Контрольная работа по "Биохимия"

Переваривание углеводов начинается в ротовой  полости при участии гидролитических  ферментов слюны. Гидролиз ферментами слюны продолжается в желудке (сбраживание углеводов пищевого комка предотвращается соляной кислотой желудочного сока). В двенадцатиперстной кишке полисахариды пищи (крахмал, гликоген и др.) и сахара (олиго- и дисахариды) расщепляются при участии α-глюкозидаз и других гликозидаз сока поджелудочной железы до моносахаридов, которые всасываются в тонкой кишке в кровь. Скорость всасывания углеводов различна, быстрее всасываются глюкоза и галактоза, медленнее - фруктоза, манноза и другие сахара.

Транспорт углеводов через эпителиальные клетки кишечника и поступление в клетки периферических тканей осуществляются с помощью особых транспортных систем, функция которых заключается и переносе молекул сахаров через клеточные мембраны. Существуют особые белки-переносчики - пермеазы (транслоказы), специфические по отношению к сахарам и их производным. Транспорт углеводов может быть пассивным и активным. При пассивном транспорте перенос углеводов осуществляется по направлению градиента концентрации, так что равновесие достигается тогда, когда концентрации сахара в межклеточном веществе или межклеточной жидкости и внутри клеток выравниваются. Пассивный транспорт сахаров характерен для эритроцитов человека. При активном транспорте углеводы могут накапливаться в клетках и концентрация их внутри клеток становится выше, чем в окружающей клетки жидкости. Предполагают, что активное поглощение сахаров клетками отличается от пассивного тем, что последнее является Na⁺-независимым процессом. В организме человека и животных активный транспорт углеводов происходит главным образом в клетках эпителия слизистой оболочки кишечника и в извитых канальцах (проксимальных отделах нефрона) почек.

Регуляция углеводного  обмена осуществляется при участии  очень сложных механизмов, которые  могут оказывать влияние на индуцирование или подавление синтеза различных ферментов углеводного обмена либо способствовать активации или торможению их действия. Инсулин, катехоламины, глюкагон, соматотропный и стероидные гормоны оказывают различное, но очень выраженное влияние на разные процессы углеводного обмена. Так, например, инсулин способствует накоплению в печени и мышцах гликогена, активируя фермент гликогенсинтетазу, и подавляет гликогенолиз и глюконеогенез. Антагонист инсулина - глюкагон стимулирует гликогенолиз. Адреналин, стимулируя действие аденилатциклазы, оказывает влияние на весь каскад реакций фосфоролиза. Гонадотропные гормоны активируют гликогенолиз в плаценте. Глюкокортикоидные гормоны стимулируют процесс глюконеогенеза. Соматотропный гормон оказывает влияние на активность ферментов пентозофосфатного пути и снижает утилизацию глюкозы периферическими тканями. В регуляции глюконеогенеза принимают участие ацетил-КоА и восстановленный никотинамидадениндинуклеотид. Повышение содержания жирных кислот в плазме крови тормозит активность ключевых ферментов гликолиза. В регуляции ферментативных реакций У. о. важную цель играют ионы Са²⁺, непосредственно или при участии гормонов, часто в связи с особым Са²⁺- связывающим белком - калмодулином. В регуляции активности многих ферментов большое значение имеют процессы их фосфорилирования - дефосфорилирования.

53. Внутриклеточный  обмен липидов. Напишите уравнение  реакции образования тристеарина

Для переваривания  липидов в желудочно-кишечном тракте необходимыми являются следующие условия:

1) наличие гидролизующих липиды липолитических ферментов;

2) оптимальное для проявления высокой каталитической активности липолитических ферментов значение рН среды (нейтральное или слабощелочное);

3) наличие эмульгаторов.

Все перечисленные  условия создаются в кишечнике человека. Слюнные железы не способны продуцировать ферменты, гидролизующие жиры, вследствие чего в ротовой полости заметного переваривания жиров не происходит. В желудке взрослого человека переваривания жиров также не происходит, так как рН желудочного сока близок к 1,5, а оптимум рН среды для действия желудочного липолитического фермента – липазы находится в пределах 5,5–7,5. Следует отметить, что рН желудочного сока у новорожденных детей составляет около 5,0, что способствует перевариванию эмульгированных триацилглицеринов молока желудочной липазой. В кишечнике происходит нейтрализация соляной кислоты желудочного сока бикарбонатами кишечного сока и эмульгирование жиров. Эмульгирование липидов осуществляется выделяющимися в процессе нейтрализации пузырьками СО2 с участием натриевых или калиевых солей желчных кислот – холевой, 7-дезоксихолевой, глицинхолевой, таурохолевой и других в качестве поверхностно-активных веществ. Желчные кислоты поступают в кишечник из желчного пузыря в составе желчи. Эмульгированию способствуют также соли жирных кислот (мыла), образующиеся пригидролизе липидов. Но основная роль поверхностно-активных веществ в эмульгировании жиров принадлежит желчным кислотам. Анионы желчных кислот резко уменьшают поверхностное натяжение на границе раздела фаз жир – вода, стабилизируют образовавшуюся эмульсию и образуют с жирными кислотами транспортный комплекс, в составе которого осуществляется их всасывание в стенки кишечника. Кроме того, желчные кислоты выполняют функцию активаторов липолитических ферментов.

Триацилглицерины, составляющие основную массу липидов  пищи, гидролизуются под действием панкреатической липазы, которая поступает в кишечник в неактивном виде, а затем активируется желчными кислотами. Активная липаза имеет гидратированный гидрофильный участок и гидрофобную головку, контактирующую с триацилглицеринами на поверхности раздела фаз, где и происходит постадийный гидролиз

В ходе гидролиза на первых стадиях быстро гидролизуются сложноэфирные связи 1 и 3, а затем медленно идет гидролиз 2-моноацилглицерина. Образующийся 2-моноацилглицерин затем может всасываться стенкой кишечника и использоваться на ресинтез специфических для данного вида организмов триацилглицеринов.

В гидролизе  фосфолипидов принимают также участие фосфолипазы. Поступающие с пищей эфиры холестерина, которыми богаты некоторые продукты (желток яиц, сливочное масло, икра и др.), гидролизуются холестеролэстеразой до свободного холестерина и жирных кислот. Холестеролэстераза проявляет свою активность только в присутствии желчных кислот.

Продукты гидролитического расщепления всех пищевых липидов всасываются в кишечнике. Глицерин и жирные кислоты с короткой углеродной цепью (до 10–12 атомов С) хорошо растворимы в воде и переходят в кровь в виде водного раствора. Длинноцепочечные жирные кислоты (более 14 атомов С) и моноацилглицерины не растворимы в воде, поэтому всасываются при участии желчных кислот, фосфолипидов и холестерина, образующих в кишечнике смесь состава 12,5: 2,5: 1,0, соответственно. В результате формируются мицеллы из продуктов гидролиза липидов, окруженных гидрофильной оболочкой из холестерина, фосфолипидов и желчных кислот. В последующем мицеллы распадаются, желчные кислоты снова возвращаются в кишечник, совершая 5–6 таких циклов ежесуточно.

Липиды, прежде чем поступить в лимфу, в кишечной стенке подвергаются ресинтезу, т.е. превращению  в триацилглицерины. Важность этого процесса заключается в том, что вновь синтезированные специфические жиры отличаются по физико-химическим показателям от пищевых липидов и наиболее пригодны для данного организма. Поскольку все различия в составе триацилглицеринов определяются составом жирных кислот, то при ресинтезе липидов используются собственные жирные кислоты с длинной цепью, которые синтезируются в кишечнике из предшественников (лишь часть всосавшихся жирных кислот пригодна для ресинтеза). Жирные кислоты образуют ацил-КоА, а затем ацильные остатки переносятся на моноацилглицерин при участии трансацилаз, с последовательным образованием из моноацилглицерина ди- и триацилглицеринов. Транспорт холестерина и ресинтезированных липидов осуществляется в составе липопротеинов, белковая часть которых (аполипопротеина) придает им растворимость в водных средах.

Внутриклеточный гидролиз липидов

В тканях происходит непрерывное обновление липидов. Период полупревращения триацилглицеринов, играющих важную энергетическую роль в организме, колеблется от 2 до 18 суток. Другие липиды (фосфо-, сфинго-, гликолипиды и холестерин) преимущественно выполняют роль компонентов биологических мембран и обновляются менее интенсивно. Обновление липидов требует их предварительного внутриклеточного ферментативного гидролиза – липолиза. Принято считать, что триацилглицерины выполняют в обмене липидов роль, аналогичную той, которую выполняет гликоген в обмене углеводов, а высшие жирные кислоты по своей энергетической ценности напоминают глюкозу. При физической нагрузке и других состояниях организма, требующих повышенных энергетических затрат, увеличивается потребление триацилглицеринов жировой ткани как энергетического резерва. Однако в качестве источника энергии могут использоваться только свободные жирные кислоты. Поэтому триацилглицерины сначала гидролизуются до глицерина и свободных жирных кислот под действием специфических тканевых липаз. Этот процесс контролируется центральной нервной системой и запускается с помощью ряда гормонов (адреналин, норадреналин и др.), которые активируют гормоночувствительную триацилглицеринлипазу. Триацилглицеринлипаза расщепляет триацилглицерин на диацилглицерин и жирную кислоту. Затем при действии ди- и моноацилглицеринлипаз происходит дальнейший липолиз до глицерина и жирных кислот.

Образующийся в результате липолиза глицерин может участвовать в глюконеогенезе или включаться в гликолиз с предварительным образованием глицерол-3-фосфата под действием глицеролкиназы и при участии АТФ:

Затем под действием  дегидрогеназы глицерол-3-фосфат превращается в триозофосфаты, которые, собственно, и вовлекаются в глюконеогенез  или гликолиз.

Жирные кислоты  в составе белкового комплекса с альбумином крови поступают в клетки различных тканей и органов, где подвергаются окислению.

СH2(OH)-CH(OH)-CH2(OH) + C17H35COOH = CH2-O-CO-C17H35

                                   |

                                  CH-O-CO-C17H35  + H2O

                                   |

                                  CH2-O-CO-C17H35

69. Химический  состав нервной ткани. Напишите  уравнение реакции образования  лецитина и кефалина

Нервная ткань  состоит из многих типов клеток, обладающих разнообразными специфическими функциями. Это вносит определенные трудности в знакомство с основами молекулярных процессов, протекающих в нервной ткани. Можно выделить несколько основных задач, решение которых лежит в области биохимии нервной ткани:

а) изучение молекулярных основ проведения возбуждения по аксону;

б) изучение молекулярных основ синаптической передачи;

в) изучение особенностей метаболизма белков, липидов, углеводов, обеспечивающих выполнение основных функций  нервной ткани;

г) изучение молекулярных основ обработки информации и ее хранения;

д) изучение молекулярных основ взаимодействия между клетками нервной ткани и других тканей организма;

Химический  состав нервной ткани

Основным его  компонентом является вода, причем в сером веществе её больше, чем  в белом. Сухой остаток представлен  белками, липидами и минеральными веществами. Среди них в белом веществе мозга особенно много липидов - 17%. Доля белков в сером и белом веществе мозга приблизительно одинакова, она составляет, соответственно, 8 и 9%.

Миелиновая  оболочка - производная плазматической мембраны глиальных клеток (олигодендроглиальных). В расчете на сухую массу содержание липидов в миелине 70-80%, белков - 20-30%. Вода составляет 40% от массы свежей ткани. То есть по сравнению с другими плазматическими мембранами в миелине содержание липидов в 2 раза выше.

Липидов, специфичных  для миелина, как таковых, не существует. Но миелин заметно отличается от других мембран по количественному содержанию липидов. Следует отметить высокое  содержание цереброзида и пониженное количество ганглиозидов и фосфолипидов. Для миелиновой мембраны типично значительное содержание цереброзидов, причем увеличение их количества во время развития эмбриона коррелирует с процессом миелинизации. И наоборот, содержание цереброзидов оказывается явно меньше, если в процессе миелинизации происходят патологические нарушения Миелин периферических нервов имеет подобное строение, но содержит меньше лецитина и больше сфингомиелинов. Период полураспада липидов колеблется от 5 недель (фосфатидилинозитол) до 2-4 месяцев (фосфатидилхолин, фосфатидилсерин) или до года (фосфатидилэтаноламин, холестерол, цереброзиды, сульфатиды, сфингомиелин). Следствием высокого содержания липидов является малый процент белка. Время полураспада белков миелина составляет около 1 месяца.

Особенности метаболизма нервной ткани

Клетки нервной  ткани характеризуются постоянно  высоким потреблением АТФ, затрачиваемой  на процессы биосинтеза белков и липидов  мембран, на процессы поддержания мембранного  потенциала. У человека массой 70 кг мозг массой около 1.5 кг использует 20% кислорода, потребляемого всем организмом. Скорость кровотока в мозге зависит от уровня кислорода и углекислоты в крови. При повышении pCO2 кровоток может достигнуть максимума 90 мл/100 г ткани/мин (в обычном состоянии эта величина составляет 55-65 мл). Снижение кровотока или снижение кислорода в тканях (гипоксия или аноксия) приводит к повреждению клеток нервной ткани. Чувствительность к кислороду варьирует у клеток разных отделов мозга и зависит от возраста. В среднем потребляется 3.5 мл кислорода на 100 г нервной ткани в минуту. Основным потребителем кислорода является процесс окисления углеводов (95% всего используемого кислорода). В мозге за 1 минуту образуется 4.1021 молекул АТФ.

Остальная часть  кислорода используется альтернативными  путями, одним из которых может быть образование активных форм кислорода. Высокое потребление кислорода в нервной ткани, несомненно, сопровождается повышенным образованием таких форм, а это может вызывать опасность повреждения клеток нервной ткани. Этому же способствуют и еще ряд условий. Прежде всего, это особенности химического состава нервной ткани, отмеченные выше. Нервная ткань характеризуется высоким содержанием липидов, богатых ненасыщенными жирными кислотами. Известно, что ненасыщенные связи в этих молекулах легко подвергаются воздействию активных форм кислорода с образованием перекисных соединений. В цереброспинальной жидкости мало церулоплазмина и трансферрина - белков, способных связывать металлы (медь и железо соответственно). Эти металлы в несвязанном состоянии могут способствовать образованию наиболее токсической формы кислорода - гидроксильного радикала. Более того, нервная ткань богата негеминовыми формами железа, способствующими образованию этих радикалов. Сюда следует добавить, также, возможности появления железа из гемоглобина при небольших геморрагиях в нервной ткани, что усиливает образование токсических форм кислорода.

Лецитины - сложные эфиры аминоспирта холина и диглицеридфосфорных кислот; являются важнейшими представителями фосфолипидов. При расщеплении лецитинов образуются высшие жирные кислоты, глицеро-фосфорная кислота и холин. Фосфатидилхолины - (1,2-диацил-sn-глицеро-3-фосфохолины, лецитины), соединения общей формулы ROCH2-CH(OR')CH2OP(O)(O')O(CH2)2N(CH3)3, где R-обычно ацил насыщенной, R'-ненасыщенной кислоты с 16-24 атомами С в цепи (преобладают кислоты С16 и С18).