзв'язувального білка.

Є припущення, що вплив вітаміну D на активний транспорт кальцію і фосфору реалізується опосередковано шляхом біосинтезу Са-АТФази та кальційзв'язувального білка в кишечнику та ниркових канальцях. Вітамін D сприяє посиленню тканинного дихання і окисного фосфорилювання, а також окисненню вуглеводів до лимонної кислоти. Крім цього, вітамін D стимулює мобілізацію кальцію з кісткової тканини. Таким чином, в загальному дія вітаміну D спрямована на підвищення вмісту іонів кальцію і фосфору в крові.

Нестача вітаміну D в організмі дітей проявляється у вигляді захворювання, яке називається рахітом. В основі цього захворювання лежать зміни обміну фосфору і кальцію, порушення відкладання їх солей у кістковій тканині. Чим молодший вік дитини, тим вища можливість захворювання на рахіт. Це пов'язано з тим, що молодші діти (грудного віку) одержують менше вітаміну D з їжею та меншу дозу ультрафіолетового опромінення. При рахіті загальмовані процеси всмоктування іонів кальцію і фосфатів у кишечнику і реабсорбція їх у нирках. Тому рівень їх у крові знижується (фосфору - на 50 %, кальцію - на 30 % від норми), загальмовується мінералізація кісток, тобто не відбувається відкладання мінеральних речовин на колагенову основу кісток, що ростуть. При рахіті зростає (більш як на порядок) вміст лужної фосфатази крові. Можливо, що це є компенсаторна реакція, спрямована на вирівнювання зниженого вмісту неорганічного фосфату.

Раннім проявом гіповітамінозу D є функціональні розлади центральної нервової системи в дитини, що проявляється переважанням процесів збудження. Трохи пізніше зміни торкаються м'язової системи (знижується тонус м'язів) та кістково-хрящового апарату.

Добова доза вітаміну D для дітей знаходиться в межах 12-25 мкг (500-1000 МО). Для дорослої людини потреба у вітаміні D в десятки разів менша, ніж для дітей. Джерелом вітаміну D є риб'ячий жир, печінка, вершкове масло, жовток яйця.

Починається промисловий випуск активних форм вітаміну D-25-гідроксихолекальциферолу та інших, що мають виражену антирахітну дію. Вітамін D застосовується для профілактики і лікування рахіту та деяких інших захворювань (туберкульоз кісток, шкіри).

При вживанні надмірних кількостей вітаміну D у дітей і дорослих розвивається гіпервітаміноз D. Він проявляється демінералізацією кісток і їх переломами, збільшенням вмісту кальцію і фосфатів у крові. Вони мобілізуються із кісток, всмоктуються із кишечника, реабсорбуються в нирках. Підвищення рівня кальцію і фосфору в крові призводить до кальцифікації внутрішніх органів - легень, нирок, судин тощо.

1.9 Сульфаніламідні препарати як антивітаміни. Принцип бактерицидної дії

Сульфаніламідні препарати -- це синтетичні хіміотерапевтичні засоби, похідні сульфанілової кислоти, які здатні значною мірою пригнічувати розвиток грам-позитивних і грамнегативних бактерій, хламідій, деяких найпростіших і патогенних грибів.

Під впливом сульфаніламідних препаратів спостерігається бактеріостатичний ефект in vivo та in vitro тільки відносно клітин бактерій, що розмножуються. Для протимікробної активності потрібна наявність вільної амінної групи NH2 у 4-му положенні.

Спектр протимікробної дії сульфаніламідних препаратів досить широкий: грам-позитивні та грамнегативні коки, кишкова паличка, шигели, холерний вібріон, кло-стридії, найпростіші (збудники малярії, пневмоцисти, токсоплазми), хламідії (збудники орнітозу), збудники сибірки, дифтерії, чуми, патогенні гриби (актиноміцети, кокцидії), великі віруси (збудники трахоми, пахової гранульоми).

Механізм хіміотерапевтичної дії сульфаніламідних препаратів грунтується на спільній структурі їх з пара- амінобензой-ною кислотою (ПАБК), завдяки чому вони, конкуруючи з нею, залучаються до метаболізму бактерій.

Шляхом конкуренції з ПАБК сульфаніламіди перешкоджають використанню її мікроорганізмами для синтезу кислоти дигідрофолієвої. Кислота дигідрофолієва за участю редуктази перетворюється на метаболічно активний кофермент --кислоту тетрагідрофолієву, що бере участь у процесах синтезу піримідинових основ ДНК та РНК. Мікробна клітина має деяку кількість накопиченої ПАБК, тому дія сульфаніламідів спостерігається після певного латентного періоду, протягом якого відбувається 5,5 ± 0,5 генерації.

Таким чином, конкурентний антагонізм між сульфаніламідами і ПАБК значною мірою переважає в бік ПАБК. Тому для протимікробної дії потрібно, щоб концентрація сульфаніламіду в середовищі перевищувала концентрацію ПАБК у 2000 -- 5000 разів. Тільки втакому разі мікробні клітини будуть поглинати сульфаніламід замість ПАБК. Ось чому сульфаніламідні препарати потрібно вводити у досить значних дозах. Спочатку призначають 0,5 -- 2 г препарату для створення достатньої концентрації в організмі, а потім систематично вводять у дозах, що забезпечать бактеріостатичну концентрацію. Як наслідок, порушується синтез пуринових та піримідинових сполук, нуклеоти-дів і нуклеїнових кислот, що призводить до пригнічення обміну білків мікроорганізмів, порушує розвиток і поділ їхніх клітин.

Застосування сульфаніламідних препаратів у знижених дозах сприяє утворенню штамів мікроорганізмів, стійких до дії препаратів. Протибактеріальна дія сульфаніламідних препаратів знижується за наявності гною, крові, продуктів розпаду тканин організму, в яких містяться в достатніх кількостях ПАБК та фолієва кислота.

Засоби, які внаслідок своєї біотрансфор-мації в організмі утворюють ПАБК (наприклад, новокаїн), а також сполуки, що містять пуринові та піримідинові основи, зменшують протибактеріальну дію сульфаніламідів. І навпаки, ті сполуки, що здатні пригнічувати редуктазу дигідрофолієвої кислоти, є синергістами сульфаніламідів, оскільки порушують наступну стадію метаболізму -- синтез кислоти тетрагід-рофолієвої з дигідрофолієвої. Прикладом може бути, наприклад, триметоприм, який використовують для створення ефективних протимікробних засобів.

1.10 Характеристика гормонів мозкового шару надниркових залоз

Гормони мозкової речовини надниркових залоз адреналін і норадреналін є похідними амінокислоти тирозину. Адреналін, норадреналін і їх попередник дофамін об'єднуються під назвою "катехоламіни". Вони утворюються не тільки у хромафінних клітинах мозкового шару надниркових залоз, а і в симпатичних нервових закінченнях, де служать медіаторами. Норадреналін функціонує у синапсах постгангліонарних волокон нервової системи і у різних відділах ЦНС. Дофамін і адреналін -- медіатори ЦНС. Синтез катехоламінів регулюється за принципом негативного зворотного зв'язку.

Гормони мозкової речовини надниркових залоз проявляють різноманітні ефекти на організм, які реалізують через взаємодію їх з рецепторами типів б і в. Взаємодія адреналіну з бета-адренорецепторами плазматичної мембрани органів-мішеней активує аденілатциклазу, запускаючи через цАМФ і протеїнкінази каскадний механізм фосфорилювання специфічних білків. Зв'язування адреналіну з а2-рецептором призводить до зменшення в клітині цАМФ. Через аденілатциклазну систему адреналін активує глікогенфосфорилазу печінки і м'язів, триацилгліцеринліпазу жирової тканини, інак-тивує глікогенсинтетазу. Розпад глікогену печінки забезпечує підвищення рівня глюкози в крові, а розпад жирів у жировій тканині -- концентрації жирних кислот. Таким чином, мобілізуються субстрати для використання скелетними м'язами і міокардом для роботи у стресових ситуаціях. У м'язових клітинах розпадається як депонований глікоген, так і глюкоза, що надходить з крові, з утворенням молочної кислоти. Норадреналін має порівняно невеликий вплив на розпад глікогену і споживання кисню, а ліполіз стимулює, як адреналін.

1.11 Механізм прямого і зворотного шляху регуляції функцій ендокринних залоз

Схему регуляції ендокринних залоз центральною нервовою системою можна уявити таким чином. Сигнали з зовнішнього або внутрішнього середовища організму поступають у різні відділи центральної нервової системи, і в кінцевому результаті значна частина їх по нервових шляхах поступає в таламус. Нейрони гіпоталамуса здатні виділяти речовини які стимулюють секрецію певного гормона передньої частки гіпофіза. Ці речовини названі рилізинг-факторами або за новою номенклатурою ліберинами. Для деяких гормонів виділяються також гальмуючі або інгібуючі фактори, що називаються статинами. Під дією ліберинів і статинів здійснюється синтез і секреція гормонів гіпофіза, які в свою чергу визначають рівень секреції гормонів інших залоз внутрішньої секреції. Це так званий трансгіпофізарний шлях регуляції ендокринних залоз.

Крім цього, слід відмітити, що в супраоптичних і паравентрикулярних ядрах гіпоталамуса виробляються відповідно вазопресин і окситоцин і через аксони нервових клітин поступають в задню частку гіпофіза, де вони накопичуються і потім секретуються в кров відповідно до потреб. Це - парагіпофізарний шлях регуляції ендокринної залози.

Автономна нервова система також впливає на залози внутрішньої секреції. Найчастіше цей ефект реалізується за допомогою таких механізмів:

а) зміна кровотоку в залозах внутрішньої секреції;

б) безпосередній вплив медіаторів автономної нервової системи на виділення гормонів.

Одним із механізмів, що регулює утворення гормонів на рівні ендокринних залоз, є стан регульованих ними процесів. Так клітини залоз внутрішньої секреції виділяють у кров гормони, що змінюють певні процеси обміну. На утворення гормонів ендокринними залозами впливає стан регульованих ними процесів. Клітини залоз внутрішньої секреції виділяють в кров гормони, що змінюють певні процеси обміну. Як тільки ці зміни досягають певної величини, подальше утворення і виділення гормону зменшується. Регулюючим фактором є і сам рівень того чи іншого гормона в крові - підвищений рівень викликає гальмування секреції. Таким чином спрацьовує принцип зворотнього зв'язку.

1.12 Гіпофункція щитоподібної залози

Щитоподібна залоза секретує два йодовмісних гормони: тироксин або тетрайодтиронін і трийодтиронін. Це йодовані тирозинові залишки тиреоглобуліну - специфічного білка, синтезованого в залозі під впливом тиреотропіну.

Важливим показником діяльності щитоподібної залози є рівень основного обміну, оскільки йодвмісні гормони підвищують основний обмін.

Гормони щитоподібної залози необхідні для розвитку мозку, діяльності центральної і вегетативної нервової системи. Вони підвищують активність симпатичної нервової системи, що проявляється в наростанні збудливості, емоційності, прискорення серцевих скорочень, частоти дихання, потовиділення, а також зменшенні секреції і моторики шлунково-кишкового тракту.

Гіпофункція щитовидної залози виникає в результаті відсутності або зменшення синтезу гормонів щитовидної залози. Це може бути викликано природженою відсутністю щитовидної залози, повним або частковим хірургічним видаленням щитовидної залози, передозуванням ліків, які впливають на щитовидну залозу, пошкодженням залози в результаті запального процесу або дії радіації (наприклад, опромінення шиї або грудної клітки рентгенівськими променями після проведеного раніше лікування гіперфункції щитовидної залози радіоактивним йодом). Гіпофункція щитовидної залози може також виникати з причин, не пов'язаних з власне залозою, а саме в результаті пошкодження гіпофіза або гіпоталамуса, що викликає відсутність або порушення продукції гормонів, стимулюючих щитовидну залозу (TSH і TRH) (вторинна гіпофункція щитовидної залози).

Прояви гіпофункції, незалежно від її причини, схожі: уповільнення всіх метаболічних процесів в організмі; у дітей відбувається запізнення в розвитку, вони мають характерний зовнішній вигляд - відкритий рот, великий язик, суха лущиться шкіра (часто симптомом гіпофункції буває пупкова грижа в результаті ослабленности м'язів живота).

Однією із форм гіпофункції щитовидної залози є ендемічний зоб, що розвивається при недостатньому надходженні в організм йоду в певних районах, де низький його вміст у воді і грунтах. При ендемічному зобі низька концентрація в крові тиреоїдних гормонів призводить за принципом зворотного зв'язку до підвищеної секреції тиреотропіну гіпофіза, який стимулює розростання щитовидної залози до таких розмірів, поки не встановиться рівновага між розмірами залози і використанням невеликої кількості йоду. Такий компенсаторний механізм до певного часу забезпечує достатню концентрацію тиреоїдних гормонів і рівень основного обміну. Але далі переважає розростання сполучної тканини залоз і розвивається гіпотиреоз. Для попередження розвитку ендемічного зоба кухонну сіль збагачують йодидами, вживають морські продукти.

1.13 Послідовність реакцій ЦТК. Назвати ферменти, які каталізують ці ферменти. 14. Роль ЦТК в обміні речовин

Цикл трикарбоновых кислот (цикл лимонной кислоты,цикл Кребса) - аэробный метаболический цикл, в котором ацетил-КоА (ключевой метаболит обмена углеводов, белков, жиров) окисляется до СО2 с образованием атомов водорода, которые используются в дыхательной цепи митохондрий для получения АТФ в процессе окисли-3тельного фосфорилирования.

1. Образование цитрата (лимонной кислоты) происходит при взаимодействии ацетил-КоА с оксалоацетатом и идет при участии цитратсинтазы.

2.Превращение цитрата в изоцитрат катализируется ферментом аконитазой и состоит из двух этапов. Вначале происходит дегидратация лимонной кислоты с образованием цисаконитовой кислоты, а потом к цис-аконитовой кислоте вновь присоединяется молекула воды с образованием уже изолимонной кислоты.

3.Окисление изоцитрата до б -кетоглутарата происходит при участии НАД-зависимойизоцитратдегидрогеназы, которая является регуляторным ферментом, положительным модулятором которого является АТФ, отрицательным - НАДН2. Образовавшийся НАДН2 далее окисляется в дыхательной цепи митохондрий с генерацией 3 молекул АТФ. В митохондриях имеется еще и НАДФ-зависимая изоцитратдегидрогеназа, так что при окислении изоцитрата образуется не только НАДН2 а и НАДФН2.

4.Окисление б-кетоглутарата до сукцинил-КоА происходит путем окислительного

декарбоксилирования при участии мультиэнзимного б-кетоглутаратного комплекса, который подобен пируватдегидрогеназному комплексу. В результате образуется сукцинил-КоА и НАДН2 (последний окисляется в дыхательной цепи с генерацией 3 молекул АТФ).

5. Деацилирование сукцинил-КоА идет под влиянием сукцинил-тиокиназы. За счет

энергии расщепления макроэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА образуется ГТФ (гуанозинтрифосфат) макроэргическое соединение, подобное АТФ. Далее ГТФ в нуклеозид-фосфокиназной реакции способен превратится в АТФ.

6.Окисление сукцината в фумарат происходит при участии ФАД-зависимой сукци-

натдегидрогеназы. Образовавшийся ФАДН2 окисляется в дыхательной цепи с генерацией 2 молекул АТФ.

7.Превращение фумаровой кислоты в яблочную (малат) осуществляется под влиянием фермента фумаратгидратазы.

8.Окисление малата до оксалоацетата (щавелевоуксусной кислоты) происходит под влиянием НАД-зависимой малатдегидрогеназы. Образовавшийся НАДН2 окисляется в дыхательной цепи с генерацией 3 молекул АТФ. В митохондриях имеется еще и НАДФ-зависимая малатдегидрогеназа, которая продуцирует НАДФН2. Оксалоацетат - конечный продукт ЦТК может вступить во взаимодействие с новыми молекулами ацетил-КоА. 4

Энергетический баланс ЦТК. В ЦТК образуется 2 молекулы СО2 (в изоцитратдегид-рогеназной и б-кетоглутаратдегидрогеназной реакциях) и 3 молекулы НАДН2 и одна молекула ФАДН2. Окисление НАДН2 в дыхательной цепи митохондрий дает по 3 молекулы АТФ на каждую молекулу НАДН2 и по 2 молекулы АТФ на каждую молекулу ФАДН2. Одна молекула АТФ образуется за счет субстратного фосфорилирования на этапе превращении сукцинил-КоА в сукцинат. Таким образом, при полном окислении 1 молекулы ацетил-КоА до СО2 и Н2О генерируется 12 молекул АТФ. ЦТК регулируется через изменение активности аллостерических ферментов цитратсинтетазы; изоцитратдегидрогеназы; альфа-кетоглутаратдегидрогеназы. Они активируются АДФ, но ингибируются АТФ, НАДН2, сукцинил-КоА, длинноцепочечными ацил-КоА.

Значение ЦТК. 1.Интегративное - цикл Кребса объединяет пути катаболизма углеводов, белков и жиров, т.к. в нем утилизируется молекулы ацетил-КоА, образующиеся при расщеплении этих веществ.

2.Энергетическое. При расщеплении 1 молекулы ацетил-КоА до конечных продуктов (СО2 и Н2О) генерируется 12 молекул АТФ.

3.Амфиболическое (двойственное). В ЦТК происходит не только катаболические процессы - окисление ацетил-КоА. Субстраты ЦТК используются и для реакций синтеза (анаболические процессы). Так, из оксалоацетата синтезируется аспарагиновая кислота; из б-кетоглутаровой кислоты - глутаминовая; из оксалоацетата - фосфоэнолпируват.

4.Гидрогендонорное. Реакции дегидрирования происходящие в ЦТК служат источником атомов водорода (НАДН2) для дыхательной цепи. В ЦТК образуется и НАДФН2 (НАДФ-

зависимые изоцитрат- и малатдегидрогеназы), который далее используется как восстановитель при синтезе жирных кислот, стероидных гормонов, окислении ксенобиотиков.

Анаплеротические реакции - это реакции клеточного метаболизма, повышающие концентрацию субстратов ЦТК, образуя их в других метаболических путях. Например:

1.Образование б -кетоглутарата и оксалоацетата в реакциях трансаминирования аминокислот;

2.Образование б-кетоглутарата в глутаматдегидрогеназной реакции; 3.Образование оксалоацетата из пирувата в пируваткарбоксилазной реакции.



2. Ситуаційні задачі

1. У дитини 1-річного віку спостерігається розумова відсталість, психічні порушення. Підозрюють спадкове захворювання фенілкетонурію. При цьому захворюванні із сечі виділяється велика кількість фенілаланіну. Якими методами можна виявити цю амінокислоту в тканинах?

В сироватці крові підвищеної концентрації фенілаланіну за допомогою мікробіологічного тесту Гатрі і його аналогів. Для виявлення в сечі фенілпіровіноградной кислоти та інших кетонових кислот використовують пробу Фелінга з 5-10% розчином FeCI3 або застосовують індикаторні папірці "Феністікс", "Біофан" та ін Проба вважається позитивною при появі синьо -зеленого фарбування.

2. Білковий коефіцієнт крові інфекційного хворого в стадії одужання дорівнює 1. 0, у хворого токсичним гепатитом цей показник змінюється аналогічно. Які причини відхилення білкового коефіцієнта від норми в обох випадках?

3. Що таке органоспецифічність ферментів? Назвіть органоспецифічність АсАТ, АлАТ, амілази, пепсину, трипсину.

4. У жінки, 62 роки, розвинулася катаракта (помутніння кришталика) на фоні цукрового діабету. Вказати, посилення якого процесу при діабеті є причиною помутніння кришталика ?

5. Глюкокортикоїди використовуються лікарями лікувальної фізкультури для активації протеосинтезу у спортсменів. Вказати ділянку в ланцюзі Гормон-Ген-Білок (фермент), на яку впливають глюкортикоїди ?

Размещено на Allbest.ru

...