Биохимия. Лекции

      Обмен липидов

      В тканях организма происходит непрерывное  обновление липидов. Основную массу липидов тела человека составляют триглицериды, которыми особенно богата жировая ткань. В виде включений триглицериды имеются в большинстве тканей и органов. Поскольку липиды выполняют энергетическую функцию, то процессы их обновления связаны с мобилизацией и депонированием их в процессе образования энергии. Обмен фосфолипидов недостаточно изучен, но имеется мнение, что их обновление связано прежде всего с процессами восстановления структуры мембран.

      Катаболизм липидов

      Обновление  липидов тканей и органов организма  требует предварительного внутриклеточного ферментативного их гидролиза.  Для этого необходимы липолитические ферменты и эмульгаторы (детергенты).

      Гидролиз  триглицеридов проходит в два этапа. На первом этапе происходит гидролиз внешних сложноэфирных связей, ускоряет этот процесс фермент липаза. Гидролизу подвергаются только молекулы эмульгированных жиров.  Основными эмульгаторами жиров в организме человека являются желчные кислоты.

      Гидролиз  жиров в незначительной тепени начинается в  желудке, а в основном происходит в тонком кишечнике.  Первичное  эмульгирование  происходит в кишечнике  под влиянием пузырьков углекислого  газа, выделяющихся при нейтрализации соляной кислоты желудочного сока. При продвижении пищи в полости кишечник жиры дробятся на мелкие капли, которые эмульгируются с помощью желчных кислот и моноацилглицеролов.

      К желчным кислотам относятся в  основном следующие производные холановой кислоты: холевая, дезокстхолевая, хенодезоксихолевая, литохолевая, их натриевые соли

      В клетках организма человека функционирует несколько видов липаз, имеющих разную локализацию и оптимум рН. В лизосомах локализованы кислые липазы (липазы, проявляющие максимальную активность в кислой среде), в цитоплазме — нейтральные, в микросомах — щелочные. Активация липаз происходит по механизму фосфорилирования — дефосфорилирования, как и у гликогенфосфорилазы. Гидролиз триглицеридов называется липолизом.

      В результате гидролиза триглицеридов  образуется глицерин и три молекулы высших жирных кислот.образовавшиеся желчные кислоты плохо растворяются в воде и  всасываются ворсинками кишечника то лько вкомплексе с желчными кислотами. После всасывания этот комплекс разрушается. Постоянная циркуляция желчных кислот, вырабатываемых печенью в ограниченном количестве (2,8-3,5 г) в сутки,  обеспечивает большое количество всасываемых жиров.

      Гидролиз  фосфатидов. Фосфатиды распадаются  на соответствующие структурные компоненты: глицерин, ВЖК, фосфорную кислоту и азотистое основание. Процессы гидролиза сложноэфирных связей в молекуле фосфатидов ускоряются различными по  специфичности фосфолипазами. В зависимости от того, гидролиз какой сложноэфирной связи катализирует фосфолипаза, ее называют А₁ , А₂, С, D.

      Продукты  гидролиза триглицеридов и фосфатидов подвергаются дальнейшим метаболическим превращениям.

      Обмен глицерина может осуществляться несколькими путями. Значительная часть образовавшегося при гидролизе липидов глицерина используется для ресинтеза триглицеридов. Второй путь обмена глицерина — включение продукта его окисления в гликолиз или в глюконеогенез. Независимо от пути обмена начальным этапом является процесс фосфорилирования глицерина, донором фосфатной группы является молекула АТФ.

      Большая часть а- глицерофосфата используется для синтеза триглицеридов. Обмен глицерина тесно связан с гликолизом, во второй этап которого вовлекаются его метаболиты.

      Окисление жирных кислот. В 1904 г. Ф. Кнооп показал, что в митохондрии в ходе окисления происходит постепенное уменьшение на два углеродных атома с карбоксильного конца высшей жирной кислоты. Ф. Кнооп назвал механизм окисления ВЖК b-окислением. Дальнейшие исследования, проведенные А. Ленинджером, Ф. Линеном, Д. Грином, С. Очоа и другими учеными, уточнили и развили представления о b-окислении высших жирных кислот.

      Первым  этапом распада жирных кислот является их активирование; этот процесс катализируется ацил-КоА-синтетазой, которая локализована в мембранах эндоплазматической сети и в наружной мембране митохондрий.

      Поскольку процесс активирования ВЖК идет вне митохондрий, то далее необходим транспорт ацила через мембрану внутрь митохондрий. Транспорт происходит с участием находящегося на внешней стороне мембраны карнитина, на который передается ацил с ацил-КоА из цитоплазмы клетки. Затем ацилкарнитин диффундирует через мембрану митохондрии и передает свой ацил ко-энзиму А, находящемуся в матриксе митохондрии. Перенос ацила между КоА и карнитином является ферментативным процессом, катализируемым ацил-КоА-карнитин-трансферазой.

      В матриксе митохондрии происходит процесс b-окисления. Первой стадией b-окисления ВЖК является окисление ацил-КоА путем отщепления двух атомов водорода от  a- и b-углеродных атомов ацила коферментом соответствующей дегидрогеназы. Далее происходит присоединение молекулы воды таким образом, что ОН-группа присоединяется к  b-, а атом водорода — к a -углеродному атому. На следующей стадии идет окисление b-оксиацил-КоА, ката лизируемое дегидрогеназой, в результате действия которой обра зуется  b-кетоацил~КоА.

      На  последней стадии b-окисления происходит негидролитический распад b-кетоацил-КоА и перенос ацила, укороченного на два углеродных атома по сравнению с первоначальным, на молекулу КоА.

      Ацил-КоА, образовавшийся на последнем этапе, вновь подвергается b-окислению, проходя все описанные выше стадии. Следовательно b-окисление — это циклический процесс. Конечным продуктом yS-окисления высших жирных кислот является ацетил-КоА, дальнейший обмен которого зависит от состояния организма. Однако в какой бы путь обмена он не вступал, результатом будет освобождение КоА, запасы которого в клетке ограничены. b-Окисление ВЖК является одним из основных источников

получения энергии для синтеза АТФ в  животной клетке.

      Образование кетоновых тел. Одним из процессов, в котором происходит регенерирование свободного КоА из его ацильных производных, является образование ацетоуксусной кислоты. В этом процессе принимают участие три молекулы ацетил-КоА, Сначала происходит конденсация двух молекул ацетил-КоА с образованием  b-кетобутирил-КоА. На второй стадии происходит высвобождение КоА из b-кето бутирил-КоА. Для этого процесса нужна еще одна молекула ацетил-КоА.

      Образовавшийся b-окси-b-метилглутарил-КоА далее подвергается негидролитическому расщеплению, в результате образуется ацетоуксусная кислота.

     В результате конденсации трех молекул  ацетил-КоА образуется молекула ацетоуксусной кислоты и высвобождаются две молекулы КоА.

     Ацетоуксусная кислота при восстановлении дает b-оксимасляную кислоту.

     Ацетоуксусная и b-оксимасляная кислоты синтезируются в печени и поступают с кровью к мышечной и другим тканям, которые утилизируют их в цикле Кребса. Нарушения в обмене жиров сопровождаются накоплением ацетоуксусной и b-оксимасляной кислот в крови. Ацетоуксусная кислота может превращаться в ацетон.

     Ацетоуксусная, b-оксимасляная кислоты и ацетон получили название кетоновых тел. Усиленное образование их называется кетозом. Состояние организма, при котором происходит избыточное накопление кетоновых тел в крови, называют кетонемией, а выделение их с мочой — кетонурией. Среди многих причин патологического накопления кетоновых тел особенно важными считают дефицит поступающих с пищей углеводов (относительно окисляющихся липидов) и нарушение обмена углеводов и жирных кислот при недостатке инсулина. 
 
 
 

      Лекция  № 8  «ВИТАМИНЫ»

      План  лекции

1. Определение, понятие о витамерии, авитаминозе, гиповитаминозе, гипервитаминозе. Номенклатура и классификация витаминов.
2. Жирорастворимые витамины.
3. Водорастворимые витамины.

      8.1. Открытие витаминов было связано  с изучением роли в жизнедеятельности организма веществ, получаемых с пищей. В процессе развития российской науки был накоплен значительный практический и теоретический материал по витаминам. Первые основы практической витаминологии были заложены русскими землепроходцами и мореходами. Это были сибирские казаки И.И. Ребров, С.И. Дежнев, В. Д. Поярков, Е.П. Хабаров и другие. Описания жизни и деятельности этих пионеров отечественной географии содержат факты, говорящие об их борьбе со страшным бичом всех путешественников того времени — цингой — и об использовании в целях профилактики и лечения хвойных растений и различных трав.

      В 1820 г. морской врач П.С. Вишневский в книге «Опыт морской военной гигиены или описание средств, способствующих сохранению здоровья людей, служащих на море» впервые в мире за 60 лет до открытия витаминов высказал мысль о существовании вещества, способствующего правильной жизнедеятельности организма.

      В 1880 г. Н.И. Лунин впервые доказал, что помимо известных необходимых компонентов пищи — белков, жиров, углеводов, воды и минеральных веществ — нужны какие-то дополнительные вещества, без которых организм не может нормально существовать. Позднее выводы Н.И. Лунина были подтверждены другими учеными. По предложению польского исследователя К. Функа, проводившего опыты по выделению из рисовых отрубей активного начала (1911—1912 гг.), эти дополнительные факторы пищи были названы витаминами (аминами жизни), поскольку выделенное им из рисовых отрубей вещество содержало аминогруппу. С тех пор термин укоренился в науке, хотя в химической структуре многих витаминов аминогруппа отсутствует.

      Витамины  — это группа разнообразных по структуре органических веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма, синтез которых в организме отсутствует или ограничен.

      Источником  витаминов для человека служит пища и кишечные бактерии. Последние сами синтезируют многие витамины и являются важным источником их поступления в организм.

      Классификация витаминов. По растворимости в воде и жировых растворителях витамины делят на две группы: водорастворимые и жирорастворимые.

      По  физиологическому действию на организм человека витамины принято делить на следующие группы:

1. повышающие общую реактивность организма (В₁ , В_2, РР, А, С).
2. антигеморрагические (С, Р, К)
3. антианемические (В₁₂ , В , С)
4. антиинфекционные (С, А)
5. регулирующие зрение (А,В₂, С)

        Для каждого витамина существует  буквенное обозначение, химическое и

      физиологическое название .

      Отдельные витамины представляют группу близких по химической структуре соединений. Варианты одного и того же витамина называют витамерами. Они обладают специфическим действием, но отличаются по силе биологического эффекта. Некоторые витамины поступают в организм с пищей в виде неактивных предшественников — провитаминов, которые в тканях превращаются в биологически активные формы витаминов.

      Нарушение баланса витаминов в организме  проявляется как в виде недостатка, так и избытка. Частичный недостаток витамина называется гиповитаминозом, полное отсутствие какого-либо витамина -- авитаминозом. Избыточное накопление в тканях витамина (или витаминов), сопровождающееся клиническими и биохимическими признаками нарушений, называется гипервита-минозом Это явление характерно для жирорастворимых витаминов.

      8.2. Водорастворимые витамины

      Большинство водорастворимых витаминов, поступающих  с пищей или синтезируемых  кишечными бактериями, проявляют  активность после образования соответствующих коферментов в ходе метаболизма.

      Витамин B₁ (тиамин). По химическому строению тиамин представляет собой сложное соединение, включающее пиримидиновое и тиазольное кольца. В организме витамин В₁, находится в форме пирофосфорного эфира — тиаминдифосфата. Он является коферментом декарбоксилазы, катализирующих декарбоксилирование кетокислот. Около 0% всего тиамина организма содержится в мышцах, 40% — во внутренних органах, преимущественно в печени. При недостатке тиамина нарушается нормальное превращение углеводов, наблюдается повышенное накопление в организме кетокислот. Цепь метаболических нарушений, вызванных недостатком тиамина в клетках, приводит и к функциональным расстройствам в различных органах и системах. Со стороны пищеварительной системы это выражается в резкой потере аппетита, снижении секреции желудочного сока и соляной кислоты, атонии, диарее.  Характерным признаком служит резкая атрофия мышечной ткани и как следствие — снижение сократительной способности скелетных, сердечной и гладких мышц.