636
К64
ББК 45.2
К64
УДК 636:577.1(075.8)
Р е д а к т о р В. Н. Сайтаииди
Р е ц е н з е н т : кафедра органической и биологической химии
Ленинградского ветеринарного института (зав. кафедрой профес­
сор В. В. Рудаков)
К 64
Кононский А. И.
Биохимия животных. —3-е изд., перераб. и
доп. - М.: Колос, 1992.-526 с., [4] л. ил.:
ил. - (Учебники и учеб. пособия для студентов
высш. учеб. заведений).
ISBN 5-10-002451-8.
Рассматриваются химия и обмен углеводов, липидов,
белков, нуклеиновых кислот, витаминов, ферментов, гормо­
нов, воды, минеральных веществ, энергетика биохимических
процессов. Изложены данные по биохимии нервной, мышеч­
ной, соединительной и костной тканей, крови, печени,
почек и мочи. Отдельно выделена часть по биохимии про­
дуктивности животных, где отражены вопросы биохимии мя­
са, молока, птичьего яйца, кожи и шерсти.
Для студентов по специальностям «Зоотехния» и «Вете«..ринария».
I
?оэтег
,~---—
41
гай Ж га_.
«цскиА
у
ББК 45.2
«
шшщшяят
^
Издателнекое
объединение «Вища
ISBN 5-10-002451-8
С.Торайгыро»
втынД9#М ПМУ-д1к
академик С.бвйссмбав!
зт н н д зры
я а
л
ГЧ W
гы лы м м
А I I А ^
L
•
иишш.>1980
© Издательское объединение «Вища
школа», 1984, с изменениями
© Издательство «Колос* 1992, с
изменениями
1
ПРИНЯТЫЕ В КНИГЕ С О КР А Щ Е Н И Я 1
I
АДФ
АКТГ
АМФ
АТФ
АТФ-аза
АХЭ
ГДФ
ГМФ
ГТФ
Г-1-Ф
Г-6-Ф
Г-1.6-Ф
ДНК
ДНК-аза
ИДФ
ИМФ
иРНК
ИТФ
иэт
КЛГ
КоА
КрФ
ЛГ
ЛДГ
МАО
МДГ
НАД
НАДФ
ГНК
РНК-аза
рРНК
РЭС
Р-1-Ф
Р-6-Ф
- аденозиндифосфорная кислота
- адренокортикотропный гормсч
|
- аденозинмонофосфорная кис юта
»
/
- аденозинтрифосфорная кислота
- ацетилхолинэстераза
\
J
- ацетилхолинэстераза
- гуанозиндифосфорная кислота
Г
гуанозинмонофосфорная кислота
£
- гуанозинтрифосфорная кислота
- глюкозо-1-фосфат
1
*
- глюкозо-6-фосфат
А
- глюкозо-1,6-дифосфат
- дезоксирибонуклеиновая ки.лота
и
- дезокси рибонуклеаза
V
- инозиндифосфорная кислота
- инозинмонофосфорная кислота
- информационная РНК
- инозинтрифосфорная кислота
- изоэлектрическая точка
- карбоангидраза
- кофермент, или коэнзим, А
- креатинфосфат, или фосфаггн
—лактогенный гормон
- лактатдегидрогеназа
—моноаминооксидаза
- малатдегидрогеназа
—никотинамидадениндинуклеотид
никотинамидаденин-динуклеотидфосфат
- рибонуклеиновая кислота
- рибонуклеаза
рибосомальная РНК
ретикулоэндотелиальная система
рибозо-1-фосфат
рибозо-6-фосфат
1 Приведены наиболее часто встречающиеся сокращения.
3
ВВЕД ЕНИ Е
Биохимия занимает особое место в системе биоло­
гического, врачебного и зооинженерного образования.
Она принадлежит к наукам, которые обеспечивают фор­
мирование научного мировоззрения у будущего высо­
коквалифицированного специалиста сельского хозяйст­
ва, работающего в области животноводства и ветери­
нарии. Изучив биохимию, студент познает химический
состав животного организма и закономерности хими­
ческих процессов, обеспечивающих существование жи­
вой материи. Эти сведения в итоге имеют прикладное
значение, так как с их помощью специалисты могут
управлять процессами повышения продуктивности и
качеством животноводческой продукции.
Биохимия со времени оформления в самостоятельную
науку бурно развивается. За последние десятилетия
из нее выделились в отдельные отрасли молекулярная
генетика, генная инженерия и биотехнология. На сты­
ке биохимии и органической химии возникла биоорганическая химия, биохимии и экологии - био­
химическая экология. За период, прошедший после
выхода предыдущего издания «Биохимии животных»
(1984 г.), буквально по всем разделам биохимии на­
коплен огромный фактический материал. Учитывая это,
все главы нового издания учебника обновлены и
дополнены достижениями отечественной и зарубежной
биохимии за последнее время. Это должно помочь
будущему специалисту в области животноводства и
ветеринарии более глубоко познать основы обмена
веществ организма животных и направленно (с помощью
кормовых » лекарственных средств) влиять на его
реакции с целью укрепления здоровья и повышения
уровня продуктивности животных, а врачу-клиницисту
на научной основе осуществлять профилактические
мероприятия, ставить диагноз, расшифровывать от­
дельные стороны патогенеза и успешно осуществлять
лечение различных незаразных, инфекционных и инва­
зионных болезней.
5
Композиция учебника отличается от традиционной.
В частности, материалы по биохимической статике и
динамике отдельных веществ излагаются в одних и тех
же главах. При освещении вопросов биохимической
динамики отдельных соединений последовательно рас­
сматриваются основные этапы обмена веществ - пище­
варение, всасывание, промежуточный обмен и выделе­
ние' конечных продуктов обмена. Для самопроверки
усвбения материала в конце каждой главы приводятся
контрольные вопросы.
ГЛАВА 1
ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ БИОХИМИИ
Биологическая химия, или биохимия, - это наука о
химическом составе живых организмов и химических
процессах, обеспечивающих их существование. Слово
«биохимия» происходит от греческих (5со$ - жизнь и
ХЧцскх. - наука о составе, внутреннем строении,
свойствах и взаимных превращениях веществ.
В зависимости от объекта изучения различают био­
химию человека (медицинскую биохимию), животных,
растений, микроорганизмов и вирусов. По направлению
изучения организмов биохимию делят на статическую
(изучает химическую природу и свойства веществ,
входящих в исследуемый объект), динамическую (пре­
вращения веществ от момента поступления в организм
и до выделения конечных продуктов обмена) и функ­
циональную (химические основы физиологической дея­
тельности организма в целом, органа, ткани, клеток
и интрацеллюлярных структур).
Многие закономерности, установленные биохими­
ческими методами, являются общими для всех живых
организмов и изучаются в общей биохимии. Биохими­
ческие особенности отдельных систем, органов, тка­
ней и клеток рассматриваются частной биохимией.
Результаты многих биохимических исследований
имеют прикладное значение. Так, в самостоятельную
отрасль выделена клиническая биохимия. С помощью ее
методов уточняют и ставят диагноз, назначают и
контролируют лечение, намечают и проводят мероприя­
тия по профилактике различных болезней человека.
Большое значение имеет техническая биохимия - тео­
ретическая основа многих видов пищевой промышлен6
1г
ности, получения лекарственных веществ, кормовых
добавок для животноводства, ряда органических сое­
динений и т. д.
В последние годы развиваются новые направления
биохимии, в частности эволюционная биохимия, изу­
чающая вопросы происхождения жизни на Земле и пути
усложнения обмена веществ в процессе развития орга­
нического мира. Особого внимания заслуживает радиа­
ционная биохимия, рассматривающая изменения химического состава организмов и обмена веществ в них
под влиянием радиации и разрабатывающая методы био­
химической защиты от нее. Интенсивно развивается
космическая биохимия, исследующая биохимические
проблемы, связанные с освоением космического про­
странства.
Развитие биохимии неразрывно связано с другими
смежными теоретическими дисциплинами - общей биоло­
гией, гистологией, цитологией, генетикой, физикой,
биофизикой, неорганической, аналитической, органи­
ческой, физической, коллоидной и биофизической хи­
мией, молекулярной биологией и физиологией. Знания,
полученные при изучении биохимии, служат теорети­
ческой базой для освоения прикладных наук - кормле­
ния и разведения сельскохозяйственных животных,
зоогигиены, скотоводства, патологической физиоло­
гии, фармакологии, технологических и всех клини­
ческих дисциплин.
Ф орм и рован ие биохимии как науки
в XVI-XIX вв.
Первые биохимические сведения известны с глубо­
кой древности. Человек знал и использовал биохими­
ческие процессы в хлебопечении, приготовлении вин,
лекарственных средств, дублении кож, изготовлении
уксуса и др. Однако эти знания были эмпиричны.
В формировании биохимии как науки большое значе­
ние имели данные, накопленные в эпоху Возрождения.
Леонардо да Винчи (1452-1519) пришел к выводу, что
все жизненные процессы протекают при наличии кисло­
рода. В эти годы возникает ятрохимия. Ее основопо­
ложник Ф. Парацельс (1493-1541) утверждал, что ор­
ганизм состоит из трех веществ: ртути, серы и соли.
По мнению ятрохимиков, моревая язва и лихорадка
7
•
возникают при избытке в организме серы, понос и
водянка —соли,
паралич
и
меланхолия - ртути.
В этот период накоплено много данных, способст­
вующих дольнейшему развитию биохимии. Я. Б. ВанГельмонт (1579-1644) установил, что в образовании
сухого вещества растений участвует вода. Им получен
в чистом виде углекислый газ, описаны процессы
пищеварения и мочеотделения, определена плотность
мочи при разных болезнях человека и др. Он пришел к
выводу, что болезнь - нарушение химического равно­
весия между живым организмом и внешней средой.
В дальнейшем биохимия сталкивается с ошибочной
теорией флогистона («огненной материей»), который
содержится во всех горючих веществах. М. В. Ломо­
носов (1711-1765) доказал, что никакого флогистона
в природе нет и быть на может. Он открывает закон о
сохранении материи и движения. Его выводы подтвер­
ждает А. Л. Лавуазье (1743-1793). Создаются пред­
ставления о процесах дыхания живых организмов как о
медленном горении. Разрабатываются методы хими­
ческого анализа. Ю. Либих (1803-1873) конструирует
приборы для количественного анализа органических
веществ, предлагает пищевые продукты делить на
углеводы, жиры и белки. Им и его последователями в
тканях животных и растений открываются многие орга­
нические вещества. Химические методы начинают ис­
пользовать в медицине, ветеринарии и агрономии.
До первой четверти XIX в. биохимия входила в
общую химию. После возникновения органической химии
(1827 г.) она временно слилась с ней и вступила в
борьбу с теорией витализма (от лат. vita-ж и з н ь ).
Виталисты утверждали, что между живой и неоргани­
ческой материями существует резкая грань, что орга­
нические вещества синтезируются в организме под
влиянием так называемой «жизненной силы».
Сокрушительный удар по витализму нанес Ф. Вёлер
(1800-1882), синтезировавший в 1828 г. из цианида
аммония мочевину: NH 4OCN—*(NH 2bCO. Вскоре были
синтезированы и другие органические вещества, в том
числе входящие в состав тканей и клеток животного
организма: уксусная кислота (А. Кольбе, 1845), жиры
(М. Бертло, 1854), моносахариды (А. М. Бутлеров,
1861) и т. д.
Сведения о строении живой материи и химизме
8
реакций обмена веществ в первой половине XIX в.
носили случайный характер. Они были получены фи­
зиологами, химиками, технологами, врачами и морфо­
логами, которые в своей практической деятельности
соприкасались с тем или иным вопросом и изучали
его, внося, таким образом, вклад в развитие био­
химии.
Биохимические данные
начинают использовать
физиологи для выяснения многих процессов, проте­
кающих в живом организме. Биохимия постепенно вы­
деляется из органической химии и в качестве само­
стоятельной отрасли знаний входит в физиологию.
С конца 50-х годов XIX в. она называется физиоло­
гической химией.
К этому времени в биохимии накопилось много све­
дений о химической природе веществ, из которых со­
стоит живая материя. Получены первые научные данные
о превращении этих веществ в процессах ассимиляции
и диссимиляции. Установлены многие промежуточные и
конечные продукты обмена веществ. И. Берцелиус
(1779-1848) создает основы учения о катализе, дает
характеристику известным в то время ферментам и
объясняет природу реакций брожения.
Работы химиков-органиков по синтезу органических
веществ разрушили ранее существовавшую в представ­
лениях ученых грань между живым и неживым. Форми­
руются материалистические взгляды на процессы об­
мена веществ в живых организмах. К. Бернар
(1813-1878) выделяет из тканей печени гликоген,
экспериментально доказывает его расщепление до глю­
козы, которая, поступая в кровоток, служит источ­
ником химической энергии в организме. Им же выдви­
гается диалектический тезис: стабильность внутрен­
ней среды является условием свободы и независимости
существования организма. Отдельные вещества, выяв­
ленные в биологических жидкостях организма человека
и животных (желудочном соке, желчи, крови, моче),
заинтересовали клиницистов, так как сведения о них
(качественные и количественные) стали помогать
врачам диагностировать болезни, назначать и контро­
лировать лечение. Создаются первые учебники по био­
химии (И. Зимон, Ю. Либих, А.И. Ходиев).
9
Формирование и развитие современных
аправлений в биохимии
После выхода в свет первых учебников по биохимии
(1842-1846) она интенсивно развивается. Подробно
изучается химический состав живой материи на уровне
организма, органа, тканей и клеток. Разрабатываются
новые методы биохимического анализа. Подробно ис­
следуются закономерности реакций ассимиляции и дис­
симиляции в живом организме при самых различных
условиях.
Биохимия отделяется от физиологии и дифференци­
руется на отдельные направления в зависимости от
объекта и целей исследования.
Результаты биохимических исследований широко
внедряются в технологию, медицину, ветеринарию и
животноводство.
Особенно бурно развивается биохимия в России.
На развитие исследований оказали влияние работы
И. М. Сеченова и И. П. Павлова.
Основоположником отечественной биохимии следует
считать А. Я. Данилевского (1838-1923), создавшего
первую
в
России
большую физиолого­
химическую школу,
которая
провела
ряд фундаментальных
исследований. Были
подробно
изучены
состав, строение и
свойства
многих
белков тканей чело­
века и животных.
Созданы основы по­
липептидной теории
строения
белковой
молекулы. Осущест­
влен ферментативный
синтез
белковопо­
добных
веществ.
Разработан
метод
получения и очистки
ферментов сока под­
А. Я. Данилевский (1838-1923)
желудочной железы
ю
адсорбцией и элюцией, что позволило выделить амила­
зу и трипсин в чистом виде. А. Я. Данилевский пред­
положил существование антиферментов и ввел понятие
о протоплазме как о сложной физико-химической
системе живой клетки.
Достигнуты значительные успехи в развитии дина­
мической биохимии. Огромное влияние на нее оказали
работы И. М. Сеченова
(1829-1905) - основателя
русской физиологической школы, подробно изучившей
физиологию и химию дыхания, влияние на эти про­
цессы состава пищи, функционального состояния орга­
низма, окружающей температуры и других факторов.
И. М. Сеченов считал задачей химиков всестороннее
изучение обмена веществ, начиная с поступления от­
дельных соединений в организм до выделения конечных
продуктов.
Дальнейшее развитие биохимии в России связано с
работами И. П. Павлова (1849-1936). Вместе с учени­
ками он провел комплекс исследований по пищеваре­
нию, что дало возможность проследить процессы фер­
ментативного расщепления пищевых масс до простых
составных частей. Исследованы различные аспекты
всасывания пищевых продуктов, установлена нейрогуморальная регуляция реакций обмена веществ и роль
внешней среды в этих процессах, открыты новые фер­
менты (энтерокиназа) и введено понятие о профер­
ментах, расшифрована роль печени в нейтрализации
аммиака и др.
В 1891 г. в Петербурге М. В. Ненцкий (1847-1901)
создает первую в стране биохимическую лабораторию.
Устанавливается химическое сродство гемоглобина и
хлорофилла. Изучаются химическое строение гема,
продукты гнилостного распада белков, химический
состав бактерий и др. В. Г. Гулевич открывает в
мышечной ткани карнитин, карнозин и др. С. С. Салазкин изучает детали азотистого обмена в организме
животных. К. А. Тимирязев и его сотрудники изучают
процессы фотосинтеза. В. И. Палладии формулирует
теорию дыхания растений. А. Н. Бах создает перекисную теорию биологического окисления. В 1880 г.
Н. И. Лунин открывает дополнительные факторы пита­
ния. Г. А. Бунге устанавливает значение многих макро- и микроэлементов в обмене веществ. В. И. Вер­
надский закладывает основы учения о биосфере.
п
Ряд важнейших работ выполняют зарубежные ученые.
Ф. Мишер в 1968 г. открывает нуклеиновые кислоты.
J1. Пастер расшифровывает многие реакции клеточного
дыхания и брожения. Р. Келликер в 1857 г. открывает
митохондрии. В лабораториях Э. Фишера, А. Косселя и
Ф. Гофмейстера создаются основы современных пред­
ставлений о структуре и свойствах белков. Э. Фишер
изучает механизм действия ферментов. К. Нейберг
разрабатывает схему реакций спиртового брожения и
в 1903 г. заменяет термин «физиологическая химия»
новым - «биохимия». У. Бейлисс и Э. Старлинг откры­
вают гормоны. В 1911 г. К. Функ из рисовых отрубей
выделяет дополнительный фактор питания и называет
его витамином.
В первой половине XX в. формируются современные
направления биохимии - биохимия человека, животных,
растений, микробов и вирусов. Интенсивно разви­
вается клиническая и технологическая биохимия. Про­
исходит дифференциация биохимии на отдельные от­
расли: витаминологию, энзимологию, гисто- цитохимию
и др.
Развитие биохимии
Основатель школы советских биохимиков А. Н. Бах
в 1921 г. организовал Биохимический институт Народ­
ного комиссариата здравоохранения, а в 1935 г. сов­
местно с А. И. Опариным - Институт биохимии АН
СССР. В 1922 г. на базе института А. Н. Бах основал
биохимическое отделение Государственного института
экспериментальной ветеринарии (ГИЭВ, в настоящее
время ВИЭВ), преобразованное в дальнейшем в лабо­
раторию биохимии. Здесь разрабатываются различные
проблемы биохимии животных, готовятся кадры для НИИ
и вузов страны. ГИЭВ славен такими известными био­
химиками, как Б. И. Збарский, В. А. Энгельгардт,
Д. А. Цуверкалов, Н. М. Климов, Г. Ф. Коромыслов и
др. В ветеринарных и сельскохозяйственных вузах
создаются кафедры биохимии животных, при ветери­
нарных лабораториях - биохимические отделы, ре­
шающие проблемы практической ветеринарии.
В 1925 г. под руководством А. В. Палладина ос­
новывается Украинский биохимический институт, в
12
1945 г. при участии
Я. О. Парнаса - Ин­
ститут
биологиче­
ской и медицинской
химии АМН СССР, в
1960 г. - Всесоюзный
НИИ
физиологии,
биохимии и пита­
ния сельскохозяйст­
венных
животных,
целый ряд специа­
лизированных био­
химических
НИИ
страны.
Формируется ряд
школ и направлений
в биохимии живот­
ных: по биокомплексным соединениям
С. И. Афонского; об
электролитном обме­
не С. И. Вишнякова;
по биохимии пищева­
рения у жвачных, углеводном и других обменах
С. 3. Гжицкого и И. Д. Головацкого; по биохимии
белкового и углеводного обменов М. Ф. Гулого; по
биохимии микроорганизмов и клинической биохимии
П. П. Астанина и В. В. Рудакова, Д. А. Цуверкалова
и Н. М. Климова, Г. Ф. Коромыслова и А. Г. Малахо­
ва;
по
биохимии
сельскохозяйственной
птицы
Е. С. Савронь и А. В. Чечеткина; по биохимии микро­
элементов В. В. Ковальского, Я. В. Пейве, Я. А. Ба­
бина и Ф. Я. Беренштейна; по биохимии продуктив­
ности животных М. Т. Таранова и Н. А. Шманенкова
и др.
Членами АН СССР являются такие крупнейшие био­
химики мира, как X. Корана (впервые синтезировал
ген), С. Очоа (осуществил синтез РНК и исследовал
ферментативный механизм передачи наследственной
информации), JI. К. Полинг (изучил пространственную
структуру молекул многих белков), А. Сент-Дьйрдьи
(провел фундаментальные исследования по клеточному
дыханию, биоэнергетике, мышечному сокращению, вита­
минам) и др.
13
В 1958 г. созда­
но Всесоюзное био­
химическое общество
(ВБО), объединяющее
около 20 ООО биохи­
миков
различных
направлений.
Президентом ВБО
с 1969 г. является
академик С. Е. Се­
верин.
ВБО - коллектив­
ный член Междуна­
родного
биохими­
ческого
союза
и
Европейской федера­
ции биохимиков. ВБО
координирует
био­
химические исследо­
вания в различных
отраслях биохимии,
С. И. Афонский (1896-1968)
организует научные
конгрессы, съезды, конференции и симпозиумы, осу­
ществляет научные контакты с другими научными об­
ществами страны и за рубежом, издает ежегодник
«Успехи биологической химии».
Через каждые пять лет проводятся Всесоюзные био­
химические съезды, на которых подводятся итоги ра­
боты биохимиков различных направлений, определяются
пути внедрения результатов исследований и наме­
чаются перспективы дальнейшей работы.
Признанием больших заслуг советских биохимиков в
развитии мировой биохимии было проведение в
г. Москве V Международного биохимического конгресса
(1961 г.).
На современном этапе интересы человечества вы­
двигают перед биологическими науками задачи, со­
стоящие в выяснении сущности явлений жизни, вскры­
тии биологических закономерностей развития органи­
ческого мира, изучении физики и химии живого, раз­
работке различных способов управления жизненными
процессами, в частности обменом веществ, наследст­
венностью и направленными изменениями организмов,
биохимического контроля экологической обстановки.
14
Контрольные вопросы
1. Предмет биологической химии, ее деление по объекту изу­
чения, направлению и прикладному значению.
2. Краткий очерк развития биохимии в нашей стране и за
рубежом, ее проблемы и перспективы.
ГЛАВА 2
НАПРАВЛЕНИЕ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ В БИОХИМИИ
М етодологическая
основа
биохимии - диалекти ­
ческий м атериализм , позволяю щий определить место
биохимии в системе наук, разрабатывать методы н ауч­
ных исследований, обобщать и систематизировать ф а к ­
тический материал, оценивать результаты биохими­
ческих исследований, намечать их использование в
народном хозяйстве, медицине, ветеринарии и ж ивот­
новодстве.
При интерпретации ф актов и явлений, установлен­
ных биохимическими методами, следует руководство­
ваться философскими положениями диалектического
материализм а о взаимосвязи и единстве единичного,
особенного и общего, содержания и формы, структуры
и ф ункции, части и целого в целостном организме
человека, животного и растения.
При изучении предмета биохимии и проведении био­
химических исследований следует учиты вать основные
принципы диалектической методологии - познаваемость
и объективность сущ ествования живой материи, детер­
минизм и развитие химического состава, реакций ас­
симиляции и диссимиляции в живом организме, единст­
ва теории и практики при использовании биохими­
ческих закономерностей.
О бм ен веществ — основной признак
живой материи
Основной чертой, отличающ ей живую материю от
неживых тел, является обмен веществ, который со­
стоит из двух взаимосвязанных и взаимообусловленных
процессов - анаболизма и катаболизма. Анаболизм комплекс биохимических превращений веществ, которые
15
поступают в организм, в соединения, необходимые для
его существования. Катаболизм - совокупность хими­
ческих реакций распада сложных органических веществ
в организме. Обмен веществ в животном и раститель­
ном организмах имеет различия. Так, растение строит
составные части своего тела в процессе фотосинтеза
в основном в результате использования солнечной
энергии, воды, углекислого газа и минеральных ве­
ществ, а человек и животные получают вещества
растительного и животного происхождения в пищева­
рительном тракте.
В различных органах, тканях и клетках образуются
вещества, необходимые для самосохранения и функ­
ционирования живого организма. В процессе жизни они
распадаются и самообновляются. При распаде этих
веществ возникают вредные для организма соединения,
которые выводятся из него как конечные продукты
обмена. Этот процесс и называется катаболизмом.
Биохимические методы используются для изучения
закономерностей процессов анаболизма и катаболизма
в живых организмах с тем, чтобы познать их и на­
правленно влиять на эти процессы.
Материал для биохимических
исследований
Биохимические исследования проводятся на мате­
риале, полученном от человека, животных, растений,
микробов и вирусов. Им могут быть продукты жизне­
деятельности организма, органы, ткани, клетки и
субклеточные структуры. Материал получают от живых
и неживых организмов. Пробами могут быть содержание
исходных и конечных веществ балансовых опытов, ангиостомии, различные биологические жидкости (кровь,
лимфа, ликвор, пищеварительные соки, моча, химус,
пот и др.), биопсийный материал (кусочки органов и
тканей, удаленных хирургическим путем), продукты
жизнедеятельности организма (молоко, шерсть, среда
обитания микробов) и др. Пробы следует брать быст­
ро, с соблюдением правил асептики и антисептики,
этикетировать, после чего подвергать соответст­
вующей обработке, предусмотренной биохимическим
методом и обеспечивающей максимальное сохранение
прижизненного химического состава.
16
Уровни изучения обмена веществ
Обмен веществ в живой материи можно изучать на
различных уровнях, начиная от организма и кончая
атомами (рис. 1 , о).
Среди методов изучения на уровне целостного ор­
ганизма особое место занимает метод балансовых опы­
тов, когда в организме животного рассматривается
превращение веществ от корма и до конечных продук­
тов обмена, определяемых в выдыхаемом воздухе, мо­
че, кале, поте. Отдельные стороны превращения ве­
ществ корма в организме можно изучить определением
дыхательного коэффициента. Многие стороны обмена
веществ в организме изучают, исследуя химический
состав биологических жидкостей (например, по содер­
жанию ионов Са2+ в сыворотке крови можно судить о
состоянии обмена кальция в организме).
Материал для биохимических исследований, харак­
теризующих обмен веществ на уровне отдельных орга­
нов, получают при постановке специальных опытов.
К ним следует отнести метод ангиостомии. В крове­
носные сосуды органа вставляют канюли, с помощью
которых получают пробы артериальной и венозной кро­
ви. И. П. Павлов и его ученики разработали методы
постановки фистул на большинстве органов пищева­
рения. Иногда материалом для исследования служат
биологические жидкости (кровь, лимфа, ликвор, моча
и др.), полученные от животных, у которых удален
или подсажен орган (чаще всего - железы внутренней
секреции).
Некоторые биохимические исследования проводят на
тканевом уровне. Представляет интерес метод ткане­
вых срезов, разработанный О. Варбургом. Из тканей,
только что взятых от живого организма, готовят тон­
кие срезы, немедленно помещают их в растворы, со­
держащие определенные вещества. Через некоторое
время в срезах и растворах изучают продукты мета­
болизма.
Инкубацию срезов проводят в замкнутой системе с
манометром при температуре 37 °С. По методу пере­
живающих тканей живую ткань помещают в среду, со2жащую питательные вещества, и через различные
/тки времени изучают химическии состав ткани
Про»
* средц.Г>
С.Торайгыров 'i
"Ч**
* «Л*
атындагы ПМУ-д 1ц
17
. 2-Jt Z8 k
академик С.Бейсембае;
Организм
—Ацидометрические
Объемно-весово- — —Алкалиметрические
го анализа
—Оксидометрические
•— Осаждения
I
Орган
I
Ткань —
г
клетка
—
Оптические
___р Визуальные
Фотоэлектрофотометрии
I
андартных серии и шкал
г—Адсорбционные------------- Г~ ? ° тометРмм----С ? трования
—
Нефеломеюические
Колориметрии — _г-Титрования
—Нефелометрические
Lft»
Сравнивания
—Турбидиметрические
—Люминесцентные
Фотографическая
—Спектральные----Термоэлектрическая
— Поляриметрические
Фотоэлектрическая
Е
Клеточные
органеллы
—По среде------------------- -Газовая
—По механизму разделения
Газожидкостнал
-П о методу проведения I
^-Жидкостная
—По цели
I
1----------— -------------
Методы
[-Электрофореза
Полярографии ----- — Постояннотоковая
—Переменнотоковая
— Высокочастотная
— Манометрические — Импульсная
Осциллографическая
— Ультрацентри­
фугирования
Ультраструктуры
Молекулярные
структуры
—Колонковая
—Капиллярная
“—Плоскостная
г- Адсорбционная
-Распределительная
- Ионнообменная
-Осадочная
—Окислительно-восста­
новительная
Адсорбционжнсомплеко
нообразовательная
;____ г—Аналитическая
I— Препаративная
■
— Промышленная
-Радиоактивных
изотопов
Гисто-и цитохимии
Часть
молекулы
Метод дифференционного центрифугирования
Рис. 1. Уровни и методы биохимического анализа-
В Я
«иох„м„.г а
Ш
И р„тшу); б —классификация осноаных „етодоа биохими.*с.о™
Все более широко применяют гистохимические мето­
ды, с помощью которых на препаратах микроскопически
определяют тканевую локализацию и содержание от­
дельных веществ.
Материалом для биохимических исследований могут
служить клетки. Наиболее объективные данные дают
количественные цитохимические методы, с помощью
которых в отдельных клетках препаратов (мазках или
отпечатках) определяют количество различных хими­
ческих веществ. Ценную информацию об обмене веществ
можно получить методом авторадиографии. Подопытным
животным вводят радиоактивные изотопы, которые
включаются в реакции ассимиляции. Животных убивают,
а из органов или тканей их готовят гистологические
препараты и выявляют радиоактивный распад изотопов.
Метод точен и позволяет определить в клетке до
50-60 атомов изотопа.
Информацию об обмене веществ на субклеточном
уровне можно получить, изучая продукты фракциони­
рования клеточных структур. Вначале из кусочков
органа или тканей получают гомогенат. На ультра­
центрифугах выделяют фракции и подфракции, содер­
жащие различные субклеточные структуры, которые и
служат материалом для биохимических исследований.
Методы электронной гисто- и цитохимии дают воз­
можность при разрешении электронного микроскопа
1- 0 , 1 нм выявлять в субклеточных структурах лока­
лизацию и количество отдельных химических веществ.
Комплексное использование методов позволило рас­
шифровать ультраструктуру клетки - основного объек­
та исследования живой материи.
Классификация биохимических методов
Количество биохимических методов, применяемых в
теоретической и прикладной биохимии, клинической
практике и смежных дисциплинах, огромно. Так, для
выявления холестерина существует свыше 1 0 0 биохи­
мических методов. Есть несколько видов классифика­
ций. Наиболее приемлема классификация по способу
подхода к определению содержания того или иного
вещества в субстрате (рис. 1 , б).
Методы биохимического анализа осваиваются сту­
2*
19
дентами при прохождении лабораторно-практических
занятий. Основные из них изложены в практикумах по
биохимии сельскохозяйственных животных и в методи­
ческих руководствах по биохимии. В последнее время
получают применение иммунологические и радиоиммунологические методы, метод адресованных реагентов,
специфические методы изучения кинетики ферментов,
метод ДНК-ДНК- и ДНК-РНК- гибридизации и т. д.
Статистическая обработка результате*
биохимических исследований
Цифровые данные, полученные различными биохими­
ческими методами, подвергаются статистической обра­
ботке. Затем приступают к обобщению результатов
биохимических исследований, руководствуясь положе­
ниями, изложенными в начале главы. Обобщения отра­
жаются в таблицах, графиках, диаграммах и других
материалах. На основании этого формулируются выводы
о закономерностях изучаемых явлений - биохимической
статике и динамике живых организмов.
Контрольные вопросы
1. Каково значение методологических основ биохимии?
2. Из каких этапов состоит обмен веществ и на каком уровне
его изучают в организмах животных?
3. Как получают сведения о химических процессах в орга­
низме?
4. Какова классификация биохимическиех методов?
ЧАСТЬ I
ОБЩАЯ БИОХИМИЯ
ГЛАВА 1
ХИМИЧЕСКИЙ СО СТ А В Ж ИВОТНОГО
ОРГАНИЗМ А
Химические элементы
Из 110 известных химических элементов в живых
организмах выявлено около 70. Часть из них постоян­
но находится в тканях всех животных организмов,
независимо от уровня их организации. Это С, N, Н,
О, S, Р, К, Са, Mg, Zn, Fe,Mn, Си и Со. Остальные
химические элементы (Мо, В, U, Na, I, Cl и др.)
обнаруживаются в тканях отдельных видов организмов
и относятся к категории иногда встречающихся.
Элемент
Кислород
Углерод
Водород
Азот
Фосфор
Кальций
Калий
Сера
Хлор
Среднее содержание
в организме
животного, %
62,43
21,15
9,86
3,10
0,95
1,90
0,23
0,08
0,08
Элемент
Натрий
Магний
Йод
Фтор
Цинк
Железо
Бром
Алюминий
Кремний
Медь
Среднее содержание
в организме
ного, %
0,080
0,027
0,014
0,009
0,003
0,005
0,002
0,001
0,001
0,00015
Участие химических элементов в построении живой
материи неодинаково. Часть из них - макроэлементы
(О, С, Н, Са, К, N, Р, S, Mg, Na, Cl и Fe), содер­
жание их в организме превышает 0,001%, ч ас ть-м и к ­
роэлементы (Си, Mn, Zn, Во, Со и др.), содержание
21
их в организме колеблется от 0,001 до 0,000001%,
часть - ультрамикроэлементы (Pb, V, Au, Hg и др.),
их доля составляет менее 0,000001% массы организма.
Группы веществ
Тело животного состоит из неорганических и орга­
нических веществ. Неорганические вещества представ­
лены водой (60-65% общей массы организма) и мине­
ральными веществами. Вода - основной участник реак­
ций обмена веществ. Минеральные вещества представ­
лены в основном в виде ионов, за исключением неко­
торых органов и тканей, в которых они находятся в
виде солей (например, в костях образуются соли
кальция и фосфора). Содержание минеральных веществ
может достигать 10% массы организма. Остальная
часть сухого остатка органов и тканей имеет орга­
ническое происхождение. Белки составляют 40-50%
всех органических веществ, нуклеиновые кислоты,
липиды, углеводы и другие вещества - 50-60%. Хими­
ческий состав тела позвоночного приблизительно та­
кой, %: вода - 65,9; белки -1 6 ,8 ; липиды-1 0 ,5 ;
минеральные вещества - 5,6; углеводы и другие про­
дукты обмена - 1,2.
Биологические структуры
Организм животного состоит из органов, органы —
из тканей, ткани - из клеток. Их химический состав
приведен в таблице 1.
1. Химический состав некоторых органов и тканей, %
(по С. М. Рапопорту)
Орган,
ткань
Вода
Белки
Липиды
Кожа
Скелет
Мышцы
Жировая
ткань
Печень
Мозг
58
28
70
27
20
22
14
25
6
0,6
27
1
23
71
75
6
22
11
71
3
12
0,2
1.4
1.4
22
Минеральные
вещества
Пиноцитозныи
пузырек.-.Цитоплазма
Комплекс Гольджи
.
ш шЦентросомы
и
Лизосома
'Эндоплазматаческая
.сеть\\ k K yi-A V ii;'.:'
1ерная
олочка
Митохондрии
fa y -- Клеточная мембрана
Рис. 2. Строение животной клетки
2. Химический состав живой клетки (по А. Гизе)
Вещевство
85
10
0.4
0,7
2
18
36 000
10б
Число молекул
на молекулу
ДНК
1,2 • 107
0,4
250
4.0 • 103
1.5
55
6,8
ъ
700
7.0 • 102
1.0
4,4 • 101
7.0 • 103
о
■Ч*'
Вода
Белки
ДНК
РНК
Липиды
Другие органические
вещества
Минеральные ве­
щества
Содержание Средняя мо­
лекулярная
масса
104
23
Клетка - элементарная живая система, структурная
и функциональная единица организма человека, живот­
ного и растения (рис. 2).
В организме человека насчитывается до 3 • 1012
различных клеток. Клетка имеет сложный молекулярный
состав (табл. 2).
Контрольные вопросы
1. Какие химические элементы образуют организм животных?
2. Расскажите о группе веществ животного организма.
3. Каков химический состав животного организма, его орга­
нов, тканей и клеток?
ГЛАВА 2
БИОХИМ ИЯ УГЛЕВОДОВ
Общая характеристика углеводов
Углеводы - органические
соединения,
состоящие
чаще всего из трех химических элементов - углерода,
водорода и кислорода.
Многие углеводы кроме этих элементов содержат
также фосфор, серу и азот.
Углеводы широко распространены в природе. Обра­
зуются в растениях в результате фотосинтеза и со­
ставляют 80-90% сухой массы растений. В организме
животного подвергаются механической и химической
переработке. В среднем в организме животного со­
держится 1-2% углеводов в пересчете на сухое ве­
щество. В организме животного и человека они яв­
ляются главным источником химической энергии. От­
дельные органы удовлетворяют свои потребности в
основном в результате расщепления глюкозы: головной
мозг - на 80% , сердце - на 70-75% . Углеводы откла­
дываются в тканях животного организма в виде запас­
ных питательных веществ (гликоген). Некоторые из
них выполняют опорные функции (гиалуроновая кисло­
та), участвуют в защитных функциях, задерживают
развитие микробов (слизи), (служат химической осно­
вой для построения молекул биополимеров, являются
составными частями ма кроэргических соединений,
групповых веществ крови и т. до
По химическим свойствам углеводы являются много­
атомными альдегидо- и кетоспиртами. По строению
24
молекулы их делят на две группы - простые, или мо­
носахариды, и сложные, или полисахариды.
Моносахариды.
Их
классифицируют
по
наличию альдегидной или кетонной группы (альдозы и
кетозы), числу углеродных атомов (триозы, тетрозы,
пентозы, гексозы и т. д.), химической природе (ней­
тральные и кислые сахара, аминосахара) и другим
признакам.
Моносахариды - белые кристаллические вещества,
хорошо растворимы в воде, сладкие на вкус, опти­
чески активны, вступают в химические реакции, ха­
рактерные для альдегидо- или кетоспиртов, легко
выявляются качественными и количественными реакция­
ми (Троммера, Селиванова, серебряного зеркала и
др.), подвергаются различным видам брожения. От­
дельным из них принадлежит важная роль в обмене
веществ.
Триозы. Формула - СзН*,Оз. По химическим свойст­
вам это альдегидо- и кетоспирты.
/о
с| <.
ли
но—с—Н
I
СН,ОН
5I СП
Н—С—ОН
I
сн1° н
О-Глицериновый
i . -Глицериновый
а л ь д е ги д
сн,°н
|
с—о
сн,он
Дноксиацетон
а л ь д е ги д
Содержатся в тканях и биологических жидкостях в
виде сложных эфиров с ортофосфорной кислотой как
продукты промежуточного обмена углеводов при реак­
циях гликолиза и брожения.
Тетрозы. Формула - C<Hg04. Наибольшее значение
имеет эритроза, которая содержится в тканях в виде
эфира ортофосфорной кислоты - продукта пентозного
пути окисления углеводов.
С{
I ХН
н -с —он
н -с —он
X
с<
Iхн
н—с —он
н—А—он
I
CHj—О — P O j H j
D-Эритроза
£>-Эритрозо-4-фосфат
C H jO H
Пентозы. Формула - С5Н10О5 (за исключением дезоксирибозы, формула которой С5Н10О4). Большинство
25
пентоз образуется в пищевом канале животного в ре­
зультате гидролиза пентозанов растительных кормов:
соломы, листьев и стеблей кукурузы, отрубей и др.
( С з H s O * ) л Н -я Н г О )
* Я С 5Н 10О 5
Часть пентоз образуется в результате промежуточ­
ного обмена, в частности при пентозном пути. В тка­
нях пентозы находятся в свободном состоянии, в виде
эфиров ортофосфорной кислоты, входят в состав макроэргических соединений (АТФ), нуклеиновых кислот,
коферментов (НАДФ, ФАД) и других биологически важ­
ных соединений. Особого внимания заслуживают сле­
дующие пентозы:
//°
| чн
I
н о -с-н
Н -С -О Н
Н О -С -Н
- 4°
|'Н
н -с -о н
н о -сI -н
н -с -о н
с'
|^Н
н -с -о н
н - с1 -о н
Н -С -О Н
с'
1^Н
н -с -н
I он
н -с—
н -^ -он
CHjOH
CHjOH
CH,OH
CH,OH
Ц + )-А р а б и н о за
D ( + )-К с и л о з а
D ( + )-Р и б о за
сн,он
I
с=о
н о I-с•-н
н -с-о н
CHjOH
D ( + )- Д е з о к с и - D { + }- К с и л у л о э а
рибоза
Пентозы в тканях чаще всего находятся в цикли­
ческой форме, которую принято изображать формулами
Колли - Толленса или Хеуорса.
Н. /ОН
у
- -----------------1
н-с-он __н -с-о н
н -с -о н
I
Н -С -О Н
СН,ОН
"Г —
I
Н -С -О Н
I
н о н
О
I
н - с -------------1
о н ОН
CHjOH
0 1+) "Р и б о за
£(+)-А р а б и н о з а .
Входит в состав плодов,
является продуктом гидролиза свекловичного жома,
растительных слизей, пектиновых веществ, гемицел­
люлозы, гуммиарабика, полисахаридов некоторых бак­
терий (туберкулезной палочки). Оптически активна
(+105,5 е).
26
£>(+)-К с и л о з а. Образуется в пищевом канале
при гидролизе ксиланов, полисахаридов соломы, куку­
рузных кочерыжек, отрубей и др. Обнаружена в соста­
ве полисахаридно-белковых комплексов тканей. Ис­
пользуется в качестве питательной среды при выращи­
вании кормовых дрожжей. Применяется в кондитерской
промышленности. Оптически активна (+18,8°).
jD(+)-P и б о з а. Как
и другие моносахариды,
существует в виде двух оптических антиподов (£> и L)
и неактивного рацемата. Особенностью рибозы являет­
ся высокое содержание (8,5% ) ациклической формы в
растворе.
Рибоза - обязательная
составная
часть
РНК, нуклеотидов, нуклеозидов, некоторых коферментов и бактериальных полисахаридов. Образуется в
пищеварительном тракте при гидролизе этих веществ,
в тканях - в результате функционирования пентозного
пути. Оптически активна (+23,7е).
/)(+)-Д е з о к с и р и б о з а.
Является
обяза­
тельной составной частью ДНК. Образуется в пищевом
канале при гидролизе кормов, богатых ДНК, а также в
процессе восстановления рибозы в дезоксирибозу в
составе нуклеотидов. Оптически активна (-58 ).
D(+)-K с и л у л о з а. Образуется в тканях при
пентозном пути. Обнаруживается в виде ксилулозо-5фосфата, своеобразного донатора двууглеродных групп
в межмолекулярных реакциях промежуточного обмена
углеводов. Участвует в биосинтезе нуклеиновых кис­
лот. Оптически активна (-33,2°).
Гексозы. Формула гексоз - СбНцОб. Встречаются в
свободном состоянии, в составе полисахаридов и дру­
гих соединений. Делятся на альдо- и к его гексозы.
В водных растворах существуют в виде таутомерных
(ациклических и циклических) D- и L-форм, а также
рацематов. В природе преобладают D-формы.
с '°
|" н
н-с-он
но-с-н
н-с-он
н-с-он
сн,он
i " н
но-с-н
н-с-он
но-с-н
но-с-н
сн,он
но-с-н
но-с-н
н-с-он
сн,он
D( 4 )-Глю ко эа
Ц -)-Г л ю к о м '
D( + )-Г « п а к то м
Н -С -О Н
Ьн
но-С-н
н-с-он
н-с-он
но-с -н
сн,он
Ц -)-Г алакто за
27
С^Н
н о -с -н
I
н о -с -н
1
.
Н -С -О Н
I
Т
н -с -о н
СН,ОН
D( + )-М анноза
?Сн
н -с -о н
I
н -с -о н
1
HO- С - н
I
н о -с -н
|
сн,ои
с=о
7
Т
н -с -о н
Т
н -с -о н
Т
CHjOH
О (-)- Фруктоза
Ц + )-ф р укто за
Н О - С -Н
CHjOH
/.(-)-М анноза
СН , 0 Н
с=о
I
н -с -о н
г
н о -с -н
I
н о -с -н
г
сн,он
Ц иклическая форма возникает в результате тауто­
мерии ациклической формы моносахарида и изобра­
жается в виде пятичленных (фуранозных) или шести­
членных (пиранозных) колец, а такж е в «перспектив­
ном» виде.
СН,ОН
НО> I п <I он
Н он
ОС -О-Г л юкопи раноэа
сн,он
HO--H о. н
сн,он
>-н
н -с-о н
но- -н
н- -о н
н - -о н
сн,он
НО--Н
Е р
н
он
О. -О -Г л ю к о ф у р а н о э а
Н
ОН
|3 - 0 - Г л ю к о ф у р а н о з а
Кроме этого, для пиранозной формы моносахаридов
существует 8 конформаций - 2 типа кресла (С или Z)
и 6 -л о д к и (В или L).
£>(+)-Г л ю к о з а.
Встречается в свободном
и
связанном состояниях. Входит в состав овощей и
фруктов. Виноград содержит 17-20% глюкозы. Состав­
ная часть олиго- и полисахаридов. Поступает в орга­
низм в составе кормов, образуется при гидролизе
сложных углеводов и в результате неогликогенеза.
Глюкоза - обязательная составная часть крови чело­
века и животных.
Растворы ее используются в медицине и ветерина­
рии для внутривенных инъекций.
28
Глюкоза
существует
в
виде
а -!)(+)и
£-£>(+)-глюкозы (удельное вращение +113 и +19в), а
также рацемата-двух правых изомеров (+52,7°) в
водном растворе. В организме животного находятся
производные глюкозы - глюконовая и глюкуроновая
кислоты, глюкозамин, а при окислении глюкозы полу­
чается сахарная кислота.
г> °
v - oh
Н -С-О Н
н о -с -н
сГ °
г н
н -с -о н
н -с -о н
н -с-о н
н о -с -н
н -с -о н
И—t “ ОН
СН2ОН
соон
Глюконовая
кислота
Г люкуроновая
кислота
сС8н
н -с -о н
н о -с -н
Н -С -О Н
Н -С -О Н
соон
Сахарная
кислота
с^о
У "Н
н-^-нн,
н о -с -н
н -с -о н
н - с — он
сн,он
О-Глюкоаамии
(хитозамин)
Фосфорные производные глюконовой кислоты являют­
ся промежуточными продуктами пентозного пути; глю­
куроновая кислота встречается в свободном состоянии
в крови и моче, участвует в нейтрализации ядовитых
продуктов обмена веществ (фенола, скатола, индола и
др.), которые обычно выводятся с мочой в виде пар­
ных соединений. Кроме того, глюкуроновая кислота
входит в состав гликозаминогликанов. Глюкозамин
является составной частью гликопротеидов, гли­
козаминогликанов и хитина.
/)(+)- Г а л а к т о з а . Образуется обычно в ре­
зультате гидролиза в пищевом канале олиго- и поли­
сахаридов корма. Входит в состав лактозы, галактогена, протеогликанов, некоторых липидов и бакте­
риальных полисахаридов. Оптически активна (удельное
вращение a-Z)(+)-галактозы +80,2°). Сбраживается
лактозными дрожжами. Может служить сырьем для полу­
чения глюкозы или витамина С. При окислении галак­
тозы образуется галактуроновая кислота - составная
часть камедей, слизей, пектиновых веществ. При вза­
имодействии галактозы и аммиака образуется галактозамин, из которого синтезируется хондроитинсерная
кислота.
Производные галактозы - галактоновая и слизевая
кислоты.
29
с*о
У'ЮН
Н----1 ОН
с^°
Н -С -О Н
1
Н О -С-Н
НО-С—Н
Н О -С-Н
Н -С -О Н
но-с—н
СН,ОН
D( + )-Гал актоновая
кислота
Н -С -О Н
СООН
Г* 0
с?°
рон
н-с-он
но-с-н
но-с-н
H -i-ои
соон
0 ( + )-Галактуро-
I 'M
н--с-N H ,
но-- i - H
но-- i-н
н--с-он
сн,он
0 ( + )-Слизевая
новая кислота
0 ( + )-Галактозамин
кислота
(хондрозамии)
Галактоза служит питательной средой для некото­
рых микробов. Используется в кондитерской промыш­
ленности.
jD(+)-M а н н о з а. В свободном состоянии встре­
чается редко (в плодах цитрусовых, анакардиевых и
каринокарповых). В организме животного образуется в
результате гидролиза маннанов кормов. Манноза - со­
ставная часть полисахаридов некоторых бактерий,
дрожжей и плесневых грибов; входит в состав слизей
пищевого канала, слюны, гликопротеидов крови.
В природе существует в виде £>(+) -формы. Удельное
вращение маннозы +14,2°. Сбраживается дрожжами.
Используется в качестве питательной среды для неко­
торых микроорганизмов.
£>(—)-Ф р у к т о з а.
В
свободном
состоянии
встречается в фруктах, овощах и особенно много ее в
меде (40-42%). Является составной частью сахарозы,
стахиозы и фруктозанов. В организме животного обра­
зуется в результате гидролиза сложных сахаров в
пищевом канале. В тканях может таутомеризоваться в
глюкозу и другие моносахариды, необходимые для ор­
ганизма. Ее эфиры (фруктозо-6 -фосфат и фруктозо1 ,6 -дифосфат) - промежуточные продукты углеводного
обмена. Вращает плоскость поляризованного света
влево на - 92е (поэтому ее часто называют левулозой). Существует в ациклической и циклической
формах'.
сн,он
сн,он
с=о
н о -с--------1
Т
П
Н—С—ОН
Н -С-ОН
Н -А -О Н
Н -С -
1
СН,ОН
СН,ОН
Н О -С -Н
30
Н О -С -Н
нон,сL / л \ |н
IQ
H г>
O\|\L _/C
j/cH
H}OH
jf
1
н
Гептозы. Формула - С7 НИО7 . Делят£я^иа альдозы и
кетозы.
^
Являются составной частью некоторые полисахари­
дов, в частности грамотрицательньц микробов. Особый
интерес представляют кетогептозы*; найденные в
листьях некоторых растений, в пройёЗкуточных про­
дуктах фотосинтеза и пентозного пути..
сн.он
с=о
I
но-с-н
I
н-с-он
H-i-он
I
Н-С-ОН
т
1
CHjOH
D( + )-Седогептулоза
сн,он
I
с=о
но-с-н
I
но-^-н
н-с-он
н-с-он
т
CHjOH
D( + )-М анногетулоза
П о л и с а х а р и д ь к _ Сложные углеводы делят
на олигосахариды и собственно полисахариды. Олиго­
сахариды - это углеводы, молекулы которых содержат
от 2 до 10 остатков молекул моносахаридов. Наиболь­
ший интерес представляют ди-, три- и тетрасахариды.
Собственно полисахариды делят на гомо- и гетеро­
полисахариды.
Дисахариды (биозы). Это углеводы, молекулы
которых при гидролизе расщепляются на две молекулы
гексоз.
Различают дисахариды мальтозного (мальтоза, лак­
тоза, целлобиоза, гентибиоза, ~мелибиоза, тураноза)
и трегалозного (трегалоза, сахароза) типов связи.
При мальтозном типе связи молекула дисахарида
образуется из двух молекул моносахаридов через
кислородный мостик от гликозидного гидроксила од­
ного моносахарида и обычно (чаще возле четвертого
атома углерода) гидроксила второго моносахарида.
При образовании молекулы дисахарида трегалозного
типа связи кислородный мостик возникает за счет
обоих гликозидных гидроксилов. В молекуле дисаха­
ридов мальтозного типа связи сохраняется свободная
полуа детальная гидроксильная группа, которая может
переходить в альдегидную форму, сообщая дисахариду
восстанавливающие свойства.
31
При наименовании дисахаридов обычно пользуются
исторически сложившимися названиями (лактоза, маль­
тоза, сахароза)', реже - рациональными и по номен­
клатуре IUPAC.
Для дисахаридов мальтозного типа связи характер­
ны все химические реакции, которые типичны для альдоз и кетоз, имеющих гликозидный гидроксил (вос­
становление жидкости Фелинга, реакция Троммера и
др.). ^Дисахариды - твердые кристаллические вещест­
ва, хорошо растворимы в воде, оптически активны,
сладкие на вкус, способны к кислотному или фермен­
тативному гидролизу, могут образовывать простые и
сложные эфиры, сахараты и дру
Мальтоза
(солодовый сахар). Относится к
дисахаридам типа гликозидо-глюкоз. Молекула состоит
из двух остатков a-D -глюкопиранозы, которые соеди­
нены между собой в положении 1,4.
Мальтоза содержится в проросших зернах ячменя
(солоде), ржи, пшеницы и других злаков, а также в
томатах и нектаре многих растений. Является проме­
жуточным продуктом гидролиза крахмала, гликогена и
некоторых других полисахаридов в пищевом канале.
Удельное вращение мальтозы +136°.
Легко подвергается спиртовому брожению с образо­
ванием этанола.
Л а к т о з а (молочный сахар). Молекула лактозы
образована остатками £>-галактозы и .D-глюкозы. Су­
ществует в виде а - и Э-форм. Является составной
частью молока всех млекопитающих. Найдена в пыль­
цевых трубочках некоторых растений. Входит в состав
гликопротеидов и гликолипидов, а также некоторых
полисахаридов. Равнозначная смесь а - и Э-форм имеет
удельное вращение +52,2°. Существует в ациклической
и циклической формах.
32
CHjOH
CHjOH
Получают лактозу упариванием молочной сыворотки.
Лактоза хорошо усваивается организмом. В тонкой
кишке под влиянием фермента лактазы расщепляется до
галактозы и глюкозы. Подвергается молочнокислому
брожению. Может быть использована в качестве на­
полнителя порошков и таблеток.
Целлобиоза.
В
качестве
промежуточного
продукта гидролиза клетчатки образуется в пищевом
канале травоядных животных (особенно в преджелудках
жвачных) под влиянием бактериального фермента цел­
люлозы. Молекула целлобиозы состоит из остатков а и /3-глюкоз. В свободном состоянии найдена в про­
росших зернах злаков, косточках абрикос, патоке
некоторых деревьев. Оптически активна, удельное
вращение +34,6°. Существует в ациклической и цикли­
ческой формах.
CH,OH
CHjOH
Трегалоза
(микоза,
или
грибной сахар).
Содержится в тканях грибов, соке ясеня, водорослях,
лишайнике, гемолимфе червей и насекомых, дрожжах.
Является составной частью оболочки туберкулезной
палочки. Молекула трегалозы состоит из двух остат­
ков D-глюкозы, соединенных гликозидной связью 1 , 1 .
Она не восстанавливает фелинговой жидкости и не
вступает в другие реакции, характерные для дисаха­
ридов, имеющих гликозидный гидроксил.
3-1281
33
Дисахарид существует в циклической форме.
И— С :
---- С :
Н -С -О Н
н -с -о н
Н О -С -Н
I
I
н о -с -н
I
н -с -о н
н -с -о н
и с-----
н -с-
I
сн2он
сн,он
I
сн,он
Встречается в природе в виде а, а-аномера, без­
водная и гидратная формы которого имеют температуру
плавления 203 и 97° С, удельное вращение соответ­
ственно +197 и +178р.
С а х а р о з а (свекловичный, или тростниковый,
сахар). Содержится во всех зеленых растениях. Обра­
зуется в результате реакции фотосинтеза в листьях,
затем откладывается. в клубнях, корнях, луковицах,
стеблях, плодах. Много сахарозы в корнеплодах са­
харной свеклы (до 27%), в соке сахарного тростника
и стеблях сорго (14-26%). Молекула сахарозы состоит
из остатков глюкозы и фруктозы.
C H jO H
н
сн,он
Относится к не восстанавливающим фелингову
жидкость дисахаридам. Удельное вращение +66,5°. При
гидролизе расщепляется на глюкозу и фруктозу - воз­
никает инвертный сахар. Удельное вращение инвертного сахара -39,7е. Гидролиз сахарозы происходит в
тонкой кишке под влиянием инвертазы (са ха разы).
Природным инвертным сахаром является пчелиный мед
(98-99% сахарозы). Сахароза —ценный продукт пита­
ния. Применяется в фармации для приготовления по­
рошков, микстур и других лекарственных средств.
34
В акушерской практике ее применяют для активизации
сокращений матки.
Гомополисахариды (СбНшСЬ)/! и (CsHgO-»)/». Моле­
кулы углеводов построены из большого числа остатков
одного моносахарида: глюкозы, фруктозы, маннозы,
ксилозы и др. Они являются запасными питательными
веществами (крахмал, гликоген, инулин), служат
структурной основой тканей (клетчатка), выполняют
защитные функции (хитин). Для гомополисахаридов
характерны высокая молекулярная масса и сложные
физико-химические свойства. Наибольший практический
интерес представляют крахмал, гликоген, инулин,
клетчатка.
Крахмал.
Образуется в результате реакций
фотосинтеза в клеточных органеллах (хлоро- и амилопластах) растений, откладывается в виде запасных
питательных веществ в листьях, стеблях, луковицах,
клубнях и семенах. В клетках выявляется в виде зе­
рен различной формы (овальной, сферической, непра­
вильной), величины и слоистости. Содержание крахма­
ла в зерне риса достигает 80% , пш еницы- 7 5 , куку­
рузы - 7 2 ,
ржи - 70,
ячменя - 65, овса- 5 8 ,
про­
с а - 5 7 , в клубнях картофеля - 12-25% . Зерна крах­
мала содержат некоторое количество белка, липидов,
жирных кислот, минеральных солей и фосфорной кис­
лоты.
Крахмал - белый аморфный порошок, не растворяет­
ся в холодной воде, с йодом дает синее окрашиваниег
в воде набухает, при нагревании водного раствора
крахмальные зерна лопаются, образуя клейстер. Вод­
ные растворы крахмала способны вращать плоскость
поляризованного света вправо на 196-205®.
Крахмал состоит из двух фракций: амилозы (имеет
линейное строение) и амилопектина (имеет развет­
вленное строение). Амилоза составляет 10-30% , амилопектин - 70-90% общей массы крахмала. Содержание
обеих фракций в крахмале зависит от вида и сорта
растения, погодных условий, сроков уборки урожая и
т. д. В некоторых сортах кукурузы содержание ами­
лозы в крахмале достигает 82%. Крахмал яблок пол­
ностью состоит из амилозы. Амилоза и амилопектин
отличаются между собой некоторыми свойствами, коли­
чественным составом мономеров и структурой моле­
кулы.
3»
35
Молекула амилозы состоит из 200-1000 остатков
глюкозы, соединенных между собой гликозидными свя­
зями по типу 1,4.
сн,он
си,ои
Молекулярная масса амилозы —20 тыс. - 1 млн.
Амилоза легко растворяется в воде. При добавлении
раствора йода окрашивается в темно-синий цвет.
Амилопектин в горячей воде образует клейстер,
после охлаждения —студнеобразную массу. С раство­
ром йода дает красно-фиолетовое окрашивание. Моле­
кула амилопектина построена из 5000-6000 остатков
глюкозы, соединенных между собой по типу 1,4 и 1,6.
Молекулярная масса амилопектина - от 100 тыс. до
нескольких миллионов. На каждое разветвление в
среднем приходится 8—10 остатков глюкозы. В отличие
от амилозы, для которой характерна нитевидная фор­
ма, молекула амилопектина имеет сферическую конфи­
гурацию.
Крахмал может подвергаться гидролизу. Так, в
пищевом канале под влиянием ферментов амилазы и
мальтазы молекула крахмала расщепляется до декстри­
36
нов, мальтозы и глюко­
зы.
Калорийность крах­
мала высокая - около 5
кк ал /г.
Крахмал - ценный
продукт питания, ис­
пользуется такж е для
приготовления лекарст­
венных препаратов и в
быту.
Гликоген.
Ж и­
вотный крахмал, важ ­
нейшее резервное ве- „
, _
_
_ _
_
Рис. 3. Схема строения молекулы
щество организма чело- гликогена;
века и животных. Боль- а —глюкозный остаток
(1,4-свяше
всего
гликогена зи); б —
.точки ветвления молекулы
содержится
в тканях (1,6-связи)
печени (2 - 1 0 % общей
массы), скелетных мышцах (0 , 2 - 2 % ), м е н ь ш е -в дру­
гих органах и тканях.
_ Гликоген - белое
.аморфное__ вещество»__ хорошо.
растворяется в горячей воде, раствор опалесцирует,
вращает плоскость поляризованного света на +196*.
С раствором йода дает окраску от красно-фиолетовой
дди крвено-коричневой. Молекула построена из 2400"300 ООО остатков глюкозы. Молекулярная масса - от
400 тыс. до 50 млн.
Молекула гликогена имеет ветвистое строение
(рис. 3). Здесь остатки ос-D-глюкозы соединены между
собой по типу 1,4 и 1,6 (на 12 связей 1,4 в среднем
приходится одна 1 , 6 связь).
Гликоген - смесь нескольких полисахаридов с раз­
личной степенью полимеризации. Строение молекулы
гликогена у животных, принадлежащих к различным
типам и классам, различно. В пищевом канале живот­
ных молекула гликогена расщепляется ферментами ами­
лазой и мальтазой до a-D -глкжозы. Распад тканевого
гликогена чаще всего происходит фосфоролитическим
путем.
И н у л и н . Природный полимер фруктозы. Резерв­
ный энергетический полисахарид многих семейств рас­
тений: сложноцветных, фиалковых, колокольчиковых,
лобелиевых, лилейных и др. Много его находят в
37
клубнях топинамбура (земляной груши) и георгин-до
40-80% общей сухой массы. Молекула инулина построе­
на из остатков фруктозы (94-97%) и глюкозы (3-6% ),
которые соединены между собой по типу 1,2 связи.
Инулин - белое аморфное вещество, сладкое на
вкус, хорошо растворяется в теплой воде, вращает
плоскость поляризованного света на -39°, имеет мо­
лекулярную массу 5-6 тыс., легко усваивается орга­
низмом человека и животных. Ценное кормовое вещест­
во. Иногда (при сахарном диабете) применяется с
лечебной целью в качестве заменителя крахмала,
сахарюзы и глюкозы.
Клетчатка,
или
целлюлоза.
Поли­
сахарид, составляющий основу оболочек клеток расте­
ний. В древесине содержится вместе с геййцеллюлозайи, в' частности с пентозанами и лигнином. Клет­
чатка - главная составная часть растительных кор­
мов; В листьях растений содержится до 30%, древесин ё - д о ' 40-70, в волокне хлопчатника - до 95-98%
чистой клетчатки.
Молекула
клетчатки
состоит
из
остатков
0-/)-глюкоз, соединенных между собой гликозидными
связями по типу 1,4. Структурной единицей полиса­
харида является целлобиоза. Ее количество в моле­
куле достигает 3-6 тыс., что соответствует молеку­
лярной массе 10-20 млн. Молекула клетчатки - линей­
ный полимер.
Клетчатка —белое волокнистое вещество, без вку­
са, запаха, не растворяется в воде. Специальных
ферментов, расщепляющих клетчатку, организм чело38
века и животных не вырабатывает. В пищевом канале
(в преджелудках жвачных и ободочной кишке одноко­
пытных) клетчатка гидролизуется под влиянием бакте­
риальных ферментов (целлюлазы и целлобиазы) до
Э-£>-глюкозы. Последняя подвергается различным видам
брожения и другим превращениям, после чего исполь­
зуется для структурных и энергетических потреб­
ностей организма. Клетчатка кормов является своеоб­
разным раздражителем желудочно-кишечной секреции.
Гетерополиса ха риды. Это сложные углеводы, моле­
кулы которых построены из остатков различных моно­
сахаридов, их производных и других соединений.
В организме выполняют разнообразные функции: опор­
ную (например, хондроитинсерная кислота), защитную
(гепарин), регуляторную (гиалуроновая кислота) и
т. п. Гетерополисахариды делят на две группы: гликозаминогликапы (раньше их называли мукополисахаридами, от лат. mucus - слизь, где они впервые были
найдены) и глюкополисахариды. Гликозаминогликаны
находятся в составе протеогликанов - высокомоле­
кулярных углеводно-белковых соединений (доля белка
1-2%), Они делятся на кислые и нейтральные. Из кис~
лых гликозаминОгликанов наибольшее значение и рас­
пространение имеют следующие представители.
Гиалуроновая
кислота.
Это
гете­
рополисахарид, построенный из остатков молекул глюкуроновой и уксусной кислот, глюкозамина. Структур­
ной единицей углевода является а-глюкуронидо-ЛЛ-ацетилглюкозамин.
н ны-со-сн.
н он
Молекулярная масса углевода колеблется от 200
тыс. до нескольких миллионов. Гиалуроновая кислота
является химической основой стекловидного тела гла­
за, пупочного канатика, синовии, блестящей оболочки
яйцеклетки, капсул некоторых микробов, ее много в
клетках отдельных опухолей и т. д. В тканях выпол­
няет роль «цементирующего» вещества, служит барье­
ром, предохраняющим клетки от проникновения в них
39
микробов и ядовитых веществ, участвует в регуляции
поступления в клетки воды и других соединений, как
полиэлектролит регулирует обмен ионов. Полисахарид
характеризуется высокой степенью метаболизма - пе­
риод полураспада его молекулы равен двум дням. Об­
мен гиалуроновой кислоты нарушается при микседеме,
ревматизме, бактериальных инфекциях.
Хондроитинсерная
к и с л о т а - продукт
полимеризации jV-ацетил галактозаминсульфата и глю­
ку роновой кислоты, соединенных между собой /3-1,3- и
/3-1,4-гликозидными связями.
соон
Хондроитинсерная кислота - составная часть хря­
щей (до 40% сухой массы), костей, основного ве­
щества соединительной ткани, сердечных клапанов,
стенок кровеносных сосудов, кожи и др. В организме
выполняет опорные функции. Ее молекулярная масса 50-200 тыс., в комплексе с коллагеном - 40-50 млн.
Участвует в ионном обмене и регуляции поступления
питательных веществ в клетки. Период полураспада
молекул кислоты в основном веществе кожи - 8, хря­
ща - 16 суток.
Г е п а р и н - это
гликозаминогликан,
молекула
которого образована остатками a-D -глюкозамина, глю­
ку роновой, уксусной и серной кислот.
Гепарин
О стато к
D -r л ю кур о н ат-2 -с у л ь ф а та
40
О стато к
N -ац е ти лглю ко эам и н -6 -с у л ь ф а та
Гепарин - белый аморфный порошок, растворимый в
воде, устойчивый к нагреванию. Молекулярная масса
е г о - 15-20 тыс. В организме вырабатывается тучными
клетками и частично базофилами. Подавляет образова­
ние тромбокиназы и инактивирует тромбин, понижает
содержание в крови холестерина, снижает артериаль­
ное давление. Много гепарина содержится в тканях
печени (до 1 0 0 мг на 1 кг массы); несколько мень­
ше - в тканях легких, селезенки, щитовидной железы,
мышц.
Натриевая соль гепарина применяется как анти­
коагулянт при переливании крови и тромбозах. Из
тканей легких, а также из стенок аорты выделен ге­
парин-сульфат.
Гепарин-сульфат в дисахаридных единицах чаще
содержит ^V-ацетильные группы, чем N-сульфатные, и
степень О-сульфатирования здесь ниже.
Дерматан-сульфат в составе повторяющейся дисахаридной единицы содержит остатки L-идуроновой и
N-a цетил галактоза мин-4-сул ьфата.
Д ерм атан сул ьф ат
Остаток
L -идуроновой
кислоты
Остаток
N-ацетилгалактозамиН'
-4 -су л ь ф а та
Содержится в коже (дерме), в тканях слизистой обо­
лочки желудка.
Резистентен к действию гиалуронидаз в отличие от
хондроитинсульфатов. Участвует в стабилизации коллагеновых пучков.
Кератан-сульфат впервые получен из роговицы бы­
ка. Повторяющийся в молекуле гликозаминогликана
дисахаридный фрагмент имеет следующий химический
состав и структуру:
41
Кератаисульф аг
, О с та то к
0 -га л а к то зы
О стато к
N -а ц е ти л гл ю ко за м и и -6 -с у л ь ф а т а •
Существует два кератан-сульфата: первый выделен
из роговицы глаза, второй - из хряща. Они отличают­
ся между собой степенью сульфатированности и строе­
нием связи между кератан-сульфатом и пептидной
частью протеогликана.
Нейтральные
гЛикозаминогликаны.
Сложные углеводы, молекула которых состоит из многих
остатков иейраминовой и сиаловых кислот. Строение
иейраминовой кислоты (ациклическая форма) следую­
щее: H 00C C (0)C H 2CH(0H)CH(NH2)(CH(>HhCHi0H, а
сиаловые кислоты - ее ацильные производные. Содер­
жатся во всех органах и тканях, секретах и слизях,
причем в Намного больших количествах, чем кислых
гликозаминогликанов. Служат компонентами многих
гликопротеидов, в том числе ферментов ,и гормонов.
Отдельные определяют группу крови у животных.
Глюкополисахариды имеют сходное строение с кис­
лыми гликозаминогликанами, но в составе их молекул
отсутствуют остатки гексозамина. Типичными их пред­
ставителями являются пектиновые вещества.
Пектиновые
в е щ е с т в а —это
высо­
комолекулярные соединения, построенные из остатков
молекул галактуроновой кислоты и метилового спирта.
42
Много пектиновых веществ содержится в корнях
сахарной свеклы и моркови (2,5%), клубнях и стеблях
кормовых растений (0 ,8-1,3% ), ягодах и фруктах,
лузге подсолнечника и жоме. Здесь они обычно пред­
ставлены пропектином, который под влиянием фермента
пропектиназы или растворов кислот превращается в
пектин.
Молекулярная масса пектина - 20-50 тыс. Это цен­
ное кормовое средство, сырье для изготовления кро­
воостанавливающих препаратов, антибиотиков. Исполь­
зуется в сыроварении.
Специфические полисахариды микробов. Эти полиса­
хариды составляют основу капсул некоторых микробов
или являютс? продуктами их жизнедеятельности. П р и т
мером может, быть леван, молекула которого построена
из остатков метилизированной фруктофуранозы.
Другие малоизученные полисахариды.
А г а p-а г а р. Содержится во многих водорос­
лях, которые используются для пищевых и кормовых
целей. Молекула состоит из двух полисахаридов*^
агарозы и агаропектина, а также примеси других сое-!
динений.
Элементарными единицами являются D- и L-галактопиранозы, соединенные между собой 1 , 3 -гликозидными связями. Используется в микробиологии для
приготовления питательных сред и в кондитерской
промышленности.
Г е м и ц е л л ю л о з а . Это - полисахарид, сопутст­
вующий клетчатке. Молекулярная масса колеблется от
1 до 12 тыс. Содержится в древесине, соломе, отру­
бях (6-27%). В зависимости от того, какие моноса­
хариды входят в состав углевода, гемицеллюлозы де­
лят на маннаны, галактаны, арабаны, ксиланы. При
43
гидролизе некоторых гемицеллюлоз образуются уроновые (£>-глюкуроновая и др.) кислоты.
Гуммиарабик.
Твердая прозрачная масса,
выделяемая некоторыми видами акаций. При гидролизе
образуются галактоза, рамноза, арабиноза и глюкуро­
новая кислота. Полиэлектролит. Молекулярная мас­
са - 20-100 тыс. Применяется как лекарство при
отравлении едкими щелочами и как эмульгатор масля­
ных эмульсий.
Декстран.
Полисахарид бактериального про­
исхождения. Молекулярная масса углевода достигает
10 млн. В линейной части молекулы остатки глюкозы
соединены между собой 1 , 6 -, в боковых ответвле­
ниях - 1 , 4 - , 1,3- и 1,2-гликозидными связями. Полу­
чают при культивированнии на искусственных средах
микробов рода Leuconostos. Применяют в медицине как
заменитель плазмы.
В кормах встречаются также и другие полисахари­
ды: трагакант, карайя, альгин и т. д.
Обмен углеводов
Обмен углеводов —составная часть общего обмена
веществ и энергии в организме. Он состоит из четы­
рех этапов: переваривания, всасывания, промежуточ­
ного и конечного обменов. "
Переваривание углеводов. Углеводы составляют
основу растительных кормов. В большинстве их они
находятся в виде олигосахаридов, гомо- и гетеро­
полисахаридов, составных частей глюкопротеидов и
протеогликанов, нуклеиновых кислот, биокомплексных
соединений. Для усвоения таких углеводов организмом
необходимо их предварительное гидролитическое рас­
щепление до простых сахаров: глюкозы, фруктозы,
маннозы, галактозы, рибозы, дезоксирибозы, арабинозы, ксилозы и т. д.
В ротовой полости корм механически измельчается,
смачивается слюной, перемешивается и превращается в
пищевой ком. Слюна - это смешанный секрет трех же­
лез: околоушной, подчелюстной и подъязычной. У жи­
вотных ежесуточно вырабатывается: у лошади до 50 л
слюны, у крупного рогатого скота до 80 л. Слюна
представляет собой мутноватую жидкость (у лошади 44
прозрачную),
с
плотностью
1,002-1,010
и
At*-0,25-0,50. Значение pH колеблется от 7,2-7,б (у
свиньи) до 8,2-8,5 (у коровы). Содержит до 99,4%
воды и 0,6% плотного остатка, в состав которого
входят муцины, альбумины, глобулины, аминокислоты,
ферменты (амилаза, мальтаза, лактаза и др.), холе­
стерин, глюкоза, молочная кислота, витамины и др.
Минеральный состав слюны представлен анионами хло­
ридов, гидрокарбонатов, фосфатов, роданидов, суль­
фатов, йодидов, бромидов и катионами Na+, К*, Са2+,
Mg2*, Fe3*, Cu2+, Mn2*, Ni2+, Li*, Zn2* и др.
Корма, содержащие крахмал, инулин и гликоген,
под влиянием фермента амилазы подвергаются гидро­
литическому расщеплению:
(С еН ioOs) л+ пН гО
Амила 38
2/iC u H ijO ii.
Амилаза лучше всего действует на крахмал вареных
кормов, расщепляя его до мальтозы. Под влиянием
мальтазы мальтоза может расщепляться до глюкозы:
С12Н22ОП+Н2О
* 2C*H iz0 6 -
Корма в ротовой полости находятся 1-5 мин. Фер­
менты частично расщепляют углеводы корма. Болыйинство полисахаридов остается неизменным и поступает
в желудок или преджелудки.
Наибольшая активность амилазы и мальтазы - в
слюне человека и обезьян, самая низкая - в слюне
собак и кошек.
После ротовой полости пищевой ком по пищеводу
проходит в желудок. Здесь расщепление углеводов
постепенно прекращается. По мере пропитывания кор­
мовых масс желудочным соком амилаза и мальтаза слю­
ны инактивируются (через 20-30 мин) вследствие рез­
кого изменения реакции среды.
У жвачных кормовые массы из ротовой полости по­
ступают по пищеводу в преджелудки (у всех жвач­
ных - рубец, сетку, книжку, у верблюда —рубец и
сетку), затем в сычуг - последний отдел сложного
многокамерного желудка. Здесь кормовые массы пере­
тираются, затем мелкими порциями отрыгиваются в
ротовую полость, где тщательно вторично пережевы­
ваются, увлажняются слюной и снова поступают в
45
преджелудки. Про­
цессы пищеваре­
ния в предже­
лудках
жвачных
подробно изучены
С. 3. Гжицким и
др.
В преджелудках
корма, содержащие
клетчатку,
пре­
терпевают измене­
ния под влиянием
ферментов микро­
организмов, сим<биозирующих
в
организме живот­
ного.
Значение
такого
симбиоза
огромно. Организм
жвачных не имеет
С. 3. Гжицкий (1900-1976)
собственных фер­
ментов,
расщеп­
ляющих клетчатку. Это осуществляют микроорганизмы.
Кроме того, они из простых соединений синтезируют
для. себя, следовательно и организма-хозяина, ами­
нокислоты., белки, витамины, и другие вещества. Сим­
биоз начинается с первых дней постнатального онто­
генеза и наиболее полно выражен при переходе живот­
ного на растительное питание. В 1 г содержимого
рубца насчитывается до Ю10 микроорганизмов, в
основном инфузорий, а также различных видов бакте­
рий, актиномицетов, дрожжей, микроскопических гри­
бов и водорослей. Их ферменты расщепляют клетчатку
ДО Э-глюкозы:,
2(CoHioOs)/»+2hH20
Ц б Л Л Ю Л Э 33
2/iC i 2Н 22О 11;
Целлобиоза
Целлобиаза
С12О 22О 11+Н 2О - -
С бН иО о+С оН иО б.
В дальнейшем под влиянием ферментов микроорга­
низмов /3-глюкоза подвергается различным видам бро­
46
жения. Продуктами брожения являются жирные кислоты
(уксусная,
пропионовая,
масляная,
валериановая,
капроновая, молочная и др.), альдегиды и кетоны,
спирты, газы. Например, под влиянием Bact. lactis
из
глюкозы
образуется
молочная
кислота
Сь'НгсОб — *2CHjCHOH-COOH.
За сутки в рубце крупного рогатого скота обра­
зуется 3000-7000 г, овцы - 200-5QQ г короткоцепочечнчч жирных кислот.
Основная масса жирных кислот всасывается сли­
зистой оболочкой многокамерного желудка. Часть из
них расходуется на питание микроорганизмов и яв­
ляете* материалом для синтеза ими аминокислот,
белков, нуклеиновых кислот, липидов и других ве­
ществ. Микроорганизмы, перевариваясь в нижележащих
участках пищевого канала, служат источником для
получения организмом-хозяином биологически важных
соединений.
Организм крупного рогатого скота может на 50-70%
удовлетворять свои энергетические потребности за
счет всосавшихся в преджелудках жирных кислот.
У короны, например, половина уксусной кислоты, ко­
торая всосалась из преджелудков в кровь, идет на
биосинтез жира молока.
Переваривание углеводов заканчивается в тонкой
кишке. Здесь кормовые массы подвергаются действию
сока поджелудочной железы и кишечного сока.
Сок поджелудочной железы —бесцветная жидкость,
без запаха, реакция среды щелочная, плотность около
1,010. У человека за сутки выделяется 1,5-2 л, у
коровы —3 -4 , у сви ньи - 8 , у собаки —0,2 л сока.
Сок состоит из воды (90% ) и плотного остатка (10% ).
Плотный остаток содержит белки, в основном ферменты
(амилазу, мальтазу, лактазу, инвертазу, протеазы,
нуклеазы), а такж е липиды и минеральные соли, осно­
ву которых составляет гидрокарбонат натрия.
Кишечный сок - бесцветная или желтоватая жид­
кость с плотностью 1,007-1,010 и щелочной реакцией
среды. Состоит из воды (98,5—98,8% ) и плотного ос­
татка (1 ,5 -1 ,2 % ). Плотный остаток по химическому
составу сходен с составом слущенных эпителиальных
клеток стенок кишки. В кишечном соке содержатся
муцин, ферменты, сывороточные белки, липиды, мине­
ральные вещества и др. Сок вырабатывается кишечны47
ми, а в двенадцатиперстной кишке еще и дуоденальны­
ми железами.
Кормовые массы, поступившие из желудка в тонкую
кишку, пропитываются соком поджелудочной железы и
кишечным соком и тщательно перемешиваются, превра­
щаясь в жидкую кашицу - химус. Полисахариды (глико­
ген, крахмал, инулин) и их производные (декстрины)
под влиянием а-амилазы расщепляются до дисахаридов:
2 (C(,Hiu0 s)/i+hH2 0
*-2 ЯС12Н22О11.
Дальнейшее расщепление дисахаридов осуществляет­
ся различными ферментами. Например, солодовый сахар
расщепляется под влиянием фермента мальтазы:
С ^Н ггО и+Н гО
* 2СьНцОб-
Лактоза и сахароза кормов расщепляются лактазой
(/З-галактозидазой)
и сахаразой
или инвертазой
О-фруктофуранозидазой):
Лактаза
С 12Н 22О 11
С12Н22О11
«
Щ
+ C „ H i 2 0 6;
Галактоза Глюкоза
Инвертаза
^ С ( ,Н 120 6 + С о Н ^О е,.
Глюкоза
Фруктоза
^Расш;епление дисахаридов происходит в основном на
поверхности кишечного эпителия, на и между его
микроворсинками, поэтому такое пищеварение называют
пристеночным) Некоторая часть моносахаридов обра­
зуется здесь в результате гидролитического расщеп­
ления нуклеиновых кислот, гликопротеидов, гликоли­
пидов и других соединений кормов.
Всасывание углеводов. ' Всасывание - это сложный
биохимический процесс перехода молекул моносахари­
дов и их эфиров через эпителий слизистой оболочки
тонкой кишки в кровь и лимфу.
Некоторое количество моносахаридов (до 10%) вса­
сывается слизистой оболочкой желудка. Тонкая кишка
имеет огромную всасывающую поверхность (у человека
она достигает 500 м2). Увеличению такой поверхности
48
способствует наличие в слизистой оболочке ворсинок
(2-2,5 тыс. на 1 см2) и микроворсинок (2-3 тыс. на
1 клетку). Кормовые массы здесь пребывают в среднем
8—9 ч. За такой промежуток времени практически все
имеющиеся в корме моносахариды всасываются через
слизистую оболочку в кровь.
Пентозы всасываются медленнее, чем гексозы. Гексозы всасываются главным образом в виде гексозофосфатов, что препятствует выравниванию осмотической
концентрации в эпителии по мере всасывания и обес­
печивает непрерывное поступление в кровеносное рус­
ло гексоз. На скорость всасывания влияет структура
молекулы гексозы. Например, если скорость всасыва­
ния глюкозы принять за 1 0 0 , то скорость всасывания
галактозы будет 110, фруктозы - 4 3 , м ан н озы -19.
После перехода через кишечную стенку гексозофосфаты
гидролизуются: моносахариды поступают в кровоток, а
HjPO.* используется для фосфорилирования новых пор­
ций всасывающихся углеводов. Во время всасывания
часть моносахаридов (фруктоза, галактоза, манноза)
таутомеризуется в глюкозу. В частности, фруктоза.
Фруктоза +АТФ
Гексокиназа
Фруктозо-6-фосфат+АДФ
Изомера за _
Фруктозо-6-фосфат * '■■■'■' ■ -> Глюкозо-6-фосфат
фосфата за
Глюкозо-6-фосфат“
* Глкжоза+НзРО*
Превращение галактозы в глюкозу протекает не­
сколько сложнее.
Галактокиназа
Галактоза+АТФ-------------------- Галактозо-1 -фосфат+АТФ
Ге ксозо- Ф-фосфату ридил илтра нсфера за
Галактозо-1-фосфат+УДФ-Глюкоза < = * УДФ-Галактоза+
+Глюкозо-1-фосфат
УДФ-Глюкозо-эпимераза
УДФ-Гала ктоза £ = = = = = =
= = » УДФ-Глюкоза
4-1281
49
Механизм всасывания
объясняет теория пере­
носчиков,
согласно
которой транспортиро­
вание моносахаридов в
клетку эпителия вор­
синки осуществляется с
помощью специальных
белков с молекулярной
массой 10-30 тыс. Они
находятся на мембранах
Рис.
4.
Схема
активного
микроворсинок и сразу
транспортирования моноз через
же после ферментатив­
мембраны
энтероцита
(по
ного расщепления диса­
Р. О. Файтельбергу)
харидов воспринимают
на определенные «площадки» своих молекул моносаха­
риды, которые затем переносят в глубь клетки к ба­
зальному ее краю.
Переносчик соединяется с моносахаридами и их
дериватами. Митохондрии являются в этих процессах
источником химической эйерпш. Комплекс перенос­
чик - моносахарид может передвигаться в глубь клет­
ки по эндоплазматической сети и другим органоидам.
На базальной поверхности клетки комплекс распадает­
ся. Переносчик возвращается к поверхности клетки и
соединяется с новыми порциями моносахаридов. Моно­
сахарид попадает в межклеточную жидкость, затем в
сосудистую систему - капилляры, подэпителиальную и
подслизистую венозную сеть, вены брыжейки и ворот­
ную вену.
Процесс активируется ионами Na+, которые создают
натриевый насос, обеспечивающий активное транспор­
тирование моносахаридов через мембраны энтероцита
(рис. 4).
В толстой кишке (слепая, ободочная, прямая)
часть полисахаридов корма, которая не подверглась
гидролизу, разлагается под влиянием микробов. Обра­
зовавшиеся при этом продукты всасываются слизистой
оболочкой в кровеносное русло. При недоброкачест­
венном кормлении и некоторых заболеваниях пищевого
канала образуются продукты гниения, которые оказы­
вают на организм токсическое действие. В толстой
кишке травоядных животных некоторые микроорганизмы
синтезируют витамины (К, Bi, В2, В6, В3, Bs, С).
50
Промежуточный обмен. Состоит из двух процес­
сов - биосинтеза и распада. Он протекает в органах,
тканях, клетках и интрацеллюлярных структурах. При
этом моносахариды крови используются для различных
потребйостей. Так, у человека 3-5% глюкозы крови
используется для синтеза гликогена, 30-35% -д л я
синтеза липидов, 60-70% служит источником хими­
ческой энергии. Промежуточный обмен часто называют
межуточным, внутритканевым или внутриклеточным об­
меном. При расщеплении молекулы углевода до СОг и
НгО в тканях и клетках образуется большое количест­
во других промежуточны» продуктов обмена.
''~ Г ' С а х а р
к р о в и . ^ Сахар крови в основном
предстяблёРГ’Т'люкозой, частично - фруктозой и глиг- когеном. Его содержание в крови животных различно
(по С. И. Афонскому):
Животное Количество глюкозы, Животное
ммоль/л
Лошадь
Корова
Овца
Коза
Свинья
3,33-6,11
2,22-6,11
,2,22-3,61
2,22-3,61
2,22—
13,87
Кролик
^Курица
Индейка
Утка, гусь
Собака
Количество глюкозы,
ммоль/л
5,55
7,21-14,43
7,21-11,65
8,32
3,88-5,55
Глюкоза находится в свободном и связанном со­
стояниях. Количество связанной глюкозы достигает
40-50% общего ее содержания в крови. Артериальная
кровь, поступающая в головной мозг по сонным арте­
риям, на 5,44-5,83 ммоль/л богаче глюкозой, чем
венозная, оттекающая от мозга по яремным венам.
Биосинтез
.гли к о г е н а .
Гликоген —
источник химической энергий"и регулятор осмотичес­
кого давления крови. В клетках откладывается в виде
глыбок и зерен.
Содержание гликогена а печени животных при
обильном углеводном питании составляет 15-20% общей
сухой массы органа. В мышцах содержание гликогена
достигает 0,2-2% , в нервной ткани-0 ,1 5 % общей
сухой массы.
гЕсли для синтеза гликогена источником служит
глкжеза", этот процесс называют гликогенез, если
другие соединения , (амино-, кето-, оксикислоты и
низкомолекулярные жирные кислоты) - гликонеогенез.
4»
51
Образование гликогена подробно изучено на тканях
печени. В гепатоцитах глюкоза под влиянием гексокиназы фосфорилируется.
сн,он
н
он
о
I
он
I
он
сн,—о —Р—о—Р—о —р=о
Г л ю к о за
В дальнейшем глюкозо-6 -фосфат под влиянием фосфоглкжомутазы изомеризуется в глюкозо- 1 -фосфат.
Глюкозо-1-фосфат под влиянием фермента глюкозо1 -фосфатуридилтрансферазы вступает в реакцию с УТФ,
образуя УДФ-глюкозу.
Глюкозо-1 -фосфат+УТФ * УДФ-Глюкоза+ЬЦРгО?52
УДФ-Глюкоза под действием фермента гликогенсинтетазм и при наличии небольшого «затравочного» ко­
личества гликогена переносит остаток глюкозы на
молекулу гликогена, что приводит к удлинению цепи
полисахарида за счет образования связи 1,4.
(С6Ню05)я+УДФ-Глюкоза—^ (Q>Hio65 )/i+i+УДФ.
УДФ фосфорилируется за счет АТФ, превращается в
УТФ и вступает в реакцию с новыми молекулами глюко­
зо-1-фосфата. При образовании связей 1,6 в реакции
участвует фермент а-глюкан - разветвляющая гликозилтрансфераза (фермент разветвления). Для удлине­
ния цепи молекулы гликогена на один мономер затра­
чивается одна макроэргическая связь (-), заклю­
чающая в себе 32-40 кДж. В отдельных случаях моле­
кула гликогена может синтезироваться на полипеп­
тидной цепи белка - инициатора синтеза гликогена
(Г. Крисман, 1975), без участия «затравки». Иногда
молекула гликогена образуется без затраты энергии
АТФ под влиянием фермента фосфорилазы.
Биосинтез
глюкозы.
В животном
ор­
ганизме часть глюкозы образуется реакциями биосин­
теза из пирувата, что является обращением анаэроб­
ного расщепления углеводов вообще и гликолиза в
частности.
Это
отражает
суммарное
уравнение
(AG° —29,3 кДж/моль):
Пируват+4ЛТФ+2ГТФ+2НАД+2Н*+6Н20 -Глюкоза+2НЛД++4АДФ+2ГДФ+6Нф.
Биосинтез
лактозы.
Дисахарид
лак­
тоза синтезируется в молочной железе самок млекопи­
тающих в результате следующей реакции:
УДФ-Пшактоза+Л-Глюкоза
* УДФ+Лактоза.
Реакция происходит с помощью фермента лактозосинтетазы.
Биосинтез
гликозаминогликанов.
Аминосахара чаще всего образуются переносом амид­
ной группы глутамина на молекулу фруктозо- 6 фосфата ферментом аминотрансферазой с последующим
53
отщеплением
зой:
остатка
фосфорной
кислоты
фосфата-
* Г'лкжозамин-6-фосфат+
+Глутаминова я кислота,
Фруктазо-6-фосфат+Глутамин
Глюкозамин-6-фосфат+НгО
* Глюкозамин+НзРОд.
Ацетил глюкозамин образуется при переносе аце­
тильной группы из ацетил-КоА на молекулу глюкозамин- 6 -фосфата. В дальнейшем при взаимодействии ацетилглюкозаминфосфата
с
УТФ
возникает
УДФацетилглюкозамин и выделяется Н3РО4. Под влиянием
изомеразы УДФ-ацетнлглюкозамин превращается в УДФацетилманнозамин. К последнему путем альдольной
конденсации присоединяется фосфонольпируват, что и
приводит к образованию фосфо- 1^-ацетилнейраминовой
кислоты, а из нее - N -ацетилнейраминовой кислоты.
При полимеризации последней и возникают молекулы
нейтральных гликозаминогликанов.
Полимерные полисахаридные цепи 'гликозаминогли­
канов синтезируются при участии нуклеозиддифосфатсахаров - НДФС. Так, при биосинтезе молекулы гиалуроновой кислоты донорами моносахаридных звеньев
являются УДФ-глюкуроновая кислота и УДФГ. При био­
синтезе хондроитинсерной кислоты и гепарина уже
участвует УДФ-ксилоза. Биосинтез здесь начинается
путем присоединения гидроксильной группой молекулы
белка (остаток серина) ксилозы (из УДФ-ксилозы).
Присоединение сульфатных остатков к фрагментам
хондроитинсульфата и гепарина происходит под влия­
нием фермента гликозаминогликансульфотрансферазы.
Донором
сульфогрупп
служит
З-фосфоаденозин-5фосфосульфат. Биосинтез белковой части протеогли­
канов происходит обычным для белков путем.
Распад
гликогена.
В течение суток в
организме животного синтезируется и расщепляется
65-70% гликогена печени. У собаки массой 10 кг,
например, ежесуточно через печень проходит 400 л
крови. Каждый литр выносит из печени 1 г сахара.
1 г гликогена заключает 15 756 кДж, а организм со­
баки ежесуточно из печени получает около 6,5 млн
кДж в виде потенциальной энергии.
54
Уменьшение содержания сахара в крови рефлекторно
приводит к распаду гликогена в печени и нормализа­
ции содержания глюкозы в крови. Эти процессы регу­
лируются и гормонально (синтез - инсулином, рас­
пад - адреналином и глюкагоном).
Расщепление гликогена осуществляется двумя путя­
ми: фосфоролизом (в основном) и гидролизом.
Т ак, под влиянием фермента фосфорилазм происхо­
дит постепенное уменьшение молекулы гликогена с
образованием глю козо- 1 -фосфата.
Боковые ответвления молекулы гликогена отщеп­
ляются под влиянием гидролитического фермента ами­
ло - 1 ,6 -глюкозидазы.
В дальнейшем глюкозо-1-фосфат под влиянием фер­
мента фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо- 6 фосфат. Глюкозо- 6 -фосфат под влиянием фермента глюкозо- 6 -фосфатазы расщепляется до глюкозы и неорга­
нического фосфата (НзРСМ. Глюкоза поступает в кро­
веносное русло, а неорганический фосфат использует­
ся для реакций фосфорилирования.
Некоторая часть гликогена расщепляется гидроли­
тически под влиянием фермента амилазы с образова­
нием декстринов и мальтозы:
( C ij H w O s l n + i iH iO
*■ ( C o H i o O j ) т
Д екстрины
* и С 12 Н 2 2 О 1 1.
М альтоза
Затем под влиянием фермента мальтазы мальтоза
расщепляется до глюкозы, которая поступает в кро­
веносное русло:
С 1 2 Н 2 2 О И + Н 2 О “ *■ 2 C ( |H 12О 0.
Реакция фосфоролиза гликогена обратима. Ее ско­
рость зависит от содержания гликогена, глюкозо- 6 фосфата и Н3РО4. Т ак, при увеличении концентрации
глюкозо-б-фосфата реакция идет в направлении обра­
зования гликогена. Глюкоза крови в основном исполь­
зуется для энергетических потребностей организма.
В тканях и клетках основными энергетическими
превращениями углеводов являются: анаэробное рас­
щепление, цикл трикарбоновых кислот Кребса и пентозофосфатный путь (ПФП) или пентозный путь. Все три
процесса взаимосвязаны, так как в каждом из них
55
есть общие для всего промежуточного обмена углево­
дов продукты химических реакций и участвуют одни и
£_ж£^ферментативные системы.
Анаэробное расщепление углеводов.
Этот процесс протекает в органах, тканях и клетках
животного организма без участия кислорода. Его ос­
новные реакции сходны с химизмом спиртового бро­
жения, названного JI. Пастером «жизнью без кислоро­
да». Различия заключаются в следующем: при спирто­
вом брожении углеводов конечными продуктами яв­
ляются этанол и СОг, а при анаэробном расщепле­
нии - молочная или пировиноградная кислота. Создана
схема Эмбдена - Мейергофа - Парнаса.
Анаэробное расщепление углеводов может начинать­
ся фосфоролитическим расщеплением гликогена (гликогенолиз) или фосфорилированием глюкозы (гликолиз),.
В скелетных мышцах оба процесса выражены в одина­
ковой степени, в головном мозгу и миокарде преобла­
дает гликолиз.
------ *
Фосфоролитическое расщепление гликогена до глю­
козо- 1 -фосфата происходит под влиянием фермента
фосфорилазы.
H-Cs-O-PO;
н -с сн,он
Под влиянием фермента фосфоглюкомутазы глюкозопревращается в глюкозо-6 -фосфат.
Если процесс начинается из глюкозы, то происхо­
дит ее фосфорилирование под влиянием фермента фосфоглюкокиназы с образованием глюкозо-б-фосфата. 1 -фосфат
H-Ci-OH
о + АТФ
н -сI-о н
Н-сI
О +
1-
сн, - о- ро:
56
АДФ
После этого дальнейшие пути гликогенолиза и гли­
колиза сливаются и могут быть рассмотрены сов­
местно.
1.
Глюкозо-6-фосфат под действием фермента глюкозофосфатизомеразы
превращается
в фруктозо-6фосфат. Между обоими эфирами устанавливается рав­
новесие при содержании 70% глюкозо-6-фосфата и 30%
фру ктозо-6-фосфата.
н—с^рн
сн,он
H - i-О
> И- >
СчО Н
_____ „ н оI - с - н 4
н о -^ -и I
О
н -с -о н I
*■---------- н - с —он „
Г
Т
о
и - с -------1
Н-С--------- 1
1Т
1сн ,-о -р о ,
СН,—О—РО,
2.
Под влиянием фосфофруктокиназы, при наличии
АТФ и ионов Mg2+ образуется фруктозо-1,6-дифосфат.
1-
ен,он
с=^ои
н о -с —н""'--!
^
сн,—о—ро,
• с^он
но—с—н
Ц - о н 1 + * '• — H-i-OH I +
н—с 1
н- i ------- 1
**
I
с и ,- о - ю ,
*«*
I-
СИ ,- О- РО,
3.
Наличие двух остатков фосфата на противопо­
ложных концах молекулы гексозы приводит к резкому
ослаблению связей между Третьим и четвертым атомами
углерода. В результате этого углевод легко расщеп­
ляется на две фосфотрибзы под влиянием фермента
альдолазы. г
сн, - о- ро|
с^^он
с£;о
н о -с—н | —► н—с —он
I
1- '
Н-С—он о
сн,- о - ро,
Н-с ------- 1
С Н ,-О Н
С—о
|
j.
сн, - о - ро,
CHj - O - P O j
При этом образуется 3-фосфоглицериновый альдегид
57
(3%) и диоксиацетонфосфат (97% ), последний таутомеризуется в 3-фосфоглицериновый альдегид.
сн2 - он
с = о
он
I
/
СН2 - О-Р=0
\)Н
Изомераза
» Н-С-ОН
/ 0Н
СН2 - о - р= о
\
ОН
4. 3-ФосфогЛицершювый альдегид под влиянием
фермента глицеральдегидфосфатдегидрогеназы и НАД
вступает в реакцию оксиредукции, что приводит к
образованию макроэргической связи, а затем 1,3дифосфоглицериновой кислоты.
/ он
H—С~ S - Е — Н А Д +
сГ
'
[ И
И— С —OH
I
/Н А Д ♦
Е I
''‘ S ' -
+
/О Н
сн, —о—р= о
Ч
—*■ Н - С - О Н .
I
фермен'
\он
✓ OH 1
сн, —о—р=о
Ч°н
Т и о п о луа ц етал ь
А
с /~
|
ф
НАД+
-Е-Н А Д -Н + Н *
.Н А Д - Н + Н *
—^
и—с—он
I
/О Н
сн, —о-р= о
^он
Тиоэфир
с £ 8-Е-НАЛ*
1
/ОН
/он —►и—сI—°~
+ НО—РггО
он P=Sh +
-*■ и—с—он
|
он
сн, —о—р==о
\о н
\ 0Н
- над +
I
/ он
сн, —о-р= о
N>h
Ацетилфермен. '
5. 1,3-Дифосфоглицериновая кислота под влиянием
фермента фосфоглицераткиназы отдает свою макроэргическую связь АДФ.
58
г^О
»о
/О Н
t -vo~p=o
y^oh
н —С — О Н 4 О Н + А Д Ф - ►
Н -С -О Н
/о н
+
1
CHjO—р=о
АТФ
/О Н
с н ,—о -р = о
ч он
\о н
„ 6. З-Фосфоглицериновая кислота под влиянием фер­
мента фосфоглицеромутазы
превращается
в 2фосфоглицериновую кислоту.
С?
I^ O H
| V.OH /О Н
Н -С -О Н
Н -С -0 -Р = 0
г'°
1
/
I
C H jO - pfeo
\ он
CHjOH
\ОН
он
7.
2-Фосфоглицериновая кислота под влиянием фер­
мента фосфопируватгидратазы, в присутствии ионов
Mg2*, теряет молекулу воды, превращаясь в енольную
форму фосфопировиноградной кислоты, содержащую макроэргическую связь.
-О
С^ОН /ОН
- С - 0 - р=о
1
сн,он v OH
//°
с -о н
/ОН
1
С-О-1р=о •
II
\
он
сн,
8.
Фосфопировиноградная кислота под влиянием
фермента пируваткиназы при наличии ионов Mg24 и К*
отдает свою макроэргическую связь АДФ, превращаясь
в енольную форму пировиноградной кислоты.
с/
^ он /о н
С -0 -Р = 0
СН,
,^ о
+ АДФ
^ он
-*■
?-он
с—О Н + А Т Ф
сн,
Енольная форма пировиноградной кислоты таутомеризуется в кетоформу.
у-^он
с-он ^
псн,
t-rо
^>юн
с=о
I
сн,
59
9.
При недостатке кислорода пировиноградная кис­
лота под действием фермента лактатдегидрогеназы и
при наличии НАД ■Н + Н+ превращается в молочную
кислоту, которая обычно является конечным продуктом
анаэробного распада углеводов в животных тканях.
сн,
сн,
1
I
d= o + Н А Д -н + н + ги -с -о н + Н А Д ♦
С 'О Н
Таким образом, при анаэробном окислении из одной
молекулы глюкозы образуется четыре молекулы АТФ.
Если учесть, что на фосфорилирование глюкозы и об­
разование фруктозо-1,6-дифосфата расходуется две
молекулы АТФ, чистый выход энергии будет равен двум
молекулам АТФ. При гликогенолизе из одной молекулы
глюкозы образуется три молекулы АТФ. При гликолизе
или гликогенолизе в АТФ аккумулируется около 35-40%
всей освобождаемой химической энергии. Остальные
60-65% энергии рассеиваются в виде теплоты.
Следовательно,
коэффициент по­
лезного действия
анаэробного ' гли­
колиза клеток или
тканей
равен
0,35-0,40.
Цикл
трикарбоновых
кислот Креб­
с а (ЦТК). Основна я масса хими­
ческой
энергии
углеводов
осво­
бождается
в
аэробных условиях
при участии кис­
лорода. Цикл трикарбоновых кислот
Кребса называют
еще циклом лимон­
С. И. Северин (рожл- 1901)
ной кислоты или
60
клеточным дыханием. В расшифровке отдельных реакций
этого процесса приняли участие многие ученые:
А. Сент-Дьердьи, А. Ленинджер, особенно X. Кребс,
именем которого назван цикл, советский академик
С. И. Северин и др.
Между анаэробным и аэробным расщеплением угле­
водов существует тесная связь: Прежде всего она
проявляется в наличии пировиноградной кислоты,
которой завершается анаэробное расщепление углево­
дов и'начинается клеточное дыхание. Обе фазы ката­
лизируются одними и теми же ферментами. Освобож­
дающаяся при фосфорилировании химическая энергия
резервируется в виде макроэргов АТФ. В химических
реакциях участвуют одни и те же коферменты (НАД,
НАДФ) и катионы. Различия заключаются в следующем:
если анаэробное расщепление углеводов в основном
локализировано в гиалоплазме, то реакции клеточного
дыхания преимущественно протекают в митохондриях.
В некоторых условиях проявляется антагонизм между
обеими фазами.
Так, в присутствии кислорода скорость реакции
гликолиза резко уменьшается (эффект Пастера). Про­
дукты гликолиза могут тормозить аэробный обмен
углеводов (эффект Кребтри).
ЦТК представляет собой последовательную цепь
химических реакций, в результате которых продукты
расщепления углеводов окисляются до СОг и НгО, а
химическая энергия аккумулируется в макроэргических соединениях. В ходе клеточного дыхания обра­
зуется «носитель» - щавелевоуксусная кислота (ШУЮ.
В дальнейшем происходит конденсация с «носителем»
активированного остатка уксусной кислоты. Возникает
трикарбоновая кислота - лимонная. В ходе химических
реакций происходит «оборот» остатка уксусной кисло­
ты в цикле. Из каждой молекулы пировиноградной
кислоты образуется 18 молекул АТФ. В конце цикла
освобождается «носитель», который вступает в реак­
цию с новыми молекулами активированного остатка
уксусной кислоты.
1.
Если конечным продуктом анаэробного расщепле­
ния углеводов является молочная кислота, то под
влиянием лактатдегидрогеназы она окисляется в пировиноградную кислоту.
61
CH]
СН3
I
_I
H-C-OH+ НАД♦ ♦ C=0+ НАД •H+H*
C-OH
с -он
*Ч>
V)
2.
Часть молекул пировиноградной кислоты идет на
синтез «носителя» ШУК под влиянием фермента пируваткарбоксилязы и в присутствии ионов Mg2*.
CHj
COOH
I
_
С=0+С0,+ АТФзг с-о+ адф+н,ро4
qOH
сн,
^О
I
соон
3. Часть молекул пировиноградной кислоты служит
источником образования «активного ацетата» - ацетилкоэнзима А (ацетил-КоА). Реакция протекает под
влиянием пируватдегидрогеназы.
сн,'
. ■*;
C=0+HS —КоА + НАД+ —►CH,-C~S—КоА + НАД• Н+Н* + СО,
соон
Коэнзим A
IL
о
Ацетил-КоА содержит макроэргическую связь, в
которой аккумулируется около 5-7% энергии. Основная
масса химической энергии образуется в результате
окисления «активного ацетата».
4. Под влиянием цитратсинтетазы начинает функ­
ционировать собственно цикл трикарбоновых кислот,
что приводит к образованию лимонной кислоты...
с ~ S-KoA
I
сн,
//° КоА+Н ++0 =С—COOH^i НО—С—
' СООН 4C~S—
I
I
I
сн,
сн,
сн,
I
I
COOH
СООН
▲ц«тмл-КоА
ЩУК
Цитрия-КоА
соон
'Ь
Н0Н^Г«0-С-COOH+HS-KoA
I
Коэнзим А
сн*
соон
Лимоииаа кислота
62
V
5.
Лимонная кислота под влиянием фермента эконитат-гидратазы дегидрируется и превращается в цисаконитовую кислоту, которая после присоединения
молекулы воды переходит в изолимонную.
соон
Т
сн,
но-с-соон
I
сн,
соон
-нон
соон
СН,
с-соон
II
с-н
I
соон
соон
I
fH,
н - сI —соон
н -с —он
Между тремя трикарбоновыми кислотами устанавли­
вается динамическое равновесие.
6.
Изолимонная кислота окисляется в щавелевоян­
тарную, которая декарбоксилируется и превращается в
а-кетоглутаровую кислоту. Реакция катализируется
ферментом изоцитратдегидрогеназой.
соон
I
сн, •
соон
соон
сн ,
1^
+НАДФсн ,
I
'
H-C-COOH ...---------------- Н - С - С О О Н -------- I
-СО,
-НАДФ
•
Н+
Н
■
*
Н-С-ОН
С—
О
IООН
СI-ООН
С
СН,
I
с=о
IООН
С
7. а-Кетоглутаровая кислота под влиянием фермен­
та
2-оксо-(а-кето)-глутаратдегидрогеназы
декарбо­
ксилируется, в результате чего образуется сукцинилКоА, содержащий макроэргическую связь.
соон
соон
I
I
сн,
сн,
CH, + HS—КоА + НАД+ ----►CH, -I- СО, + НАД-Н + Н*
I
1
с = о •.
с=о
I
.
I
COOH
S—КвА
8. На следующей стадии сукцинил-КоА под влиянием
фермента сукцинил-КоА-синтетазы передает макроэрги­
ческую связь ГДФ.
63
соон
соон
сн,
сн,
сн,
I
I
4-
ГДФ -f
I
С —о
Н3РО4 ----- CH,
4"
I
соон
ГТФ 4- HS — КоА
?
s- К о А
Сукцинил-КоА
Янтарная кислота
ГТФ под влиянием фермента ГТФ -аденилаткиназы
отдает макроэргическую связь АМФ: ГТФ+АМФ — ►
------> ГДФ+АДФ.
9.
Я нтарная кислота под воздействием фермента
сукцинатдегидрогеназы (СГД) окисляется до фумаровой. Коферментом СДГ является ФАД.
соон
сн,
Щ
1Н1 + ФАД _
I
соон
соон
I
сн
Мн +
.» д .„ ,
I
соон
10.
Ф умаровая кислота под влиянием фермента фумаратгидратазы превращается в яблочную.
соон
соон
I
сн
снон
II 4- н,о — ► I
сн
сн,
I
I
соон
соон
I
11.
Яблочная кислота под воздействием фермента
малатдегидрогеназы (МДГ) окисляется, образуя ЩУК.
соон
соон
I
I
снон
с= о
I
4- НАД*-*- I
сн,
сн,
I
I
соон
соон
4- НАД'Н 4- н +
При наличии в реагирующей системе ацетил-КоА ЩУК
снова включается в цикл трикарбоновых кислот.
64
Таким образом, из одной молекулы глюкозы обра­
зуется до 38 молекул АТФ (две - за счет анаэробного
гликолиза, шесть - в результате окисления двух мо­
лекул НАД • Н + Н+, возникших при гликолитической
оксиредукции, и 3 0 - з а счет ЦТК). Коэффициент по­
лезного действия ЦТК равен 0,5. Остальная часть
энергии рассеивается в виде теплоты. В ЦТК окис­
ляется 16-33% молочной кислоты, остальная ее масса
идет на ресинтез гликогена.
Пентозный
путь.
Пентозный
путь - это
цепь последовательных химических превращений угле­
водов, в результате которой в тканях и клетках ос­
вобождается химическая энергия и образуются пентозы, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот,
нуклеотидов и коферментов. Его часто называют апотомическим путем, так как при окислении глюкозы
отщепляется один атом углерода. Иногда его именуют
прямым или гексозомонофосфатным путем окисления
углеводов, так как здесь глюкозо-6-фосфат подвер­
гается прямому окислению (с отщеплением СОг) без
образования фруктозо-1,6-дифосфата и двух фосфотриоз. Пентозный путь открыт советским биохимиком
В. А. Энгельгардтом. Отдельные его этапы изучены
О. Варбургом, Ф. Липманом, И. Д. Головацким и др.
Пентозный путь состоит из следующих стадий:
1.
Глюкозо-6-фосфат, образующийся в результате
фосфоролиза гликогена или фосфорилирования глюкозы,
под влиянием глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы окис­
ляется и превращается в 6-монофосфоглюкон.
н—с ----I
н -с - о н
I
н о -с —н
I
с* —
I
НАДФ♦
Н—с—он
н -с
I
/ОН
^он
сн,-о-р=о
н -с -о н
I
н о -с -н
I
н -с - о н
н -с
I
4 - НАДФ Н +
Нн
он
сн , - о - р = о
он
2.
6-Монофосфоглюкон под влиянием фермента глюконолактоназы присоединяет молекулу воды, превра­
щаясь в 6-фосфоглюконовую кислоту.
5-1281
65
соон
I
н -с -о н
I
н о -с -н
+
I
н,о
н -с -о н
]
н о -с -н
I
I
н -с - о н
I
н -с -о н
н -с -о н
Н-с
/ОН
I
сн,-о-р= о
.он
сн,-о-р= о
он
^о н
3.
6-Фосфоглюконовая кислота при участии фосфоглюконатдегидрогеназы подвергается окислительному
декарбоксилированию, что приводит к образованию
кетопентозы - £>-рибулозо-5-фосфата и второй моле­
кулы НАДФ Н + Н*.
соон
I
н -с -о н
I
I
н -с -о н
I
н -с -о н
I
Н О -С -Н
сн,-он
соон
I
н -с -о н
-)- Н АДФ +- -*• с-О 4- НАДФН + Н
I
I
н -с -о н
I
/ОН
сн,—
о—
р=о
^он
н -с -о н
/ он
^о н
сн , - о - р = о
I
I
н -с -о н
I
-со,
н -с -о н
I
с=о
/ОН
сн , - о - р = о
''о н
З -К е т о -6 -ф о с ф о г л ю к о н о в а я
0 -Р и б у л о з о -5 -ф о с ф а т
ки сл ота
4.
£>-Рибулозо-5-фосфат под влиянием рибулозофосфат-3-эпимеразы превращается в свой эпимер - D-ксялулозо-5-фосфат.
сн,-он
Г
•
с=о
н -с-он
I
н -с-он
-----
I
/О Н
с н1, - о - р ч
=о
^он
I
сн,-он
I 2
с=о
н о -с-н
I
н -с -о н
/О Н
сн , - о - р = о
1
он
\
в некоторых случаяхЯ-рибулозо-5-фосфат может
обратимо превращатьсяв свой альдоизомер - D-рибозо-5-фосфат.
66
/О
СН,—ОН
I
С—о
1
I
Н—С —о н
I
-— -
н -с -о н
у он
с н ,-о -р = о
пи
с
|^ Н
н -с -о н
I
I
н -с -о н
н -с -о н
I
/OI
с н , - о —р = о
эн
.О-Рибозо-5-фосфат используется клетками для син­
теза РНК и нуклеотидов (например, АМФ, АДФ, АТФ).
Часто пентозный путь на данной стадии завершается.
Его можно суммировать уравнением
N
Глюкозо-6-фосфат+2НАДФ +4=» £>-Рибозо-5 -фосфат+СС>2+
+2НАДФ -Н+2Н*.
Пентозы, не использованные для синтеза нуклеино­
вых кислот и нуклеотидов, расходуются на биосинтез
других соединений, регенерацию глюкозы, из которой
начинался пентозный путь.
Этим этапом окисляется до 20% общего количества
гексоз.
5.
Часть /)-ксилулозо-5-фосфата и £>-рибозо-5-фосфата под влиянием транскетолазы вступает в неокис­
лительный этап, что приводит к образованию
£)-седогептулозо-7-фосфата и 3-фосфоглицеринового
альдегида.
сн,он
1
о
II
и
с^°
сн,он!
1Н
:
1
!
н-с-он
!
С=0
! г—
—
Н----- J ,
1
!н;о-с-н
-г н-с-он
1
*—• 1
н-с-он
н-с-он
сн,- о- ро,
но-с-н + н-с-он
Iсн.-о- ро.
н-с-он
н-с-он
I
н-с-он
СН,—О—PO,
6.
Фосфоглицериновый альдегид может включаться в
четвертую стадию анаэробного расщепления углеводов
или под влиянием фермента трансальдолазы взаимодей­
ствовать
с
£)-седогептулозо-7-фосфатом,
образуя
фруктозо-6-фосфат и эритрозо-4-фосфат.
5*
67
л
сн,—он
сн,он
CZ
Шш
I
iN
с=о
с=о
н -с -о н
1
7—
+ и -сI-о н
н о -с -н
+
н о - с1- н
lv H
1
I
I
/ он
н -с -о н
н -с-о н
сн,-о-р=о
/ОН н - сJ.- о н
I
1
v
OH
н -с -о н
CHj—о -р=о
н -с -о н
1
I
/ОН
х
он
н -с -о н
он
снг о-р=о
сн,-о-р= о
он
^он
Фруктозо-6-фосфат может изомеризироваться в глюкозо-6-фосфат и вступать в первую стадию пентозного
пути или включаться во вторую стадию анаэробного
расщепления углеводов.
7.
Эритрозо-4-фосфат под влиянием фермента
транскетолазы взаимодействует с ксилулозо-5-фосфатом, что приводит к образованию фруктозо-6-фосфата
и 3-фосфоглицеринового альдегида.
/Р
Г*
Н-С-ОН
1
н -с -о н
I
/О
CHjOH
I
CH2OH
I
СГЫ
С—о
________ ■
с=о
+
I
I
__
н о -с -н
н о -с -н
/ОН
сн,-о-р=о
'ОН
|
н -с -о н
/ОН
сн,-о -р= о
^он
|
н -с -о н
|
с^
|^н
н -с -о н
-I|
/О Н
сн, - о - р - о
\ QH
н - с-он
/ОН
с н ,-о -р = о
\ он
Реакции пентозного пути можно суммировать урав­
нением
бГлюкозо-б-фосфат+12НАДФ+—> 6 CO 2+ 1 2НАДФ -Н+Н++
+5 Глюкозо-6 -фосфат+НзР 04 .
Пентозному пути принадлежит важная роль в синте­
зе жиров. Так, в жировой ткани он занимает 50% по
отношению к гликолизу, в печени- 2 ,5 - 3 и в мышеч­
ной ткани - 0 ,3 % . Предполагают, что последние ста­
дии пентозного пути обеспечивают жировые клетки
глицерином, который образуется из 3-фосфогли­
церинового альдегида. Кроме описанных выше в тканях
животного организма обнаружены другие пути, в част68
л
ности превращение моносахаридов путем их соединения
с пиримидиновыми основаниями и т. д.
Конечный обмен. Основными конечными продуктами
обмена углеводов являются вода и углекислый газ.
Вода выделяется с мочой, потом, выдыхаемым возду­
хом, каловыми массами, углекислый газ - через лег­
кие.
В моче содержится некоторое количество глюкуроновой кислоты, которая, обезвреживая ядовитые ве­
щества, образует парные соединения.
В кале содержится часть непереваренных углеводов
корма.
Регуляция углеводного обмена. В регуляции угле­
водного обмена участвуют нервная система, железы
внутренней секреции, печень и витамины. Центры раз­
мещены в коре больших полушарий, промежуточном и
продолговатом мозгу, ганглиях вегетативной нервной
системы. Фистульные опыты на железах пищевого кана­
ла свидетельствуют о главенствующей роли ЦНС в ре­
гуляции углеводного обмена, так как ее функциональ­
ным состоянием определяются характер и интенсив­
ность секреции пищеварительных соков, степень гли­
когенеза и гликонеогенеза, скорость реакций гликогенолиза и гликолиза.
Существует прямая связь между содержанием глюко­
зы в крови и функциональным состоянием ЦНС. Так,
уменьшение концентрации глюкозы в крови вызывает
возбуждение нервных центров в гипоталамусе и про­
долговатом мозгу. Нервные импульсы по аксонам через
пограничный симпатический ствол поступают в солнеч­
ное сплетение, затем в печень, где активизируется
фосфорилаза, расщепляющая гликоген до глюкозо-1фосфата. Восстанавливается уровень глюкозы в крови.
В регуляции углеводного обмена участвуют гормоны
гипофиза, коркового и мозгового вещества надпочеч­
ников, поджелудочной и щитовидной желез. Так, гор­
мон поджелудочной железы инсулин, попадая с током
крови в печень, активизирует гексокиназу. Это при­
водит к образованию глюкозо-б-фосфата и гликогена,
тормозит активность глюкозо-6-фосфатазы. Глюкагон
стимулирует распад гликогена путем активизации фосфорилазы. Фосфорилаза активизируется гормонами над­
почечников - адреналином и норадреналином. Под их
влиянием происходит распад гликогена до глюкозы.
69
Аналогичным действием обладают соматотропин, глюкокортикоиды коркового слоя надпочечников и тироксин.
Так, соматотропин тормозит фосфорилирование глюкозы
и активизирует инсулиназу. Глюкокортикоиды активи­
зируют
глюкозо-6-фосфатазу,
пируваткарбоксилазу,
фосфопируваткиназу, ферменты гликонеогенеза.
Посредником между гормонами и ферментами являет­
ся цАМФ, которая «вмонтирована» в мембраны клеток
(формулу цАМФ см. на с. 112). Ее деятельность акти­
визируется адреналином, глюкагоном и АКТГ. Увели­
чивается содержание цАМФ - возрастает интенсивность
фосфоролиза гликогена. Между действием инсулина,
адреналина, глюкагона и других гормонов устанавли­
вается динамическое равновесие, регулируемое ЦНС.
Гепатоциты при высоких концентрациях глюкозы в
крови могут поглощать избыток углеводов, а при
низких - отдавать их.
Почти все витамины группы В участвуют в регуля­
ции углеводного обмена, особенно витамины В] (со­
ставная часть ТПФ), РР (входит в состав НАДФ*),
биотин (входит в состав пируваткарбоксилазы), пантотеновая кислота (составная часть коэнзима А) и
др.
Патология углеводного обмена. Чаще всего прояв­
ляется в виде гипергликемии и глюкозурии, ацетонемии и ацетонурии, нарушений азотистого, водного и
минерального обменов и др.
IГиперглчкр шш4* .содержание сахара в крови выше
нормы. Она приводит к глюкозурии —появлению глю­
козы в моче. Их причиной может быть сахарный диа­
бет - болезнь, характеризующаяся пониженным содер­
жанием в организме инсулина, необходимого для пре­
вращения глюкозы в гликоген. В ряде случаев наблю­
дается Iгипогликемия г снижение содержания глюкозы в
крови ниже нормы. Причины этого могут быть разные:
повышение содержания инсулина, уменьшение интенсив­
ности синтеза антагонистов инсулина, голодание,
заболевания пищеварительного канала и др.
С нарушениями обмена углеводов связаны нарушения
обмена других веществ, и прежде всего липидов (еще
в прошлом веке появилось крылатое выражение: жиры
сгорают в пламени углеводов). Они проявляются к его­
зами, ацетонемией, ацетонурией и коматозным состоя­
нием.
70
Нарушение процессов гликонеогенеза вызывает
чрезмерное разрушение белков и увеличение содержа­
ния в крови и моче продуктов азотистого обмена.
Необходимость удаления из организма ядовитых про­
дуктов влечет за собой нарушения водного и мине­
рального обменов.
В ряде случаев (при сахарном диабете) возникает
^юлиурия.- чрезмерное выделение мочи и обеднение
организма водой. С мочой «вымываются» многие мине­
ральные вещества.
Встречаются и другие нарушения углеводного обме­
на: идеопатическая пентозоурия (с мочой выделяется
большое количество пентоз), генетического проис­
хождения галактозонемия и галактозоурия, неперено­
симость организмом лактозы и сахарозы, гликогенозы
и др.
Контрольные вопросы
1. Дайте характеристику основных углеводов кормов, органов
и тканей животного организма - моно- и дисахаридов, гомо- и
гетерополисахаридов.
2. Чем характеризуются основные этапы обмена углеводов у
различных видов животных —переваривание, всасывание, промежу­
точный обмен, выделение?
3. Сколько и какими химическими путями из одной молекулы
глюкозы в организме образуется молекул АТФ? Приведите химизм
реакций.
4. Какие пути регуляции обмена углеводов в организме жи­
вотных?
5. Как проявляется патология углеводного обмена?
ГЛАВА 3
БИОХИМИЯ ЛИПИДОВ
Общая характеристика липидов
Липидами (от греч. lipos - жир) называют жиры и
жироподобные вещества. Содержатся они во всех живых
клетках и выполняют ряд жизненно важных функций:
структурную, метаболическую, энергетическую, защит­
ную и др. Не растворяются или слабо растворяются в
воде, хорошо растворяются в органических раствори­
телях. Большинство из них являются производными
спиртов, высших жирных кислот или альдегидов. Хими71
ческие свойства и биологическое значение липидов
определяются наличием в их молекулах неполярных
углеродных цепей и полярных групп: —С О О Н ,-О Н ,—NH* и
др. Это дает возможность им быть поверхностно­
активными, участвовать в проницаемости клеточных
мембран, легко растворяться в органических раство­
рителях, быть растворителями для витаминов и других
соединений.
Различаю т две группы липидов: простые и сложные.
Молекулы простого липида образуются из остатков
спиртов (глицерина, гликолей, высших или цикли­
ческих) и высших жирных кислот. Это нейтральные
жиры, диольные липиды, стериды и воски. Молекулы
сложного липида состоят из остатков спиртов, высших
жирных кислот и других веществ (азотистых основа­
ний, Н3РО4, H2SO4, углеводов и др.). К сложным ли­
пидам относятся фосфатиды, гликолипиды, сульфатиды.
Часто к липидам относят моно- и диглицериды, стерины, каротины и другие близкие к ним вещества.
Н ейтральны е жиры. Являю тся смесью триглицери­
дов —сложных
эфиров,
образованных трехатомным
спиртом глицерином и высшими жирными кислотами.
сн ,-о н
JL N
с н -о н
I
сн,-он
+
я ,-с о о н
сн2—о —со —R.
,
I
яг-с о о н — ► с н - о - с о —R,
+
I
r3- соон
с н ,- о - с о - /г 3
з н,о
Высшие ж ирные кислоты представлены насыщ енными,
ненасыщ енными и циклическим и карбоновыми кислотами,
а в ряде случаев —оксикислотами.
Н асы щ енные карбоновые кислоты обычно имею т чет­
ное число атомов углерода, например:
М асляная С 3Н 7 С О О Н
М иристиновая С 13Н 27С О О Н
К апроновая С 5Н 11 С О О Н
П альм итиновая С 15Н 31С О О Н
Л аури н ов ая С ц Н гзС О О Н
С теариновая С 17Н 35С О О Н
К ислоты с нечетны м числом атомов углерода часто
им ею т разветвлен н ую углеродную ц еп ь, наприм ер изовалери ан овая:
72
сн — сн
|
^CHlCHjJuCOOH
сн=сн,
Ненасыщенные карбоновые кислоты могут иметь от
одной до четырех двойных связей, например:
Олеиновая С Н з (С Н 2) 7С Н = = С Н ( С Н 2)7С О О Н
Линолевая С Н з (С Н 2)4С Н =
С Н С Н 2С Н =
Линоленовая С Н з С Н 2С Н = г С Н С Н 2С Н =
С Н ( С Н 2) 7С О О Н
С Н С Н 2С Н = =
С Н ( С Н 2) 7С О О Н
Ара х идонова я СНз (GHa) 4СН = СН СН 2СН == СН СН 2СН
СНСН2СН = СН (СН2)3СООН
В составе жиров обнаружены остатки циклических
кислот, например хаульмугровой СпН^СООН, и оксикислот, например:
Цереброновой СНз(СН 2) 21СН(ОН)СООН
Рицинолевой СН3(СН2)5СН (ОН) СН2СН = СН (СН2)7СООН
Оксинервоновой СНз (СН2)зСН = СН (СН2) цСН (ОН) СООН
Триглицериды бывают простыми и сложными. В со­
став молекулы простого триглицерида входят остатки
одной жирной кислоты, сложного триглицерида-двух
или трех жирных кислот:
с н ,-о -с о -с „н „
с н ,-о -с о -с |7н „
см ,-о -со -с17н„
с н ,-о -с о -с 17н „
сн ,-о -с о -с 17нм
с н ,-о -с о -с „н „
Тристеарин
Диолеостеарнн
Опеостеаропапьмин
I
с н -о -с о -с ,7н „
I
I
с н -о -с о -с 17ни
I
с н -о -с о -с |7н „
I
Содержание простых триглицеридов в жире невысо­
кое. Так, в состав свиного сала обычно входят во­
семь различных триглицеридов. Из них триолеин и
трипальмитин составляют всего 4%.
Жиры широко распространены в природе. В составе
жиров животного происхождения преобладают остатки
73
насыщенных жирных кислот, что и определяет их твердую консистенцию. Большое значение имеют коровье
масло, свиное сало, бараний и говяжий жиры. Жиры
растительного происхождения в своем составе преиму­
щественно содержат остатки непредельных жирных кис­
лот и являются жидкостями (кроме пальмитинового
масла). Наиболее часто используются подсолнечное,
оливковое, льняное, миндальное масло и др.
В различных продуктах и кормах содержится не­
одинаковое количество жиров.
В растениях они
сконцентрированы обычно в семенах, м е н ь ш е -в пло­
дах. Так, в семенах клещевины содержится 58-78%
жира,
рапса- 3 6 - 4 0 ,
льна- 2 8 ,9 - 4 9 ,
подсолнеч­
ника - 29-57, зернах кукурузы - 5, овса - 3, пшени­
цы 1-1,8% .
В организме животных жиры концентрируются в ос­
новном в подкожной клетчатке (до 50% ), сальнике,
соединительнотканных капсулах почек и гениталиев, в
печени и мышечной ткани. Биологические жидкости
бедны жирами. Из них относительно высокий процент
жира имеет молоко (коровье - 3,5% , оленье - 17,1 %).
Жиры являются важнейшим источником химической энер­
гии. Так, при тканевом окислении 1 г жира образует­
ся 9,3 ккал (1 г углеводов дает 4,3 ккал, бел­
к о в - 4 ,1 ккал). Жиры - источник эндогенной воды:
при окислении 100 г жиров в тканях образуется 107,1
г воды, что очень важно для животных, обитающих в
южных широтах (например, для верблюдов) или для
тех, которые впадают в зимнюю спячку (например, для
бурых медведей). Жиры - растворители органических
веществ, особенно жирорастворимых витаминов. При­
нимают участие в терморегуляции, так как обладают
низкой теплоемкостью, защищают организм от механи­
ческих повреждений (входят в состав капсул сердца,
почек, печени, глаза), обусловливают эластичность
кожи.
Различают резервные (запасные) и протоплазматические (структурные) жиры. Первые из них расходуют­
ся организмом для различных потребностей, о которых
говорилось выше. Вторые являются составными частями
клеточных мембран, входят в состав липопротеидных
комплексов.
Жиры —продукты питания человека и животных.
Растительные масла могут использоваться для при74
готовления олифы и лаков. Многие из них, кроме пи­
щевых целей и откорма животных (жмыхи), можно гидрогенизировать и получать различные сорта маргари­
на. Жиры из печени тресковых рыб применяют как ис­
точник витаминов А и D. Технические жиры используют
в различных областях народного хозяйства (в легкой,
химической и других промышленностях).
Качество и чистота жиров характеризуются физи­
ческими и химическими константами (табл. 3). ^физи­
ческие константы: плотность, температура плавления
и застывания, коэффициент рефракции (для жидких
жиров); химические константы: число омыления, Рейхарда - Мейсля, йодное, кислотное и некоторые дру­
гие показатели.
Число омыления определяется количеством милли­
граммов КОН, израсходованного на нейтрализацию жир­
ных кислот, которые образуются при омылении 1 г
жира.
Число Рейхарда —Мейсля характеризуется коли­
чеством 0,1 и. раствора NaOH, пошедшего на нейтра­
лизацию летучих жирных кислот (масляной, капроновой
и каприловой), образованных при гидролизе 5 г жира
и отогнанных с водяным паром.
Йодное число характеризует наличие в составе
жира ненасыщенных жирных кислот и определяется ко­
личеством граммов йода, способным присоединиться к
100 г жира.
Кислотное число свидетельствует о наличии в со­
ставе жира свободных жирных кислот, которые обра3. Ф изические и химические константы некоторых жиров
Вид жира
Константы
говяжий
Плотность при
0,923-0,933
15° С, г/см 3
42-52
Температура плавле­
ния, С
27-38
Температура засты­
вания, С
Коэффициент прелом­ 1,4510-1,4583
ления (при 40 С)
190-200
Число омыления
Число Рейхарда-Мейсля
32-47
Йодное число
0 , 1 - 0 ,6
Кислотное число
бараний
свиной
0,932-0,961
0,931-0,938
44-55
36-46
32-45
26-32
1,4566-1,4583
1,4536
192-198
193-200
0,3-0,9
46-56
0,3-0,9
31-40
0 , 1 - 0 ,2
75
зуются при разложении его молекул. Оно определяется
числом миллиграммов КОН, пошедшего на нейтрали­
зацию свободных жирных кислот, которые содержатся в
1 г жира.
Рассмотренные константы зависят от зоны обита­
ния, условий питания, возраста, пола, породы живот­
ного и от других факторов. Так, С. Л. Иванов уста­
новил, что животные, обитающие в северных широтах,
имеют жиры, для которых характерны более низкие
температуры плавления, чем у животных того же вида,
содержащихся на юге. В составе жиров первых преоб­
ладают остатки ненасыщенных жирных кислот, вто­
рых - насыщенных.
Диольные липиды. Эти липиды открыты в тканях
растений и животных советским ученым Л. Д. Бергель­
соном в 1967-1973 г. Представляют собой смесь раз­
личных сложных эфиров, образованных из двухатомных
спиртов (этандиола, пропандиола, бутандиола и др.)
и высших жирных кислот. Общая формула
R—
f
о
— о — СН 2 — (СН2)„ — СН 2 — о —
о
где я - О , 1 , 2 , 3.
В организме выполняют те же функции, что и жиры.
Изучены мало.
Стериды. Стеридами называют сложные эфиры стеринов и высших жирных кислот (чаще всего пальмитино­
вой). Стерины, или стеролы, - высокомолекулярные
циклические спирты, производные циклопентанпергидрофенантрена. Последний можно рассматривать как
продукт конденсации гидрированного фенантрена и
циклопентана. Отдельные кольца в циклопентанпергндрофенантрене обозначают буквами (А, Б, В, Г), а
атомы углерода колец —цифрами.
Стерины и стериды составляют неомыляемую фракцию
липидов, входят в состав клеточных мембран. В тка76
нях печени содержание стеридов составляет около 50%
общей массы всех стеринов. Различают зоо-, фито- и
микостерины. Производными стеринов являются многие
стероидные гормоны (половые и коры надпочечников),
желчные кислоты, витамины группы D, стероидные ал­
калоиды, некоторые тритерпеновые антибиотики, яды
кожных желез жаб, отдельные канцерогенные вещества.
Стерины - кристаллические вещества, оптически ак­
тивны, почти не растворяются в воде, растворяются в
органических растворителях, бесцветны, способны
возгоняться, вступают в химические реакции, харак­
терные для спиртов.
Наибольший интерес представляют холестерин и его
призводные —хрлестериды, которые являются сложными
эфирами холестерина и высших жирных кислот. Холе­
стерин открыл в XVIII в. Конради при исследовании
желчных камней. Его много в белом веществе мозга.
По химической структуре холестерин - вторичный
циклический спирт.
C H .- C H j- C H j
I
/ \
CH
HjC H,C
OH
Подсчитано, что в теле человека массой 70 кг
содержится около 140 г холестерина, из которого 10%
сконцентрировано в надпочечниках, 2 % - в нервной
системе, 0,25% - в костях. Много холестерина в пе­
чени (от 0,333 до 0,91% общей массы). Холестерин
способен удерживать определенное количество воды.
Холестерин с белками образует комплексные соедине­
ния.
Из организма стерины выводятся главным образом в
виде холестерина (см. выше) и копростерина.
В коже животных и в неомыляемой фракции липидов
находится 7-дегидрохолестерин - провитамин витамина
Dj. Дрожжи содержат эргостерин - провитамин вита­
мина Е>2 (см. главу «Витамины»).
Воски, Воски - большая группа липидов, молекулы
которых образованы из остатков высших жирных кислот
и высших одноатомных спиртов. Соотношение углерода
в кислотной и спиртовой частях молекулы равно 1:1
или 2:1. Воски содержат примеси свободных жирных
кислот и спиртов, углеводородов (Сет - Сзз) и ду­
шистых веществ. По происхождению различают воски
животные (пчелиный, ланолин, спермацет), раститель­
ные (карнаубский, канделильский), продукт выделения
некоторых насекомых (китайский), ископаемые (цере­
зин и монтан) и синтетические.
П ч е л и н ы й в о с к . Продуцируется восковыми
железами пчел. Состоит из смеси сложных эфиров (до
75% ), свободных высших жирных кислот и насыщенных
углеводородов. Содержит витамин А и некоторые дру­
гие вещества. Основа воска - сложный эфир мирицилового спирта и пальмитиновой кислоты:
С30Н 61ОН+С 15Н 31 — СООН —»• СзоНб1 — О — С — С 15Н 31+Н 2О.
о
Пчелиный воск не растворяется в воде, раство­
ряется в хлороформе и диэтиловом эфире, бензине и
скипидаре. Является основой пчелиных сот. Исполь­
зуется для приготовления мазей и пластырей.
Л а н о л и н . Получают после промывки шерсти
овец. Представляет собой смесь сложных эфиров, об­
разованных высшими спиртами (цетиловым, карнаубовым, холестерином и др.) и высшими жирными кисло­
тами (ланопальмитиновой, миристиновой и др.). По
физическим свойствам - это густая вязкая масса бу­
ро-желтого цвета со слабым запахом, не растворяется
в воде, растворяется в хлороформе, эфире, гигро­
скопичен, не омыляется водными растворами щелочей,
не прогоркает. Применяют для приготовления лечебных
мазей и в косметике.
С п е р м а ц е т . Этот компонент спермацетового
масла, которое получают из головного мозга кашало­
тов. От одного кашалота можно получить 4-5 т спер78
мацета. Основная составная часть его (до 90%) сложный эфир пальмитиновой кислоты и цетилового
спирта:
CtoHjjOH+CuHjiCOOH - * СиНзз
О
С
С15Н 31+Н 2О .
о
Часть спермацета (10%) - сложные эфиры цетилового, стеаринового, олеинового спиртов и лауриновой,
миристиновой кислот.
Спермацет - белые пластинчатые кристаллы, хорошо
растворяется в диэтиловом эфире, ацетоне, горячем
этаноле, не растворяется в воде. Используется для
приготовления лечебных мазей и косметических
средств. Применяют при лечении язв кожи.
Растительные
в о с к и.
Распростране­
ны в природе. Покрывают тонким слоем листья, стеб­
ли, стволы и плоды растений. Защищают растительные
ткани от травм и микробов. Участвуют в регуляции
водного обмена. Представляют собой смесь сложных
эфиров, образованных высшими спиртами (цетиловым,
мирициловым) и жирными кислотами (церотиновой, карнаубовой, монтановой, стеариновой, пальмитиновой,
олеиновой). Карнаубский воск широко используется
для изготовления свеч и др. Получают его из листьев
некоторых пальм. Основа воска - сложный эфир мирицилового спирта и церотиновой кислоты:
С30Н61ОН+С25Н51СООН - * СэоНы — ° — | — С25Н51+Н2О.
О
Фосфатиды. Молекула фосфатида образована остат­
ками высших спиртов и высших жирных кислот, фос­
форной кислоты и азотистого основания. С другими
липидами и белками они составляют химическую основу
клеточных мембран, обусловливают их избирательную
проницаемость для различных веществ, участвуют в
процессах клеточного дыхания и переносе электронов.
Молекула фосфатида обычно состоит из двух ча­
стей: полярной (гидрофильной) и аполярной (гидро79
фобной). Гидрофильная «голова» обладает отрицатель­
ным зарядом фосфата и положительным азота, являясь
перманентным диполем (цвиттер-ион). Гидрофобный
«хвост» состоит из длинных цепей остатков высших
жирных кислот. Именно такая структура молекулы
обусловливает поверхностно-активные свойства липи­
да, дает возможность формировать пленочные струк­
туры в монослое на границе раздела фаз, взаимодей­
ствовать с различными (полярными и аполярными)
соединениями и активно участвовать в реакциях ас­
симиляции и диссимиляции.
Больше всего фосфатидов содержится в нервной
ткани (до 2 6 - 3 0 % сухой массы), печени (16% ), поч­
ках (11%) и сердце (10% ). Они синтезируются в комп­
лексе Гольджи.
Различают глицеро-, инозит- и сфингозинфосфатиды.
Глицерофосфатиды
Лецитины,
или
фолинфосфатид ы. В образовании молекул а - и 0-лецитинов участ­
вуют глицерин, насыщенные и ненасыщенные высшие
жирные кислоты, Н3РО4 и холин. В а-лецитине остаток
холина и Н3РО4 размещаются возле атома Ci молекулы
спирта.
с н , - о - с о - с 17н „
I
СН
О
СО
С |7Н}з
Гц.
1
I
с н , — О - P — О - С Н .- С Н , — N -C H ,
I
он
/ \
но
сн,
Много лецитина содержится в тканях спинного и
головного мозга (35,2—12,4% ), желтке куриного яйца
(6,5-12% ), легких, миокарде, почках (5,9-5,2% ) и
др. Используется организмом для биосинтеза ацетилхолина. Применяется внутрь (в виде драже) при лече­
нии болезней нервной системы, анемиях, общем упадке
сил.
Лецитином богаты также многие растительные кор­
ма: семена подсолнечника (38,5% ), льна (36,2% ),
бобы сои (35%) и др.
80
Кефалины,
или
коламинфосфатиды.
Молекулы кефалинов содержат этаноламин (коламин).
сн,-он
с,7н„соон
1
,
с н ,- с ж + С,7Н„СООН
I
C H ,-O H
с н ,-о -с о -с 17ни
1
----- ►
C H - 0 - C 0 - C 17H ,j + 4HjO
/О Н
НО- Р - O H + НН j - C H j - C H j O H
II
о
I
о
/О Н
сн}—о —р —о —сн,
II
I
сн,—нн,
Кефалиновая фракция составляет липидную основу
тканей головного мозга человека (66% ), печени круп­
ного рогатого скота (51% ), миокарда (30% ), желтка
куриного яйца (28,7% ). Богаты кефалинами бобы сои
(65% ), семена хлопчатника (71,2% ), льна и подсол­
нечника (61,5% ). Кефалины образуют с белками липопротеидные комплексы. Много их содержится в мито­
хондриях.
Серинфосфатиды.
В
молекуле
серинфосфатидов азотистым основанием является амино­
кислота серии.
с н ,-о -с о - с ,7н„
I
сн—о —со—с,7н„ мн
I
^ОН
Г
сн, - о -Р - о-сн , - сн - соон
II
о
Серинфосфатидов много в нервной ткани, печени,
почках и других органах. Это протоплазматические
липиды. Их много в митохондриях.
Между лецитинами, кефалинами и серинфосфатидами
существует генетическая связь, так как азотистые
основания могут переходить друг в друга:
Серии
Декарбоксилированис
Метилирование
* Коламин *
Холин.
Ацетальфосфатиды
(плазмал огены).
В строении ацетальфосфатидов участвуют альдегиды
высших жирных кислот. Чаще всего ацетальфосфатиды
имеют следующую структуру:
с н ,-о -с н = с н -й
I
сн—о —со—я
I
^ОИ
с н ,- О- P - о - сн, - сн,нн,
II
о
6-1281
сн,-о
I 1 > и —*
I
.он
сCIн ,- о - Р- о - сн, -с н , -м н,
II
1 1 1
о
с н -о
81
Отличаются между собой азотистыми основаниями, выс­
шими жирными килостами и их альдегидами, а также
способоами образования ацеталей. Составляеют около
12% всех фосфатидов тканей. Этаноламинкефалиновая
фракция мозга на 2/э состоит из ацетальфосфатидов;
сперматозоиды на 55-60% . В отдельных органах (пе­
чень, миокард, почки, мышцы) содержание ацетальфос­
фатидов с возрастом увеличивается.
Кардиолипины.
Впервые
выделены
из
экстракта миокарда. Основу их молекулы составляют
три остатка глицерина, соединенных между собой фосфодиэфирными связями типа 1,3 ( R - остатки высших
жирных кислот).
о
о о-сн,
II
о о-сн,
R—С-О-СН,
с н -о - с -*
II/ I
Р
снон / I
1
о
R-C-O- СН
О О|
II
/\J
I
II
I
(> О
I /
СН,-0 —с —R
о
СН, /
сн, /
Кардиолипины занимают почти 10% всех липидов
митохондрий. Эти липиды участвуют в окислительном
фосфорилировании и переносе электронов, в связыва­
нии комплемента при свертывании крови.
У
Инозитрофосфатиды.
Их молекула представляет собой сложный эфир,
образованный глицерином, высшими жирными кислотами,
Н3РО4 и шестиатомным спиртом инозитом. Различают
монофосфоинозитиды и дифосфоинозитиды.
о
-о -с о -с „ н „
Много инозитфосфатидов выявлено в нервной ткани
(мозгу), особенно в миелиновых оболочках нервных
волокон. Инозитфосфатиды способны образовывать ком82
плексные соединения с белками. Остаток инозита мо­
жет вступать в реакции с галактозой, татроновой
кислотой и высшими жирными кислотами, коламином,
обхединяя в единое целое продукты обмена белков,
углеводов и липидов, характерных для нервной ткани.
Сфингозинфосфатиды
Молекулы сфингозинфосфатидов образованы из ос­
татков сфингозина, высших жирных кислот, фосфорной
кислоты и холина.
он
I
СН,(СН,]„СН =снснсн,—о - р = о
I I
I
HO NH
о
со
н,с сн
сн,-сн,-м -сн.
Их часто называют сфингомиелинами. Ими богаты
нервная ткань (составляют основу миелиновых облочек
нервных волокон), селезенка, легкие, почки, под­
желудочная железа. Иногда в молекуле липида содер­
жится остаток дигидросфингозина. Сфингозинфосфати­
ды - белые кристаллические вещества, образуют вод­
ный коллоидный раствор. Высшие жирные кислоты пред­
ставлены стеариновой кислотой (50% ), м ен ьш е-л и гноцериновой и нервоновой. Составляют 20% всех
липидов мозга.
Гликолипиды. Это жироподобные вещества, молекулы
которых .содержат также углеводный компонент.
Цереброзиды.
Представляют
собой
смесь
сложных эфиров, построенных из остатков сфингозина,
высших жирных кислот и галактозы. В цереброзидах
сфингозин содержится в виде цереброна - соединения
с цереброновой кислотой и галактозой, керазина соединения с лигноцериновой кислотой и галактозой и
нервона —соединения с нервоновой кислотой и га­
лактозой (см. ниже).
н
C H j( C H j) „ C H
= снснонсн —сн, - о - с
HN
ос
н о -с -н
(СН,),,
н о -с -н
сн
н -с
II
C H ,-(C H ,),-C H
6*
н -с -о н
о
сн,он
83
Цереброзидов много в тканях мозга. В составе
молекулы селезенки они содержат остатки глюкозы
(глюкоцереброзиды).
Цереброзиды - твердые вещества, не растворяются
в воде, растворяются в диэтиловом и петролейном
эфирах, при кипячении набухают, при нагревании до
200 °С разлагаются. В организме выполняют структур­
ную и метаболическую функции.
Ганглиозиды.
Молекула
ганглиозида
в
среднем содержит 40-43% галактозы, 21% нейраминовой
кислоты, 13% сфингозина, 23-26% гексозаминов, глю­
козы и стеариновой кислоты. Много липидов в нервной
ткани, паренхиматозных органах, клетках крови. Ган­
глиозиды - структурные компоненты нейронов, обез­
вреживают яды, участвуют в проведении нервных им­
пульсов и т. д.
Сульфатиды. Это - сложные эфиры, образованные
сфингозином, цереброновой или лигноцериновой кисло­
той, галактозой и серной кислотой.
so*-о-сн,
но
I___q
р снг-сн-сн-сн=сн-(сн,)„- сн,
О
NH
ОН
Сфингоаии
Дон Н /
о=с—СН— ( С Н , ) , , — С Н ,
Галактоза
Ц е ре бр он ова я кислота
Wн он"
А*
Сульфатиды имеются в тканях мозга, печени, по­
чек, мышц и др. Они появляются в моче при цереб­
ральной склерозе.
Обмен липидов
Обмен липидов состоит из четырех этапов: перева­
ривания, всасывания, промежуточного и конечного
обменов.
Переваривание липидов. Большинство липидов корма
усваиваются организмом только после предварительно­
го расщепления. Под влиянием пищеварительных соков
они гидролизуются до простых соединений (глицерина,
высших жирных кислот, стеринов, гликолей, Н3РО4,
84
азотистых оснований, высших спиртов и др.), которые
и всасываются слизистой оболочкой пищевого канала.
В ротовой полости корма, содержащие липиды, ме­
ханически измельчаются, перемешиваются, смачиваются
слюной и превращаются в пищевой ком. Измельченные
кормовые массы по пищеводу поступают в желудок (у
жвачных преджелудки и сычуг). Здесь они перемешива­
ются и пропитываются желудочным соком. В желудке
кормовые массы находятся от 4 до 12 ч. Желудочный
сок содержит липазу, способную гидролитически рас­
щеплять эмульгированный жир.
Из желудка кормовые массы мелкими порциями по­
ступают в двенадцатиперстную кишку, затем в тощую и
подвздошную. Здесь завершается переваривание липи­
дов и происходит всасывание продуктов их расщепле­
ния. В переваривании липидов участвуют желчь, сок
поджелудочной железы и кишечный сок.
Желчь - секрет,
вырабатываемый
гепатоцитами.
Печень лошади, например, ежесуточно вырабатывает
6-7 л желчи, крупного рогатого скота - 6-7, овцы и
козы - 0,3-0,5,
свиньи - 0,5-1,
собаки - 0,250,3 л. Различают пузырную и печеночную желчь. Плот­
ность печеночной желчи 1,009-1,013; pH 7,5; содер­
жание воды 96-99%. Плотность пузырной желчи 1,0261,048; pH 6,8; содержание воды 80-86%. Ж е л ч ь -в я з­
кая жидкость горького вкуса, специфическЬго запаха,
окрашена в золотисто-желтый (у свиньи), красно­
желтый (у плотоядных) или темно-зеленый (у траво­
ядных) цвета. Основу плотного остатка составляют
желчные кислоты, желчные пигменты, продукты распада
гемоглобина, муцин, холестерин, лецитин, жиры, не­
которые ферменты, гормоны и др.
Желчь нейтрализует содержимое, поступающее из
желудка в тонкую кишку, участвует в эмульгировании
липидов, их расщеплении и всасывании; способствует
нормальной перистальтике кишки; оказывает бактери­
цидное действие на микрофлору кишки. С нею выде­
ляются обезвреженные яды.
Желчные кислоты образуются из холестерина. Они
находятся в желчи в свободном и связанном (в виде
парных соединений) состояниях. Отдельные желчные
кислоты —глико- и таурохолевая - в виде натриевых
солей. Глико- и таурохолевая кислоты содержатся в
желчи всех животных, холевая преобладает в желчи
85
крупного рогатого скота, свиней и кроликов, литохо­
левая кислота обнаружена в желчных камнях крупного
рогатого скота и свиней. Все желчные кислоты - про­
изводные холановой кислоты.
Холаиоаая кислота
Холааая кислота
(3,7,12-триг идрокси хо л аноаая)
CHj-COO H
Д езоксихолевая кислота
(3,12-дигидроксихолановая)
снэ-сн-сн2
H ,C -C H - С Н ,-С Н ,- СООН
Литохолевая кислота
(3-гидроксихолаиовая)
сн3- с н- сн2-сн,- с -о
NH
I
сн,
сн,
Натриевая соль
таурохолевой кислоты
Натриевая соль
гликохолевой кислоты
Желчные кислоты понижают поверхностное натяжение
жировых и других липидных капель, эмульгируя их.
Это делает субстрат доступным действию гидролити­
ческих ферментов. Желчные кислоты участвуют в
86
транспортировании нерастворимых в воде компонентов
(например, стеринов) через клеточные мембраны
в
кровеносное и лимфатическое русло. Они стимулируют
выделение сока поджелудочной железы и активируют
деятельность многих ферментов.
В тонкой кишке кормовые массы пропитываются со­
ком поджелудочной железы, в котором содержатся гид­
рокарбонат натрия и липолитические ферменты: липа­
зы, холинэстеразы, фосфолипазы, фосфатазы и др.
Ферменты кишечного сока завершают процессы гид­
ролитического расщепления «обломков» липидных мо­
лекул.
Переваривание различных липидов имеет свои осо­
бенности.
Переваривание
жиров.
Основная
масса жиров (95-97%) переваривается в тонкой кишке.
Переваривание состоит из двух процессов: эмульгиро­
вания и гидролитического расщепления жира. Эмуль­
гирование происходит под влиянием солей желчных
кислот, высших жирных кислот, моноглицеридов,
NaHCCb, СО2, белков и др. Жировые капли измель­
чаются, образуя мельчайшую жировую Эмульсию вслед­
ствие резкого понижения поверхностного натяжения,
распада их на мелкие частицы и образования адсорбата - жир + липаза.
Наступает
гидролиз.
Липаза
вначале осуществляет гидролитический распад внешних
сложноэфирных связей.
сн ,-о -со -с)7н„
сн,-о-со-с|7нм
I
I
Л ипаза
сн-о-со-с|7нм + н ,о ------------- сн-о-С о-с|7нм + н,о —►
I
-с |7н„соон I
сн,-о-со-с|7нм
сн,-он
Тристеарии
-с17н„соон
СХ, |3-Диглицерид
сн-о-со-с,7н„
I
сн,он
+
с„ни- соон
(3~ М о н о гл и ц е р и д
Э-Моноглицериды могут частично всасываться стен­
кой кишки, идти на ресинтез триглицеридов организма
в той же стенке кишки или подвергайся дальнейшему
распаду.
87
с н , - он
I
I
с н ,-о н
.
с н - о - с о - с (7н „ + н ,о —
CHjOH
I
сн- он
I
+
с„н„соон
CHjO H
(3 -Моноглицерид
Глицерин
Стеариновая кислота
Переваривание
стеридов.
Сте­
риды корма эмульгируются под влиянием тех же факто­
ров, что и жиры, после чего расщепляются ферментом
холестеролэстеразой до холестерина и высших жирных
кислот.
Переваривание
фосфатидов.
Фосфатиды корма эмульгируются под влиянием тех же
веществ, что и две предыдущие группы липидов. Гидролитическиое расщепление фосфатидов происходит под
влиянием фосфолипаз А, В, С, D. Каждый фермент дей­
ствует на определенную сложноэфирную связь липида.
Так, под влиянием фосфолипазы А гидролизуется связь
в положении 2.
с н , - о - с о - с , 7ни
I
-и
I
^ 3
с н ,-о -р -о -с н ,-с н ,-н -с н ,
C H - 0 - C 0 - C , 7H,5
'"он
+
н ,о
------- *•
о н^сн,
Ot-Лецитин
сн 2- о - с о - с | 7н 35
— ►
с н -о н
I
^
_
S
сн,
*
+
с | 7н „ - с о о н
с н ,-о -р -о -с н ,-с н ,-н -с н ,
\
1 Vv
он
он сн,
Л изолецитин
О леиновая кислота
Лизолецитин - сильный яд, содержится в свободном
состоянии в змеином яде. Он сразу же расщепляется
фосфолипазой В.
Кефалины и серинфосфатиды под влиянием фосфоли­
пазы А гидролизуются до лизокефалин- и лизосеринфосфатидов, которые в дальнейшем расщепляются фос­
фолипазой В.
88
CHj—0 - С ° - С „ Н „
I
CM-О И
сн
■+■
Hl °
С Н ,-О - Р - О - С Н ,-C H j-Н - CH,
I
/
ОН
V.
ОН СН,
Лиэолецитим
с н ,- он
►
C H -O H
о
CHj
+
C)7H,jCOOH
С Н ,- О - P - О - С Н , - с н , - N - с н ,
I
он
* ч
он
сн,
Глицерофоефохолии
Стеариновая кислота
Глицерофосфорилхолин под влиянием фосфолипазы С
гидролизуется до глицерина и холинфосфата.
С И ,-о н
I
с н -о н
0
сн,
+
н ,о
1
с н , —о —Р—о - с н , —с н ,—N -C H ,
I
^ ч
он
сн,он
I
снон 4I
СН,ОН
он сн,
0
н,с
он
но
^
I^сн ,
но—р—о-сн,—сн,—н
'
I ''СН,
Фосфолипаза D гидролизует холинфосфат до холина
и фосфорной кислоты.
О
и,с
I
НО—Р—О-СН,—сн,—м-сн, + н,о
он
он сн,
Н,С
I
/■ ч
н о —с н , —с н , —н —СН,
н,ро 4
ОН с н .
Остальные липиды корма существенного значения в
кормовом балансе животного не имеют.
89
Жировая частица
*4| Желчные соли
Капельки жира
Микроворсинки
Митохондрии
Хиломикрон
Гладкая
С/ С Г -/ эндоплазмати-
ф
ческая сеть
II этап
§
Ядро
V-,<?
ГIVэтап
Базальная
мембрана
Мембрана
лимфатического сосуда
Рис. 5. Механизм переваривания и всасывания липидов
(по Р. О. Файтельбергу и Нгуен Тай Лыонгу)
Всасывание липидов. Большинство липидов всасы­
вается в нижней части двенадцатиперстной и в верх­
ней части тощей кишок, остальные —в других участ­
ках тонкой кишки (рис. 5). Продукты расщепления
липидов корма всасываются эпителием ворсинок. Вса90
сывательная поверхность эпителиальной клетки уве­
личена за счет микроворсинок.
Липидные вещества и продукты их расщепления про­
никают в полост клетки покровного эпителия двумя
способами: через субмикроскопические канальцы мик­
роворсинки и через межуточные щели. В первом случае
процесс происходит с помощью диффузии, осмоса и
активного транспортирования, во втором - благодаря
пиноцитозу. 10% жира всасывается в виде триглицери­
дов, 10% - в виде ди- и моноглицеридов, 80% - в
виде продуктов конечного гидролиза.
Конечные продукты пищеварения липидов состоят из
мелких частиц жира, ди- и моноглицеридов6 высших
жирных кислот, гилцерина, глицерофосфатов, азотис­
тых оснований, холестерина, высших спиртов, фосфор­
ной кислоты и др. Они распределяются в двух фазах:
липидной и мицеллярной. В липидной фазе основными
компонентами являются мельчайшие частицы три- и
диглицеридов, в мицеллярной —высшие жирные кисло­
ты, моноглицериды и другие продукты пищеварения
липидов.
Легко всасываются глицерин и глицерофосфаты,
инозин и сфингозин. Фосфорная кислота всасывается в
виде натриевых и калиевых солей; азотистые основа­
ния - при участии нуклеотидов типа цитидиндифосфата, образуя комплекс, например, цитидиндифосфатхолин.
Высшие жирные кислоты не растворяются в воде,
при наличии желчных кислот образуют растворимые
комплексы - холеиновые кислоты. На одну молекулу
высшей жирной кислоты в растворимых комплексах при­
ходится в среднем 2-4 молекулы желчных кислот. Со­
отношение в комплексах следующее: 4 : 1 ;
7:2;
8 : 3 ; 9 : 3 и т. д. В комплексе гидрофобный ради­
кал высшей жирной кислоты окружен со всех сторон
молекулами желчных кислот. Гидрофильная часть моле­
кул желчных кислот размещается снаружи комплекса и
взаимодействует с водой. Растворимый комплекс легко
проникает в полость эпителиальной клетки. Наиболь­
шей степенью всасывания обладают олеиновая и масля­
ная кислоты (98-90% ), меньшей —пальмитиновая и
стеариновая (88-60% ). Стерины тоже не растворяются
в воде. Их всасывание происходит после взаимодейст­
вия с желчными кислотами и образования холеиновых
91
кислот. Многие стерины растительного происхождения
всасываются медленно, тормозя усвоение организмом
холестерина, что используется при лечении атеро­
склероза.
, При всасывании отдельных липидов наблюдается
синергизм.УГак, степень всасывания жиров и холесте­
рина возрастает при увеличении в кишечном содержи­
мом лецитина. Последний участует в образовании
стойких эмульсий (в содержимом кишки) и хиломикронов (в слизистой оболочке кишки). Предпо­
лагают, что лецитин принимает участие в переносе
глицеридов через слизистую оболочку кишки в крове­
носное русло.
В толстой кишке нет ферментов, проявляющих гид­
ролитическое действие на липиды. Лпидные вещества,
которые не претерпевают изменений в тонкой кишке,
подвергаются гнилостному разложению под влиянием
ферментов микрофлоры. Слизь толстой кишки содержит
некоторое количество фосфатидов. Часть из них резорбируется. Невсосавшийся холестерин восстанавли­
вается до копрострерина кала.
• Промежуточный обмен. У липидов он имеет особен­
ности, заключающиеся в том, что в тонкой кишке сра­
зу же после всасывания продутое гидролиза происхо­
дит ресинтез липидов, совйственных для данного вида
животных.
Р е с и н т е з л ип и д о в в т о н к о й кишке.
В эпителиальных клетках слизистой оболочки проис­
ходит распад комплексов на липидную часть и пере­
носчик. Если переносчиком были желчные кислоты, то
после распада комплекса они поступают в межкле­
точное пространство, затем —в венозную сеть вор­
синки, вены брыжейки, воротную вену и печень.
Желчные кислоты снова оказываются в желчном пузыре,
затем по желчному протоку поступают в двенадцати­
перстную кишку. У взрослого человека за сутки в
печени синтезируется 50 г желчных кислот, а для
пищеварения необходимо 20 г, поэтому каждая моле­
кула желчной кислоты ежесуточно совершает в среднем
четыре «кругооборота».
Ресинтез липидов начинается в эндоплазматической
сети апикальной и завершается в базальной част
эпителиальной клетки. В этом процессе участвуют
митохондрии («подстанции» химической энергии),
92
Стериды
Рис. 6 . Схема строения хиломикрона
пластинчатый комплекс Гольджи (через него транспор
тируются липиды), лизосомы ( здесь утилизируются
продукты метаболизма) и другие органоиды клетки.
Ресинтез липидов катализируется многими ферментными
системами.
В эпителиальных клетках из молекул синтезирован­
ных липидов, капелек всосавшегося жира, витаминов
(A, D, Е, К, F) и белков образуются хиломикроны
диаметром 150-200 нм (иногда 500 нм) (рис. 6), ко­
торые диффундируют в межклеточную жидкость. Затем
они поступают в лимфатический капилляр ворсинки
(см. рис. 5), из н е г о -в подэпителиальную и подслизистую сеть кишки, брыжеечные узлы, грудной лим­
фатический проток и краниальную полую вену. Хило­
микроны лимфы грудного лимфатического протока со­
держат 86% глицеридов, 1,6 - свободного холесте­
рина, 1,6 - стеридов, 8,6 - фосфатидов и 1,5% бел­
ков.
Часть липидов, главным образом фосфатиды, после
ресинтеза поступают из межклеточного пространства в
кровеносное русло, печень и используются для раз­
личных потребностей организма.
Л и п и д ы к р о в и . Различные органы и ткани
получают липиды и продукты их расщепления с током
крови. Кровь, оттекающая от тонкой кишки, более
богата липидами, чем кровь, поступающая в общее
кровеносное русло от других систем и органов.
93
В плазме крови животных содержание липидов дости­
гает 0,7%.
Существует несколько видов транспортирования
липидов: с помощью хиломикронов, липопротеидов и
свободных жирных кислот. Хиломикроны хорошо раство­
ряются в плазме крови, так как имеют лиофильную
белковую оболочку и переносят триглицериды и другие
липиды.
Различают а- и 0-липопротеиды крови. Их молекулы
состоят из белковой и липидной частей. а-Липопротеиды являются основными переносчиками фосфати­
дов. 0-Липопротеиды - переносчики холестерина и его
эфиров.
Свободные жирные кислоты - наиболее подвижный
вид транспортирования липидов крови. Пальмитиновая
кислота исчезает из тока крови в течение 2-3 мин.
В транспортировании жирных кислот из митохондрий в
гиалоплазму, где они подвергаются р-окислению, при­
нимает участие карнитин - витамин Вт.
Важная роль в активном транспортировании принад­
лежит форменным элементам крови. Так, эритроциты
участвуют в переносе к тканям и клеткам фосфатидов
и холестерина, лейкоциты - жиров и фосфоглицеридов.
В лейкоцитах содержатся многие липолитические фер­
менты, осуществляющие гидролиз липидов.
Обмен
липидов
в печени.
Основная
масса липидов после прохождения через печень стано­
вится пригодной для отложения в жировых депо в виде
запасных веществ. В тканях печени прежде всего осу­
ществляется синтез липидов, необходимых для ее соб­
ственных потребностей. Здесь происходит удлинение и
укорочение углеродных цепей, образование и гидриро­
вание двойных связей в радикалах высших жирных кис­
лот, синтез кетоновых тел и др. Молекулы высших
жирных кислот в тканях печени обновляются в течение
1-2, холестерина - 6-30 сут. Здесь образуется еже­
дневно около 5% жирных кислот организма. Печеньосновной орган, где синтезируются различные виды
фосфатидов для плазмы крови.
Обмен
липидов
в жировых
депо.
Основная масса липидов и их производных, посту­
пивших из пищевого канала, откладывается в жировых
депо - подкожной и околопочечной клетчатке, саль­
нике, брыжейке, мышечной ткани. Жировая ткань на
94
95% состоит из липидов. Химический состав резервных
жиров определяется составом корма. Так, при кормле­
нии животных жмыхами в составе жира будут преоб­
ладать остатки ненасыщенных жирных кислот. Считают,
что любой жир перед тем, как использоваться тканями
и клетками, должен обязательно побывать в жировом
депо. По мере необходимости жиры и другие липиды из
депо поступают в плазму крови, а затем разносятся
по всему организму.Выход липидов из депо регули­
руется нервной и гуморальной системами.
Обмен
липидов
в
других
орга­
н а х и т к а н я х . Липиды крови и их составные
части поступают в различные органы и ткани. В крови
хиломикроны под влиянием гепарина измельчаются до
мелких частиц. С током крови поступают в межклеточ­
ную жидкость, где и подвергаются расщеплению под
влиянием тканевых ферментов. В дальнейшем составные
части липидов используются для синтеза липидов,
специфичных для органов, тканей и клеток.
Биосинтез липидов
Биосинтез
ж и р о в . Он состоит из трех
основных этапов: образования глицерина, высших жир­
ных кислот и соединения их в молекулы триглицери­
дов.
Образование
глицерина.
Около
60% глицерина образуется из продукта промежуточного
обмена
углеводов - диоксиацетонфосфата,
остальная
часть поступает за счет триоз пентозного пути. Под
влиянием фермента глицерофосфатдегидрогеназы диоксиацетонфосфат превращается в а-глицерофосфат.
сн,—он
сн,-он
I
,
* н ад -н ♦ н +
, 1
с=о
1...............—* сн-он
I
-Н А Д '4'
*
сн,—О—Р—о
сн,-о-р=о
он
,
^о н
Часть глицерина образуется в результате гидроли­
за глицеридов клеток и межклеточной жидкости под
влиянием липаз.
C H j-о - С О - я
1
СН,—ОН
.
1
СН — O —C O —R - |- Н ,0 ------ С Н - О Н
сн,—о —со—Л
I
+
3/9—СООН
СН ,—ОН
95
В дальнейшем глицерин при наличии АТФ и под
влиянием фермента глицеролкиназы превращается в
а-гл ицерофосфат.
сн,-он
си,-он
CH-OH +
АТФ ----► CH-о й
сн,—он
он
■+■ АДФ
с н ,-о -р = о
^он
Фосфорилирование глицерина происходит в большин­
стве тканей и органов, кроме жировой ткани и слизи­
стой оболочки тонкой кишки, в которой фермент глицеролкиназа отсутствует.
Образование высших жирных кислот. Различают два
типа биосинтеза высших жирных кислот: митохондри­
альный и немитохондриальный. Первый из них протека­
ет в митохондриях клеток многих органов (печени,
сердца, мозга, почек) и некоторых тканей (жировой).
Реакция катализируется синтетазами, которые локали­
зируются на мембранах органоидов и спбсобны удли­
нять молекулы активированных остатков высших жирных
кислот за счет ацетил-КоА и НАД • Н + Н+.
о
о
С,5Н„ —C ~ s —КоА + снз—C~s—КоА 4- НАД-Н 4- Н+
*■
о
---*" C17H,J-C~S—КоА -}- HS-KoA 4- н,о 4-" НАД
Второй тип биосинтеза высших жирных кислот про­
исходит в гиалоплазме различных клеток. В нем уча­
ствуют ферменты карбоксилазы, НАДФ • Нг, АТФ и
Mgr. В составе молекул карбоксилаз содержится
остаток витамина биотина, способный связывать СОг.
На первом этапе биосинтеза происходит внедрение
СОг в молекулу биотин-фермента под влиянием фермен­
та карбоксилазы.
о
п
нн
нн
НС------СН
Н,С
+
\у»
^С
i
_
СН,-СН,-СН,- С Н,-с^
Н Н — Белок
Б иотин-ф ермент
96
АТФ + СО, —
“ O O C -N '
I
----- I
NH
I
I /Н
.
Н С --------- СН
HjC
+
А Т Ф + H ,P 0 4
_
CH j - C H j - C H j - C H j - C ^
N H — Б елок
Карбоксибиотпн-фермент
Затем СОг переносится на ацетил-КоА, что приво­
дит к образованию малонил-КоА.
соон
сн,
С —О
|
-f*
Карбокснбиот ИИ-фермент
I *
"т"
Биотин-фермент
с=о
S -K o A
Дальше идет наращивание углеводородного радикала
жирных кислот за счет малонил-КоА и ацетил-КоА.
При этом на каждом этапе цепь жирной кислоты удли­
няется на два углеродных атома до образования соот­
ветствующих жирных кислот.
Если при биосинтезе образуется пальмитиновая
кислота, то химизм взаимодействия ацетил-КоА и малонил-КоА такой.
соон
о
I
^
. 7 С
Н- + И Н А Д Ф - Н + +, 1 4Н + -------- ►
C H j— C ~ s — К о А
+
|
с=о
г
КоА
--------- ►
C „ H j , СООН +
7CO ] +
8HS- КоА
14 Н А Д Ф
+
7 Н ,0
Установлено, чтобиосинтез высших жирных кислот
происходит в помощью ацилпереносящего белка (АПБ),
содержащего простетическую группу, сходную с КоА.
При этом ацильные группы ацетил-КоА и малонил-КоА
переносятся на тиоловые группы АПБ ферментами аце­
тил- и малонилтрансферазами. Коферментом является
НАДФ • Нг- В дальнейшем идет наращивание радикала
жирной кислоты до величины, необходимой для биосин­
теза нужных клетке липидов.
7-1281
97
Образование триглицеридов осуществляется в боль­
шинстве тканей. Источником для образования служат
глицерофосфат и ацил-КоА.
C H j- о-со- я
IC H -O H
<?
1
I
-)- 2КоА -S ~ C
— * C H -O -C O -fi
+
I
^он
"/г
I
^ он
сн,-о-р=о
сн,-о-р=о
"'ОН
^он
C H j-O H
Глицероф осф ат
2H S~K oA
ф осф атидная кислота
Реакция катализируется мультиферментным комплек­
сом - глицерофосфат-ацилтрансферазой,
локализиро­
ванным в микросомах.
В дальнейшем фосфатидная кислота под влиянием
фермента фосфатидатфосфогидролазы превращается в
а-, 0-диглицерид.
C H .- O -C O - R
I
I
^ОН
сн,—о—р= о
'ч он
C H -O -C O - R
С Н ,— О т CO
.
Н ,0 ------ ►
R
аСН — О — СО — R
|
сн,—он
+
Н ,Р 0 4
а,
0-Диглицерид под влиянием того же мультиферментного комплекса взаимодействует с ацил-КоА, об­
разуя триглицерид.
сн,—о - С О — Я
I
.
-4I
СН —О —С О — R
СН,—ОН
^
I
О
R- С
S-К о А
------ ►
сн,—O - C O - R
I
СН — O - C O — R
I
С Н , - 0 —С О -л
.
+
HS
I
КвА
Биосинтез
стеринов
и
стерид о в. Стериды тканей синтезируются из экзогенного
(поступающего с кормами) и эндогенного (образующе­
гося в организме) холестерина и высших жирных кис­
лот. Наибольшее количество холестерина образуется в
тканях печени, головного мозга, надпочечников.
Сырьем для биосинтеза служат уксусная кислота, ук­
сусный альдегид, ацетоуксусная кислота, ацетон,
изовалериановая кислота и др. Строительным блоком
является ацетил-КоА. Биосинтез холестерина состоит
из ряда стадий, включающих конденсацию ацетильных
98
единиц в сквален, циклизацию сквалена в ланостерин,
деметилирование ланостерина и образование холесте­
рина. В этих реакциях принимают участие многие фер­
менты, коферменты, гормоны, АТФ и др.
'С Н ,
ерии
Небольшая часть холестерина в тканях синтези­
руется из некоторых аминокислот (лейцина).
Холестерин характеризуется высокой степенью об­
мена. Так, в течение суток 20% холестерина с меткой
в боковой цепи окисляется до СОг и Н20 . Холестерин
служит основой для биосинтеза молекул гормонов и
биологически важных веществ (например, желчных
кислот).
Биосинтез
фосфатидов.
В
тканях
7*
99
и клетках синтезируются отдельные виды глицеро-,
инозит- и сфингозинфосфатидов. Первые стадии снтеза
глицерофосфатидов совпадают с таковыми при биосин­
тезе жиров. Вначале образуются фосфатидные кислоты
из фосфотриоз. Затем к ним присоединяются высшие
жирные кислоты в виде ацил-КоА. При образовании
молекулы глицерофосфатида один из остатков высшей
жирной кислоты должен принадлежать ненасыщенной
жирной кислоте (олеиновой, линолевой, линоленовой).
Под влиянием фосфатаз фосфатидные кислоты гидроли­
зуются,
превращаясь в а,
/3-диглицериды.
а,
/3-Диглицериды взаимодействуют с активированными
азотистыми основаниями, образуя молекулы соответ­
ствующих фосфатидов. Активация происходит так.
Азотистое основание фосфорилируется. Так, холин
под влиянием фермента холинкиназы превращается в
фосфорил холин.
но-сн,-сн
но
он
но
Фосфорилхолин под влиянием фермента холинфосфатцитидилил-трансферазы взаимодействует с цитидинтрифосфатом (ЦТФ), превращаясь в цитидиндифосфат-холин
(ЦДФ-холин).
ЦДФ-холин под влиянием фермента холинфосфотрансферазы вступает в реакцию с а, 0-диглицеридом, что
приводит к образованию фосфатида и выделению цитидинмонофосфата (ЦМФ).
Под влиянием фермента ГТФ-аденилаткиназы ЦМФ
взаимодействует с АТФ, превращаясь в ЦТФ: ЦМФ + 2
АТФ — *■ЦТФ + 2 АДФ. ЦТФ вступает в реакцию с но­
выми порциями фосфатов азотистых оснований, выпол­
няя фукции специфического катализатора.
Биосинтез остальных глицерофосфатидов протекает
аналогично. В образовании инозитфосфатидов цент­
ральное место принадлежит цитидиндифосфатдиглицериду, который, взаимодействуя с молекулами инозита,
образует моно-6 ди- и триинозитфосфатиды.
Наибольшее количество фосфатидов образуется в
печени и тонкой кишке. Фосфатиды гепатоцитов пре­
дохраняют печень от ожирения. Для фосфатидов харак­
терна высокая степень метаболизма.
Биосинтез
гликолипидов.
Из
всех гликолипидов наиболее подробно изучен биосин­
тез цереброзидов. В этом процессе участвуют многие
ферменты коферменты, ионы Мп2+ и другие вещества.
Реакции протекают в следующей последовательности.
1. Из пальмитил-КоА образуется пальмитиновый
альдегид.
С„Н„-С^ + НАДф.Н, — Смн„-С
+ НАДФ + HS-RcA
?
Н
S-KoA
2. Пальмитиновый альдегид конденсируется с серином, что приводит к образованию дигидросфингозина.
/О
С ц Н „ —с
с н ,-с н -с о о н
I
он
---- -
I
С Н ,(С Н ,)„— с н ,- с н ,- с н - с н - с н ,о н
OH
—
►
нн,
-+• со ,
NH,
3. Дигидросфингозин дегидрируется, образуя сфингозин:
\
101
CH,(CH,)a -CH,-CH,-CH-CH-CH,O H
-f-
НАДФ
-----»•
OH NH,
— •> СН,{СН,)„-СН=СНСН-СН-СН,ОН
4
НАДФ Hj
OH • NH,
4.
Происходит ацилирование сфингозина с образо­
ванием церамида.
/О
CHi(CH,)„- CH=CH-CH-CH-CH2OH - f
I
I
с „н „-с ^
OH NH,
s- К оА
----- CH ,ICH2) ,2—C H = C H - C H —C H — CHjOH
OH
—►
1
4
H S -K o A
NH— C O - C ^ H , ,
5.
Церамид вступает в реакцию с УДФ-галактозой,
что приводит к образованию цереброзида.
СН3(СН2) |2 - С Н = С Н - С Н — C H -C H 2OH
ОН
-+•
УДФ-Галактоэа
NH- С О - С.сН,
C H j(CH2) 12- C H = C H - C H - C H - C H 2- 0 — С
ОН
NH
I
с=о
I
-+*
УДФ
н-с-он
но-с-н
I
но-с-н
н-сI
CHjO H
Липолиз
^_Липолизом называется процесс ферментативного
расщепления липидов клеток до их составных частей,
которые используются для различных потребностей
организма - энергетических, пластических и д р ^
Превращения
жиров.
Под
влиянием
тканевых липаз, активируемых солями фосфорной кис­
лоты, нейтральные жиры расщепляются до глицерина и
102
высших жирных кислот. Этот процесс наиболее интен­
сивно протекает в печени и легких.
Обмен глицерина. После гидролиза жира глицерин
под влиянием фермента глицеролкиназы фосфорилируется. Образовавшийся а-глицерофосфат под влиянием
фермента глицеральдегидфосфатдегидрогеназы окис­
ляется в фосфоглицериновый альдегид, который вклю­
чается в четвертую стадию анаэробного расщепления
углеводов или служит источником для биосинтеза спе­
цифических жиров тканей, глицерофосфатидов и других
веществ.
Обмен высших жирных кислот. Механизм распада
высших жирных кислот в организме объясняет теория
Э-окисления жирных кислот, предложенная в 1904 г.
немецким биохимиком Ф. Кноопом. Согласно ей распад
жирных кислот протекает ступенчато: от молекулы
жирной кислоты постепенно отщепляются двууглеродные
фрагменты, размещенные в Э~положении.
Основанием для создания теории |3-окисления по­
служили следующие факты. В конце XIX в. было уста­
новлено, что ароматические кислоты из организма
выводятся с мочой в обезвреженном состоянии - в
виде парных соединений с гликоколом: бензойная - в
виде гиппуровой, фенилуксусная - в виде фенацетуровой кислот.
соон
со —нн-сн,—соон
+ мн,-сн,-соон —
Б е нзо й ная
ки сл о т а
+
14,0 '
Г и п п ур о в а я
ки сл ота
с и ,—СООН
+
ф енилуксусная
ки слота
соон— j ^ J j
N H j- C H ,—
соон
+
н»°
Ф енац етуроаая
ки сл о та
Ф. Кнооп стал «метить» жирные кислоты кормов
ароматическими радикалами. Если метилась жирная
103
кислота с четным числом атомов углерода (масляная,
капроновая, каприловая и т. д.), то в моче выявля­
лась фенацетуровая кислота. Если в корме имелись
кислоты с нечетным цислом атомов углерода (пропионовая, валериановая), в моче обнаруживалась гиппуровая кислота. Следовательно, предположил Ф. Кнооп,
в тканях происходит распад жирной кислоты на двууг­
леродные фрагменты, а сам «метчик» в печени соеди­
няется с этими фрагментами, образуя фенацетуровую и
гиппуровую кислоты.
Предположения Ф. Кноопа были подтверждены в
1937 г. опытами Шенхеймера и Риттенберга. Они
скармливали мышам меченую (дейтерием) стеариновую
кислоту и через некоторое время обнаруживали в тка­
нях D-пальмитиновую кислоту. Вскоре А. Ленинджер
устанавливает, что двууглеродный остаток включается
в цикл трикарбоновых кислот и процесс 0-окисления
происходить в митохондриях, что ненасыщенные жирные
кислоты перед 0-окислением переходят в насыщенные.
Создается современная схема 0-окисления жирных
кислот:
1.
Под влиянием аденилаткиназы жирная кислота
активируется с образованием ацилатденилата.
°
» -С Н 2- С Н , - С Н , - С /
+
АТФ
— »
R - C H j- C H j- C H j - C ^
ОН
-+-
АДФ
АМФ
2. Ацилатденилат взаимодействует с HS-KoA под
воздействием фермента ацил-КоА-синтетазы с образо­
ванием ацил-КоА.
о
R— С Н ,— C H j— С Н ,— С
\
+
9
H S -K o A — ►
АМФ
If — С Н ,—С Н ,—С Н ,— С
+
)
АМФ
i „ .
5 —К о А
3. Под влиянием флавинзависимой дегидрогеназы
происходит дегидрирование активированного остатка
жирной кислоты.
о
/?—С Н ,—С Н , — С Н ,—С ^ +
S - КоА
104
о
ФАД
— ►
» - С Н ,- С Н = С Н -С <> +
S -K o A
Ф А Д *Н ,
4.
Остаток жирной кислоты под действием еноил
КоА-гидратазы гидрируется в участке разрыва двойной
связи с образованием 0-оксиацил-КоА.
о
о
-O' ,
Й - С Н ,- С Н - С Н - С
+ нон —*>А ? - С Н , - С Н = С Н , - С
I
I
I
S -K o A
S -K o A
OH
5.
/3-Оксиацил-КоА под влиянием /3-оксиацил-КоАдегидрогеназы в присутствии НАД* дегидрируется,
превращаясь в кетоформу ацил-КоА.
о
^ .
/г-сн,-сн-сн,-с + н а д +
1 I
{
OH
S -K o A
к -с н .-с -с н .-с " ' +
II
|
О
НАД*Н -
s-К о А
-f-
Н■
6.
Молекула кетоформы ацил-КоА под влиянием фер­
мента ацетоацетил-КоА-тиолазы и при наличии моле­
кулы КоА разрывается на две части: ацетил-КоА и
ацил-КоА.
М
/Уо
+
г
°
S— К о А
R - С Н ,- C - C H . - C
HS- КоА
Ууо
?
< ? - С Н ,- С
S -K o A
+
-с~°
X
S -K o A
Ацил-КоА вновь подвергается jS-окислению, пока
вся молекула жирной кислоты не распадется на ацетил-КоА. Ацетил-КоА вступает в цикл трикарбоновых
кислот и другие реакции.
Высшие жирные кислоты - важнейший источник хими­
ческой энергии в организме.^ При полном окислении
одного двууглеродного фрагмента жирной кислоты
(ацетил-КоА) в митохондриях образуется пять молекул
АТФ (две - за счет Ф А Д -Hj и т р и - з а счет НАД-Нг).
При полном распаде стеариновой кислоты образуется
девять молекул ацетил-КоА, которые дают 45 молекул
АТФ (5 -9=45). Если молекула ацетил-КоА включается в
цикл трикарбоновых кислот, то при ее окислении
образуется 12 молекул АТФ. Таким образом, девять
молекул ацетил-КоА, которые образовались при распа­
де стеариновой кислоты, после окисления в цикле
трикарбоновых кислот являются источником 108 моле­
кул АТФ (12 "9=108). Полное окисление одной молекулы
105
стеариновой кислоты дает организму 153 молекулы АТФ
(45+108-153).
Превращения
стеридов
и
стер и н о в. Под влиянием тканевых холестеринэстераз
стериды расщепляются на холестерин и высшие жирные
кислоты.
сн ,-сн ,-сн ,—сн
сн2-с н ,—сн
+
в-соон
Высшие жирные кислоты используются как источник
химической энергии, сырье для синтеза липидов и
других веществ. В печени из холестерина образуются
желчные кислоты, в надпочечниках —кортикостероиды,
в половых железах - андро- и эстрогены и др. Часть
холестерина дециклируется с образованием ацетилКоА.
Превращения
фосфатидов.
Моле­
кула фосфатида расщепляется в тканях до спирта
(глицерина, инозита, сфингозина), высших жирных
кислот, фосфорной кислоты и азотистых оснований.
Гидролиз осуществляют ферменты типа фосфолипаз.
Гидролиз может быть полным и частичным. При частич­
ном гидролизе быстрее всего обновляется та часть
молекулы, в которой размещен остаток азотистого
основания, медленнее - «скелетная» часть. Фосфатидная кислота используется для биосинтеза новых моле­
кул фосфатидов, образования нейтральных жиров и др.
Продукты конечного гидролиза молекулы фосфатида
106
могут использоваться тканями для энергетических,
структурных и других потребностей. Высокой степенью
метаболизма характеризую тся фосфатиды печени.
Превращения
остальных
липи­
д о в в т к а н я х . Различные подгруппы гликолипи­
дов (цереброзиды, ганглиозиды, страндин) и сульфатидов характеризую тся высокой степенью обносляемости, особенно в нервной ткани.
Конечный обмен. Основные конечные продукты л и ­
пидного обмена - углекислый газ и вода. Последняя
выделяется в составе мочи и пота, частично кала,
выдыхаемого воздуха. Углекислый газ выделяется в
основном легкими. Конечный обмен для отдельных
групп липидов имеет особенности.
Ж и р ы . При полном окислении жира в тканях об­
разуются углекислый газ и вода. Так, если в состав
молекулы жира входят остатки стеариновой, пальми­
тиновой и линолевой кислот, то общее уравнение тка­
невого распада будет иметь следующий вид:
С55Н 104О 6+ 78 О 2 — 55С02+52Н20 .
Дыхательный коэффициент (соотношение между коли­
чеством углекислого газа, который образовался при
окислении жира, и количеством кислорода, необходи­
мого для окисления) здесь равен 0,71.
С т е р и н ы и с т е р и д ы . Конечные продукты
окислительного распада стеринов и стеридов - угле­
кислый газ и вода. Они образуются в результате
/3-окисления боковой цепи холестерина и остатков
высших жирных кислот. Избыток холестерина в орга­
низме выводится вместе с желчью и калом. В тканях
он восстанавливается до дигидрохолестерина, а в
К опростаиои
Копростерин
107
толстой кишке —до копростерииа. Оба вещества яв­
ляются изомерами: первое —транс-, второе - р е ­
формами. Восстановление холестерина протекает в
несколько стадий и захватывает нижние участки мо­
лекулы.
Ф о с ф а т и д ы . Конечные продукты обмена фос­
фатидов - углекислый газ и вода - образуются при
окислении глицерина, ВЖК, инозита, сфингозина, час­
тично азотистых оснований; мочевина, мочевая кисло­
та, креатинин являются продуктами превращения азо­
тистых оснований, выделяются соли фосфорной кислоты.
Гликолипиды
и
сульфатиды.
Конечные продукты распада глико- и сульфолипидов —
углекислый газ, вода и некоторое количество азо­
тистых веществ. Остаток серной кислоты обезврежи­
вается в печени и выделяется с мочой в виде индикана, фенол- и крезолсерных кислот.
Регуляция липидного обмена. Обмен липидов регу­
лируется нейрогуморальным путем. Центральная нерв­
ная система влияет на него непосредственно или
через железы внутренней секреции. Соответствующие
участки коры больших полушарий головного мозга
через вегетативные нервные волокна регулируют со­
став пищеварительных соков, процессы переваривания
и всасывания липидов, их биосинтез и мобилизацию.
Так, импульсы, идущие по симпатическим нервным во­
локнам, способствуют распаду липидов в жировых
депо, по парасимпатическим - их накоплению. Повреж­
дение гипоталамуса вызывает ожирение.
Отдельные гормоны способствуют накоплению орга­
низмом липидов (например, инсулин - жиров, липокаин - фосфатидов), другие стимулируют их расщепле­
ние. Эти явления используют для направленного воз­
действия на липидный обмен. Так, с целью накопления
организмом жира применяют кастрацию животных, вво­
дят инсулин.
Высокое содержание в кормах углеводов и жиров
способствует избыточному накоплению жира. При недо­
статке в кормах метионина - источника метильных
групп для холина - нарушается липидный обмен и на­
ступает патологическое ожирение печени.
Патология липидного обмена. Липидный обмен нару­
шается при многих инфекционных, инвазионных и неза­
разных болезнях. Часто причиной нарушения обмена
108
бывают неправильно составленные рационы. Патология
липидного обмена наблюдается при нарушении нейрогуморальной регуляции процессов переваривания, вса­
сывания, биосинтеза и липолиза. Так, при гипофунк­
циях передней доли гипофиза, щитовидной железы,
половых желез возникают патологические отложения
жира. При гиперфункциях щитовидной железы и мозго­
вого слоя надпочечников происходит повышенный
распад жиров и резкое исхудание организма.
При пониженной выработке липолитических фермен­
тов пищеварительными железами и уменьшении секреции
желчи (фасциолез, гепатиты) нарушаются процессы
переваривания и всасывания липидов. Это приводит к
выделению их с калом и к поносам.
Отсутствие в кормах липотропных веществ (холина
и метионина) вызывает жировое перерождение печени,
недостаток жирорастворимых витаминов уменьшает вса­
сывание, понижает секрецию желчи, ведет к появлению
дерматитов, поносов.
Липидный обмен нарушается при кетозах. Они воз­
никают при сахарном диабете, гепатитах, различных
отравлениях. Их причиной может быть неправильное
кормление животных. Так, кетозы появляются при
избыточном кормлении коров концентратами, при повы­
шенном маслянокислом брожении в преджелудках и
после продолжительного голодания. Происхождение
кетоновых тел (ацетоуксусная кислота, /З-оксимасляная кислота, ацетон) двоякое. Они возникают вслед­
ствие незавершенности процесса р-окисления высших
жирных кислот (процесс не доходит до образования
ацетил-КоА) или биосинтеза высших жирных кислот
из ацетил-КоА. На стадии /3-окси-/3-метилглутарилКоА в гепатоцитах под влиянием специального мито­
хондриального фермента образуется ацетоуксусная
кислота.
он о
Н О О С - С Н , - с - C H ,-C ~ S—К о А — C H j- C O - C H , - C O O H + C H j - С О — S - К о А
СН,
(3 - О кси - |3 - мети лглутари л - К о А
А це то уксусная
кислота
А ц е ти л -К о А
Часть ацетоуксусной кислоты в печени под влия­
нием НАД-зависимой 0-оксибутиратдегидрогеназы вос­
станавливается до Э-оксимасляной кислоты (реакция
109
обратима, 'но при избытке недоокисленных продуктов
липидного обмена она сдвигается вправо):
C H j — с о — с н 2с о о н + н а д н + н +,*=»
Ацето уксус ная к и с л о т а
СНз — СНОН — СН2 — СООН+НАД*.
/3-Оке им а сляна я к и с л о т а
Часть ацетоуксусной кислоты ферментативным (под
влиянием ацетоацилдекарбоксилазы) и неферментатив­
ным путями декарбоксилируется, что приводит к обра­
зованию ацетона:
СНз — СО — СН2— СООН —*• СНз — СО — СН3+СО2.
Ацетоуксусна я к и с л о т а
Ацетон
В крови здоровых животных кетоновые тела содер­
жатся в небольших количествах, поглощаются тканями
(в основном мышечной) и используются как источник
химической энергии. У больных кетозами животных
возникает ацетонемия. Так, если у клинически здо­
ровых животных в крови в среднем содержится 0,060,07 г/л кетоновых тел, то при кетозах их количест­
во достигает 0,48-0,50 г/л. В моче здоровых живот­
ных содержится 0,09-0,10 г/л кетоновых тел, а при
кетозах - 2,5-3
г/л - возникает
ацетонурия.
Это
приводит к ацидозу, падению продуктивности и гибели
животных. У жвачных большая часть кетоновых тел
образуется в эпителии преджелудков, меньшая - в
тканях печени. У коров во время лактации повышается
содержание кетоновых тел в крови.
Часто встречаются нарушения холестеринового об­
мена. У больных возникает избыток холестерина в
крови - гиперхолестеринемия. Во внутренних органах,
особенно в тканях печени, наблюдается повышенное
отложение холестерина. Возникает «холестериновый
цирроз печени». Появляется желчнокаменная болезнь,
когда в желчных ходах и желчном пузыре откладывают­
ся желчные камни, состоящие на 90-99% из холестери­
на. В ряде случаев на внутренних стенках кровенос­
ных сосудов, особенно артерий, откладываются части­
цы холестерина и других веществ. Это приводит к
потере сосудами эластичности, закрытию их просвета
и возникновению атеросклероза, а в и т о ге -к разры­
вам сосудов, возникновению инфарктов и инсультов,
обширных кровоизлияний.
110
Иногда наблюдается патологическое отложение в
тканях центральной нервной системы, селезенки и
печени ганглиозидов (болезнь Гоше).
Контрольные вопросы
1 . Что вы знаете о строении, физико-химических свойствах и
биологическом значении основных групп и подгрупп липидов?
2. Каковы особенности переваривания, всасывания, промежу­
точного обмена (биосинтеза и расщепления) и выделения основных
групп и подгрупп липидов в организме животных различных видов?
3. Как освобождается химическая энергия при расщеплении
тристеарина? Приведите химизм реакций и математические расчеты
молекул АТФ.
4. Как регулируется липидный обмен в организме животного?
5. Что такое кетозы и чем они характеризуются?
ГЛАВА 4
БИОХИМИЯ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Общая характеристика
нуклеиновых кислот
Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus —ядро) важнейшие органические вещества, с которыми связаны
все основные процессы существования живой материи,
Открыты Ф. Мишером в 1868 г. в ядрах клеток гноя.
в дальнейшем выявлены во
всех клетках человека,
животных и растений, в
микробах и вирусах.
Нуклеиновые кислоты простетические
группы
нуклеопротеидов. Конеч­
ные продукты гидролиза
их - пуриновые и пирими­
диновые основания, пентозы и фосфорная кисло­
та. По химическому со­
ставу различают дезокси­
рибонуклеиновую (ДНК) и
рибонуклеиновую (РНК)
кислоты. В состав ДНК
входит дезоксирибоза, в
состав
РНК - рибоза.
ф.
Мишер
(1844-1895)
Различаются между собой
111
азотистыми основаниями, структурой молекул, кле­
точной локализацией и функциями (см. ниже).
Соединения, молекула которых образована пурино­
вым или пиримидиновым основанием и пентозой (рибозой или дезоксирибозой), называют нуклеозидами.
Название нуклеозида определяется содержащимся в нем
азотистым основанием. Так, нуклеозид, имеющий в
составе молекулы аденин, называют аденозином, гуа­
нин - гуанозином, тимии - тимидином, цитозин - цитидином, урацил - уридином. В зависимости от входя­
щих в состав молекул углеводов различают рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды.
Нуклеотиды - фосфорные эфиры нуклеозидов. В мо­
лекулу нуклеотида входят пуриновое или пиримидино­
вое основание, пентоза (рибоза или дезоксирибоза) и
остаток фосфорной кислоты, который связывается пя­
тым или третьим атомом углерода пентозы. Если в
состав нуклеотида входит дезоксирибоза, то перед
его названием обычно ставится буква «д».
Название нуклеотида обычно производят от входя­
щего в его состав нуклеозида, порядкового номера
атома пентозы, к которому присоединен остаток фос­
форной кислоты, или называют, как кислоту, по азо­
тистому основанию.
с-- ^
СН
НС-
^119 / J, Н Н
N
I с1' г3' 5'
■1/ЩГ
J \o /,
-р=о
I
Н уклеозид
ОН
Н укл е оти д
3 \5 '-А д е н о з и н м о н о ф о с ф о р н а я кислота
.
(ц и кл и ч е ска я ф о р м а , ц А М Ф )
п
.
г. .
Д е э о к с и ё д е н о з и н -5 -ф о с ф а т
, . АД<+Ч
.
(д А М Ф , де зо кси а д е н и л о ва я кислота)
Многие свободные нуклеотиды осуществляют функции
коферментов (НАД, НАДФ, ФАД и др.) или являются
макроэргическими соединениями (АТФ, АДФ, УДФ, УТФ,
ГТФ, ГДФ и др.). цАМФ выполняет функции посредника
при действии гормонов.
112
Дезоксирибонуклеиновая кислота (Д Н К ). ДНК - хи­
мическая основа генов, в которых сконцентрирована
наследственная информация организма. Локализирована
в основном в ядрах клеток, преимущественно в хромо­
сомах. При гидролизе ДНК образуются нуклеотиды:
дезоксиадениловая (А), дезоксигуаниловая (Г ), дезоксицитид иловая (Ц) и тимидиловая СГ) кислоты.
Иногда в составе нуклеотидов выявляются в небольших
количествах другие производные пуринов и пиримидинов —минорные основания: 5-метилцитозин
(ткани
тимуса), 5-оксиметилцитозин (бактериофаги) и т. д.
Нуклеотиды соединяются в полинуклеотидиую цепь
(ДНК) кислородными мостиками, образованными за счет
гидроксила —остатка
фосфорной
кислоты
одного
нуклеотида и гидроксильной группы возле третьего
углеродного атома остатка дезоксирибозы
второго
нуклеотида.
Число остатков нуклеотидов в составе молекулы
Д Н К составляет 25000-35000 и больш е, а м олекулярн ая
масса —от нескольких миллионов до 2—5 млрд. М оле­
кулы Д Н К можно «видеть» в электронном м икроскопе
(рис. 7 ). Абсолютное количество четы рех видов н у к ­
леотидов (А, Г, Ц и Т ) в м ол екул ах Д Н К различного
происхож дения колеблется в ш ироких д и ап азон ах. О д­
н ако меж ду количеством п уриновы х и пирим идиновы х
оснований в м олекуле Д Н К есть соответствие, и ли
комплементарность, у стан о в л ен н ая Э . Ч а р гаф ф о м в
1952 г. и обобщ енная в виде п равил:
1) молярное содержание аденина в молекуле ДНК
равно молярному содержанию тимина - А:Т-1;
2) молярное содержание гуанина в молекуле ДН К
равно молярному содержанию цитозина - Г:Ц*1;
3) сумма пуриновых оснований в молекулах различ­
ных Д Н К независимо от их происхождения равна сумме
пиримидиновых оснований - А+Г:Т+Т=1;
4) количество аминогрупп в пуриновых и пирими­
диновые основаниях Д Н К равно количеству кето-
групп - 6.
Ф. Крик и Д. Уотсон в 1953 г. установили, что
молекула ДНК представляет собой двойную спираль
полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг одной
оси (цвет. табл. 1). Эта спираль напоминает винто­
вую лестницу, у которой перила образованы остатками
дизоксирибозы, соединенными между собой фосфорно8 -1 2 8 1
113
Рис. 7. Электронная
микрофотография молекулы ДНК бактериофага (по Д. Лангу)
Рис. 8 . Соединение
доо в молекуле ДНК
иуклеоти-
эфирными связями по типу 3-5, а ступени - азотисты­
ми основаниями. Аденин соединен водородными связями
с тимином, гуанин - с цитозином, причем между аденином и тимином имеются две, между гуанином и
цитозином- три водородные связи (рис. 8). Каждый
виток спирали имеет 10 пар нуклеотидов, межнуклеотидные расстояния равны 0,34 нм, один виток спирали
(шаг) - 3,4 нм, длина спирали в среднем 15002000 нм, иногда 100000 нм и больше. Конфигурация
спирали ДНК может быть сжатая и растянутая. У неко­
торых бактериофагов найдена односпиральная молекула
ДНК.
Содержание ДНК в различных клетках организма
сравнительно постоянно. Так, в клетках костного
мозга крысы содержится 6,7 пг ДНК, легких- 6 ,5 ,
миокарда - 6,3 пг.
Рибонуклеиновые кислоты. Молекула РНК представ­
ляет собой линейную спираль, состоящую из остатков
рибонуклеотидов. Принцип соединения нуклеотидов в
полинуклеотидную цепь здесь такой же, как и в моле­
куле ДНК: остаток рибозы одного нуклеотида соеди­
няется кислородным мостиком с остатком фосфорной
кислоты следующего нуклеотида (рис. 9). В образо114
Рис. 9. Схема строения полинуклеотидной
цепи РНК
вании каждого нуклеотида участ­
вуют пуриновое или пиримидиновое
основание, рибоза и фосфорная
кислота. В составе РНК выявлены
минорные основания: 6-метилгуанин,
2-метиламино-6-оксипурин,
5-мет ил цитозин и др.
Молекула РНК представляет со­
бой односпиральную нуклеотидную
цепь, которая в некоторых участ­
ках может быть двуспиральной с
образованием водородных связей
между комплементарными основания­
ми (А -У , Г - Ц ) . РНК большинст­
ва вирусов двуспиральная, каждая
спираль содержит 20 000-25 ООО
нуклеотидных остатков. В отличие от ДНК, имеющей
жесткую структуру молекулы, РНК представляет собой
биополимер, молекула которого может изменить форму
и конфигурацию в зависимости от условий среды: pH,
ионной силы растворителя, температуры и др. Около
90% РНК сосредоточено в цитоплазме и 10% - в ядре
клеток. Эти соотношения между ядерной и цитоплазма­
тической РНК в различных клетках неодинаковы.
Различают рибосомальную, транспортную и информа
ционную рибонуклеиновые кислоты.
Р и б о с о м а л ь н а я Р Н К (рРНК, или гРНК)
составляет основу рибосом (50-65% общей массы) и
75-85% всей РНК клетки. Почти вся рРНК находится в
виде магниевой соли. После удаления ионов магния
рибосома диссоциирует на две субъединицы - большую
и малую (см. рис. 25). Каждая субъединица имеет
одну молекулу РНК (большая субъединица состоит из
2500-4000, м а л а я -и з 1500-2000 нуклеотидных остат­
ков). Молекулярная масса р Р Н К -0,5-2 млн. Для мо­
лекулы рРНК характерно чередование спиральных
(60-65%) и неспиральных участков. Спиральные участ­
ки молекулы РНК содержат до 10 нуклеотидов.
Т р а н с п о р т н у ю Р Н К (тРНК, или sPHK)
иногда называют так: растворимая РНК, РНКпереносчик, акцепторная или адапторная РНК. Она
8*
115
составляет около 15% всей РНК клетки. Молекулярная
масса - 23-30 тыс. Молекула состоит из 75-90 мононуклеотидных остатков. Каждая из 20 аминокислот
имеет свои тРНК (не менее одной). В тРНК содержится
до 10% минорных мононуклеотидов. Известно свыше
80 тРНК. Молекулы тРНК обычно находятся в свободном
состоянии. Все тРНК имеют форму кленового или
клеверного листа. На одном конце молекулы разме­
щается тринуклеотидный остаток, который связывается
с соответствующей аминокислотой, образуя аминоацилтРНК: фГ (фН)75-9о фЦфЦфА - 0 -C 0 -C H -(N H 2)-R . В та­
ком виде аминокислотный остаток переносится к концу
пептидной цепочки на поверхность рибосомы, где и
включается в молекулу синтезируемого белка. В моле­
куле тРНК есть участок, с помощью которого она
присоединяется
к
рибосоме, - антикодон,
триплет
нуклеотидных остатков, «узнающая группа». В аланиновой тРНК антикодоном является ИГЦ, валиновойИАЦ (рис.10), фенилаланиновой- Г т А А , тирозиновойГ^А.
Информационная
РНК
(иРНК,
или
т Р Н К ) - РНК-посредник, матричная РНК, трансляцион­
ная РНК. Составляет от 1 до
5% всей клеточной РНК.
Быстро синтезируется (син­
тез одной молекулы происхо­
дит за 20-30 с) и распа­
дается (одна молекула рас­
падается
в
течение
3-5
мин). Имеет строение цепи,
близкое по структуре к ДНК
(отличие - вместо Т в моле­
кулу РНК включается У, вме­
сто
дезоксирибозы - рибоза). иРНК копирует информа­
цию с молекулы ДНК чередо­
ванием нуклеотидных остат­
ков и участвует в контроле
синтеза молекулы соответст­
вующего белка.
Молекула
иРНК содержит от 100 до Рис. 10. Структура
тРНК,
6000 остатков нуклеотидов, переносящей валик:
И - иноее молекулярная масса - 500 ф - псевдоуридин;
тыс. - 2 млн. Известно не- зин
116
сколько иРНК. Синтез каждого белка клетки (а их
число нередко превышает 1000) кодируется своей иРНК
или ее определенным участком.
Состояние
нуклеиновых
кис­
л о т в к л е т к е . Нуклеиновые кислоты в клетке
находятся
в связанном
и свободном состояниях.
В частности, Д Н К с белками ядра образует дезоксирибонуклеопротеиды (Д Н П ), РНК с белками ядра и цито­
плазмы - рибонуклеопротеиды (Р Н П ). Д Н П составляет
основу
вещества клеточного ядра - хроматина.
Во
время деления клеток Д Н К концентрируется в виде
хромосом. В хромосоме выделяют субъединицы - нуклеосомы. Каждая нуклеосома представляет собой изо­
гнутый участок ДНК, содержащий 150-200 пар нук­
леотидов и комплекс из восьми молекул гистонов.
В хроматине в среднем содержится 30-40 % Д Н К, 60-70%
гистонов, негистоновых белков, РН К и других ве­
ществ. Негистоновые белки обычно представлены протаминами, иногда - альбуминами и глобулинами.
Молекулы нуклеиновых кислот и простых белков
соединяются между собой с помощью ионных связей.
Установлено, что полипептидные цепочки молекул бел­
ков в виде нитей окутывают спираль молекулы ДНК,
стабилизируют ее третичную структуру и регулируют
метаболическую активность.
Обмен нуклеиновых кислот
Нуклеиновые кислоты характеризуются высокой сте­
пенью метаболизма, с их деятельностью связан био­
синтез белковых веществ.
Переваривание нуклеиновых кислот. В ротовой по­
лости корма, содержащие нуклеопротеиды, механически
измельчаются, смачиваются слюной и в виде пищевого
кома по пищеводу поступают в желудок (у жвачных - в
преджелудки и сычуг). Часть нуклеиновых кислот рас­
щепляется РНК-азой слюны до олиго- и мононуклеоти­
дов. В желудке (сычуге) большинство нуклеопротеидов
под влиянием пепсина и соляной кислоты расщепляются
до нуклеиновых кислот и простых белков.
Процесс переваривания нуклеопротеидов завершает­
ся в тонкой кишке, где трипсин расщепляет оставшие­
ся нуклеопротеиды на нуклеиновые кислоты и простые
белки. Простые белки под влиянием ферментов соков
П7
поджелудочной железы и
2
кишечного расщепляются до
аминокислот. Нуклеиновые
кислоты подвергаются дей­
ствию нуклеаз. Так, под
влиянием панкреатической
ДНК-азы часть ДНП рас­
щепляется на ДНК и про­
теины. Это расщепление
активируется гистидином,
аргинином и лизином. За­
тем
фермент
«атакует»
двуспиральную
молекулу
ДНК (рис. 11). Вначале
возникают двуспиральные
обломки молекулы ДНК, они
укорачиваются,
образуя
Рис. 11.. Гидролиз ДНК под
воздействием
панкреатичес­
односпиральные
участки
кой ДНК-азы (по В. С. Шапонуклеиновой кислоты. ДНК­
ту):
аза расщепляет ДНК на
1—7 — стадии гидролиза
олигонуклеотиды,
содер­
жащие в среднем по четыре
нуклеотидных остатка, со свободной -ОН-группой в
3 '- и фосфатной группой в 5 '-положениях в остатке
дезоксирибозы. Процесс активируется ионами Mg2+.
Панкреатическая РНК-аза вначале атакует неспирализованные участки РНК и гидролитически их расщеп­
ляет. При этом ослабевают комплементарные связи,
что способствует дальнейшей деспирализации и обра­
зованию новых обломков молекулы РНК. Разрыв фосфорно-диэфирных связей происходит между остатком фос­
форной кислоты и З'-м углеродным атомом рибозного
остатка. В дальнейшем происходит перефосфорилирование внутри обломков молекулы РНК с образованием 2',
3' -фосфорных производных.
Возрастает дробление обломков молекулы РНК на
олиго-и мононуклеотиды, причем производные цитозина
гидролизуются быстрее, чем урацила. Затем нуклеоти­
ды расщепляются под влиянием неспецифических фосфатаз или специфических гидролитических ферментов.
Так, если азотистым основанием является аденин А,
пентозой —рибоза Р, фосфорной кислотой —остаток
Ф, то дальнейшее расщепление мононуклеотидов можно
представить так:
118
А Т Ф -а з а
А - Р- ® ~ ® + (5)
А-Р~(*)~(ф )~(ф )+Н , 0
Н уклеотидпироф осф атаза
A_ p_ ® „ @ ~ @ + H i0 ------------ -------------- | А.-(р)-ф + (ф)-(ф)
Н укпеотиддиф осф агаза
/О ч
/О ч
~ (Ф )+ Н ,0 --------------------------- *■ А - Р - ( Ф ) + (Ф)
._s
5 - Н уклеозидаза
А - Р - (ф) + Н,0
------------------ ► А - Р + (ф )
Н уклеотидаза
А -Р
----------------- ► А + Р
Нуклеозидазы могут разрывать гликозидные связи и
на стадии нуклеотида.
А - Р - ( ф ) + Н20 — •» А + Р - »- (Ф )
Все процессы расщепления нуклеопротеидов в пище­
вом канале отражает следующая схема:
Гуанилоаая кислота
1 1 1 4
Пентээа
Гуанин
Н 3 РО 4
Уридиловая кислота
1 1
Пентоза У рацил
Н 3 РО 4
Тимидиловая кислота
1 1 1
Пентоза
Тимин
Н 3 РО 4
119
Всасывание нуклеиновых кислот. Продукты расщеп­
ления нуклеиновых кислот всасываются в тонкой кишке
в виде мононуклеотидов, нуклеозидов, пентоз, пури­
новых и пиримидиновых оснований, фосфорной кислоты
(ее эфиров и солей). Они поступают в клетки покров­
ного эпителия,
затем - в межклеточную жидкость,
капилляры, вемулы, подэпителиальную и подслизистую
венозные сети кишечной ворсинки, вены брыжейки,
воротную вену и печень.
Значительная часть продуктов расщепления нуклеи­
новых кислот из печени поступает в общее кровенос­
ное русло (здесь есть продукты пищеварения, которые
всосались ’ и через лимфатическую систему кишок) и
разносится по всему организму, где и используется
клетками для самых различных пластических (синтез
Д Н К и Р Н К ) и энергетических потребностей.
Промежуточный обмен нуклеиновых кислот. Заклю ­
чает в себе реакции биосинтеза и распада в орга­
низме Д Н К и РН К .
Биосинтез нуклеиновых кислот
Материалом для образования нуклеиновых кислот в
клетках могут служить поступившие в них продукты
гидролитического расщепления Д Н К и Р Н К кормов. Из
трех составных частей нуклеотидов - пуриновых и
пиримидиновых оснований, пентоз и ф осф атов-две
последние всегда есть в клетке как продукты проме­
жуточного обмена. Пури­
новые и пиримидиновые
\
I
основания в клетку по\
с° 2 ; Гличин
,
ступают
в
результате
\
с,[
N
/
всасывания
кормовых
Аспарагиновая V T n / Д /
веществ или биосинтеза
кислота Nг\ 5G V
а
------------L . ' j I
формиат из более простых соедиФормиат
' ' /\
НеНИЙ.
'''* 4 $ '' -к \
Биосинтез
пу /
!
‘ \
риновых
нуклеГлутамин) Глутамин
О Т И Д О В.
В
образо!
вании пуринового ядра
принимает участие ряд
„1 ис. 1п1. п
веществ
(рис. 12). БиоПроисхождение атомов
пуринового ядра (п о Дж. Дэвид- синтез
ПРОИСХОДИТ ПОсону)
этапно.
120
1.
Рибозо-5-фосфат под влиянием фермента рибозофосфатпирофосфокиназы взаимодействует с А Т Ф , что
приводит к образованию а-5-фосфорибозил-1-пирофосфата (Ф Р П Ф ).
Н ,0 ,Р -0 -Н ,С
I
о
он
H ,0 jP - 0 - H ,C
11
—
о
о
он
II
I
о - р- о - р =о
J Qp ~
он о н
он он
2.
Ф Р П Ф под влиянием фермента амидофосфорибозилтрансферазы аминируется за счет глутамина, обра­
зуя Э~5-фосфорибозил-1-амин.
H jO jP - O - H jC
о
0
II
о -р-<
1
1
он
V
н,о3р-о-н,с
1
&
в>он он
0
НН3
►Глутамин
fH
-H 4P j 0 7
он он
3.
0-5-Фосфорибозил-1-амин под влиянием фермента
фосфорибозилглицинамидсинтетазы вступает в реакцию
с глицином, образуя глицинамидрибонуклеотид.
о
II
H2O jP - 0 - H , C
Q
Н
NH ]
Hj O jP - O - H j C
Н у|
+ Глицин
нЧ— / н
о
\Н
^ о
НЙ- C - C H j- M H j
Н
H > j_ | T H
он он
он он
4.
Глицинамидрибонуклеотид при участии фермента
фосфорибозилглицинамидформилтрансферазы вступает в
реакцию с 7V5, Л^10-метилентетрагидрофолиевой кисло­
той, образуя W-формилглицинамидрибонуклеотид.
о
H j0 ,P - 0 -H ,C
о
о
,1
Hj O j P - O - H j C
N H -C -C H j- N H j
I
§ ||
он он
Т е тр а ги д р о ф олиевая кислота
Q
1/\.
о
II
II
N H - C - C H j- M H - С
,\|
н
*
он он
121
5.
Образовавшееся соединение под влиянием фер
мента фосфорибозилформилглицинамидинсинтетазы всту­
пает в реакцию с глутамином и превращается в формилглицинамидинрибонуклеопротеид (ф орм ил-ГАМ ).
о
II
о
о
II
II
N H -C -C H j-N H -C -H
H jO jP -O -H jC
о
HjOjP -O -H jC
он он
NH -C -C H j—МИ-С
о
нн
н
он он
6.
Формил-ГАМ взаимодействует с А Т Ф под влиянием
фермента фосфорибозиламиноимидазолсинтетазы в при­
сутствии ионов Mg24. Происходит замыкание кольца,
что приводит к образованию 5-аминоимидазолрибонуклеотида.
Н ,0 , Р - 0 - Н , С
о
N H -C —C H .-N H -C —Н
АТФ + М д1 ♦
н и/
7.
Последний под влиянием фосфорибозиламиноимидазолкарбоксилазы карбоксилируется и превращается в
рибонуклеотид 5-аминоимидазол-4-карбоновой кислоты.
он он
он он
8.
Образовавшееся соединение при участии фер­
мента 5-аминоимидаэолсукцинокарбоксамидсинтетазы и
А Т Ф взаимодействует с аспарагиновой кислотой.
122
,N
н о о с -с '
II
CH
H] N—
0
С Н ,— O — P O j H j
/
/
\
|
+ А с п а р а ги н о в а я ки сл о т а + А Т Ф
он он
СООН
О
I
II
н
С Н —Н Н —С —С
|
II
N\
СН
СИ,
сн, - о - ро,н ,
^
соон
АГ - Г "
он он
9.
5-Ам иноимидазол-4-Лг-сукцинокарбоксамидрибонулеотид реагирует под влиянием фермента фосфорибозилглицинамидформилтрансферазы с Л^-ф ормилтетрагидрофолиевой кислотой.
соон
0
I
II
N
C H -N H -C -C ^
сн
\ \
сн л
/
м --------K H
соон
с н ,-о - РО ,Н
'\ 1
НЛ
” Г|
+ ф о р м и яте тр а ги д р о ф о л и е ва я
ки сл ота
Н
-ф у м а р о в а я ки сл о та
О Н ОН
о
П
H jH —с —с
II
н -с -н н -е
''
н
/
сн
с н ,- о - Р О ,Н ,
н
он он
10.
Образовавшийся 5-формамидимидазол-4-карбоксамидрибоиуклеотид под влиянием фермента И М Ф циклогидролазы теряет молекулу воды, циклизируется
и превращается в ииозиновую кислоту - предшествен­
ник адениловой и гуаниловой кислот.
123
I
II /И
HjN—С—С ^
II \СН
О
С Н ,-0 -Р 0 ,Н ,
■н,о
он он
о
II
н н ^ с-Ч
I
II
СН
сн, - о -
ро,н,
он он
Образование адениловой и гуаниловой кислот из
инозиновой происходит так. Инозиновая кислота под
влиянием фермента 5-аминоимидазолсукцинокарбоксамидсинтетазы взаимодействует с аспарагиновой кис­
лотой с образованием аденилоянтарной кислоты, моле­
кула которой в дальнейшем распадается на адениловую
и фумаровую кислоты. Донором энергии является ГТФ .
При образовании молекулы гуаниловой кислоты инози­
новая кислота окисляется до ксантозин-5' -фосфата,
который после взаимодействия с глутамином превра­
щается в гуаниловую кислоту (см. с. 125).
Для биосинтеза полинуклеотидов нужны макроэргические связи. Они образуются за счет А Т Ф или друго­
го донатора энергии. Реакция протекает в две стадии
под влиянием ферментов нуклеозидмонофосфат- и
нуклеозиддифосфаткиназ:
ГМ Ф+АТФ
*. ГДФ+АДФ; ГД Ф +АТФ ~ * ГТФ+АДФ.
Биосинтез пиримидиновых
нуклео­
т и д о в . Исходным веществом для образования пири­
мидиновых нуклеотидов является уридин-5' -монофос­
фат, который синтезируется из урацила, пентозы и
фосфата. Пентозы и фосфат всегда есть в клетках,
межклеточной жидкости. Пиримидиновое кольцо возни­
кает из аминокислот, углекислого газа и формиата.
Главными поставщиками азота являются аспарагиновая
кислота и глутамин, углерода - СОг и формиат.
124
о
If
N
с.
н н '' " f .
^
I
L1
Г
о =
О
О
0
1
сн,
СН
CHj—O—POjHj
с
НС:
он он
он он
А д е н и л о янтарная кислота
К с а н то зи н -5 -ф о сф ат
«ю 3н2
мн2
I
,с .
м
СХ
f Г л у там ии
сн
сн,
НС-
нн
сн
o v с н , — о - р о 1П1
,н .
н ,и -с ^ н ^ н
он он
А д ен ило аая
кислота
н о о с -с н = с н -с о о н
Гу аниловая кислота
Процесс
этапно.
образования
он он
Ф у м а р о в а я кислота
нуклеотидов
протекает
по­
1. В н ачале п о д 'в л и я н и е м ф ермента карбамоилф осф атсинтетазы при н али чи и N F b , СО г и А Т Ф образуется
к арбам оил фосфат.
2 А Д Ф + H jK > 4
CO, + НН, + 2 АТФ + Н,Оч
о
>
//
н н ,-с
о - ро , н,
125
2.
Под влиянием фермента аспартаткарбамоилтрансферазы карбамоилфосфат взаимодействует с аспараги­
новой кислотой, что приводит к образованию карбамоиласпартата.
соон
+
о -р о ,н ,
соон
сн,
_
о
СН—НН,
т
С
I
соон
СН,
/ ^ СН— СООН+ Н,РО,*
нн
3.
При взаимодействии аминогруппы карбамоиласпартата с карбоксильной группой возникает дигидрооротовая кислота, которая превращается в оротовую
кислоту.
НН,
СООН
о
1
СН,
11
'С -
д ИГИд р 00ротазв
О-С—NH—СН
I
СООН
-HjO
Н А Д -Н ,
'
п +
о
^C s
I
0=С. ^СН-СООН
^НН
0=С^ /С-СО'
нн
4. Под влиянием оротидин-5' -фосфатпирофосфорилазы оротовая кислота вступает в реакцию с 5-фосфорибозил-1-пирофосфатом, который превращается в оротидин-5-фосфат.
5. Под воздействием фермента оротидин-5'-фосфатдекарбоксилазы оротндин-5-фосфат превращается в
уридин-5' -фосфат.
он он
о
I
I
II
н,о,р-о-н,с о о- р- о- р=о
н |/ с "||н
0=С
C-COOH
+
нн
^
®
°н
---------нЛОг
он он
о
II
с—нн
ОН
/
\
н
С=0
0=Р-0-Н,С о
\
/
I
I / Ч с==сн
- он
^
Hг * ! Н
K ^ iio o n
он он
о
II
с—нн
ОН
/с
\
|
N
С=0
0=P-0-H,C „о, \
/
I
\/ \н с=сн
-
Щ
он он
6. Уридин-5'-фосфат под влиянием киназ за счет
А Т Ф превращается в УД Ф и У ТФ :
126
УМФ+АТФ *=* УДФ+АДФ;
У Д Ф +А ТФ *= * УТФ +ЛД Ф
7.
Превращение урацила в цитозин происходит на
уровне нуклеозидтрифосфатов под влиянием Ц Т Ф синтетазы:
УТФ+МН,г+АТФ <=* Ц ТФ +А Д Ф +Ф н.
где Фи - фосфат неорганический.
Если пентоза представлена дезоксирибозой, то из
У М Ф метилированием за счет S-аденозилметионина
( C H j - R ) образуется тимидил-5-фосфат (Т М Ф ).
о
О
II
С
он
нн'"' ^ен
II
О
НИ
II
>.сч
I
« 3 » j- 0 - P = 0 + C H 3- R
с-сн ,
II
Л ги -0-Р0,Н,+в
он
ом он
ом он
Биосинтез
полинуклеотидов
ДНК и
РНК. Процесс биосинтеза ДНК принято называть репли­
кацией ДНК. Материалом для биосинтеза ДНК служат
А Т Ф , Г Т Ф , Ц Т Ф и Т Т Ф . Биосинтез протекает при на­
личии «затравки»-некоторого количества однонит­
чатой преобразованной Д Н К и катализатора. Катализа­
тором является ДНК-полимераза. Фермент активен - за
1 мин с его помощью соединяются в полинуклеотид
свыше 1000 нуклеотидных остатков.
дни
л д
АТФ
А— д Р -®
п д ГТФ
+
ДНК —
Г— Д Р -©
V r
^
+
y -V
4п
ц— яР-(ф)
л д
ЦТФ
ц — Я Р -(Ф )
п д
ТТФ
т — д Р -(ф )
л
»
Нуклеотидные остатки в молекуле фрагмента ДНК
соединены между собой 3' ,5' -фосфодиэфирными связя­
ми. ДНК-полимераза катализирует присоединение ос*
татков
мононуклеодитов
к свободному 3' -гидрок127
Клетка
Гис. 13. Схема реализации
путем биосинтеза белка
генной
информации
сильному концу преобразованной Д Н К (рис. 13). Вна­
чале синтезируются небольшие части молекулы ДНК.
Они подвергаются действию ДНК-лигазы и соединяются
в более длинные фрагменты ДН К. Оба фермента лока­
лизированы в ядрах клеток. Преобразованная Д Н К
используется в качестве точки роста будущей моле­
кулы Д Н К и служит также матрицей, на которой
строится антипараллельная цепь ДН К, соответствующая
преобразованной Д Н К по составу и последовательности
размещения нуклеотидных остатков. Биосинтез дочер­
ней молекулы Д Н К происходит на «расплетенной* моле­
куле материнской ДНК, где к односпиральным участкам
Д НК подстраиваются мононуклеотиды по правилу комп­
лементарное™. Биосинтез Д Н К происходит во время
интерфазы митотического деления клетки. Д Н К кон128
центрируется в хромосомах и хроматине. После фор­
мирования односпиральной Д Н К образуются ее вторич­
ная и третичная структуры. Две нити Д Н К соединяются
между собой водородными связями по правилу комплементарности (см. рис. 8).
Материалом для биосинтеза различных групп и ви­
дов РН К служат А Т Ф , Г Т Ф , Ц Т Ф и У Т Ф . РН К может из
них синтезироваться при участии одного из трех
ферментов: ДНК-зависимой РНК-полимеразы, РН Кзависимой РНК-полимеразы и полинуклеотид-нуклеотидилтрансферазы. Первый из них содержится в ядрах
всех клеток, открыт и в митохондриях. РН К синтези­
руется на ДНК-матрице при наличии рибонуклеозидтрифосфатов, ионов Mg2* и Мп2* (см. рис. 13). Обра­
зуется молекула РН К, комплементарная ДНК-матрице.
л
АТФ
л ГТФ
л ЦТФ
л УТФ
П
Кроме этого, в ядре образуются рРНК, тРН К, иРНК
и РНК-затравки для репликации ДНК. Первые три пере­
мещаются в цитоплазму, где и участвуют в биосинтезе
белка.
Био хи ми я? гена? и
передача
гене­
тической
информации.
Ген - матери­
альная единица наследственности,
представляющая
собой участок молекулы Д Н К (у некоторых вирусов Р Н К ). Содержится в хромосомах ядра клетки. Длина
хромосом —0,2-50 мкм, диамерт - 0,2-2 мкм. Каждый
вид животных и растений характеризуется определен­
ным и постоянным числом хромосом во всех клетках
(например, у лошади- 6 6 , у собаки- 7 8 ),
кроме
половых клеток, где имеется половинное число.
В первом случае говорят о диплоидном числе хромо­
сом, во в т ор ом -о гаплоидном.
Поток генетической информации направлен от Д Н К
через РН К к белку. Хранение и передача генетической
информации происходит в два этапа - транскрипции и
трансляции (рис. 14). Транскрипция протекает в кле9-1281
129
-ОперонОператор Структурные гены
Ген-регулятор
ш
П
6
X
gL^%. РНК-лоли|
мераза
о
0
-«-Рибосомы
Биосинтез белка
'г г о я г
±
Эффектор
— днк
г
— !— L
+
Репрессор
I
1
Транскрипция
I
*
'и щ у п е г
—— Белки
Ферменты
*
t
I
------------------ а — »■ б — »- в —» -г
Субстраты и продукты реакций
Рис. 14. Регуляция белкового синтеза (по Ф. Жа­
кобу и Ж. Лоно)
точном ядре и заключается в синтезе иРН К на участ­
ках молекулы Д Н К. При этом последовательность
нуклеотидов Д Н К «переписывается» в нуклеотидную
последовательность молекулы иРНК. РНК-полимераза
присоединяется к соответствующему участку Д Н К,
«расплетает» ее двойную спираль и копирует структу­
ру Д Н К, присоединяя рибонуклеотиды по принципу
комплементарности. По мере движения фермента цепь
синтезированной РН К отделяется от матрицы, а двой­
ная спираль Д Н К позади фермента восстанавливается.
Если РНК-полимераза достигает конца копированного
участка, РН К отделяется от матрицы в кариоплазму,
затем перемещается в цитоплазму, где и участвует в
биосинтезе белка. РН К в ходе синтеза и после него
может подвергаться процессингу, при котором из ее
молекулы ферментами «вырезаются» участки поли­
нуклеотид ной цепи.
Во время трансляции последовательность размеще­
ния нуклеотидов в молекуле иРН К переводится в по­
следовательность остатков аминокислот в молекуле
белка. Этот процесс протекает в цитоплазме. иРНК
здесь объединяет рибосомы в полисому. В клетку по­
ступают аминокислоты. Они соединяются с соответст­
вующими тРНК. Возникают активированные амино­
кислотные
производные
тРНК.
В
иРНК
есть
кодоны - триплеты нуклеотидов (см. ниже). К ним по
правилам комплементарности присоединяются тРНК,
приносящие активируемые аминокислоты своими трипле130
тами - антикодонами. Синтезируется
полипептидная
цепь - продукт трансляции.
Молекула ДНК представляет собой комплекс генов.
Каждый ген размером 0,0003-0,0005 мм состоит из
нуклеотидов (от 1000 до 1500).
Группа функционально связанных между собой ге­
нов, детерминирующих биосинтез определенного вида
белка клетки, образует оперон (см. рис. 14). В на­
чале оперона обычно размещается промотор —участок
ДНК, инициирующий транскрипцию. Именно с ним свя­
зывается РНК-полимераза. За промотором размещается
оператор-участок молекулы Д Н К, с которым реаги­
рует регуляторный белок - репрессор. Дальше разме­
щены структурные гены - здесь синтезируется и РН К ,
содержащая информацию о последовательности разме­
щения остатков аминокислот в полипептидной цепи.
Конец оперона представлен терминатором —участком
ДНК, прерывающим синтез иРНК. Репрессоры синтези­
руются под контролем генов-регуляторов.
Репрессор способен «узнавать* последовательность
нуклеотидов ДНК оператора и взаимодействовать с
эффекторами. Эффекторами обычно являются различные
субстраты или продукты деятельности ферментов клет­
ки. Часть эффекторов увеличивает сродство репрессора к оператору, часть - уменьшает. Если репрессор
связан с оператором, он препятствует движению Р Н К полимеразы вдоль оперона. При этом синтез и РН К тор­
мозится и даже прекращается. Отделение репрессора
от оператора приводит к синтезу иРНК. Кроме отри­
цательной регуляции деятельности оперона существует
и
положительная.
Она
осуществляется
белкомактиватором, который присоединяется к начальной
части оперона (перед промотором)
и активирует
транскрипцию.
Понятие
о
генетическом
коде.
Генетический код-система зашифровки наследствен­
ной информации в молекулах нуклеиновых кислот в
виде последовательности
размещения нуклеотидов.
Это сказывается на биосинтезе белков. Известно, что
белки являются биологическими полимерами. М олекула
белков обычно состоит из 20 аминокислот. Они могут
по-разному соединяться между собой, обеспечивая
многообразие структуры и функций белковых веществ.
Число комбинаций белков достигает громадной вел ими131
ны - 1024. Различие в химическом составе молекулы
белка может изменить признаки организма. Так, если
в молекуле гемоглобина, состоящей из 547 остатков
аминокислот, глутаминовая кислота заменяется валином, возникает серповидная анемия.
Кодирование биосинтеза белка осуществляется на
двух уровнях - транскрипции и трансляции. Во время
транскрипции в зоне размещения определенных генов
(оперонов) синтезируются определенные виды иРНК.
Чередование нуклеотидов в молекуле иРН К комплемен­
тарно копирует генетическую информацию, заложенную
в Д Н К. В молекуле Д Н К содержатся четыре нуклеотида:
А, Г, Ц, Т. Последовательность их размещения опре­
деляет последовательность размещения остатков ами­
нокислот в молекуле белка. Это и создает генети­
ческий код.
Наследственная информация в молекуле Д Н К записа­
на четырьмя буквами: А, Г, Ц, Т. Если бы каждая из
20 аминокислот кодировалась одним нуклеотидом, то в
Д Н К их должно быть 20, а фактически их четыре. Двух
нуклеотидов для кодирования 20 аминокислот тоже
мало, так как они могут кодировать лишь 16 таких
остатков
(42= 1 6 ).
Сочетание
трех
нуклеотидов
может кодировать 64 аминокислоты (4Э= 64), т. е.
триплетный код вполне достаточен для кодирования 20
аминокислот, содержащихся в белках. Согласно триплетному коду порядок размещения остатков аминокис­
лот в молекуле белка определяется порядком размеще­
ния в структурных генах оперона (цистронах) тройки
нуклеотидов, например А Ц А , Ц Ц Т , Т Т У и др. Этот уча­
сток цепи Д Н К определяет включение в молекулу белка
той или другой аминокислоты. Здесь по правилам комплементарности при наличии в кариоплазме нуклеоти­
дов и под влиянием соответствующих ферментов синте­
зируется тот или другой вид иРН К с определенным
чередованием триплетов (см. рис. 13). В дальнейшем
и РН К поступает в цитоплазму и объединяет рибосомы
в единое целое - полисому, где и происходит биосин­
тез белка. При этом тРН К «подвозят» к рибосомам
свои аминокислоты, прикрепляясь к триплетам иРН К
(кодонам) своими триплетами —антикодонами по пра­
вилам комплементарности: Ц А А к Г У У , Ц Ц А к Г У У и т.д.
Теория триплетного кода получила эксперименталь­
ное подтверждение в работах М. Ниренберга и Дж.
132
Матричная РНК
Рис. 15. Схема получения полипептида М. Ниренбергом и Дж. Маттеи
Маттеи (1961 г.), которые после добавления в рас-'
твор, содержащий 20 аминокислот, в качестве матрицы
рибосом, необходимых ферментов и полиуридиновой
кислоты получили необычный полипептид - полифенил­
аланин (рис. 15). Следовательно, молекула РН К , сос­
тоящая из триплетов У У У , кодирует включение в моле­
кулу белка аминокислоты фенилаланина. В дальнейшем
в лабораториях М. Ниренберга и С. Очоа (1962 г.)
был расшифрован состав нуклеотидных триплетов для
всех 20 аминокислот (табл. 4). Оказалось, что вклю­
чение большинства аминокислот в молекулу синтези4. РНК-аминокнслотный код
Первый нук­
леотид ко­
дона (с 5 'конца)
У
ц
А
Г
Второй нуклеотид кодона
У
Ф ен
Ф ен
Лей
Лей
Лей
Лей
Лей
Лей
И ле
Иле
Иле
Мет
Вал
Вал
Вал
Вал
Ц
А
Сер
Сер
Сер
Сер
Про
Про
Про
Про
Тре
Тре
Тре
Тре
Ала
Ала
Ала
Ала
Тир
Тир
УАА
УАГ
Гис
Гис
Глн
Глн
Асп
Асп
Лиз
Лиз
Асп
Асп
Глу
Глу
Г
Цис
Цис
УГА
Три
Apr
Apr
Apr
Apr
Сер
Сер
Apr
Apr
Гли
Гли
Гли
Гли
Третий нук­
леотид ко­
дона (с 3 'конца)
У
Ц
А
Г
У
Ц
А
Г
У
ц
А
Г
У
Ц
А
Г
133
руемого белка кодируется несколькими триплетами.
Например, включение лизина кодируется триплетами
А А А и А А Г, серина - У Ц У , У Ц Ц , У Ц А , У Ц Г , А Г У , А Г Ц и
т. д. Из 64 кодонов (у бактерий и фагов) три кодона
не кодируют включения аминокислот в молекулу белка
и служат сигналом окончания синтеза полипептидной
цепи. Это терминирующие кодоны - У А А , У А Г и УГА .
Освобожденная полипептидная цепь сходит с полисомы.
Есть три инициирующих кодона, которые определяют
включение аминокислоты в начало синтезируемой поли­
пептидной цепи, - А У Г , Г У Г и У УГ.
Порядок чередования нуклеотидов в иРН К может
нарушаться, что приводит к возникновению мутаций.
Мутагенные факторы могут иметь физическую (напри­
мер, облучение нейтронами), химическую (введение в
организм химических аналогов пуринов или пиримидинов) и биологическую (действие микробов или виру­
сов) природу. Возникают геномные, хромосомные или
генные мутации. При генных мутациях может изменять­
ся состав и порядок чередования в генах нуклеоти­
дов, что сказывается на составе иРН К и свойствах
синтезированных белков. Мутации могут быть полезны­
ми, нежелательными и вредными.
Данные молекулярной генетики используются в жи­
вотноводстве - для выведения новых пород животных,
в ветеринарии и м едицине-для постановки диагноза
и разработки мер борьбы с «молекулярными» болез­
нями.
Распад нуклеиновых кислот в тканях
В процессе жизни происходит постоянное самооб­
новление клеток организма. Эти явления связаны с
синтезом и распадом молекул Д Н К и РН К. Клетки эпи­
телия двенадцатиперстной кишки обновляются в тече­
ние 1,6 сут, роговицы гла за - 6 ,9 , мезотелия плев­
ры - 33,9,
мерцательного
эпителия
трахеи - 47,6
сут. Продолжительность жизни тромбоцита —1-8 сут,
лейкоцита - 8-13, эритроцита - 20-120 сут.
Нуклеиновые кислоты клеток под влиянием нуклеаз
(ДНК-азы и РНК-азы) расщепляются до мононуклеоти­
дов. Часть мононуклеотидов может использоваться
развивающейся клеткой для синтеза собственных нук­
леиновых кислот, остальные мононуклеотиды расщеп­
ляются на нуклеозид и фосфат, затем - на пентозо134
фосфат и пуриновое или пиримидиновое основание. На
втором этапе расщепления реакция катализируется
ферментом, специфическим для каждого нуклеозида.
Конечный обмен нуклеиновых кислот. Пуриновые и
пиримидиновые основания ядовиты и обезвреживаются в
печени (в меньшей мере - в других органах) до ко­
нечных продуктов обмена, которые удаляются из орга­
низма с мочой, калом и потом.
Общая схема распада пуриновых оснований для жи­
вотных универсальна. Вначале они дезаминируются до
гипоксантина и ксантина, затем окисляются до конеч­
ных продуктов обмена - мочевой кислоты и аллантоина. В ряде случаев дезаминирование происходит на
уровне нуклеозидов и нуклеотидов:
М о ч е в а я к и сло та
*■Аллантоин
У рыб и амфибий аллантоин может подвергаться
дальнейшему расщеплению (см. дальше).
У различных позвоночных животных конечные про­
дукты распада нуклеиновых кислот неодинаковы. Так,
у человека и человекообразных обезьян это мочевая
кислота - продукт пуринового обмена. В тканях ам­
миак связывается глутаминовой кислотой в глутамин,
который переносится в печень, где и образуется мо­
чевина. У птиц и рептилий мочевая кислота - основ­
ной конечный продукт всего азотистого обмена. Так,
у гусей 66-70% азота мочи приходится на мочевую
кислоту, 9-18% - на аммиак и лишь 3-4% на мочевину.
Система обезвреживания аммиака путем образования
плохо растворимой в воде мочевой кислоты возникла у
этих классов позвоночных в результате эволюции.
У всех сельскохозяйственных животных (кроме птиц)
мочевая кислота превращается в аллантоин. Например,
у коровы аллантоин составляет 92,5% общего коли­
чества пуринов мочи, у лошади - 87,5, у овцы - 64,
у свиньи-9 2 ,3 % .
Превращения пиримидиновых оснований имеют по
сравнению с пуриновыми особенностями. Пиримидиновые
135
NH,
II
А дениндезам нназа
I
н е;
♦ H ,0
ICH
II
HN
I
-NH,
II
'C H
HC4 И/ C\ NH
/
^ C>SUH
Гилоксантин
А денин
♦н,о
Адеиоэин
И н о зи н
К сантм ноксидаэа
О
II
Г у а н и н д е за м и н а э а
н н ^ с '*
HjN-С^ч / С
N
НН
Г уании
Н,Н
о=с
М о ч е в а я кислота
(е но льн ая ф о р м а )
А л лай тонн
NH,
„НН
I
0=С
ОЗС
I
I
ИИ *
\
нс>
А ллан тон на за
С
♦н,о
/ II
ни ' о
М о че ва я кислота
(к е тонная, ф о р м а )
NH*
Аллантоикаэа
I
C=Q С О О н
С=0
NH—СН -
NH
♦ Н,0
А ллантоиновая
кислота
Аллантоин
ИН|
I
а с?о
I
+
НС
V
СООН
НН,
М очевина
Глиоксиловая
кисло«а
кольца в тканях и печени восстанавливаются в ди­
гидропроизводные, затем размыкаются, что приводит к
образованию уреидокислот, которые расщепляются на
136
бо ле е простые вещества. В частности,
минируется и превращается в урацил.
мн.
I
>Cv
сн
о=с^
+
/Си
H,o
цитозин деза­
о
II
,с ^
нн^
сн
—►
I
II
о=с
,с н
нн
+
нн
У р а ц и л распадается до Э-аланина, аммиака и у г л е ­
кислого газа; т и м и н - д о Э-аминоизомасляной кисло­
ты, аммиака и углеки слого газа.
о
II
°
НАД +
U
♦ НАД-Н, У Ж н н ' '"СН, ♦ Н20
СН
ни
и
/СН
о=с
о=с^
НН
/СН,
нн
ctl
I^OH
сн,
со,
МН.
I
HHj
I
о = с ^ /СИ,
ИИ
Р -У реи допропионоаая
кислота
Дигидроурацил
Урацил
/О
Гон
сн ,
*н ,о
сн,
I
нн,
В -А л а н и н
о
II
НАД.Н, у
с - СН,
НН'
о=с^
о
II
НАД'1
/СН
НИ
ИНГ
С-СН,
I
I
о = с ^ /СН,
ни
Дигидротимин
Тимии
Сг
< °
'ОН
ИИ,
I
I
.СН,
О -С ^
нн
(3 .Урендомюмаслаися
кислота
I^OH
СН— СИ,
сн,
+
нн,
+
со,
I
нн,
(3 - А м ином эомасляиая
137
По мере образования эти продукты удаляются из
организма с мочой, потом, калом, а углекислый
газ - с выдыхаемым воздухом. Аммиак обезвреживается
в печени в мочевину.
Регуляция нуклеинового обмена. Нуклеиновый обмен
регулируется на различных уровнях, начиная от цело­
го организма и кончая молекулой нуклеиновой кисло­
ты. Ведущее место здесь принадлежит центральной
нервной системе и ее высшему отделу - коре больших
полушарий головного мозга. Так, в гипоталамусе на­
ходится центр обмена нуклеопротеидов.
Синтез РН К и Д Н К стимулируется соматотропином,
гидрокортизоном,
эстрадиолом.
Действие
гормона
обычно проявляется вместе с ферментом, осущест­
вляющим синтез или распад нуклеиновой кислоты. Не­
которые стероидные гормоны являются репрессорамь*
оперонов, что приводит к интенсивному синтезу иРН К
и белков. Реакция активируется ионами Mg2* и Мп2+.
Ингибирование синтеза нуклеиновых кислот исполь­
зуется в лечебной практике, особенно при лечении
опухолей. Подбираются антиметаболиты, которые могут
тормозить новообразование нуклеиновых кислот, на­
пример 5-хлор-5-йод-пиримидины, актиномицин D и др.
Патология нуклеинового обмена. Нарушения нук­
леинового обмена различны. Наиболее характерным из
лих может быть подагр л. Ее причиной является наруление нейрогуморально/ регуляции нуклеинового обме­
на. В суставах, хряща t, сухожильных влагалищах и
слизистых сумках, почсах, коже и мышцах отклады­
ваются узелки криста/лов мочевой кислоты и ее со­
лей.
Вокруг
узелков
развивается
воспалительный
очаг. Больше всего выражены подагрические узлы в
области суставов пальцев. Нуклеиновый обмен резко
изменяется при лучевой болезни: нарушается процесс
репликации Д Н К, синтез РН К, подавляется эритропоэз,
возникает лейкопения, развиваются язвы.
С патологией нуклеинового обмена связан патоге­
нез мочекаменной болезни, когда в почках и мочевы­
водящих путях откладываются соли мочевой кислоты и
другие вещества. Возникают «камни».
Контрольные вопросы
1.
Что такое нуклеозиды и нуклеотиды? Каковы их строение,
свойства и значение?
138
2. Дайте определение - Д Н К и Р Н К (рРН К , иРН К , т Р Н К ), при­
ведите схемы структуры их молекул, охарактеризуйте их свойства
и значение.
3. Как происходит переваривание, всасывание, промежуточный
(биосинтез и распад) и конечный обмены Д Н К и РН К в организме
животных?
4. Что вам известно о регуляции и патологии нуклеинового
обмена?
ГЛАВА 5
БИОХИМИЯ БЕЛКОВ
Общая характеристика белков
I Белки - высокомолекулярные органические-ш единения^ тю ^тоенные из остатков aWg H 5 S ic 5 —-Они составляют"структурную и функциональную основу любого
живого организма, так как с их деятельностью связа­
но само существование живой материи/ Ф . Энгельс,
учитывая исключительно важную роль белков, писал:
« Ж изнь есть способ существования белковых тел, и
этот способ существования состоит по своему сущест­
ву в постоянном самообновлении химических составных
частей этих тел... Повсюду, 'Уяе- мы встречаем жизнь,
мы находим, что она связана с каким-либо белковым
телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо бел­
ковое тело, не находящееся в процессе разложения,
мы без исключения встречаем и явления жизни»^
В организме животного белки выполняют ряд жиз­
ненно важных функций: структурную, каталитическую,
защитную, транспортную, энергетическую, участвуют в
передаче наследственности и др. у С деятельностью
белков связаны все основные прояв пения жизни: раз“ дражимость.^сократимость, способность к -росту, раз­
витию, размножению, активной регуляции своего соNстава и функций, приспособляемость к среде, пище­
варение и выделение конечных продуктов обмена.
Белки в среднем составляют 18-21% общей сырой
массы организма и до 40-50% его сухой массы. В со­
ставе сухой массы органов содержание белков (по
Д. JI. Фердману) следующее, % :
20,
1 Маркс К.,
с. 82-83.
Энгельс
Ф.
Анти-Д ю ринг.-Соч.,
2-е
изд.,
т.
139
Селезенка
Легкие
Мышцы
Почки
Ткани пищевого канала
84
82
80
72
63
Кожа
Сердце
Печень
Головной мозг
Кости
63
60
57
45
28
Белки характеризуются сложным строением молекул
и комплексом физико-химических свойств, что в итоге
определяет многообразие их функций в процессе су­
ществования живой материи.
Элементарный состав белков следующий, % .
Углерод
Кислород
Азот
Водород
Сера
Фосфор
50-55
21-24
15-18
6,5-7,5
0.3-2,5
1-2
Некоторые белки содержат в небольших количествах
(0,3-0,00001% ) также железо, медь, марганец, бром,
кальций и т. д.
Белки —высокомолекулярные
органические
сое­
динения. Молекулярная масса белков колеблется в
широких пределах: от нескольких тысяч (инсулин —
5700) до сотен миллионов (белок вируса гриппа —
322 000 000).
[Существуют две основные формы белков: глобуляр­
ная (шаровидная) и фибриллярная (вытянутая). Есть и
переходные формы, например комплекс актина и миози­
на —актомиозин. Форма молекулы белка изменяется
под влиянием различных факторов: pH, температуры
среды, ионной силы, природы растворителя, концент­
рации раствора. Длина белковой молекулы средней
молекулярной массы достигает нескольких десятков
нанометров (рис. 16). Фибриллярные белки обычно
выполняют структурную и сократительную функции,
глобулярные —метаболические. |
Коллоидное состояние белков
Большинство белков растворяются выводе. Они об­
разуют лиофильные коллоидные растворы, для которых
типичны следующие свойства: молекулярно-кинети­
ческие, оптические и электрокинетические.
140
«5Е>
р-Г лобулин
(3,7 х 19 нм)
р-Лилопоотемд
(18,5 х 18,5 нм)
Фибриноген
(Дх70 нм)
Рис. 16. Форма и размеры молекул некоторых
белков (по Э. Гофману)
Проявление молекулярно-кинетических свойств кол­
лоидных растворов белков связано с размерами и
перемещением коллоидных частиц в среде, pH раство­
ра, окружающей температурой и т. д. Коллоидные
растворы белков имеют низкий коэффициент диффузии,
низкое осмотическое давление (0,273-0,364 П а ), но
высокую относительную вязкость и большую степень
набухания (белки связывают около 80-90% всей воды
организма).
Оптические свойства коллоидных растворов белков
обусловлены отношением коллоидных частиц к прохож­
дению лучей света через раствор. Растворы белков
обычно мутные. Они способны рассеивать лучи света
(эффект Тиндаля), опалесцировать (в проходящем све­
те принимают красноватую, в отраженном —синюю
окраску). Контуры коллоидных частиц видны в ультра­
микроскопе (явление ультрамикроскопии) и в элект­
ронном микроскопе.
Электрокинетические свойства коллоидных растворов белков определяются наличием в их частицах
двойного электрического заряда (адсорбционный и
диффузный слои). Между величинами положительного и
отрицательного зарядов возникает дзета-потенциал С.
s e 0, наступает изоэлектрическое состояние и
коллоидная частица седиментирует (седнментанив
самопроизвольное оседание).
И зоэлек тр и ч^Г^
стояние наступает при разных значениях pH: у яично
™ белка, например, при pH 4,8, у гемогЛо6„на - рН
141
6,7, у миозина - pH 5. Значение pH, при котором
наступает
изоэлектрическое
состояние,
определяет
изоэлектрическую точку.
Для коллоидных растворов белков характерны два
состояния: жидкое (золи) и студнеобразное (гели).
При обмене веществ переход одного состояния опре­
деленных участков клетки в другое является обрати­
мым процессом. По мере старения клетки закономер­
ность такого перехода нарушается и наступает явле­
ние синерезиса - процесса необратимого образования
твердого геля и жидкого золя.
Под влиянием факторов внешней и внутренней среды
белки могут выпадать из растворов в осадок - коагу­
лировать. Коагуляция используется для выделения и
изучения белков в биологических жидкостях: сыворот­
ке крови, ликворё, лимфе, моче, молоке.
Процесс, обратный коагуляции (выпавший осадок
белка переводится в растворимое состояние), назы­
вают пептизацией. При этом устраняется коагулянт,
коллоидная частица белка восстанавливает свой двой­
ной электрический слой и сольватную оболочку.
Защитные свойства белков характеризуются золотым
числом. Золотым числом называется то количество
миллиграммов защитного коллоида, которое достаточно
для того,
чтобы
предотвратить изменение цвета
10 см3 красного золя золота в фиолетовый при добав­
лении 1 см3 10%-ного раствора NaCl. Чем меньше зо­
лотое число, тем сильнее защитное действие кол­
лоида.
Защитные свойства белков биологических жидкостей
используются для характеристики реакционной спо­
собности белков организма при многих болезнях.
Белки —амфотерные электролиты. В молекуле белка
содержатся аминогруппы - N H 2 и карбоксильные груп­
пы —СООН.
ПРи диссоциации карбоксильных групп белок при­
обретает свойства слабой кислоты.
/ИИ,
R
Z
''соон
+
и*
^ соо~
Ионы водорода могут присоединяться к аминогруп­
пам белковой молекулы; белок приобретает свойства
слабого основания.
142
ХМН,
/ NHJ
R
+
"^соои
н* — » *
^соон
Чаше всего белковая молекула имеет вид амфиона
^мн,
<?
=гв
^ с о о н
^мн, ,
+
+ н += *
''с о о -
С О О -,
что обеспечивает высокую реакционную способность
белков. Так, в кислой среде белок реагирует как
катион, в щелочной он имеет свойства аниона.
,ИН,*
R
R
HCI
^СОО^HHt +
й
'^соо-
-f-
C l*
^соон
/МИ,
Мл О Н
R
+
М *+
4- н20
^соо~
Значение амфотерности белков велико для поддер­
жания в тканях и клетках pH на нужном уровне, так
как белки выполняют роль буферных систем.
Химический состав белков
Химический состав белков устанавливают различны
ми методами, основным из которых является гидролиз.
Различают кислотный, щелочной и ферментативный
гидролизы.
При кислотном гидролизе белок помещают на 6-20 ч
в 5-10-кратный объем 1 н. раствора H 2SO4 или НС1
при температуре 100-110“ С. Шелочной гидролиз про­
водят в таких же условиях в 2 н. растворах щелочей.
Для ферментативного гидролиза применяют протеолитические ферменты: пепсин, трипсин, химотрипсин. Ко­
нечными продуктами гидролиза являются аминокислоты
и простетические (небелковые) группы. Представление
о составе белков можно получить при сопоставлении
результатов трех видов гидролиза.
Г
Аминокислоты - основные продукты гидролиза бел­
ков (табл. 5). В настоящее время удалось выделить
более 2 0 так называемых «природных» аминокислот.
143
5. Аминокислотный состав различных белков, г/100 г сухого белка
(по Д. Л . Фердману)
Аминокислоты
Аланин
Аргинин
Аспарагиновая
кислота
Цистин
Глутаминовая
кислота
Глицин
Гистидин
Оксипролин
Изолейцин
Лейцин
Лизин
Метионин
Фенилаланин
Пролин
Серии
Треонин
Тирозин
Триптофан
Валин
Общее
содержание
Яичный Казеин
белок
Фибри­ Миозин ГлиаЗеин
ноген
дин
куку­
пшени­ рузы
цы
6,7
5,7
9,3
3,5
4,0
7,2
3,7
7,8
13,1
6,5
7,4
8,9
2,1
2,7
1,3
10,5
1,7
4,6
1,9
16,5
0,3
22,0
2,7
14,5
1,4
22,1
2,6
45,7
0,8
26,9
3,1
2,4
5,6
2,6
1,9
2,4
2,4
7,0
9,2
6,3
5,2
7,7
3,6
8,2
4,0
3,7
3,7
7,1
1,9
3,2
2,3
7,6
10,3
8,2
3,1
5,5
11,6
5,9
4,5
6,1
6,1
7,2
4,8
7,1
9,2
2,6
4,6
5,7
7,0
6,1
5,5
5,5
4,1
15,6
11,9
22,5
11,9
3,4
4,3
1,9
4,3
5,1
3,4
3,4
2,6
0,7
1,7
6,4
13,4
4,9
2,1
3,2
3,2
2,7
0,0
2,4
5,4
10,5
7,1
3,5
3,5
5,3
3,5
108,0
115,6
103,2
104,5
108,4
109,5
0,0
1,3
’ Образование из 100 г сухого белка свыше 100 г аминокис­
лот обусловлено присоединением при гидролизе к остаткам амино­
кислот воды.
Выделение и идентификация аминокислот белка. Д ля
выделения аминокислот в чистом виде используется
ряд физических и химических методов. Особое место
принадлежит методу хроматографии, разработанному
М. С. Цветом в 1904 г. для разделения смеси расти­
тельных пигментов (рис. 17, а ), и методам распреде­
лительной хроматографии на бумаге
(рис.
17, б ),
ионообменной хроматографии и др.
В настоящее время для качественного и количест­
венного анализа аминокислот белка применяют автома­
тический аминокислотный анализатор, с помощью кото144
1 2 3 4 5 6 7 8
Ксантофилл
и хлорофилл
9
И
I
\ ft
I
I и
?
Г*
♦
IJ
и !
д .
Рис. 17. Адсорбции (а)
хроматография
и
и
распределительная
(б)
рого в течение нескольких часов можно провести де­
тальный анализ аминокислотного состава любого бел­
ка, отразив его в виде графика и таблиц.
Физико-химические свойства аминокислот
Аминокислоты являются производными карбоновых
кислот, в радикале которых один или несколько ато­
мов водорода замещены на аминогруппы. Это бесцвет­
ные кристаллические вещества, сладкие на вкус,
большинство из них растворяется в воде, оптически
активны (кроме глицина), имеют высокую температуту
плавления (220-315* С ), относятся к L -ряду, амино­
кислоты D-ряда содержатся в некоторых антибиотиках
и оболочках микробов.
Аминокислоты обладают высокой химической актив­
ностью. Вступают во многие химические реакции как
по - N H 2-, так и по -СООН-группам, в частности,
взаимодействуют со щелочами:
10-1281
145
R — С Н — CO O H +N aO H
* R
CH
NH2
C 0 0 N a + H 20 ;
nh2
с кислотами:
>o
Я-СН-СООН + H + CI'!— Cl
H .N *—CH—
I
N>h
I
R
NH,
могут образовывать сложные эфиры:
sQ
Й -С Н -С О О Н +
Cj HjOH —
Й - С Н - С ''
HH,
NHj
-f
HjO
^ 0 - С 1Н*
Д л я аминокислот характерны реакции декарбоксилирования:
e-сн-соон— r - ch. - nh, 4 - со,
I
нн,
дезаминирования:
R - СН -
СООН + НОН ------- ^ R
- С -
I
СО О Н + N H 3
I
nh 2
он
Аминокислоты могут образовывать пептиды и дикетопиперазины:
ин,—сн,-со;ои + н j нн —сн,—соон — •
—► мна—сн2—со—нн—сн2—соон -4- н;о;
Д и пептид
н н ,-с н ,-с о о н
+
HOOC — СН,— NH,
с=с^
— ►
‘ПК
\
I
I
Н,С
С -о
NH
Д и ке топ н п е ра эи н
146
+
ан,о
Аминокислоты образуют комплексные соли со многи­
ми металлами: медью, цинком, свинцом и др.
I
Zn
\
Zn
и,и—сн
о
/ со
\ ./ С °
Цинк-глицин
Ц инк-цистеин
о
Аминокислоты делят на две группы: ациклические и
циклические. В группе ациклических аминокислот вы­
деляют четыре подгруппы: моноаминомонокарбоновые,
моноаминодикарбоновые, диаминомонокарбоновые и диаминодикарбоновые аминокислоты. Циклические амино­
кислоты разделяют на две подгруппы: изоциклические
и гетероциклические аминокислоты.
Моноаминомонокарбоновые аминокислоты. Молеку­
лы этой подгруппы аминокислот имеют одну -N H 2- и
одну -СООН-группы.
Глицин
(гликокол,
аминоуксусная
кислота)
NH 2-CH 2-COOH. Сладкого вкуса. Синтезируется в тка­
нях организма и образуется при гидролизе белков
кормов. Участвует в биосинтезе глутатиона, гиппуровой кислоты, порфиринов, креатина и др.
L-A л а н и н (а-аминопропионовая кислота) часто
встречается в составе белков. Служит основой для
биосинтеза серина и цистеина.
СН,
1
1
С И ,О Н
сн,-$и
си-ми,
си—ми,
сн—ни,
1
1
1
1
соок
соон
соон
Алании
Сарин
Цистеин
Аланин и его производные (серии, цистеин, фе­
нилаланин,
тирозин,
триптофан,
гистидин)
сос­
тавляют 60-65% всех аминокислот белков. Синтези­
руется в тканях организма и образуется при гидро­
лизе белков кормов. Аланин - сырье для образования
коэнзима А, пантотеновой кислоты, карнозина и ан­
серина. В животных тканях содержится Э-аланин
NHr-CHr-CHr-COOH, составная часть ансерина.
L -C е р и н
(а-амино-Э-оксипропионовая
кисло­
та) - составная часть многих белков. Синтезируется
ю*
147
в организме животного и образуется при гидролизе
белков кормов. Производными его являются антибиоти­
ки циклосерин и азосерин.
L -Ц и с т е и н
(а-амино-/3-тиопропионовая
кисло­
та). Выделен из гидролизатов белков шерсти, рогов и
копыт в 1890 г. Синтезируется в организме и обра­
зуется при гидролизе белков кормов. Имеет сульфгидрильную группу -S H - обязательную часть м олекул
многих ферментов (тиоловых).
L (+ )- a - A м и н о м а с л я н а я
кислота
содержится во многих тканях животного организма в
свободном состоянии. Источник биосинтеза метионина
и треонина. В тканях (особенно в нервной) содержит­
ся у-аминомасляная кислота. Четыре кислоты имеют
общую молекулярную основу.
си,
ch , - s - c h ,
I
сн,
I
сн «и,
I
сн,
I
с**-нн,
С О оМ
соон
Ot- Ам ином асляная
кислота
Метионин
СИ,
снон
СН— NH,
1
соон
треонии
сн,—NH,
■
сн,
1
сн,
1
1
соон
у -А м и н о м а с л я н а я
кислота
L (- )- M е т и о н и н
(а-амино-у-метилтиомасляная
кислота). Выделен из продуктов кислотного гидролиза
казеина в 1922 г. Незаменимая аминокислота. Являет­
ся донором метильных групп, участвует в биосинтезе
холина, адреналина, цистеина и других веществ.
1 (- )- Т р е о н и я
(<х-амино-/3-оксимасляная
кис­
лота) . П олучен из гидролиза казеина и фибрина в
1935 г. Незаменимая 'аминокислота. Имеет два асим­
метрических атома углерода (а - и /3-положения) и
четыре оптических изомера.
у -А м и н о м а с л я н а я
кислота
обра­
зуется при декарбоксилировании глутаминовой кисло­
ты. Служ ит источником химической энергии в нервной
ткани. Участвует в процессах торможения нервного
импульса.
L {+ )-B а л и н
(a -аминоизовалериановая
кислота,
a -амино-Э-метилмасляная кислота) (С Н зЬ С Н -С Ш Ь Ш г)-С О О Н . Незаменимая аминокислота. Высокое сожержание валина в эластине (1 3 -1 4 % ), казеине (7 -8 % ) и
миоглобине (до 4,1 % ).
148
L (-)-J I e й ц и н
(а-аминоизовалериановая
кисло­
та, a -а мино-Э-метил валерианова я кислота)
впервые
получен из гидролизата мышечной ткани в 1839 г.
Входит в состав многих белков. Лейцин, изолейцин и
норлейцин имеют общую молекулярную основу.
сн,
1
СН,
сн, сн,
\/
сн
1
сн,
1
сн,
1
1
сн, сн.
\ /
сн
сн,
с н -н н ,
с н -м н ,
СН—НН]
соон
соон
соон
Лейцйм
И золейцин
Норпейции
сн,
1
*
1
V
Богаты остатками лейцина овоальбумин, миозин, ка­
зеин, фибрин. Вместе с метионином, аспарагиновой
кислотой и другими аминокислотами применяется при
лечении анемий.
L (+ )-M з о л е й ц и н
(а-амино-Э-метилвалериановая кислота). Открыт Ф . Эрлихом в 1904 г. в гид­
ролизате фибрина. Незаменимая аминокислота. Содер­
жится в белках в небольших количествах.
L (+ )-H о р л е й ц и н
(а-аминокапроновая
кисло­
та).
Синтезирован
из
а-бромкапроновой
кислоты
Э. Фишером в 1900 г. Не выделен из белков и не най­
ден в животных тканях в свободном состоянии .
Моноаминодикарбоновые аминокислоты. В состав
молекулы этой подгруппы аминокислот входит одна
- N H 2- и две -СООН-группы.
L (+ )- A с п а р а г и н о в а я
кислота
(амино­
янтарная кислота). Получена из гидролизатов расти­
тельных белков в 1868 г. Синтезируется в животных
тканях. Белки содержат остатки аспарагиновой кисло­
ты и ее амид - аспарагин.
соон
соон
см—нн,
сн—мн,
сн,
сн,
I
I
I
I
I^MH,
соон
С* 0
А с п а р а ги н о в а я
ки сл о та
.
Аспарагин
149
Участвую т в синтезе мочевины, пиримидиновых ос­
нований, в переаминировании аминокислот и обезвре­
живании аммиака.
L (+ )- r л у т а м и н о в а я
кислота
(а-ам иноглутаровая кислота). Входит в состав многих белков
и других соединений (глутатиона, фолиевой кислоты)
в виде кислоты и ее амида - глутамина.
соон
сн-ин,
сн,
1
сн,
1
1
соон
Гл утам иновая
кислота
соон
1
I
сн—НН,
сн,
1
сн,
с —нн,
II
о
Глутамин
соон
I
сн—нн,
I
снон
I
СМ,
с-он
II
о
В -О к с и гл у тэм интвая
кисло
Аминокислота и ее амид составляют ‘ /з всех сво­
бодных аминокислот плазмы крови. Участвует в реак­
циях переаминирования, окислительного дезаминирова­
ния, декарбоксилирования аминокислот, в образовании
у-аминомасляной кислоты, глутатиона, синтезе глю ко­
зы и орнитина. Глутамин связывает аммиак тканей и
транспортирует его к месту детоксикации (в печень и
почки). Кислота синтезируется в организме и обра­
зуется при гидролизе белков кормов. Используется
при лечении многих нервных болезней (сырье для син­
теза зг-аминомасляной кислоты). Особенно много ее в
альбуминах и глобулинах крови, коллагене.
Диаминомонокарбоновые аминокислоты. Содержат
две - N H 2- и одну -СО О Н -группы .
L (+ )- 0 р н и т и н
(ос,<5-диаминовалериановая
кис­
л от а ). Входит в состав некоторых белков печени.
Свободный орнитин встречается в соках некоторых
растений, в связанном виде входит в состав многих
антибиотиков. Орнитин является составной частью
орнитинового цикла, в котором обезвреживается ам­
миак.
L (+ )- A р г и н и н
(а-амино-5-гуанидинвалериановая кислота). Впервые получен из гидролизата про­
ростков люпина в 1886 г. Входит в состав почти всех
белков. Протамины спермы рыб содержат до 84% остат­
150
ков аргинина от общей массы аминокислот. Им бо&аты
эмбриональные ткани и опухоли. Аргинин участвует в
образовании креатина,
является составной частью
орнитинового цикла.
НН,
I
1
НИ,
сн,
■
1
С -О
1
сн,
нн
сн,
ссн,ь
1
1
1
СИ—NHj
1
СООН
Орнитин
НИ,
1
C = NH
НИ
1
(С Н ,),
C H -N H ,
t1
соои
*
сн—мн
соон
Цитруллин
А р гм н н н
L(+)-U , и т р у л л и н
(ос-амино-5-уреидовалериановая кислота). В состав белков не выявлен. Яв­
ляется составной частью орнитинового цикла.
L(+)-Jl и з и и (а , 5-диаминокапроновая кислота).
Впервые получен из гидролизата в 1889 г. Незамени­
мая аминокислота. Лизин и оксилиэин входят в состав
почти всех белков.
сн,
сн,-нн,
1
си-он
1
сн,
1
1
си,
СН — N H ,
сн-мн,
соон
соон
Лижии
Оксилиэин
сн,—М Н ,
СИ,
1
1
сн,
Аминогруппа лизина, размещенная в 0-положении,
может присоединять протон и превращаться в группу
мН,\
L (+ )- 0 к с и л и з и н
(а-,
е-диамино-<5-оксикапроновая кислота). Получен впервые из гидролизата
соединительной ткани в 1938 г.
Диаминодикарбоновые
аминокислоты.
Содержат
две-ЫНг- и две-СООН-группы.
Ц и с т и н (Э,0'-дитиоди-а-аминопропионовая кис­
лота). впервые получен из мочевого песка в 1810 г.,
в 1899 г . - и з гидролизата волос (кератина). Остат­
151
ки цистина входят в состав белков, производных ко­
жи. Молекула цистина образуется при окислении
цистеина.
сн,— s— s— сн,
I
I
сн — нн,
сн—нн,
соон
соон
Синтезируется в тканях организма и образуется
при гидролизе белков корма.
Л а н т и о н и н (s-Э-амино-Э-карбоксиэтилцистеин).
Впервые выделен из гидролизатов шерсти. Остатки
лантионина входят в состав антибиотиков (низин,
субтилин). По строению напоминает цистин:
сн,-----s------сн,
сн—нн,
I
соон
сн—нн,
I
соон
Изоциклические аминокислоты. Это производные
бензола и аланина. Наибольшее значение имеют фенил­
аланин и тирозин.
l (—)- Ф е н и л а л а н и н
(а-амино-/3-фенилпропионовая кислота).
сн,—сн-соон
Впервые получен из ростков люпина в 1879 г.
Сырье для биосинтеза гормонов адреналина, норадреналина и тироксина. Высоким содержанием аминокисло­
ты отличается инсулин.
L (- )- T и р о з и и
(<х-амино-0-параоксифенилпропионовая кислота).
он
сн,—сн—соон
Тирозин
152
Впервые получен из гидролизата казеина в 1846 г.
Отстатки тирозина входят в состав многих белков.
Сырье для биосинтеза адреналина, норадреналина и
тироксина.
Гетероциклические аминокислоты. Аминокислоты
этой подгруппы - производные гетероциклов индола и
имидазола и аминокислоты аланина.
L (- )- T р и п т о ф а н
(а-амино-|3-индолилпропионовая кислота) открыт впервые в гидролизате казеина в
1901 г. Входит в состав многих белков. Незаменимая
аминокислота. После декарбоксилирования триптофана
образуется триптамин:
4-
со.
L(—)- Г и с т и д и н а-амино-Э-имидазолилпропионовая кислота). Открыт в гидролизате казеина и спермы
осетра в 1896 г. Богаты им гемоглобин (до 10%),
белки печени и почек. Гистидиновый остаток входит в
состав активных центров РНК-азы, химотрипсина,
транскетолазы и др. При декарбоксилировании гисти­
дина образуется гистамин.
сн,- сн —соон
.с
II
сн,- сн,-нн,
мн,
^сн
со,
нс^
Недостаток гистидина в кормах приводит к анемиям
(тормозится синтез гемоглобина) и нарушениям мышеч­
ной деятельности.
Иминокислоты. Это карбоновые кислоты, содержащие
иминогруппу-NH. Установлена тесная связь в обмене
иминокислот и их переходе в аминокислоты и наобо­
рот. В белках содержатся две иминокислоты: пролин и
оксипролин.
l (—)-П р о л и н
(пиролидин-2-карбоновая
кисло­
та) . Впервые получен из гидролизата казеина в
1901 г. Содержится во всех белках. Богаты пролином
153
проламины (до 10-15%), коллаген, казеин. При окис­
лении пролина образуется оксипролин.
сн - соон
О кисление
си —соон
L (-)-0 к с и п р о л и н
4-оксипиролидин-2-карбоновая кислота). Впервые выделен из гидролизата жела­
тина Э. Фишером в 1902 г., является составной
частью эластина, коллагена и др.
Структура белковой молекулы
Структура белков изучается около 200 лет. Она
известна для ряда белков. Некоторые из них синтези­
рованы (например, инсулин, рнк-аза).
Химические связи в белковой молекуле. Основной
структурной -единицей белка являются аминокислоты.
крометрупп-СООНи-ЩТ 2, белки содержат другие функ­
циональные группы, определяющие многообразие их
свойств. К ним относятся группы, размещенные в бо­
ковых ответвлениях белковой молекулы: карбоксильная
группа аспарагиновой или глутаминовой кислот, ами­
ногруппы лизина или оксилизина, гуанидиновая группа
аргинина, имидазольная группа гистидина, гидро­
ксильная группа серина и треонина, фенольная группа
тирозина, сульфгидрильная группа цистеина, дисульфидная группа цистина, тиоэфирная группа метионина,
бензольное кольцо фенилаланина, алифатические цепи
других аминокислот и др.
Пептидные
связи.
А.
Я.
Данилевский
(1888 г.), изучая строение белков, установил нали­
чие в их молекуле связей-NH-CO-, которые позже ста­
ли называть пептидными. Они образуются в результате
взаимных реакций между аминокислотами.
h,n —сн—со; он
I
+ н ;н н —сн—соон
1__________ J
К,
—«■ н,м—сн—со— нн —сн—соон + н3о
154
Р и с.
18.
В алентны е
у гл ы
и
м еж атом ны е расстояния в п о ли пептидной цепи
Это подтвердили экспе­
риментально Э. Фишер и его
школа. Ими синтезировано
свыше 2 0 0 пептидов, в том
числе нонадекапептид. При
наименовании
пептидов
окончание н в названии
аминокислоты, которая при­
соединяется,
изменяется
на л.
Например, если при об­
разовании дипептида прини­
мают участие две молекулы
глицина, пептид называют
«глицил-глицин»:
N H 2 -C H 2 -C O -N H -C H 2 -COOH
и Т.Д.
Э. Фишер в первые десятилетия X X в. создает полипептидную теорию строения белка, согласно которой
остатки аминокислоты в м олекуле белка соединяются
между собой благодаря пептидным связям, образуя
гигантские полипептидные цепочки. В тканях животных
и растений найдены пептиды: карнозин, глутатион и
др.
Устанавливается полипептидная природа некоторых
гормонов (вазопрессина, окситоцина, интермедина) и
витаминов (пантотеновой и фолиевой кислот). Вводит­
ся новый способ наименования полипептидов - амино­
кислотный остаток называется первыми тремя буквами.
Так, тетрапептид глицил-аланил-пролил-лейцин стали
обозначать так: гли-ала-про-лей. Методы рентгено­
структурного анализа позволили определить в поли­
пептиде межатомные расстояния и валентные углы меж­
ду атомами C ,0 ,H ,N (рис.18).
Дисульфидные
связи.
Дисульфидные
связи образуются в м олекуле белка в результате
окисления сульфгидрильных групп остатков цистеина.
IS5
— м н-сн-со —
— N H -C H -C O —
I
I
CH2
CH,
’a
I
SH
-2H+
SH
+ 2H -
I
s
CH,
CH
I
— HH—CH— CO—
I
— NH—CH — CO —
Они «сш иваю т» две полипептидные цепи и отдельные
участки одной полипептидной цепи в м олек уле инсули­
на. Встречаются в м олекулах многих белков: РН К -азы ,
коллагена, эластина и др.
Водородные
связи.
Образуются
между
карбонильными (-С О -)-и h m h h o ( - N H - ) -группами полипептидных цепей.
/
нн
\
>=о
*HcQ
о
с= о
"<С
j^CHR
_ с / нн- ° s= Чу н
CHR
RHC
Водородная связь имеет больш ую прочность. Ее
энергия достигает 30 кДж/моль. Водородная связь
соединяет полипептидные цепи или их отдельные
участки.
Ионные
(солевые)
связи.
Концевые
и свободные-N Нг-и-СООН-группы полипептидной цепи
находятся в ионизированном состоянии. Таким обра­
зом, электростатические силы притяжения приводят к
образованию ионных связей.
I
с=о
нн
I
СН—СН,— С'
I
>
с=о
-У-----------
NH
I
с= о
NH— (CH,J4- CH
. . . ------- - I
NH
I
c =o
NH
O ciaroK
а сп jp a i *•■
КИСЛОТ 1м
156
О статок .
Гидрофобная'
связь.
Углеводородные
радикалы некоторых аминокислот (аланина, валина и
др.) под влиянием действия вандерваальсовых сил
сближаются. Образуются симметрические капли, имею­
щие наименьшую поверхность контакта с водой. В силу
структуры молекулы воды, формируемой водородными
связями, гидрофобные радикалы остатков аминокислот
отталкиваются. Возникает коллоидная частица, внутри
которой размещена гидрофобная, снаружи - гидрофиль­
ная части молекулы белка.
к
I
NH
|
о=с
I
я
I
------------------- , |
!
и ,с ; нн
!
н -4 I
С—О
сн-сн,-сн—сн,
I
нн
Jсн,
н.с+сн—сн
r-l--'
I
!
•
I
о —с
нн
I
I
к
О с ш о к лейцина
с=о
I
J
к
О статок аалина
Уровни структурной организации молекулы белка.
Различают четыре уровня структурной организации
молекулы белка.
Первичная
структура.
Остатки
аминокислот в молекуле белка соединяются между со­
бой пептидными связями, образуя первичную структу­
ру. Она зависит от качественного состава аминокис­
лот, их количества и порядка соединения между
собой.
157
Первичная структура белка чаще всего определяет­
ся по Сенгеру. Исследуемый белок обрабатывается
раствором динитрофторбензола (Д Н Ф ), в результате
образуется динитрофенил-белок (ДНФ-белок) (см. фор­
мулу на с. 157).
В дальнейшем ДНФ-белок гидролизуется, образуется
остаток молекулы белка и ДНФ-аминокислота (в данном
случае ДНФ-аланин).
ДНФ-аланин из смеси выделяется и подвергается
гидролизу. Продуктами гидролиза являются динитро­
бензол и аланин.
Остаток молекулы белка вступает в реакцию с но­
выми порциями Д Н Ф до тех пор, пока вся молекула
белка не распадется на аминокислоты. На основании
количественного изучения аминокислот составляется
схема первичной структуры индивидуального белка.
По методу Эдмана белок обрабатывают фенилизотиоцианатом C6Hs-N=C=S. Иногда применяются протеолитические
ферменты —пепсин,
трипсин,
химотрипсин,
пептидазы и др.
Известна первичная структура глюкагона, инсули­
на, миоглобина и других белков.
Вторичная
структура.
JI.
Полинг
и
Р. Кори в 1951 г., используя рентгеноструктурный
анализ, установили, что белковые полипептидные цепи
чаще всего существуют в виде а-спирали, а иногда
/3-структур.
а-Спираль сравнивают с винтовой лестницей, где
функцию ступеньки выполняют аминокислотные остатки.
Высота каждой ступеньки (остатка аминокислоты) рав­
на 0,15 нм, высота оборота-0 ,5 4 нм (в нем содер­
жится 3,6 аминокислотных остатка), угол подъема 158
Рис 19 Уровни структурной организации молекулы белка,
а-п ер ви чн ая
структура;
б-втор и чная;
«-т р е т и ч н а я ;
г —: четвертичная
26 °, период идентичности (повторяемости структуры)
составляет 2,7 нм (вмещает 18 аминокислотных остат­
ков), устойчивость спирали стабилизируется водород­
ными связями (рис. 19).
В молекулах фибриллярных белков (фиброин шелка)
полипептидные цепи почти полностью «растянуты»
О-структура) и размещены в виде слоев, стабилизи­
рованных водородными связями.
а-Спираль может спонтанно формироваться в синте­
тических полипептидах (нейлон, детерон), имеющих
молекулярную массу 10-20 тыс. В отдельных участках
молекулы белков (гемоглобина, инсулина, РНК-азы)
нарушается а-спиральная конфигурация пептидной цепи
и создаются спиральные структуры другого типа.
Третичная
структура.
Спиралевид­
ные участки полипептидной цепи белковой молекулы
находятся в различных взаимоотношениях, которые и
определяют третичную (трехмерную) структуру, созда­
ют объем и форму белковой молекулы. Считают, что
третичная структура возникает автоматически как
следствие взаимодействия аминокислотных радикалов с
молекулами растворителя. При этом гидрофобные ра­
дикалы «втягиваются» внутрь белковой молекулы, фор­
мируя сухие зоны, а гидрофильные группы ориенти­
руются в сторону растворителя, что приводит к
созданию энергетически выгодной конформации молеку­
лы. Этот процесс сопровождается образованием внут­
римолекулярных связей.
Третичная структура расшифрована для гемоглобина
(рис. 20,а), лизоцима куриного яйца, РНК-азы, субъ­
единиц миоглобина (рис.20,6), химотрипсина и др.
Четвертичная
структура.
Этот
вид структуры молекулы белка возникает в результате
ассоциации нескольких субъединиц в единую комплекс­
ную молекулу. Каждая субъединица имеет свою первич­
ную, вторичную и третичную структуру. Субъединицы
принято
называть
протомерами,
комплексную
часгицу-мультимером. Объединение протомеров в муль­
тимер происходит самопроизвольно. Число протомеров,
входящих в мультимер, различно-от четырех (у ге­
моглобина) до нескольких тысяч (у белка вируса та­
бачной мозаики). Наиболее подробно четвертичная
структура изучена для миоглобина и гемоглобина.
Молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц
160
Рис. 20. 0-Ц епь гемоглобина (а) и миоглобин (б) (по М . Ф. П е-
руцу)
с молекулярной массой 17 тыс. Две из них отнесены к
a-типу, две - к 0-типу. Субъединица a-типа содержит
141 остаток аминокислот, субъединица 0-типа-146.
Все четыре субъединицы объединяются между собой в
мультимер, имеющий вид правильного тетраэдра. Уро­
вень структурной организации молекулы белка отра­
жает цветная таблица II.
Классификация белков
Известно свыше 2000 белков животного, раститель­
ного и микробного происхождения. Их разделяют на
две группы: простые, или протеины, и сложные, или
протеиды. Протеины в результате гидролиза расщеп­
ляются в основном до аминокислот, протеиды —на
простой белок (он, в свою очередь, до аминокислот)
и простетическую группу.
В зависимости от физико-химических свойств, хи­
мического состава и значения различают следующие
протеины:
Альбумины. К альбуминам принадлежат лактальбумин, сывороточный альбумин, легумелин (гороха),
лейкозин (пшеницы). Высаливаются сульфатом аммония
и другими нейтральными солями лишь при 80-100% -ном
насыщении раствора. Молекулярная масса колеблется
от 35 тыс. до 70 тыс. Хорошо растворяются в воде и
11-1281
161
в растворах солей. Выполняют пластические функции в
тканях и клетках. В состав альбуминов входят лейцин
(до 1 5 % ), лизин, аспарагиновая и глутаминовая кис­
лоты, а также некоторое количество углеводов.
^Глобулины . По форме м олекул глобулины относятся
к глобулярным белкам. Различают сывороточные, мо­
лочные и яичные глобулины. К глобулинам принадлежат
миозин, тиреоглобулин, нейроглобулин, нейростромин,
эдестин конопли, глицинии сои, фазеолин фасоли.
Глобулины высаливаются 30-50%-ным раствором сульфа­
та аммония. Молекулярная масса - от нескольких ты­
сяч до нескольких миллионов. Важное значение имеют
глобулины плазмы крови: а, 0 и у. у-Глобулины носители иммунитета, их используют для пассивной
иммунизации против инфекционных заболеваний. К оли­
чественное соотношение между альбуминами и глобу­
линами выражается альбуминово-глобулиновым коэффи­
циентом. У клинически здоровых животных он равен 2,
уменьшается при болезнях. В состав глобулинов вхо­
дят аминокислоты: глицин (3-4%), лейцин, валин,
лизин, серии, глутаминовая кислота, а также некото­
рая часть углеводов.
Гистоны. Имеют молекулярную массу от 5 до 37
тыс.' Легко растворяются в воде, при добавлении
раствора аммиака осаждаются, имеют основные свойст­
ва, обусловленные высоким содержанием диаминомонокарбоновых аминокислот (20-35%). В состав гистонов
входят аргинин, лизин, гистидин. Богаты гистонами
ткани желез внутренней секреции (зобная), сперма
рыб, лейкоциты, эритроциты. По содержанию лизина и
гистидина гистоны разделяют на несколько фракций.
Гистоны образуют комплексное соединение с Д Н К - н у клеогистон. Присоединение и отщепление гистона к
м олекуле Д Н К регулирует биосинтез Р Н К и белка.
Гистоны обеспечивают уникальную структуру Д Н К , яв­
ляются составной частью гемоглобина и многих слож­
ных белков.
Протамины. Белки открыты в составе нуклеопротеидов спермы рыб. Обнаружены в тканях многих паренхи­
матозных органов (печени, селезенке, почках) и же­
лезах внутренней секреции.
Молекулы протаминов
построены в основном из остатков диаминомонокарбоновых кислот, особенно богаты аргинином (до
70-87%). Имеют основные свойства, образуют соли с
162
кислотами. Аминокислотный состав протаминов, напри­
мер сальмина семги, следующий: 85% остатков аргини­
на, остальное - серин, пролин, валин, глицин, изо­
лейцин и аланин. В ядрах клеток протамины ассо­
циируют с ДНК. Выполняют функции третьей спирали
Д Н К, обматывая последнюю снаружи.
Проламины. Все проламины - растительные белки,
ценные продукты питания: глиадин пшеницы и ржи,
гордеин ячменя, зеин кукурузы, аверин овса, оризин
риса, каферин сорго. Они слабо растворяются в воде,
но хорошо - в 60-80%-ном этаноле. Получают экстрак­
цией в 70%-ном этаноле с последующей отгонкой спир­
та в вакууме. Молекула проламина на 10-15% состоит
из пролина, на 20-50% - из глутаминовой кислоты,
другие аминокислоты составляют незначительный про­
цент. Проламины бедны лизином. Молекулярная масса
их достигает 75 тыс.
Глутелины. Являются важными кормовыми и пище­
выми белками. Содержатся в зеленых частях растений
(до 43% состава белков) и зерне злаков. Раство­
ряются в разбавленных растворах щелочей и кислот.
Молекула глутелинов богата остатками глутаминовой
кислоты и лизина. Выделены глутелины пшеницы и ку­
курузы, оризенин риса. В зерне пшеницы глиадин и
глутенин образуют клейковину, определяющую хлебо­
пекарные качества зерна.
Протеиноиды (склеропротеины). Имеют молекуляр­
ную массу до 10 тыс. Не растворяются в холодной
воде, растворах щелочей, кислот и солей, почти не
расщепляются протеолитическими ферментами, прочны
и эластичны. Выполняют опорные функции. Вещества,
близкие к протеиноидам, получены в экспериментах,
моделирующих
происхождение
жизни
на
Земле
(А. И. Опарин, 1966).
К о л л а г е н - фибриллярный
протеиноид.
Моле­
кула коллагена состоит из трех полипептидных цепей,
закрученных в спираль. Коллаген составляет треть
белков организма, является основным структурным
компонентом сухожилий, связок, хрящей, костей, ос­
новы кожи, чешуи рыб. Молекулы коллагена имеют ни­
тевидную форму длиной до 300 и шириной до 1,5 нм.
Для молекулы коллагена характерна повторяемость
группы глицил-пролил-оксипролил. При продолжитель­
ном кипячении с водой коллаген образует желатину.
11*
163
Получают ее на мясокомбинатах из сухожилий, ’Связок
и других отходов. Желатина используется для изго­
товления столярного клея, в пищевой промышленности,
в бактериологии (для среды), в хирургии (при оста­
новке кровотечений) и т. д.
К е р а т и н - фибриллярный
белок.
Составляет
основу эпидермиса, шерсти, перьев, рогов, копыт,
клюва, чешуи. Не растворяется в воде, растворах
кислот, щелочей, солей и в органических растворите­
лях.
При длительном гидролизе с минеральными кислота­
ми расщепляется до 7-14 различных аминокислот. Ке­
ратин богат цистином, лейцином и глутаминовой кис­
лотой. Имеет высокую молекулярную массу (до 200
тыс.). В составе молекулы кератина выявлены скру­
ченная (а-спираль) и растянутая (0-форма) полипептидные цепочки.
Э л а с т и н - опорный белок эластичных тканей.
Составляет белковую основу связок сухожилий, сред­
ней оболочки крупных артерий и вен. Не растворяется
в воде даже при кипячении. В тонкой кишке частично
расщепляется эластазой. В состав молекулы эластина
входят глицин, пролин, валин, лейцин и другие ами­
нокислоты.
,
Ф и б р о и н -б е л о к шелковой нити. Устойчив к
гидролизу. Содержит до 44% остатков глицина, а так­
же аланин и тирозин.
у П р о т е и д ы различают в зависимости от при­
роды простетической группы: нуклео-, хромо-, фосфо-, липо- и глюкопротеиды. Иногда к ним относят
протеидные комплексы.
чЦуклеопротеиды. Сложные белки, состоящие из
простых белков и нуклеиновых кислот. Открыты Ф.Мишером в 1868 г. в клетках гноя. Позже обнаружены в
различных клетках человека, животных, растений,
микробах и вирусах. Простые белки представлены
гистонами и протаминами, альбуминами и глобулинами.
В зависимости от природы нуклеиновой кислоты, вхо­
дящей в состав нуклеопротеида, различают дезоксирибонуклеопротеиды (Д Н П ) и рибонуклеоп роте иды
(Р Н П ). Строение нуклеиновых кислот рассмотрено в
предыдущей главе.
Хромопротеиды. Сложные белки, молекулы которых
состоят из простого белка и окрашенной простети164
ческой группы. Простой белок чаще представлен гистонами, простетические группы - производными изоаллоксазина (флавиновые ферменты), каротина (родо­
псин) и порфирина (гемоглобин, миоглобин, геминовые
ферменты - каталаза, пероксидаза, цитохромоксидаза
и до.).
Г е м о г л о б и н - красный
железосодержащий
белок крови. Его молекула состоит из белка глобина
и красящего вещества гема. Специфичность гемогло­
бина для каждого вида животных определяется хими­
ческим строением глобина, так как гем для всех
позвоночных одинаков. Молекулярная масса белка до­
стигает 68 тыс. Молекула гемоглобина состоит из
четырех субъединиц, каждая субъединица - из гема
(см. ниже) и молекулы глобина.
соон
ноос
Каждый гем окружен одной из четырех полипептидных цепей глобина. Молекула гемоглобина состоит из
двух симметричных половинок. Каждая половинка имеет
две цепи: а и 0. а-Цепь содержит 141 аминокислотный
остаток, 0 -ц е п ь -146. Таким образом, молекула ге­
моглобина состоит из 574 аминокислотных остатков.
Гем связан с глобином через гистидиновый остаток
полипептидной цепи. В собранной в тетрамер молекуле
все четыре гема размещены на поверхности и легко
доступны для взаимодействия с Ог, СОа, СО. Субъеди­
ницы связываются между собой солевыми, водородными
и другими связями.
Гемоглобин - главный структурный и химический
компонент эритроцитов.
Миоглобин.
Молекула
образована
одним
гемом и одной молекулой глобина. Содержится в мы165
шечной ткани, где депонирует кислород и передает
его соответствующим ферментным системам. Проявляет
большее сродство к кислороду,
чем гемоглобин.
У наземных животных миоглобин связывает около 10%
всего кислорода тканей (у человека -1 4% ), у мор­
ских животных (дельфина, тюленя, кита) - до 40%.
У наземных животных миоглобин составляет 2% сухой
массы мышц, у морских - до 20%.
Молекула миоглобина представляет собой соеди­
нение двух частей: полипептидной цепи, состоящей
из
153 аминокислотных остатков,
и гема
(см.
рис.
20,
б).
Молекулярная
масса
миоглобина17 тыс. Миоглобин с газами образует такие же соеди­
нения, как и гемоглобин (оксимиоглобин, карбоксимиоглобин, метмиоглобин).
фосфопротеиды. Молекулы фосфопротеидов при гид­
ролизе расщепляются до простых белков и ортофосфорной кислоты.
Наличие в составе белка остатков кислоты придает
белкам кислый характер. Ортофосфорная кислота в
молекуле фосфопротеида образует моно-и диэфирные
связи, а в отдельных случаях - пирофосфатные свя­
зи, соединяющие полипептидные цепи в белковую
молекулу. Наибольшее значение имеют следующие фос­
фопротеиды.
К а з е и н - белок молока и молочных продуктов.
Образуется из казеиногена, от молекулы которого при
свертывании отщепляется пептид. Растворяется в со­
левых растворах. При действии кислот выпадает в
осадок.
Молекулярная масса казеина 24-400 тыс. Состоит
из трех фракций: а, /3 и у. Молекула казеина содер­
жит остатки всех незаменимых аминокислот. Казеин
богат лейцином, валином, лизином, метионином и
триптофаном. Он ценнейшее питательное вещество для
новорожденных и молодых животных, человека, источ­
ник фосфора для образования костей, многих белков,
фосфатидов, макроэргов, коэнзимов.
П е п с и н - основной фермент желудочного сока,
лучше всего действует в слабокислой среде. Расщеп­
ляет белки до пептидов, иногда до аминокислот. Мо­
лекулярная масса около 34500. Молекула представ­
ляет собой длинную полипептидную цепь, которая со­
стоит из 340 аминокислотных остатков, трех внут166
Рис. 21. Схема превращения пепсиногена в пепсин:
1 - место отщепления пептида от молекулы пепсиногена; 2 - ак­
тивный пепсин
ренних дисульфидных связей и остатка фосфорной
кислоты.
Вырабатывается главными клетками ж елез дна же­
луд ка в виде неактивного пепсиногена, после отщ еп­
лен и я от него пептида превращается в активный фер­
м ент (рис. 21).
К фосфопротеидам относятся белки куриного яйца:
овоальбумин — основа белка и белки желтка; вител­
ли н ; вителленин и фосфовитин.
Липопротеиды . Э то сложные белки, м олекула кото­
рых состоит из простого белка и липида. Липопро­
теиды растворяются в воде и м ало или совсем не
167
растворяются в органических растворителях. Липопротеиды являются основой биологических мембран и
пластинчатых структур - миелиновых оболочек нервных
волокон, хлоропластов и др. Встречаются в свободном
состоянии в лимфе, крови, молоке, яичном желтке.
Образование липопротеидов обеспечивает транспорти­
рование и растворимость липидов (а также других
веществ) в тканях и клетках.
Витамины A ,D , Е, К и F транспортируются в клетки
в виде липопротеидных комплексов с 0 2 -глобулинами
плазмы крови.
Подробно изучены а - и |3-липопротеиды плазмы кро­
ви. Первые из них составляют около 3% белков плазмы
крови. И х молекула на 65% состоит из протеина и на
35% из липида. 0-Липопротеиды составляют около 5%
белков плазмы крови. И х молекула содержит около 25%
протеина и 75% липида. Молекулярная масса первы хоколо 200 ООО, вторых - 1 300 ООО.
По скорости оседания при центрифугировании липопротеиды делят на четыре вида:
1) высокой плотности (содержат 52% протеина и
48% липидов, главным образом фосфатидов);
2) низкой плотности (21% белка и 79% липидов, в
основном холестерина);
3) очень низкой плотности (9% белка и 91% липи­
дов, в основном триглицеридов);
4) хил омикроны ( 1 % белка и 99% жиров).
В молекулах липопротеидов белковая часть соеди­
няется с липидом чаще всего ионной связью. Раство­
римости липопротеида в тканевых жидкостях и клетке
способствует структура его молекулы, так как белко­
вая часть молекулы с гидрофильными группами нахо­
дится снаружи, а гидрофобные участки размещаются
внутри.
Гликопротеиды. М олекулы гликопротеидов при гид­
ролизе расщепляются на простой белок и углеводную
простетическую группу, которая обычно состоит из
гиалуроновой и хондроитинсерной кислот, гепарина,
некоторых гликополисахаридов. При гидролизе просте­
тической группы образуются гексозы (манноза, галак­
тоза, глюкоза), гексозамины (глюкозамин, галактозамин) и кислоты (глюкуроновая, уксусная, серная).
Молекулярная масса-от нескольких десятков тысяч до
миллионов. Белки содержатся во всех тканях. Содер168
жание углеводной части в гликопротеиде варьирует от
нескольких долей процента до 80%. Связь в молекуле
гликопротеида между белковой частью и простетической группой прочна и расщепляется после продол­
жительного гидролиза. Она формируется за счет вза­
имодействия углеводного компонента с - СООН-группой
остатка аспарагиновой кислоты. Наибольший интерес
представляют муцины и мукоиды.
М у ц и н ы - слизистые выделения эпителиальных
покровов слизистых оболочек пищевого канала, дыха­
тельных и мочеполовых путей, слюнных желез. Выпол­
няют защитную функцию. Стойки к гидролизу. Разли­
чают сиало- и фукомуцины.
М у к о и д ы - гликопротеиды
хрящевой
(хондромукоиды) и костной (остеомукоиды) тканей, яичного
белка (овомукоид), синовии, стекловидного тела гла­
за, связок и сухожилий и т. д.
К гликопротеидам относятся гормоны передней доли
гипофиза - тиротропин и фолликулостимулирующий,
групповые вещества крови, иммуноглобулины, некото­
рые белки крови и тканей (например, протромбин),
ферменты и др.
Методы выделения белков
Белки получают из естественного сырья и частично
органическим синтезом. В естественном сырье белки
обычно связаны с другими соединениями, что затруд­
няет их выделение в чистом виде. По методам выделе­
ния белки делят на две группы: растворимые и нера­
створимые в воде. Перед выделением сырье измельчают
в коллоидных и шаровых мельницах, гомогенизаторах,
ультразвуком, растиранием в ступке с кварцевым пес­
ком или разрушением клеточных мембран (попеременно
замораживанием и оттаиванием сырья), затем материал
растворяют в соответствующих растворах. Растворимые
белки экстрагируют различными приемами. Нераствори­
мые белки остаются в твердой фазе, а сопутствующие
им примеси (липиды, углеводы и др.) удаляют.
После экстракции проводят разделение белковой
смеси на индивидуальные белки - фракционирование.
Оно достигается высаливанием растворами нейтральных
солей, осаждением растворами спиртов, сочетанием
высаливания и осаждения, электрофорезом, хромато169
графией с помощью молекулярных сит, кристаллиза­
цией, ультрацентрифугированием и др.
Затем приступают к выделению индивидуальных б ел­
ков. Д ля очистки белков от низкомолекулярных приме­
сей применяют диализ и электродиализ, кристаллиза­
цию и перекристаллизацию, фильтрацию через сефадекс. После очистки проверяют однородность, или
гомогенность, белков.
Обмен белков
Обмен белков - центральное звено всех биохими­
ческих процессов, лежащих в основе существования
живого организма. Интенсивность обмена белков ха­
рактеризуется балансом азота, так как основная мас­
са азота организма приходится на белки. При этом
учитывается азот кормов, азот организма и азот про­
дуктов выделения. Баланс азота может быть положи­
тельным (когда происходит увеличение массы животно­
го и задержка азота в организме), равным нулю, или
наблюдается азотистое равновесие (из организма вы­
водится столько азота, сколько поступает с корма­
ми) , и отрицательным (распад белков не компенси­
руется белками кормов). Баланс азота характери­
зуется белковым минимумом - наименьшим количеством
белка в кормах, которое необходимо для сохранения в
организме азотистого равновесия. Белковый минимум,
рассчитанный на 1 кг живой массы, имеет такие сред­
ние величины, г:
Корова лактирующая
Корова нелактирующая
Овца
Коза
Свинья
Лошадь работающая
Лошадь неработающая
1
0,6-0,7
1
1
1
1,2-1,42
0,7-0 ,8
Белки кормов делят на полноценные и неполноцен­
ные. Полноценные корма содержат остатки незаменимых
аминокислот, которые не могут быть синтезированы
организмом животного: валин, изолейцин, лейцин,
лизин, метионин, треонин, триптофан и фенилаланин.
К условно незаменимым аминокислотам относят гисти170
дин, так как его небольшой недостаток в кормах вос­
полняется синтезом микрофлорой в пищевом канале.
Остальные аминокислоты —заменимые и могут синтези­
роваться в организме животного: аланин, аспарагино­
вая и глутаминовая кислоты, серин. Пять аминокислот
считают частично заменимыми: аргинин, глицин, тиро­
зин, цистин и цистеин. Иминокислоты пролин и окси­
пролин могут синтезироваться в организме.
В различных кормах и пищевых продуктах содер­
жится неодинаковое количество белков, % :
Бобы гороха
Бобы сои
Зерно пшеницы
Зерно кукурузы
Зерно риса
26
35
13
9,5
7,5
Дрожжи кормовые
Картофель
Капуста
Морковь
Свекла
16
2,0-5
1,1-1,6
0,8-1
1,6
Богаты полноценными белками продукты животж
водства, %:
Говяжье мясо постное
Баранина постная
Баранина жирная
Свинина жирная
Рыба
21,5
19,8
25
16,5
9-20
Творог
Сыры
Яйцо куриное
Молоко коровье
Масло коровье
14,6
20-36
12,6
3,5
0,5
Эталоном полноценного белка чаще всего служит
казеин, содержащий все незаменимые аминокислоты.
Переваривание белков. В пищевом канале белки
подвергаются расщеплению до аминокислот и простетических групп. '
В ротовой полости корма, содержащие белки, меха­
нически измельчаются, смачиваются слюной и образуют
пищевой ком, который по пищеводу поступает в желу­
док (у жвачных - в преджелудки и сычуг, у птиц - в
железистый и мышечный желудки). В составе слюны нет
ферментов, способных расщеплять белки корма. Пере­
жеванные кормовые массы поступают в желудок ( у
жвачных в сычуг), перемешиваются и пропитываются
желудочным соком.
Желудочный сок - бесцветная и слегка опалесцирующая жидкость плотностью 1,002-1,010. У человека
в течение суток образуется около 2 л , у крупного
рогатого скота - 30, у лошади - 20, у свиньи - 4, у
собаки - 2-3, у овцы и козы - 4 л желудочного сока.
Выделение желудочного сока в первой (сложнорефлек­
171
торной) фазе определяется видом, запахом и вкусом
корма,
во
второй
(нейрогуморальной) - его
хими­
ческим составом и механическим раздражением рецеп­
торов слизистой оболочки. В состав желудочного сока
входит 99,5% воды и 0,5% плотных веществ. Плотные
вещества включают ферменты пепсин, реннин, гастриксин, желатиназу, липазу (у свиней и ам илазу); бел­
ки —сывороточные альбумины и глобулины, мукопротеины слизи, фактор Касла; из минеральных веществ
кислоты (в основном соляную) и соли.
Основным ферментом желудочного сока является
п е п с и н , а кислотой, создающей условия для его
каталитического действия, - соляная. В образовании
пепсина участвуют главные клетки желез дна желудка,
в образовании соляной кислоты - обкладочные. Источ­
ником хлорид-ионов служит NaCl, ионов Н - протоны,
поступающие из крови в цитоплазму обкладочных кле­
ток вследствие окислительно-восстановительных реак­
ций (Г. Д. Ковбасюк, 1978).
Соляная кислота создает необходимую кислотность
для каталитического действия ферментов. Так, у че­
ловека pH желудочного сока равен 1,5-2,0, у крупно­
го
рогатого
скота - 2,17-3,14,
у
лошади - 1,2-3,1,
у свиньи - 1,1-2,0, у овцы - 1,9-5,6, у п ти ц - 3 ,8 .
Соляная кислота создает также условия для превра­
щения пепсиногена в пепсин, ускоряет расщепление
белков на составные части, их денатурацию, набуха­
ние и разрыхление, препятствует развитию в желудке
гнилостных и бродильных процессов, стимулирует син­
тез гормонов кишечника и др. В лабораторной практи­
ке определяют общую, свободную и связанную кислот­
ность желудочного сока.
Р е н н и н (химозин, или сычужный фермент) вы­
рабатывается у молодых жвачных железами слизистой
оболочки сычуга. Синтезируется в виде прореннина,
который при значении рН<5 превращается в реннин.
Под его влиянием казеиноген молока превращается в
казеин. Оказывает каталитическое действие при сла­
бокислой реакции (pH 5,0-5,3) и наличии солей каль­
ция. Молекула реннина представляет собой полипептидную цепь, молекулярная масса его 34 тыс.
В желудке происходит гидролитическое расщепление
большинства белков корма. Так, нуклеопротеиды под
влиянием соляной кислоты и пепсина распадаются на
172
нуклеиновые кислоты и простые белки. Здесь же про­
исходит расщепление и других протеидов. Под влия­
нием пепсина расщепляются пептидные связи по краям
белковых молекул. Легче всего разрываются связи,
образованные ароматическими и дикарбоновыми амино­
кислотами. Пепсин легко ращепляет белки животного
происхождения (казеин, миоглобин, миоген, миозин) и
некоторые растительные белки, построенные в основ­
ном из моноаминодикарбоновых кислот (глиадин и глутелин злаков), за исключением кератинов шерсти,
фиброинов шелка, муцинов слизи, овомукоидов, неко­
торых белков костей и хрящей.
Часть белков расщепляется другими протеолитическими ферментами желудочного сока, например, коллагейы - желатиназой, казенны - реннином.
Под влиянием составных частей желудочного сока,
прежде всего соляной кислоты и ферментов, белки в
желудке гидролизуются до простетических групп, альбумоз, пептонов, полипептидов и даже аминокислот.
Желудочная секреция стимулируется гормоноидами
слизистой оболочки пищевого канала: гастрином (в
привратнике), энтерогастрином (в кишках), гистами­
ном (в желудке) и др.
Особенности переваривания белков у жвачных.
У жвачных пищевой ком из пищевода поступает в преджелудки, где подвергается дополнительной механи­
ческой переработке, при жвачке возвращается в рото­
вую полость, снова измельчается, затем попадает в
рубец, сетку, книжку и сычуг, где завершается пер­
вый этап пищеварения.
В преджелудках происходит химическая переработка
веществ корма под влиянием ферментов бактерий, ин­
фузорий и грибовj симбиотирующих там. До 38% микро­
бов рубца крупного рогатого скота и 10% микробов
рубца овец обладают протеолитической активностью,
70-80% таких ферментов сосредоточены внутри клеток,
20-30% —в рубцовой жидкости. Ферменты действуют
аналогично трипсину, расщепляя пептидные связи меж­
ду карбоксильной группой аргинина или лизина и ами­
ногруппой других аминокислот при pH 5,5-6 и pH
6,5-7. Белки под влиянием пептид-гидролаз расщеп­
ляются до пептидов, пептиды пептидазами —до олиго­
пептидов, олигопептиды —до аминокислот. Так, зеин
кукурузы гидролизуется на 60% до аминокислот, а
173
казеин — на 90% . Часть
ферментами бактерий.
сн ,-сн -соо н
I
NHj
аминокислот дезаминируется
сн,—соон
+ 2 1
--------- 3CH. COOH +
3NH, + СО,
N H ,+ 2 H ,0
Замечательной особенностью пищеварения в преджелудках является синтез белков микроорганизмами из
небелковых веществ корма и продуктов его переработ­
ки. Основная масса растительных кормов представлена
углеводами, и прежде всего клетчаткой. Клетчатка в
преджелудках под влиянием микробных ферментов целлю лазы и целлобиазы расщепляется до a -D (+ ) -глюкозы
и
-глюкозы.
Монозы подвергаются различным видам брожения,
что приводит к образованию низкомолекулярных жир­
ных кислот. Так,
при молочнокислом брожении,
вызываемом Bact. lactis, из глюкозы образуется мо­
лочная кислота: СбНиОб — *• 2С Н з---- С Н О Н ----- СООН.
При маслянокислом брожении, вызываемом бактериями
рода
Clostridium,
образуется
масляная
кислота:
СбНиОб — * СН з---- СН 2----- СН 2----- СООН + 2Н2+ 2С 02
и т. д.
Количество летучих жирных кислот в рубце коровы
может
достигать
7
кг
в
сутки.
При
сеноконцентратном рационе в рубце коров содержится:
уксусной
кислоты - 850-1650 г,
пропионовой - 3401160, масляной кислоты - 240-450 г.
В пересчете на уксусную кислоту в рубце овцы за
Ч:утки образуется 200-500 г летучих жирных кислот.
И х процентный состав следующий:
Муравьиная
Уксусная
Пропионовая
0,0-5,0
45,0-76,0
12,0-29,0
Масляная
Изомасляная
Валериановая
6,0-19,0
0,3-2,8
0,6-3,3
Часть этих кислот идет на синтез молочного жира,
гликогена и других веществ (рис. 22), часть - слу­
жит материалом для синтеза микрофлорой аминокислот
и собственного белка.
Синтез микрофлорой аминокислот в преджелудках
жвачных происходит за счет безазотистых продуктов
брожения и аммиака. Источником аммиака являются
продукты расщепления мочевины, аммонийных солей и
174
а
Пропионовая кислота
■ Масляная кислота
д Глюкоза
о Кетоновые тела
Рис. 22.
использования продуктов микробной
ферментации преджелудков жвачных (по Н. В. Курит
лову)
П ути
других азотсодержащих добавок к рационам. Так, мо­
чевина под влиянием фермента уреазы, продуцируемого
микрофлорой рубца, расщепляется до аммиака и угле­
кислого газа:
<NH2)jCO + Н20 — * 2NH3 + СО2.
Источником безазотистых продуктов чаще всего
служат кетокислоты, которые образовались из кислот
жирного ряда (см. выше). Этот биосинтез носит обыч­
но характер восстановительного аминирования:
175
CHj — СО — COOH+NHз+Н АД H2
11и рон и н о г ра дна я
кис л о т а
С Н з— CHNH2 — С 0 0Н +Н А Д +Н 20 .
Аланин
Из аминокислот микроорганизмы синтезируют белки,
необходимые для своего существования. В зависимости
от рациона в рубце коров может синтезироваться
300-700 г бактериального белка в сутки.
Из преджелудков кормовые массы поступают в сы­
чуг, где под влиянием кислого сычужного сока микро­
организмы гибнут, а их белки расщепляются до амино­
кислот.
Из желудка (сычуга) кормовые массы мелкими пор­
циями поступают в тонкую кишку, где завершается
расщепление белков. В нем участвуют протеолитические ферменты секрета поджелудочной железы и ки­
шечного сока. Эти реакции протекают в нейтральной и
слабощелочной среде (pH 7-8,7). В тонкой кишке
гидрокарбонаты секрета поджелудочной железы и ки­
шечного
сока
нейтрализуют
соляную
кислоту:
НС1 + N a H C 0 3-----> NaCl + Н2СОз.
Угольная кислота под влиянием фермента карбоангидразы расщепляется до С 0 2 и Н20 . Наличие С 0 2 спо­
собствует образованию в химусе стойкой эмульсии,
облегчающей процессы пищеварения.
Рис. 23. Схема превращения трипсиногена в трипсин
176
Около 30% пептидных связей белков расщепляется
трипсином. Он выделяется в виде неактивного трипсиногена и под влиянием фермента слизистой оболочки
кишок энтерокиназы превращается в активный трипсин,
теряя гексапептид, который закрывал ранее активный
центр (рис. 23). Трипсин расщепляет пептидные свя­
зи, образованные---- СООН-группами аргинина и лизи­
на и ---- NH 2-rpynnaMH других аминокислот.
Почти 50% пептидных связей расщепляется химотрипсином. Он выделяется в виде химотрипсиногена,
который под влиянием трипсина превращается в химотрипсин. Фермент расщепляет пептидные связи, обра­
зованные ---- СООН-группами фенилаланина, тирозина и
триптофана и ---- ИНг-группами других аминокислот.
Остальные пептидные связи расщепляются пептидазами
кишечного сока и сока поджелудочной железы - карбоксипептидазами и аминопептидазами.
В составе сока поджелудочной железы есть коллагеназа (расщепляет коллаген) и эластиназа (гидроли­
зует эластин). Деятельность ферментов активируется
микроэлементами: Mg2+, Мп2+, Со2+ и др. Заключи­
тельный этап переваривания белков отражает схема:
Переваривание белков происходит в полости кишок
и на поверхности слизистой оболочки (пристеночное
пищеварение).
В полости кишок расщепляются белковые молекулы,
а на поверхности слизистой оболочки - их «обломки»:
альбумозы, пептоны, полипептиды, трипептиды и ди­
пептиды.
Белки и их производные, не подвергшиеся расщеп­
лению в тонкой кишке, в дальнейшем в толстой кишке
подвергаются
гниению.
Гниение - многоступенчатый
12-1281
177
процесс, на отдельных этапах которого участвуют
различные микроорганизмы: анаэробные и аэробные
бактерии родов Bacillus и Pseudomonas, инфузории и
др. Под влиянием бактериальных пептид-гидролаз
сложные белки расщепляются на протеины и простети­
ческие группы. Протеины, в свою очередь, гидроли­
зуются до аминокислот, а они подвергаются дезамини­
рованию, декарбоксилированию, внутримолекулярному
расщеплению, окислению, восстановлению, метилиро­
ванию, деметилированию и т. д. Возникает ряд ядови­
тых продуктов, которые всасываются через слизистую
оболочку кишок в кровеносную и лимфатическую систе­
мы и разносятся по всему организму, отравляя его
органы, ткани и клетки.
Так, при гниении в толстой кишке аминокислоты
подвергаются декарбоксилированию, что приводит к
образованию ядовитых аминов, например трупных
ядов - кадаверина и путресцина.
C H , - C H , - C H , - C H j- C H - C O O H
I
I
NH,
----------►
NH,
CH2- C H , - C H j- C H , - C H j - f
I
I
NH,
Л изин
со,
NH,
Кадаверин
сн,-сн,-сн,-сн-соон
I
I
NH,
----- •>
NH,
сн,-сн,-сн,-сн, -+- со,
I
I
NH,
О р н и ти н
NH,
П утр е сц и н
При дезаминировании (восстановительном, внутри­
молекулярном, гидролитическом, окислительном) обра­
зуются аммиак, насыщенные и ненасыщенные карбоновые
кислоты, оксикислоты и кетокислоты.
й - C H —COOH + 1H + -----► й -С Н ,-С О О Н 4
1
NH,
NH,
й -С Н ,-С Н -С О О Н ------•> й-С Н = С Н-С О О Н 4 - NH.
I
I
NH,
Й -С Н -С О О Н -4- Н , 0 -------► й -С Й О Н -С О О Н 4 NHj
NH,
Й - C H -C O O H
нн,
178
-ь
1 /2 О ,
Й -С -С О О Н
II
о
+
NH,
Бактериальные
декарбоксилазы
м огут
вызывать
дальнейш ее разлож ение карбоновых кислот с образова­
нием
углеводородов,
альдегидов,
спиртов
и
др.:
СНз —
СН 2—
С О О Н -----» СНз —
с н .-с -с о о н
и
о
/О
с н ,-<
н
СН , + С 0 2;
+
со,
сн,-сн,он + со,
сн ,-сн -соон
I
он
Э ти процессы обычно протекают сопряженно и по­
этапно, что в итоге приводит к возникновению самых
различны х продуктов гниения. Т а к , при гнилостном
разложении циклических аминокислот образуются сле­
дую щ ие фенолы.
он
-сн,
Ф енол
Крезол
п -О к с и ф е н и л п р о п и о н о в а я
ки сло те
При гнилостном разложении триптофана образуются
скатол и индол.
Р -И м д о л и л пр о пи о и о ва я кислота
сн ,-соон
-сн.
-со,
И и д о л и л у кс у с и е я ки сло те
12*
Скетол
Индол
179
При гнилостном разложении цистина и цистеина
образуются меркаптаны, сероводород, метан, углекис­
лы й газ.
ch, - s- s-
ch,
C H -N H ,
C H -N H , ---------►
1
соон
C H ,-S H
I
+2Н+
I
ch,-sh
C H -N H ,
соон
COOH
Цистин
Цистеин
►
с н - sh
Аминоэтилмеркаптан
-(-
Метилмеркаптану
сн2—SH
Цистеин
сн,—n h , ;
Метиламин
сн2—SH
I
+ Н,
I
C H - N H , -------- ----СН,
I
-N H , I
соон
«-ан-
C H j- N H ,
соон
---------*
-С О ,
(З-М еркаптопропионовая
кислота
СН,—SH
+ Н1
I
--------►
CH,
-« 4
Этилмеркаптан
+ HJ
C H ,-S H ----- ► C H. -I- H,S
Метилмеркаптан
Процессы гниения белков интенсивно развиваются
при кормлении животных недоброкачественными корма­
ми, нарушении режима кормления, при заболеваниях
пищевого канала
(атонии преджелудков, запорах),
инфекционных (колибациллезе) и инвазионных (аскари­
дозе)
болезнях. Это отрицательно сказывается на
состоянии здоровья и продуктивности животных.
Всасывание белков. Белки всасываются в виде ами­
нокислот, низкомолекулярных пептидов и простетических групп. У новорожденных животных всасывается
часть нерасщепленных белков молозива и молока.
Место всасывания - микроворсинки ворсинок эпителия
слизистой оболочки тонкой кишки. Аминокислоты про­
никают в клетку через субмикроскопические канальцы
микроворсинок и экзоплазматическую мембрану благо­
даря процессам диффузии, осмоса, с помощью белковых
переносчиков против концентрационного и электрохи­
мического градиентов. Прежде всего аминокислота
соединяется с переносчиком. Он представляет собой
поливалентный ион, который имеет четыре участка для
180
Среда
Мембрана
Цитоплазма
Рис. 24. Схема транспортирования аминокислот через апикальную
мембрану энтероцита:
А - аминокислота; Я - переносчик; П Ф - активированный перенос­
чик; Ф - фосфорная кислота (no Р. О. Файтельбергу и Нгуен Тай
Лыонгу)
связывания с нейтральными, кислыми и основными ами­
нокислотами, а также с ионом N a\ Пройдя мембрану,
аминокислота отщепляется от переносчика и по эндоплазматической сети и пластинчатому комплексу по­
степенно перемещается от апикального края к базаль­
ному участку энтероцита (рис. 24). Быстрее всасы­
вается аргинин, метионин, лейцин; медленнее - фе­
нилаланин,
цистеин,
тирозин;
медленно - аланин,
серии и глутаминовая кислота.
В процессах всасывания важное место принадлежит
натриевому насосу, так как хлорид натрия ускоряет
всасывание.
Расходуемую при этом химическую энергию обеспе­
чивают митохондрии.
В передвижении аминокислоты по клетке участвует
белковый переносчик. В базальном и латеральных
участках клетки комплекс переносчик + аминокислота
расщепляется.
Аминокислота диффундирует в межклеточное про­
странство и поступает в кровеносную или лимфати181
ческую системы ворсинок, а ионы N a+ возвращаются к
поверхности клетки и взаимодействуют с новыми пор­
циями аминокислот. Эти процессы регулируются нерв­
ной и гуморальной системами.
В толстой кишке всасываются продукты гниения:
фенол, крезол, индол, скатол и др.
Промежуточный обмен. Продукты всасывания белков
через систему воротной вены поступают в печень.
Оставшиеся в крови после прохождения через печень
аминокислоты из печеночной вены попадают в большой
круг кровообращения и разносятся к отдельным орга­
нам, тканям и клеткам. Некоторая часть аминокислот
из межклеточной жидкости поступает в лимфатическую
систему, затем большой круг кровообращения.
В плазме крови содержится определенное количест­
во аминокислот и полипептидов. Их содержание воз­
растает после приема корма.
Плазма крови богата глутамином и глутаминовой
кислотой.
Большая часть аминокислот расходуется на биосин­
тез белков, часть - на биосинтез биологически ак­
тивных веществ (небелковых гормонов, пептидов, ами­
нов и др.), часть, дезаминируясь, используется в
качестве энергетического сырья и материала для био­
синтеза липидов, углеводов, нуклеиновых кислот и
др.
Биосинтез белка
Биосинтез белка протекает во всех органах, тка­
нях и клетках. Наибольшее количество белка синтези­
руется в печени. Синтез его осуществляют рибосомы.
По химической природе рибосомы —нуклеопротеиды,
состоящие из РН К (50-65% ) и белков (35-50% ).
Рибосомы образуются самосборкой из предваритель­
но синтезированных РН К и белков. Они являются со­
ставными частями гранулярной эндоплазматической
сети, где происходит биосинтез и перемещение синте­
зированных молекул белка.
Рибосомы в клетке находятся в виде скопления от
3 до 100 единиц - полисом (полирибосом, эргосом).
Рибосомы обычно соединены между собой своеобразной
нитью, видимой под электронным микроскопом, —иРНК
(рис. 25).
Каждая рибосома способна синтезировать самостоя182
3
/
Рис. 25. Схема строения рибосомы, ассоциированной с иРН К и
пептидил-тРНК (по А. С. Спирину, Л. П. Гавриловой):
1 - 30S
субъединица;
2 -S O S
субъединица;
3 иРНК;
4 —аминоацил-тРНК-фермент
тельно одну полипептидную цепь, группа - несколько
таких цепей и молекул белка. Примером крупной полирибосомной системы могут быть полисомы мышечной
ткани, синтезирующие миозин. Полисома состоит из
60-100 рибосом и осуществляет биосинтез молекулы
белка, которая состоит из 1800 аминокислотных ос­
татков.
Биосинтез белка в клетке протекает через ряд
стадий.
Активация
аминокислот.
В
гиа­
лоплазму из межклеточной жидкости в результате диф­
фузии, осмоса или активного переноса поступают ами­
нокислоты. Каждый вид амино- и иминокислоты взаимо­
действует со своим активирующим ферментом - аминоацилсинтетазой.
Реакция
активируется
катионами
Mg2\ Мп2+ и Со2*. Возникает активированная амино­
кислота.
Фермент
+
/? -С Н —С
НН,
АМ Ф
------*•
Фермент - f f - C H - C
NH,
АМФ
Соединение
активированных
аминокислот
с тРН К .
На второй стадии
биосинтеза белка активированные аминокислоты (аминоациладенилаты) от соединений их с соответствующи183
ми ферментами переносятся на тР Н К цитоплазмы. Про­
цесс катализируется аминоацил-РНК-синтетазами.
о
о
/s '
Ф ерм ент —Я —С Н - С
I
NH]
-( -
тРНК — ► Фермент - р R -C H - С
I
I
АМФ
-р
АМФ
>
NH, тРНК
Остаток аминокислоты соединяется карбоксильной
группой с гидроксильной второго углеродного атома
рибозы нуклеотида тРН К .
Транспортирование
комплекса
ак­
тивированной
аминокислоты
с тР Н К к
рибосоме
клетки.
Активированная
амино­
кислота, соединенная со своей тРН К , переносится из
гиалоплазмы на рибосому. Процесс катализируется
специфическими ферментами, которых в организме не
меньше 20.
о
рРНК
-+■ R - C H - C
Г \
H 2N
тРНК
о
------ ►
R -C H -C
'
1|
Н 2К
+
ТР Н К
рРН К
Ряд аминокислот транспортируется несколькими
тР Н К (например, валин и л ей ц и н -т р ем я т Р Н К ). В
этом процессе используется энергия Г Т Ф и А Т Ф .
Связывание
а м и н о а ц и л -тР Н К
с
комплексом
иРН К - р и б о с о м а .
Аминоацил-тРН К, подойдя к рибосоме, взаимодействует с
иРН К. Каждая тР Н К имеет участок, который состоит из
трех нуклеотидов, —антикодон. В и РН К ему соответ­
ствует участок с тремя нуклеотидами - кодон. Каждо­
му кодону соответствуют антикодон тР Н К и одна ами­
нокислота. В ходе биосинтеза к рибосоме присоединя­
ются в виде аминоацил-тРНК аминокислоты, которые в
дальнейшем в порядке, определяемом размещением ко­
донов в иРН К, соединяются в полипептидную цепь.
Инициация
полипептидной
цепи.
После того, как две соседних аминоацил-тРНК своими
антикодонами присоединились к кодонам иРН К, созда­
ются условия для синтеза полипептидной цепи. Форми­
руется первая пептидная связь. Эти процессы ката­
лизируются пептидсинтетазами, активируются катиона­
ми Mg2* и факторами инициации белковой природы Fi, F2 и F3. Источником химической энергии является
184
Г ТФ . Связь возникает за счет СО-группы первой и
N H j-группы второй аминоацил-тРНК.
Кодом
Кодон
иРНК ... Ц - У - Г
Кодон
иРНК . . . Ц - У - Г -------- А - Г - Г
' Г —А ~ Ц \
/У -Ц -Ц х
с=о
I
C H - N H - C O - C H - NH,
I
Ry
I
Ri
Эти реакции протекают на свободной 30S субъеди­
нице. К инициаторному комплексу присоединяется 50S
субъединица, и они объединяются в рибосому, связан­
ную с иРНК. Каждый этап инициации требует одной
молекулы Г Т Ф .
Элонгация
полипептидной
цепи.
Инициация полипептидной цепи начинается с N -конца,
так как в образовавшемся дипептиде сохранена Nbh-rpynna первой аминокислоты. Первая тРНК, при­
несшая свою аминокислоту, отщепляется от комплекса
иРНК —рибосома и «направляется* в гиалоплазму за
новой аминокислотой. Дипептид, связанный со второй
тРН К (см. выше), взаимодействует с третьей аминоацил-тРНК, образуется трипептид, и вторая тРН К схо­
дит с рибосомы в гиалоплазму и т. д. Пептидная цепь
удлиняется (элонгируется) в результате последова­
тельного присоединения новых аминокислотных остат­
ков. Рибосома постепенно движется по иРНК, превра­
щая закодированную в ней информацию в четко орга­
низованную полипептидную цепь. При каждом шаге ри­
босомы образуется новый пептидил-тРНК, увеличенный
на один аминокислотный остаток. Процесс катализи­
руется пептидилтрансферазой, активируется катионами
Mg2* и белковыми факторами (EF-Tu, EF-Ts, EF-G).
Источником энергии служит ГТФ . На полисоме синхрон­
но синтезируется несколько пептидных цепей. Так
создается первичная структура молекулы белка.
185
Терминация
полипептидной
цепи.
Рибосома, на поверхности которой синтезировалась
полипептидная цепь, достигает конца цепочки иРН К и
«соскакивает» с него; к противоположному концу иРН К
на ее место присоединяется новая рибосома, осущест­
вляющая синтез очередной молекулы полипептида. По­
липептидная цепь отсоединяется от рибосомы и выде­
ляется в гиалоплазму. Эта реакция осуществляется с
помощью
специфического
фактора
освобождения
(фактора R ), который связан с рибосомой и об­
легчает гидролиз сложноэфирной связи между поли­
пептидом и тРН К. Все стадии суммирует схема (цвет,
табл. III).
В гиалоплазме из полипептидных цепей образуются
простые и сложные белки. Формируются вторичная,
третичная и в ряде случаев четвертичная структуры
белковой молекулы.
Обновление
белков
в
организме.
Белки находятся в динамическом состоянии, подвер­
гаясь постоянным процессам синтеза и распада.
В ходе жизнедеятельности они постепенно «изнаши­
ваются» - разрушаются их четвертичная, третичная,
вторичная и первичная структуры. Инактивируются
белковые функциональные группы и разрушаются связи
в белковой молекуле. Возникает необходимость в за­
мене «изношенных» белковых молекул новыми.
В зависимости от степени повреждения белковой
молекулы происходит ее частичное или полное обнов­
ление. В первом случае под влиянием специальных
ферментов обновляются небольшие участки полипептид­
ных цепей или отдельные аминокислотные остатки
(транспептидация). Во втором случае происходит пол­
ная замена «изношенной» молекулы белка новой. По­
врежденная молекула белка распадается под влиянием
тканевых протеаз или катепсинов I, II, III и IV,
локализированных в лизосомах. Молекула протеида
подвергается обычным для этих веществ превращениям.
Белки организма человека в целом обновляются в
течение 135-155 сут. Белки печени, поджелудочной
железы, стенки кишок и плазмы крови обновляются в
течение 10 сут, мышц- 3 0 ,
коллагена - 300 сут.
Синтез молекулы белка в клетке протекает быстро —в
течение 2-5 с. В организме взрослого человека еже­
суточно синтезируется 90-100 г белка (1,3 г на 1 кг
186
массы). Степень обновления
нии, болезнях и т. д.
уменьшается при старе­
Биосинтез пептидов
Часть эндо- и экзогенных аминокислот идет на
синтез пептидов.
Глутатион.
Представляет
собой
трипептид,
образованный
из
остатков
глутаминовой
кислоты,
цистеина и глицина.
HOOC — CHCHjCO — NHCHCO — NHCH, — соон
NH,
CHi -SH
Биосинтез протекает в две стадии. Так, вначале
под влиянием фермента у-глутамилцистеинсинтетазы
образуется дипептид-, затем при участии трипептидсинтетазы - трипептид-глутатион:
/.-Глутаминовая кислота+/.-Цистеин+АТФ <■—*- у-Глутамилцистеин+
+АДФ+Н3РО4;
у-Глутамилцистеин+Глицин+АТФ * Глутатион+АТФ+НзР04-
Он является составной частью многих ферментов,
защищает SH -группы белков от окисления.
Карнозин
и
ансерин.
Дипептиды
мы­
шечной ткани. Карнозин образуется из гистидина и
0-аланина, ансерин - из 1-метилгистидина и 0-аланина.
сн,-сн-соон
сн, -C H --соон
I
I
NH,
N
II
НС.
СН +
с
СИ, — СН,
I
нн,
NH
^ сн
I
соон
нс
сI о -с н
/
нн
+
н,о
сн,нн,
Карнозин
с н ,-с н -с о о н
I
н
II
сн ,-сн -со о н
I
/С
нн,
сн -I-сн,
нс^ /
N
сн,
I
Н
^с
сн,
— -
I I
NH,
||
COOH
nh
сн
I
со -с н ,
Н<Ч У
н
+
H,o
I
CH.NH,
сн,
Ансерин
187
Пептиды синтезируются под влиянием специфических
ферментов, при участии А Т Ф и М ^ +-ионов. Реакции
протекают в две стадии, например синтез карнозина.
0 -Аланин+АТФ+фермент «-■--* Фермеит-/3-аланиладенилаг+-пирофосфат;
Фермент-0-аланиладенилагН[,-гистидин <
* АМФ+фермеит+карнозин.
Биосинтез и обмен отдельных аминокислот
Заменимые аминокислоты синтезируются в тканях
организма; незаменимые поступают в организм в со­
ставе корма; условно заменимые синтезируются в тка­
нях в ограниченной мере (аргинин и гистидин) или
при наличии предшественников (тирозин и цистеин).
Некоторое количество аминокислот синтезируется сим­
биотической микрофлорой в пищевом канале.
Материалом для синтеза аминокислот чаще всего
служат а-кето- и а-оксикислоты, которые образуются
в тканях при промежуточном обмене углеводов, липи­
дов и других соединений. Источником азота служат
аммиак и аммонийные соли, водорода - НАД -Н2 или
НАДФ Н2.
Если источником аминокислоты является кетокислота, то она может подвергаться восстановитель­
ному аминированию, которое протекает в две стадии:
вначале
образуется
иминокислота,
затем - амино­
кислота.
r-c -c o o h
II
о
/г- C - C O O H
II
NH
+ нн, —
я-с-соон
->¥>
II
NH
+
Н А Д *Н ] ------- *
fi—сн —соо н
+
НАД
I
NH,
Так образуется аланин из пировиноградной кисло­
ты, аспарагиновая и глутаминовая кислоты из щавеле­
воуксусной и др.
Часть глутаминовой кислоты может синтезироваться
из а-кетоглутаровой кислоты под действием фермента
L-глутаматдегидрогеназы.
188
N H j+ a -Кетоглутаровая кислота+Н АДФ "Иг
* L -Глутаминовая кислота+Н АДФ .
*
Глутаминовая кислота используется тканями как
донор аминогруппы.
Отдельные аминокислоты могут образовываться из
других аминокислот трансаминированием (А . Е. Браунштейн и М. Г. Крицман, 1937) под влиянием ферментов
аминофераз, составной частью которых является про­
изводное витамина В6 - пиридоксальфосфат, играющий
роль переносчика N H 2-rpynn (с. 271).
соон
соон
I
с н — НН,
с1
н,
I
сн,
+
. С — о1
I
I
соон
Глутам иновая
ки с л о та
I
К
—
-
соон
C=0
сн, 1
+
I
I
I
сн,
R
. с н -1НН,
соон
соон
Кетокислота
Ot -К е т о г л у т а р о в а я
А м и н о ки сл о та
кислота
Так образуется глицин из серина или треонина;
аланин - из глутаминовой и аспарагиновой кислот,
триптофана или цистеина; тирозин из фенилаланина;
цистеин и цистин - из серина или метионина; глута­
миновая кислота образуется из пролина или аргинина
и др.
Обмен отдельных аминокислот имеет определенные
особенности.
Г л и ц и н . Участвует в ряде важнейших реакций
биосинтеза. Так, из него образуются:
Б елки
_ Гемин
В тканях печени глицин участвует в процессе
обезвреживания
ядовитых
соединений - бензойной,
189
А . Е . Браунштейн
(1902 -198 6)
фенилуксусной кислот и фенолов, образует парные
соединения, которые выводятся с мочой.
А л а н и н . Образуется трансаминированием пиро­
виноградной кислоты (см. выше). Существует в виде
а - и Э-форм. Участвует в биосинтезе.
Аспарагиновая
кислота.
Обра­
зуется обычно трансаминированием щавелевоуксусной
кислоты (см. выше). Вместе с глутаминовой кислотой
обеспечивает взаимосвязь между обменом белков,
углеводов и липидов. Служит донатором аминогрупп в
190
реакциях трансаминирования. Основные реакции отра­
жает схема.
М о чевина
Глутаминовая
кислота.
Содержит­
ся в тканях в составе белков, в свободном состоянии
и в виде амида. Донатор аминогруппы в реакциях
трансаминирования. Основные вещества, в синтезе
которых участвует кислота:
О кс и п р о л и н ■ •* П р ол и н
О рнитин
Глутам ин
11 » П ур ины
П о л у а л ь д е ги д
К е тогл утаровая кислота
гл ута м и но в о й
кислоты
Гистидин
Гл у татион
Белки
С е р и и и т р е о н и н . Их обмен тесно связан
с обменом глицина. Серии в тканях образуется из
3 -фосфоглицериновой
кислоты. Из серина образуется
глицин в результате переноса одноуглеродного фраг­
мента (C i) на тетрагидрофолиевую кислоту (Т Г Ф К , см.
с. 311). Глицин может образовываться из треонина.
Фрагмент Ci используется для синтеза гистидина и
пуринов. Из серина и треонина образуется пировиноградная кислота, которая с помощью ацетил-КоА вклю­
чается в Ц Т К .
Часть превращений отражает схема:
Треонин
П ур ины
^NH
- С* о
= -
1
о
X
/ Н
1
/Н
С ерии
I
0
X
ы
1
Глиции
Гистидин
191
Гидроксильная группа серина входит в состав ак­
тивного центра многих ферментов: трипсина, химотрипсина, эстераз, фосфорилаз.
Метионин.
Является составной частью мно­
гих белков. Служ ит донатором метильной группы. П е­
редача метильной группы в процессе переметилирования происходит под влиянием соответствующих метилтрансфераз через S-аденозилметионин:
Адреналин
Го м оц исте ин
Креатин
Х олин
Цистатионин +
С ер и н
А нсерин
Цистеин
Креатинин
Предшественником метионина является аспарагино­
вая кислота, которая через несколько стадий (гомосерин, О-сукцинил-гомосерин, цистеин, цистатионин,
гомоцистеин) превращается в метионин.
Цистеин
и
цистин.
Составные
части
многих белков, пептидов, гормонов и других соедине­
ний. SH-Группа цистеина —составная часть активных
центров ряда ферментов. Участие цистеина в обмене
веществ частично отражает схема:
С ерии
М е рка птоэти ла м ин
К о э н зи м А
Ц истеиновая кислота
♦
Ж е л ч н ы е ки слоты
(3 -С у л ь ф и н и л п и р о в и н о г р а д иая
192
П ир ов ино гр ад н ая кислота
Гл икоген
Аргинин
и орнитин.
Аргинин
образует­
ся в процессе превращения углекислого газа и аммиа­
ка в мочевину.
Обе аминокислоты участвуют в образовании ряда
жизненно важных веществ.
Креатинин
t
Креатин
А р гининян тар на я кислота
П р ол и н
Ц итруллин
А спарагиновая кислота
Л и з и н . Важнейшая
синтезе многих веществ.
аминокислота.
Участвует
в
О ксилиэин
К а даверин
ЛИЗИН
Б елки
а -А м и н о а д и п и н о в а я кислота
\
Глутаровая кислота
\
ОС-К е тогл ута ро в а я кислота
Z -Аминогруппа остатка лизина участвует в форми­
ровании связи между апо- и коферментами, особенно
при образовании биотинфермента. Лизину принадлежит
важная роль в связывании фосфора при минерализации
костной ткани и других процессах.
Фенилаланин
и
тирозин.
Их
пре­
вращения в организме идут в таких направлениях:
биосинтез белков и пептидов, образование протеино-
1 3 -1 2 8 1
193
генных аминов, гормонов и пигментов, окисление до
концевых продуктов с разрывом ядра и др.:
М еланин
t
Ф е ни л этил а м ин
ФЕНИЛАЛАНИН
ДОФА -
’А д р е н а л и н
ТИРОЗИН
Тирамин
~ г~
Тироксин
Пептиды
П ептиды
I
\
Белки
Белки
Ф е и и л п и р о в и н о гр а д н а я
Го м о г ентиэиновая
кислота
кислота
Бензойная
кислота
Ф е н и л у ксусн а я
кислота
Гиппуровая
Ф енил ацетил глутам ин
Ф ум аровая
кислота
А це то уксусна я
Триптофан.
Важнейшая
аминокислота.
превращения иллюстрируются схемой:
5 -О кс и и и д о л и л у кс у с н а я
кислота
I
!
С еротонин
И ндикан
♦
И нд о л — ■»
Т РИ П ТО Ф АН
I
И нд о л ил уксусна я
кислота
Скатол
t
Белки
5-О кситриптоф ан
Триптамин
И нд о лил пир о вин огр а дн а я
кислота
К инур е ни н ■
I
Хинолиновая
кислота
Ксантуреновая кислота
Антраниловая кислота
*
Никотиновая кислота
Г и с т и д и н . Относится к незаменимым
кислотам. Участвует в биосинтезе и обмене
жизненно важных веществ:
194
Ее
амино­
многих
Белки
Г л у та м и н о в а я ки сло та
\
♦
У р о ка н и н о в а я ки слота
А н се р и н , ка р н о зи н
Гистам ин
ГИСТИДИН
I
М у р а в ь и н а я ки сло та
Ц и то х р о м ы
Г е м о гл о б и н
Имидазолуксусная
ки сло та
Пролин
и
оксипролин.
Оксипролин
возникает из пролина. Процесс необратимый. Обе иминокислоты используются для биосинтеза белков и др.
Гормоны
Превращение безазотистого
остатка аминокислот
Часть аминокислот, не использованных в синтезе
белков, и их производных, подвергается процессам
распада до аммиака и карбоновых кислот. Аммиак
обезвреживается в печени в орнитиновом цикле. И з
нескольких видов дезаминирования преобладает окис­
лительное. Образовавшиеся при этом кетокислоты ис­
пользуются тканями для различных потребностей. По
направлению
использования
безазотистого
остатка
аминокислоты делят на два вида: глюкопластические и
липопластические. И з глюкопластических аминокислот
(аланин, серин, цистеин и др.) обычно образуется
пировиноградная кислота, которая служ ит исходным
веществом для биосинтеза глюкозы и гликогена.
СН1
|
+ 1 /1 0 ,
C H - N H , -----------•>
I
-H H j
сн,
| J
с=0
|
♦ Н А Д -H,
------------ -
ЛДГ
сн,
|
CHOH
I
соон
соон
А лании
П и р о в и н о гр а д н а я
М олочная
ки сло та
ки сло та
13*
— * С 4н „ 0 4
— ► (C t HI0O J) „
Г л ю ко з а
Г л ико ген
соон
195
Из липопластических аминокислот (лейцин, изолей­
цин, аргинин, орнитин, лизин и др.) после дезамини­
рования образуется ацетоуксусная кислота - источник
биосинтеза высших жирных кислот.
а-Кетокислоты, образовавшиеся при окислительном
дезаминировании аминокислот, декарбоксилируются и
одновременно окисляются в жирные кислоты.
R
I
сн,
I
с=о
I
соон
-СО,
---------- + 1/2 о,
Я
I
сн,
I
{О О Н
t
Образовавшаяся жирная кислота может подвергаться
0-окислению, возникает ацетил-КоА - источник хими­
ческой энергии или сырье для биосинтеза многих ве­
ществ.
Особенности промежуточного обмена
сложных белков
Биосинтез сложных белков протекает аналогично
биосинтезу протеинов. При этом формируются первич­
ная, вторичная, третичная и четвертичная структуры
белковой молекулы с присоединением соответствующей
простетической группы.
Обмен
хромопротеидов.
В
орга­
низме животных содержится ряд хромопротеидов: гемо­
глобин, миоглобин, цитохромы, геминовые ферменты и
ДР.
Для них характерно наличие в составе молекулы
гема. Наиболее подробно изучен биосинтез гемогло­
бина.
Основные компоненты молекулы гемоглобина обра­
зуются в органах кроветворения: красном костном
мозгу, селезенке, печени. Глобин синтезируется из
аминокислот обычным для белков путем. Образование
гема происходит при участии ферментов через ряд
стадий.
196
н о о с -с н ,-с н ,-с ^
-f
h o o c - ch, - nh,
i
S -K o A
Глицин
С у кцин и л -К о А
H O O C - C H ,- C H ,- C O - C H - N H ,- C O O H
-f-
H S -K o A
-С О ,
01 - А м и н о - (3 -кетоадипиновая кислота
— ►
H O O C -C H 2“ C H j- C O - C H 2- N H j
6 - А м ин о л е в у л иное ая кислота
И з двух м о лек ул 5 -ам инолевулиновой кислоты обра­
зуется порфобилиноген, который содержит пиррольное
кольцо.
С * °
| ' 'О Н
|^О Н
сн,
сн,
сн,
сн,
1
1
1
сн !
1
+
1
/
со
со
сн,
сн,
1
11
сн,
NH,
нн,
NH,
1
1
с н ,-с н ,-с ^
с
1
1
он
сн
' NH
I
Порф обилиноген затем образует циклическое соеди­
нение из четырех пиррольных колец - уропорфирин.
соон
ноос
I
соон
197
В дальнейш их превращениях из уропорфирина обра­
зуется протопорфирин. В м олек улу протопорфирина под
влиянием фермента гемосинтетазы включается ж елезо
(F e 2+) и возникает гем, который через остаток ги­
стидина связывается с простым белком глобином, об­
разуя субъединицу молекулы гемоглобина.
Гемоглобин составляет 90-95% сухой массы эритро­
цитов.
Обмен
л и п о п р о т е и д о в,
г ли к о п р о ­
теидов
и
фосфопротеидов
мало
чем
отличается от обмена простых белков. И х синтез про­
текает аналогично другим белкам - с образованием
первичной,
вторичной,
третичной
и
четвертичной
структур. Разница заключается в том, что при синте­
зе к белковой части м олек ул присоединяются разные
простетические группы. При распаде м олекулы слож но­
го белка белковая часть расщепляется до аминокис­
лот, а простетические группы (липид, углевод, фос­
форные эфиры аминокислот) - до простых соединений.
Конечный обмен. Во время промежуточного обмена
образуется ряд химических соединений, которые выде­
ляются из организма как продукты распада белков.
В частности, углекислый газ выделяется легкими,
вода - почками, с потом, в составе кала, с выды­
хаемым воздухом. Многие другие продукты обмена б ел­
ков, особенно азотистые, выделяются в виде мочеви­
ны, парных соединений и т. д.
Превращение
аммиака.
Аммиак
об­
разуется при дезаминировании аминокислот, пуриновых
и пиримидиновых оснований, никотиновой кислоты и ее
производных, других азотсодержащих соединений. За
сутки в организме человека дезаминируется 100-120 г
аминокислот, образуется 16-19 г азота или 18-23 г
аммиака. В основном аммиак в организме сельскохо­
зяйственных животных обезвреживается в виде мочеви­
ны, ч а с т и ч н о -в виде аллантоина, мочевой кислоты и
аммонийных солей. У птиц и рептилий основным конеч­
ным продуктом азотистого обмена является мочевая
кислота.
Мочевина —главный конечный продукт азотистого
обмена у большинства позвоночных и человека. Она
составляет 80-90% всех азотистых веществ мочи. Соз­
дана современная теория образования мочевины в пе­
чени - орнитиновый цикл Кребса.
198
1.
Отщепившиеся в процессе дезаминирования
декарбоксилирования NHj и СОг под влиянием фермента
карбамоилфосфатсинтетазы соединяются, образуя карбамоил фосфат.
NH, -|- CO j + н , о +
С =0
2АТФ
+
2АДФ
+
и
н эр о 4
' '' о
I X он
р=о
\
он
2.
Карбамоилфосфат с орнитином при участии орнитинкарбамоилтрансферазы образуют цитруллин.
сн,—нн,
^О~р=0
^он
+
NH,
II
г
о
сн,
он
•п-
NH,
с=о
1
1
+
сн,
нн
сн-нн,
(С Н ,),
соон
СН- NHj
1
HjPO,
1
соон
3.
Под влиянием аргининосукцинатсинтетазы он
взаимодействует с аспарагиновой кислотой, образуя
аргининоянтарную кислоту.
НН]
nh2
1
I
+
Н ,Н - С Н
(С Н ,),
сн,
сн-нн,
соон
I
соон
I
I
-сн
I
СН,
+
- НН
I
соон
(С Н ,Ь
I
с н -н н ,
I
с=н —
соон
с=о
+
АТФ ■
I
АМФ +
Н4Р ,0 ,
соон
4.
Аргининоянтарная кислота под воздействием
аргининосукцинатлиазы расщепляется на аргинин и
фумаровую кислоту.
нн,
соон
I
I
С - N ------ -сн
I
I
НН
сн,
I
1
соон
(си,),
I
сн-нн,
I
NH,
I
I
соон
С —NH
нн
I
(С Н ,),
I
сн-нн,
+
I
сн
и
сн
I
соон
соон
199
5. Аргинин под влиянием аргиназы расщепляется
на орнитин и мочевину, которая удаляется из орга­
низма с мочой и потом:
N H,
нн,
I
I
C - N H -(C H ,),-C H -C O O H
II
I
NH
N H,
-------- »+ H ,0
СН, - (C H ,) ,- сн - соон
I
I
НН,
+
/ *"1
с= о
^N H ,
1
Орнитин вступает в реакцию с новыми порциями
кдрбамоилфосфата, и цикл повторяется.
f
Часть аммиака в тканях связывается в процессе
J образования амидов - аспарагина или глутамина, ко/ торые транспортируются в печень. В печени они гид­
ролизуются, после чего из аммиака образуется моче­
вина. Некоторое количество аммиака используется
тканями для восстановительного аминирования кетокислот, что приводит к образованию аминокислот.
Кроме того, в тканях почек аммиак участвует в
процессе обезвреживания органических и неоргани­
ческих кислот:
H 2SC>4+2NHj—* (N H4) 2S0 4:
H3PO4+NH3 —»•NH4H2PO4.
Превращения
других
п родук­
тов
конечного
обмена
белков.
В
процессе обмена белков образуются и другие продукты
конечного обмена, в частности производные пуриновых
и пиримидиновых оснований, газы (выделяются при
дефекации), фенолы, индол, скатол, серная кислота и
др. Особенно много таких веществ образуется в тол­
стой кишке при гниении белков.
Эти ядовитые соединения нейтрализуются в пече­
ни образованием так называемых парных кислот,
которые выделяются в составе мочи, частично - пота
и кала.
он
+
н -с-о н
рчч.
н -с-о н >
I
н о -с -н
I
°
н -с -о н
н -с соон
ф енол
200
Г л ю к у р о н о в а я ки с л о т а
ф е н о л гл ю ку р о н о в а я кислота
О +
HjO
СООН
К резол
К р е з о л г л ю к у р о н о в а я ки с л о та
Г л ю к у р о н о а а я ки с л о та
ОН
он
+
Ф енол
+
о
O'»
о
h o - s= o
н,о
Ф е н о л с е р н а я ки с л о та
Серная кислота
Индол и скатол, образующиеся при гнилостном раз­
ложении триптофана, превращаются в индоксил и скатоксил. Они образуют парные соединения с глюкуроновой или серной кислотами.
он
Индол
o s o ,h
И ндоксил
И ндоксилсерная
O SO,K
кислота
Ж и в о тн ы й и н д и ка н
Превращения
продуктов
рас­
пада
хромопротеидов.
При
расщепле­
нии хромопротеидов образуются глобин и гем. Глобин
подвергается обычным превращениям, типичным для
протеинов. Гем служит источником образования пиг201
ментов желчи, мочи и кала. Гемоглобин, окисляясь,
превращается в всрдогемоглобин (холеглобин). Вердогемоглобин теряет белковую часть и атомы железа,
что приводит к образованию вещества зеленого цве­
та - билиоердина.
Биливердин
восстанавливается
в
пигмент красного цвета - билирубин. Из билирубина
образуется мезобилирубин, который после очередного
восстановления становится уробилиногеном.
Уробилиноген в кишечнике превращается в пигменты кала стеркобилиноген и стеркобилин, в почках - в пигмент
мочи уробилин.
CH ,-CH j
н ,с
нн о н
С т е р к о б и л и н о ге н
с н ,-с н 3
Продукты распада гема используются организмом
для различных потребностей. Так, железо депонирует­
ся в органах в составе ферритинов. Биливердин и
билирубин являются пигментами желчи, остальные ве­
щества - пигментами мочи и кала. Расщепление миоглобина протекает аналогично.
Регуляция белкового обмена.
Особое место в ре­
гуляции принадлежит коре больших полушарий головно­
го мозга и подкорковым центрам. В гипоталамусе
имеется центр белкового обмена. Регуляция осущест­
вляется рефлекторно, в ответ на раздражения.
Действие гормонов на биосинтез белка осущест­
вляется путем стимуляции образования иРНК. Соматотропин усиливает синтетические процессы белка. Био­
синтез белков активируется инсулином, некоторыми
202
андро- и эстрогенами, тироксином. Глюкокортикоиды
коры надпочечников стимулируют расщепление белков и
выделение азотистых веществ.
Действие гормонов на обмен белков связано с из­
менением скорости и направления ферментативных
реакций.
Биосинтез
и,
следовательно,
активность
ферментов, участвующих в обмене белков, зависит от
наличия в кормах достаточного количества витаминов.
В частности, пиридоксальфосфат является коферментом
декарбоксилаз аминокислот, витамин Вг - составная
часть кофермента аминооксидаз, витамин РР - основа
дегидразы глутаминовой кислоты, без витамина С не
может проходить биосинтез пролина и оксипролина и
т. д.
Патология белкового обмена. Обмен белков нару­
шается при инфекционных, инвазионных и незаразных
болезнях. Причиной нарушений белкового обмена бы­
вает неправильно составленный рацион, кормление
недоброкачественными кормами, несоблюдение режима
кормления и др. Это приводит к снижению уровня про­
дуктивности животных, ухудшению их здоровья, а
иногда и к гибели.
Патология белкового обмена проявляется в различ­
ных формах.
Белковое
голодание.
Различают
два
вида белкового голодания: первичное, когда в кормах
нет достаточного количества незаменимых аминокис­
лот, и вторичное, вызванное заболеваниями пищевого
канала, печени, поджелудочной железы. У животных
замедляется рост, появляется общая слабость, отеч­
ность,
нарушается
костеобразование,
наблюдаются
потеря аппетита, поносы. Возникает отрицательный
азотистый баланс, наступает гипопротеинемия (в кро­
ви уменьшается содержание белков на 30-50%).
Нарушение
обмена
аминокис­
л о т . Проявляется в нескольких видах. Так, при
некоторых болезнях печени (гепатитах, циррозах,
острой желтой дистрофии) в крови и моче резко уве­
личивается содержание аминокислот - наступает алкаптонурия. В частности, при нарушении обмена тиро­
зина развивается алкаптонурия, сопровождаемая рез­
ким потемнением мочи после стояния на воздухе. При
цистинозе происходит отложение цистина в печени,
почках, селезенке, лимфатических узлах, кишках и
203
наблюдается избыток цистина в моче (цистинурия).
При фенилкетонурии в моче появляется большое коли­
чество фенилпировиноградной кислоты. Часто причиной
таких нарушений бывают авитаминозы.
Н аруш ение
обмена
сложных
б е л к о в . Чаще всего они проявляются в виде на­
рушений нуклеинового и порфиринового обменов. В
последнем случае нарушается обмен гемоглобина, мио­
глобина и других белков. Так, при различных пораже­
ниях печени (гепатитах, фасциолезе и др.) возникает
гипербилирубинемия - содержание билирубина в крови
возрастает до 0,3 - 0,35 г/л. Моча становится тем­
ной, в ней появляются большие количества уробилина,
возникает уробилинурия. Иногда наблюдается порфирия - увеличение в крови и тканях содержания порфиринов. Это приводит к порфинурии, и моча стано­
вится красной.
Контрольные вопросы
1. Что такое белки, каковы их значение, химический со­
став, физико-химические свойства, структура (первичная, вто­
ричная, третичная, четвертичная)? Их классификация.
2. Дайте характеристику основных групп и подгрупп ами­
нокислот, приведите структурные формулы важнейших из них, про­
анализируйте их свойства.
3. Что такое баланс азота, белковый минимум, полноценные
и неполноценные белки, заменимые, условно заменимые и неза­
менимые аминокислоты? Напишите формулы незаменимых амино­
кислот.
4. Проанализируйте основные этапы обмена белков в орга­
низме различных видов сельскохозяйственных животных —пере­
варивание, всасывание, промежуточный (биосинтез и распад) и
конечный обмены.
5. Как регулируется белковый обмен в организме животных и
чем проявляется патология обмена белков?
ГЛАВА 6
ВО Д А И ВОДНЫЙ ОБМЕН
Значение и распределение воды
в организме животного
Вода составляет около 3Л биомассы Земли. Первые
живые организмы возникли в водной среде. Жизнь без
воды невозможна. Собака, лишенная корма, может про­
жить до 1 0 0 сут, без в о д ы -д о 1 0 . Потеря организ204
мом животного до 1 0 % воды приводит к тяжелым нару­
шениям обмена веществ, потеря 20-25% - к гибели.
Физико-химическая характеристика воды. Химически
чистая вода - это прозрачная жидкость без запаха и
вкуса. Молекула воды содержит 11,19% водорода и
88,81% кислорода. Молекулярная масса воды состав­
ляет 18,016, температура замерзания - 0 °С, темпе­
ратура
кипения -1 0 0 °С,
плотность
воды
при
+4 °С - 1 г/см3.
Вода - отличный растворитель многих органических
и минеральных веществ, что связано со структурой ее
молекулы.
Молекула
воды - электрический диполь.
Дипольный момент воды - 1,8 6 . Вода имеет высокую
диэлектрическую постоянную - 80. Это дает возмож­
ность ее частицам легко разрушать кристаллическую
решетку (например, NaCl), образованную положитель­
ными и отрицательными ионами, и осуществлять их
гидратацию (рис. 26,г).
Для воды характерна водородная связь, опреде­
ляющая в значительной степени ее свойства и значе­
ние. Водородные связи участвуют в обоюдной прони­
цаемости биомембран, в формировании высших уровней
организации молекулы белка, нуклеиновых кислот,
липидов и др.
Вода - слабый__ электролит. Она диссоциирует по
уравнению Н 2О *— Н + + ОН*.
Распределение воды в организме животного. Многие
высшие животные содержат 60-75% воды, медузы -до
98%. Содержание воды изменяется в онтогенезе. Так,
тело четырехдневного куриного зародыша содержит
Рис. 26. Схема строения молекулы воды и ее участия в раство­
рении электролитов:
а - полярность
молекулы ;
б - электронная
модель;
в - простран­
ственная модель; г - растворение NaCl
205
92,80% воды, 21-дневного плода - 80,35% . Организм
теленка на 72% состоит из воды, коровы - примерно
на 52,
овцы
средней
упитанности - на 50,2-57,3,
выше средней - около 43,4% .
Различны е органы и ткани отличаются содержанием
воды. Так , например, в костях ее 2 2 % , в хрящах 55,0,
в легких — 79,1,
в коре
головного
мозга 83,3% . Биологические жидкости характеризуются высо­
ким содержанием в о д ы - д о 99,5% (слюна, пот). Около
72% всей воды организма сосредоточено в клетках,
28% - в межклеточных жидкостях. 8 -10 % воды организ­
ма заключено в плазме крови, лимф е, ликворе, сино­
вии, плевральной жидкости.
При составлении рационов следует учитывать, что
на 1 кг массы животного требуется в среднем 35-40 г
воды в сутки. У молодых организмов эта потребность
в 2-4 раза выше.
На 1 кг сухого корма свинье следует давать 7-8 л
воды, лошади - 2-3, корове - 4-6, овце 2-3 л . З еле­
ная трава обычно содержит 88-85% воды, с е н о - 1218, зерно злаков - 12—18, картофель и св ек ла - 7 5 % .
Состояние воды в организме. В органах, тканях и
клетках вода находится в виде свободной, гидратационной и иммобильной. Свободная вода - основа кро­
ви, лимфы, ликвора. Она участвует в доставке пита­
тельны х веществ и удалении продуктов обмена из ор­
ганов, тканей и клеток.
Часть воды входит в мицеллы коллоидных частиц,
участвуя в образовании гидратных оболочек. Так, в
бактериальной клетке на одну м олекулу Д Н К . или Р Н К
приходится около 1 млн м олекул воды. Некоторое ко­
личество воды связано с неорганическими ионами. Ее
называют гидратационной водой. Она составляет около
4% всей воды тканей. 10-80% такой воды связывают
белки. Потеря коллоидной частицей гидратационной
воды приводит к синерезису. Такая вода не замерзает
при понижении температуры до 0 °С и ниже, не может
растворять некоторые вещества и т. д.
Внутри клеток содержится иммобильная вода. Ее
м олекулы размещаются между мембранами клетки, во­
локнистыми молекулами и структурами. Она замерзает
при температуре ниже 0 °С, растворяет многие веще­
ства, легко участвует в реакциях обмена веществ.
Между различными видами воды существует динами206
ческое равновесие. Количество свободной воды воз­
растает в патологии (при нефритах, перикардитах,
абсцессах, флегмонах). Возникают отеки. При кратко­
временной работе (10-15 мин) в организме накапли­
вается межклеточная (свободная) вода, при длитель­
ной (свыше 30-60 мин) - внутриклеточная (иммобиль­
ная) вода.
Биологическое значение воды. Вода в организме
выполняет ряд жизненно важных функций. Прежде все­
го, она является универсальным растворителем мине­
ральных и органических веществ, входящих в корма и
продукты обмена веществ. Вода —активный участник
многих реакций обмена веществ: гидролиза, гидрата­
ции, окисления, восстановления и т. д. Она может
взаимодействовать с атомами, ионами, отдельными
молекулами и их группами. Ее способность к диссо­
циации создает в различных участках организма реак­
цию среды, определяющую направление и ход многих
реакций обмена веществ. Все питательные вещества
корма усваиваются в пищевом канале с участием воды
(реакции гидролиза). Вода - пластический материал,
из которого построены органы, ткани и клетки.
Вода участвует в терморегуляции организма. Около
25% избытка тепловой энергии выделяется из организ­
ма в результате испарения воды с поверхности кожи.
Приблизительно столько же тепла выделяется из орга­
низма с парами выдыхаемого воздуха. Это дает воз­
можность сохранить в организме температуру, свойст­
венную для данного вида животного и необходимую для
полноценного протекания многих реакций обмена.
Молекулы воды участвуют в создании вторичной и
третичной структур молекул белков.
О бм ен воды
Ткани и клетки используют два вида воды: экзо- и
эндогенную. Экзогенная вода поступает в организм
извне - с кормом и питьем. В общей массе она со­
ставляет 6/т всей воды, необходимой для жизни орга­
низма. V 7 общей массы воды образуется в тканях
животного как конечный продукт окисления нуклеино­
вых кислот, белков, липидов, углеводов. Это эндо­
генная вода. Установлено, что при полном окислении
207
100 г жиров организм получает 107,1 г воды, углево­
д о в - 5 5 ,6 и б е л к о в - 4 1 ,3 г воды. Эндогенный путь
получения организмом воды имеет больш ое значение
для обитателей безводных пустынь и степей, для жи­
вотных, которым свойственна зимняя спячка.
Всасывание воды. Небольш ое количество воды вса­
сывается в ротовой полости и в пищеводе, часть — в
ж елудке (у жвачных - преджелудках и сы чуге), основ­
ная масса — в тонкой кишке, часть — в толстой киш­
ке. У кур вода в основном всасывается слизистой
оболочкой слепой кишки. Слизистые оболочки пищевого
канала у крупного рогатого скота в течение суток
всасывают около 100 л воды, причем 75% этой воды
приходится на пищеварительные соки.
Частицы воды вместе с переваренными питательными
веществами проникают в глубь эпителия слизистых
оболочек в результате диффузии и осмоса, частич­
но - пиноцитоза и активного транспортирования. По
эндоплазматической сети они постепенно перемещаются
от апикального края клетки к базальному, поступают
в межклеточное пространство, а затем - в межклеточ­
ную жидкость, капилляры, венулы, подэпителиальную и
подслизистую венозные сети кишечной ворсинки, вены
брыжейки, воротную вену и печень и далее в большой
круг кровообращения. Некоторое количество воды по­
ступает через лимфатическую систему.
Промеж уточный обмен воды. П осле всасывания вода
транспортируется в различные органы, ткани и клет­
ки. Транспортирование воды к тканям и клеткам в
основном осуществляют белки крови - альбумины и
глобулины. Вода проникает в клетки прямым (непо­
средственно)
или косвенным
(через межклеточную
жидкость) путем. Обмен воды в организме является
частью общего обмена веществ. Соли натрия, особенно
хлориды, способствуют накоплению воды тканями, вы­
зывая набухание коллоидов. Соли кальцир, наоборот,
уменьшают связывание воды белками, стимулируя ее
удаление из организма. Поэтому больным при воспали­
тельных процессах рекомендуют вводить хлорид каль­
ция внутривенно, так как он уменьшает процессы
экссудации.
Обмен воды характеризуется водным балансом - со­
отношением принятой и выделенной из организма воды.
При водном равновесии количество поступившей в ор208
ганизм воды равно коли честву выделенной. П о л о ж и ­
тельн ы й водный баланс типичен для растущ их живот­
ны х,
водное
равновесие - д ля
взрослы х
ж ивотных,
отрицательны й водный балан с - д ля старею щ их орга­
низмов, а такж е для животных, которые не п олучаю т
необходим ого количества питьевой воды, особенно при
транспортировке и перегонах.
К он ечн ы й о бм ен воды. Вода выделяется из организ­
ма с мочой (до 5 0 % ), потом и выдыхаемым воздухом
(до 3 5 % ), с калом (до 1 5 % ). Д о л я участия органов
вы деления в водном обм ене изменяется в зависимости
от условий внешней среды, вида и возраста животно­
го, его ф ункционального состояния. Н апример, если в
организм лош ади за сутки поступает 14-18 л воды, то
с мочой ее выделяется 4-8 л , через легк и е и кож у 6 -1 2 , с калом - 4 -5 , а объем воды, циркулирую щ ей
через киш ки, - 80-90 л .
Р е гу л я ц и я водн ого обм ен а. Р егуляц и я водного об­
мена осущ ествляется нейрогуморальны м путем , в част­
ности различны ми отделам и центральной нервной си­
стемы: корой больш и х полуш арий, промеж уточны м и
продолговатым мозгом, симпатическими и парасимпа­
тическими ганглиями.
В регуляц ии водного обмена участвую т многие ж е­
л езы внутренней секреции. Часть гормонов обладает
антидиуретическим действием: например, гормоны вазопрессин,
альдостерон,
дезоксикортикостерон.
Д ру­
гие гормоны стим ули рую т вы деление воды почками:
тироксин, паратгормон, андрогены и эстрогены.
Содерж ание воды в организме регулируется н а ли ­
чием в нем катионов. Ионы N a* способствую т связы­
ванию коллоидны ми частицами белков, ионы К + и Са +
сти м ули рую т вы деление воды из организма.
П а т о л о ги я в одн ого обм ен а. Водный обмен нару­
шается при многих б олезн ях. В основе этих нарушений
леж а т морф оф ункциональны е изменения в органах,
участвую щ их в общ ем водном обм ене, и расстройства
нейрогуморальной регуляции.
Часто причиной патологии водного обмена может
быть общ ее и водное голодание организма. При этом
развиваются голодны е отеки. При некоторых болезн ях
(столбн як,
б отули зм ,
беш енство,
болезн ь
А уэск и )
затрудняется прием воды и возникает отрицательны й
водный баланс. О тдельны е болезн и
(х олер а , чум а,
14-1281
209
диабеты, гастриты и энтериты) приводят к мочеиз­
нурению и чрезмерной потере тканями воды. При неко­
торых патологических состояниях в тканях и органах
затруднена циркуляция воды и возникает положитель­
ный водный баланс, особенно при болезнях почек,
сердца и др.
Часто причинами нарушений водного обмена являют­
ся поражения центров нервной системы и желез внут­
ренней секреции.
Контрольные вопросы
1. Каково значение воды для организма животных?
2. Каковы основные этапы обмена воды в организме животных?
3. Как регулируется водный обмен?
4. Что вам известно о патологии водного обмена?
ГЛАВА 7
МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА И ИХ ОБМЕН
Общая характеристика
минеральных веществ
В живых организмах выявлено около 70 химических
элементов, из них 47 присутствуют в их тканях и
клетках постоянно. Это биогенные химические эле­
менты.
Биогенные элементы образуют неорганические и
органические вещества. Неорганические вещества в
среднем составляют 71,5% общей массы организма жи­
вотного. Основой неорганических веществ являются
вода и минеральные соединения —соли, основания,
кислоты. Вода составляет 65,9% общей массы тела
животного,
минеральные
соединения - 5,6,
органи­
ческие вещества - 28,5% общей массы.
Больше всего минеральных веществ содержится в
костях (48-74% общей массы) и хрящах (2 -1 0 % ). Мине­
ральные вещества в тканях и клетках организма жи­
вотного могут быть в свободном и связанном состоя­
нии. Так, в костях, хрящах и дентине они находятся
в виде прочных нерастворимых отложений —неоргани­
ческих солей угольной, ортофосфорной и других
кислот. В отдельных биологических жидкостях (крови,
210
лимфе, молоке, пищеварительных соках) многие из них
содержатся в свободном состоянии или в виде отдель­
ных ионов. Часть таких элементов входит в биоорганические соединения. Так, железо - составная часть
гемоглобина, миоглобина, каталазы и трансферринов.
Фосфор — необходимый химический элемент нуклеиновых
кислот, многих белков, фосфатидов, фосфорных эфиров
углеводов, макроэргов (А Т Ф , А Д Ф ) и др. Сера яв­
ляется компонентом коэнзима А , глутатиона, цистеи­
на, цистина и т. д. Йод входит в состав молекул
гормонов щитовидной железы и др.
В организме минеральные вещества выполняют ряд
жизненно важных функций. Так, они служат материа­
лом, из которого строятся ткани (например, костная)
и клеточные мембраны. Растворенные неорганические
вещества
участвуют
в
регуляции
ряда
физико­
химических процессов и в первую очередь явлений
осмоса и осмотического давления. Натриевые и калие­
вые соли фосфорной, угольной и некоторых органи­
ческих кислот образуют с белками тканей и крови
буферные системы.
С наличием заряда неорганического иона связаны
физико-химические
свойства
коллоидов
организма:
явления гидратации, вязкость, растворимость, спо­
собность к набуханию и др. Отдельные катионы, на­
пример кальция, магния, марганца, цинка, служат
активаторами или парализаторами ферментов. Некото­
рые металлы входят в состав витаминов, гормонов и
других соединений.
С присутствием минеральных веществ (например,
хлорида натрия) в корме связаны усвоение его орга­
низмом и секреторная функция пищевого канала. Неко­
торые минеральные вещества (например, серная кисло­
та) участвуют в нейтрализации ядовитых продуктов,
которые возникают в организме в результате обмена
веществ или поступают извне с кормами, водой или
воздухом.
О бм ен минеральных веществ
Минеральные вещества, входящие в корм и воду, в
организме подвергаются превращениям. Так, основную
массу минеральных веществ, находящихся в свободном
14*
211
состоянии, организм усваивает без какой-либо пред­
варительной переработки. Часть минеральных веществ,
находящихся
в связанном
состоянии,
усваивается
только после расщепления кормов ферментами пищевого
канала. Это прежде всего фосфорная кислота - со­
ставная часть нуклеиновых кислот, фосфопротеидов
или фосфатидов, железо —гемоглобина и миоглобина,
магний - хлорофилла и др. При этом корма вначале
расщепляются ферментами до органических и неоргани­
ческих веществ, а затем до молекул, отдельные из
которых распадаются на ионы, после чего и усва­
иваются организмом.
Всасывание минеральных веществ. Часть минераль­
ных веществ всасывается в желудке, основная мас­
са - слизистой оболочкой тонкой кишки, частично толстой кишки. Так, фосфорная кислота всасывается в
виде минеральных солей или фосфорных эфиров. Всасы­
вание двухвалентных или поливалентных катионов многоступенчатый процесс, зависящий от многих фак­
торов. Так, всасывание многих катионов стимулирует­
ся присутствием в химусе жиров, желчи и сока подже­
лудочной железы. Всасывание кальция стимулируется
наличием в химусе витамина D. Из анионов быстрее
других всасываются хлорид-ионы, медленнее - йодиди бромид-ионы, медленно - нитрат- и сульфат-ионы.
Частицы минеральных веществ проникают в цито­
плазму клеток покровного эпителия слизистой обо­
лочки в результате диффузии или осмоса, некоторая
часть - пиноцитозом или в виде соединений с белко­
выми переносчиками. По эндоплазматической сети они
перемещаются от апикального к базальному краю клет­
ки, затем поступают в межклеточное пространство, из
него в кровеносную (частично в лимфатическую) си­
стему ворсинок, брыжейки и, наконец, в печень и
краниальную полую вену, после чего разносятся по
всему организму, где используются его тканями и
клетками. В печени и в других органах часть мине­
ральных веществ депонируется.
Избыток в кормах минеральных веществ может вы­
звать повышение осмотического давления в организме
и изменение ионного состава биологических жидкос­
тей. Эти явления устраняются рефлекторно —с появ­
лением чувства жажды употребляется соответствующее
количество воды, а избыток минеральных веществ уда212
ляется почками, потовыми железами и слизистой обо­
лочкой кишок.
Промежуточный обмен минеральных веществ. Мине­
ральные вещества частично остаются в крови и лимфе,
большинство их откладывается в органах и тканях или
используется отдельными клетками для самых различ­
ных потребностей.
Существует локальность в депонировании и отложе­
нии минеральных веществ. Так, кальций и магний в
виде фосфатов, карбонатов и апатитов откладываются
в костной ткани. В костях скелета концентрируются
фтор, титан, стронций, цезий, рубидий, алюминий,
бериллий, свинец, олово и др. Железо накапливается
в тканях печени и в костном мозгу, где образуются
эритроциты. Много железа концентрируется в селе­
зенке - месте разрушения эритроцитов. Цинк и марга­
нец в основном скапливаются в тканях поджелудочной
железы. Местом депонирования йода является щито­
видная железа. Ионами натрия и калия богаты кожа,
подкожная клетчатка и мышечная ткань, плазма крови,
лимфа, ликвор. Ионы калия сосредоточены внутри кле­
ток, натри я-во внеклеточной жидкости (табл. 6 ).
Обмен ионов между клеткой и межклеточной жидкостью
протекает согласно законам осмоса. В биологических
жидкостях минеральные вещества находятся в связан­
ном с белками (глобулинами или альбуминами) состоя­
нии, в виде отдельных ионов (активная форма) или
солей.
В организме происходит непрерывный обмен мине­
ральных веществ. В эпифизе большой берцовой кости в
б. Содержание минеральных веществ в животных тканях и органах,
мг на 100 г сырой ткани (по Ф. Я. Беренштейну)
или ткань
К
Na
Са
Mg
Cl
Р
Мышцы
Сердце
Легкие
Мозг
Печень
Эритроциты
Почки
Сыворотка крови
Костная ткань
Зубная эмаль
360
250
150
330
215
460
175
20
61
50
72
185
250
170
190
80
175
335
180
250
7
10
17
12
12
20
10
11000
36000
23
17
7
16
22
5
21
2
105
400
66
135
260
150
160
190
220
370
190
300
220
270
120
380
210
60
140
15
5050
17000
Орган
213
течение 9 сут обновляется до 11% фосфора, а за
50 сут-28,6% . В течение суток в организме мыши
обменивается приблизительно 20% кальция и 5% строн­
ция. 50% радиоактивного йода в тканях щитовидной
железы обменивается через 5 ч после введения, через
3 ч из организма его удаляется 13%, через сутки50%. Радиоактивное железо, введенное в организм,
через несколько часов появляется в гемоглобине, а в
течение 3 нед обновляется до 60% железа эритро­
цитов.
Конечный обмен минеральных веществ. Продукты
конечного обмена минеральных веществ выделяются с
мочой, потом и калом. Легкие почти не участвуют в
выделении этих продуктов. Часть минеральных веществ
у самок выделяется с молоком.
Через почки с мочой выделяются натрий, калий,
кобальт, кальций, магний, висмут, литий, сурьма,
хлор, бор, бром, йод, фтор, сера и некоторые другие
элементы. Натрий и калий выделяются в виде хлоридов
и сульфатов, сера - в виде сульфатов и парных сое­
динений, фосфор - в виде средних и кислых солей
ортофосфорной кислоты.
С калом выделяются железо, кальций, медь, строн­
ций, алюминий, бериллий, марганец, цинк, молибден и
вообще тяжелые металлы в виде различных солей. Сли­
зистая оболочка кишок способна выделять щелочнозе­
мельные соли фосфорной кислоты. С калом удаляются
минеральные вещества, которые бесполезны для орга­
низма и входят в состав кормов (кремниевая кислота,
силикаты и др.).
Часть минеральных веществ выделяется с потом.
Пот лошади, например, содержит 94,38% воды и 5%
минеральных веществ. Они выделяются в виде хлори­
дов, сульфатов, фосфатов и др.
Состояние минерального обмена в организме харак­
теризует минеральный баланс. У растущих и беремен­
ных животных он положительный, у старых —отрица­
тельный, у животных, находящихся на стадии морфо­
функциональной зрелости и расцвета продуктивности,
наблюдается минеральное равновесие.
Регуляция минерального обмена. Прежде всего он
регулируется центральной нервной системой. Уста­
новлено, что удаление у экспериментальных животных
коры больших полушарий резко уменьшает количество
214
минеральных веществ в костях, мышцах и увеличивает
их содержание в печени. Возрастает выделение солей
кальция, натрия, калия и железа с мочой, калом и
потом.
Участие желез внутренней секреции в регуляции
минерального обмена значительно. В частности, паратгормон регулирует обмен кальция, магния и фосфо­
ра. Минералокортикоиды коры надпочечников участвуют
в регуляции обмена кальция и натрия, а также выде­
ления их избытка с мочой. Альдостерон регулирует
распределение ионов натрия и калия между плазмой
крови и клетками. Под влиянием антидиуретического
гормона задней доли гипофиза уменьшается выделение
мочи из организма и происходит задержка минеральных
веществ в органах, тканях и клетках. Половые гормо­
ны стимулируют диурез и способствуют выделению из­
бытка минеральных веществ из организма.
На обмен кальция и фосфора влияет наличие в кор­
мах витаминов группы D. Между минеральными вещест­
вами существует синергизм и антагонизм. Так, если в
ферментативных процессах ионы К*, NHJ или РЬ2+ яв­
ляются активаторами (для альдегиддегидрогеназы), то
ионы N a +, L i+ - ингибиторами. Эти отношения типичны
для ионов Mg2* и Са2+, Мп2+ и Zn2* и др.
П атология минерального обмена. Нарушения обмена
минеральных веществ бывают первичные и вторичные.
Первичные возникают при недостатке или избытке в
кормах и воде отдельных минеральных веществ. При­
мером может быть эндемический зоб, возникающий при
недостатке в рационе йода. Основной причиной ка­
риеса зубов является недостаток в кормах и воде
фтора, а при избытке его в рационах животных возни­
кает флюороз.
Вторичные нарушения минерального обмена возни­
кают из-за нарушений обмена других веществ или нейрогуморальной регуляции. Так, при опухолях голов­
ного мозга резко уменьшается содержание минеральных
веществ в костной и мышечной тканях. При недостатке
в кормах витаминов группы D уменьшается усвояемость
организмом кальция и фосфора. Гипофункция паращитовидной железы приводит к возникновению тетании и
уменьшению содержания кальция в крови и т. д.
215
Значение и обмен отдельных химических
элементов
Макроэлементы. Четыре макроэлемента составляют
органическую основу живых организмов. Это кислород
(62,43%), углерод (21,15%), водород (9,86%) и азот
(3,10%). Остальные макроэлементы принято считать
минеральными.
К а л ь ц и й . На долю кальция приходится почти
треть всех минеральных веществ организма (1,9% об­
щей массы тела). 97% его сосредоточено в скелете в
виде солей фосфорной и угольной кислот, около 1%
находится в ионизированном состоянии. Кальцием бо­
гаты люцерна и ботва сахарной свеклы.
Всасывание кальция происходит преимущественно в
тонкой кишке. Интенсивность его зависит от содержа­
ния этого элемента в кормах, потребности животных и
наличия витамина D. При сбалансированных рационах
всасывается
около
50%
кальция
(у
поросятсосунов-до 99%). Витамин D является составной
частью белкового переносчика, выполняющего при вса­
сывании три функции: стимулятора диффузии, носителя
и концентратора. Всасывание происходит в два эта­
па - поглощение кальция клетками кишечного эпителия
и транспортирование его к серозной оболочке. 40%
кальция организма связано с альбуминами крови,
транспортирующими кальций к тканям и клеткам. Каль­
ций участвует в регуляции порозности эндотелия со­
судов, в создании структуры костной ткани, в свер­
тывании крови. Он снижает возбудимость нервной
системы, стимулирует деятельность сердечной мышцы,
понижает проницаемость клеточных мембран, уменьшает
способность коллоидов связывать воду, участвует в
регуляции деятельности многих ферментов. При недо­
статке в рационе кальция возникает гипокальциемия.
Она сопровождается гиперфосфатемией, повышением
проницаемости клеточных мембран, остеопорозом, лом­
костью и искривлением костей, остеомаляцией, рахи­
том, судорогами.
Обмен кальция в организме регулируется паратгормоном и кальцитонином. На 100. кг живой массы
коровы, например, ежесуточно требуется 5 г кальция,
т елят-д о
32,
овец —3—10,
лошадей - 35-100
г.
Избыток кальция из организма выделяется с калом
216
и мочой. Корова с годовым удоем 4000 кг выделяет с
молоком
5200
г
кальция,
потребляя
с
кормом
7072 г.
Ф о с ф о р . Содержание фосфора в организме жи­
вотного в среднем составляет 1% общей массы. Он
является составной частью костей и зубов, компонен­
том нуклеиновых кислот, фосфопротеидов и фосфати­
дов, входит в состав буферных систем, макроэргических фосфатов и 3 ',5 '- А М Ф , участвует во многих
реакциях обмена веществ, прежде всего гликолиза,
гликогенолиза и окислительного фосфорилирования.
В. А . Энгельгирдт назвал фосфор элементом жизни.
Много его содержит рыбная мука, пшеничные отруби,
картофель и морковь. Д ля подкормки животных каль­
цием и фосфором используют кормовые фосфаты.
Всасывается фосфор в проксимальном участке тон­
кой кишки. У молодых животных практически усваи­
вается весь фосфор молока или минеральной подкорм­
ки. Д ля всасывания необходимо присутствие ионов
Са2+ и К* в химусе. Всасывание фосфора через стенку
кишок осуществляется против градиента концентрации
с участием белковых переносчиков. Фосфор, всасы­
ваемый в виде аниона РОГ, поступает в кровь,
быстро поглощается печенью, почками, селезенкой,
медленнее - нервной, мышечной и костной тканями.
Характеризуется высокой степенью метаболизма, на­
пример, фосфор костей и зубов крысы обменивается в
течение 4 сут. Выделяется с мочой, калом и потом.
Обмен фосфора в организме регулируется паратгормоном, частично - половыми гормонами. При недостат­
ке фосфора в кормах, нарушении соотношения Са : Р
или заболеваниях паращитовидной железы возникают
рахит, остеомаляция и фиброзный остит.
На 100 кг живой массы коровы в период сухостоя в
сутки требуется
10-13 г фосфора, т е л я т - 2 0 -2 5 ,
овец - 2-5, лошадей - 50 г.
М а г н и й . Магний составляет около 0,05% общей
массы животного. Сосредоточен в скелете и мягких
тканях. Входит в состав костей и зубов, участвует в
функционировании нервно-мышечного аппарата и имму­
нобиологических
процессах,
является
составной
частью и активатором многих ферментов, «регулято­
ром» окислительного фосфорилирования, участвует в
биосинтезе белка (служит своеобразным мостиком меж217
ду рРНК и тРНК + иРНК) и ацетилхолина, деятельности
митохондрий, терморегуляции и др. Много магния
содержится в рисовых отрубях, ботве кормовой свек­
лы, морковной ботве, подсолнечниковом шроте.
Всасывание магния происходит в желудке и тонкой
кишке. Лучше всего всасывается магний молока (у
т елят-до 90% общей массы), несколько хуже в виде
солей MgSCb • 7Н20 и MgCCh, добавляемых в корма в
качестве подкормки. В крови находится в виде ионов,
солей и соединений с альбуминами и глобулинами.
Депонируется в печени, затем поступает в мышечную и
костную ткани. Магний - антагонист кальция. Выде­
ляется с мочой, калом и потом в виде солей.
При недостатке магния в кормах и воде возникает
травяная тетания, или гипомагнезия. Она проявляется
в мышечном подергивании, замедлении роста, наруше­
нии нервно-мышечной деятельности. Для крупного ро­
гатого скота ежесуточно на 100 кг живой массы тре­
буется 1,5-2 г магния, для суягных овцематок (на
голову) - 0,7-0,8 г.
К а л и й . Его содержание в организме животных
достигает 0,22-0,23% общей массы. Калий участвует в
поддержании осмотического давления, передаче нерв­
ного импульса, регуляции сокращений сердечной мыш­
цы, входит в состав буферных систем крови и тканей,
поддерживает гидратацию ионов и коллоидных частиц,
активирует деятельность многих ферментов, является
составной частью натрий-калиевого насоса клетки.
Калием богаты ботва кормовой свеклы, трава луговая,
клевер, картофель, соевый шрот, отруби.
Больше всего его в тканях печени, почек, кожи,
мышц и нервной системы. Калий в основном сосредо­
точен в клетках (0,54-0,62%), мало его в межкле­
точной жидкости (0,01—0,02%). Находится в виде хло­
ридов, фосфатов, карбонатов и сульфатов, в ионизи­
рованном состоянии и в связи с белками или другими
органическими соединениями.
Всасывание калия происходит на протяжении всего
пищевого канала. У крупного рогатого скота усваи­
вается более 80% калия корма. Всосавшийся калий
попадает в межклеточное пространство, затем в кро­
веносную систему и печень. Избыток калия из орга­
низма удаляется с мочой, калом и потом.
Обмен калия в организме регулируется минерало218
кортикостероидами коры надпочечников. Гиперкалиемия
наблюдается при усиленном распаде тканей, травмах,
инфекциях, нарушениях регуляции со стороны надпо­
чечников. При этом угнетаются реакции гликолиза,
клеточное дыхание, окислительное фосфорилирование,
возбудимость, наступает интоксикация. Гипокалиемия
проявляется в виде рвоты, энтеритов и др. Это при­
водит к появлению парезов, параличей, нефритов и
др. Рационы для дойных коров должны содержать до
7 г калия на 1 кг сухого вещества корма, свиней 3, кроликов и индюшат - б, цыплят - 2,3-4 г.
Н а т р и й . Обмен натрия тесно связан с обменом
калия. Содержание натрия в организме составляет
0,08% общей массы. Он является составной частью
буферных систем, вместе с калием участвует в созда­
нии в организме и его клетках соответствующего
осмотического давления, в поддержании кислотнощелочного равновесия и проведении нервных импуль­
сов.
Некоторое количество гидрокарбоната натрия
секретируют слюнные и поджелудочная железы. В ос­
новном же он поступает в организм в виде хлорида
натрия. Основная масса натрия сосредоточивается в
плазме крови, лимфе, ликворе в виде хлоридов, гид­
рокарбонатов, фосфатов и т. д. Богаты натрием кожа,
легкие, мозг. Большая часть натрия всасывается в
тонкой кишке. Проникает он через стенку кишок про­
тив градиента концентрации с участием переносчиков.
90-95% поглощенного натрия выделяется с мочой,
5-10% - с калом и потом.
Обмен натрия в организме регулируется альдостероном. Гипонатриемия возникает при недостатке этого
элемента в рационе, усиленной работе, диабете, за­
болеваниях надпочечников. Сопровождается ослабле­
нием аппетита, вялостью, уменьшением продукции же­
лезами дна желудка соляной кислоты, усилением эва­
куации химуса из желудка в кишки, торможением отде­
ления сока поджелудочной железы. Гипернатриемия
возникает при уменьшении реадсорбции натрия в по­
чечных канальцах и нарушении инкреции альдостерона
или антидиуретического гормона гипофиза. Развивают­
ся отеки. Эти явления наблюдаются при нефритах,
циррозах печени, мио- и перикардитах. Потребность
организма в нем удовлетворяется добавлением в ра­
цион хлорида натрия. На 100 кг живой массы коровы,
219
например, требуется 5-7 г хлорида натрия, лоша­
ди-15-30, свиньи-6-10, овцы-8 -1 0 г в сутки.
Х л о р . Хлор составляет около 0,08% общей мас­
сы животного. Принимает участие в регуляции осмоти­
ческого давления, служит компонентом для образова­
ния соляной кислоты железами желудка. Является ак­
тиватором амилазы и полипептидазы. Всасывается
главным образом в тонкой кишке. Концентрируется во
внеклеточных жидкостях (до 85%). Больше всего его
содержится в сыворотке крови. В организме в среднем
удерживается 31% потребленного хлора. Избыток его
выделяется с мочой, калом и потом.
Обмен хлора в организме регулируется минералокортикоидами. Растущие свиньи нуждаются в 1,2-1,3 г
хлора на 1 кг сухого вещества корма. Потребность
организма в этом элементе удовлетворяется введением
в рацион хлорида натрия и зеленых кормов.
Се р а . Содержание ее в организме животного
колеблется от 0,08 до 0,5% общей массы. Сера-со­
ставная часть многих белков, глутатиона, коэнзима
А, витаминов, гликозаминогликанов, некоторых желч­
ных кислот, сульфатидов, парных соединений и др.
Поступает с кормами в виде органических (белков,
аминокислот, витаминов) и неорганических (сульфа­
тов) соединений. Много серы содержится в рапсовом
шроте, ботве кормовой свеклы, дрожжах, рыбной муке.
Из неорганических соединений сульфат-ионы сразу же
всасываются кишками. Часть усваивается бактериями
пищевого канала (особенно в преджелудках жвачных) и
переводится в органическую. Органические серосодер­
жащие соединения (белки, пептиды) организм усваива­
ет после предварительного расщепления в пищевом
канале.
Сера участвует в биосинтезе кератинов шерсти,
многих белков, гормонов, хондроитинсерной и таурохолевой кислот. Некоторая часть ее подвергается
окислению, превращаясь в серную кислоту, которая
используется клетками печени для нейтрализации ток­
сических продуктов в виде парных соединений - фенолсерной кислоты, животного индикана. Из организма
выводится с мочой, калом, потом (у овец-с жиропо­
том) в виде сульфатов или эфиров с фенолами. При
недостатке серы наблюдаются потеря аппетита, выпа­
дение шерсти, слюно- и слезотечение и др. У коров
220
потребность в сере составляет 1 г на 1 кг сухого
вещества корма.
М икроэлементы. Й о д. В организме животных йода
содержится до 0,027% общей массы. Йод необходим для
синтеза гормонов щитовидной железы. Богаты им мор­
ские водоросли (фукус, филлофора, ламинария) и не­
которые губки. Много его в рыбной муке, сухом жоме,
зерне злаков. В организм йод поступает с кормом,
водой и воздухом. Всасывается в желудке и прокси­
мальных участках пищевого канала. Йодиды всасы­
ваются быстрее, чем йод, связанный с белками и
аминокислотами. Часть йода всасывается с помощью
белковых переносчиков. В крови содержится 39,478,8 нмоль/л йода. Д о 90% всего йода поглощается
щитовидной железой. Много его содержится в тканях
щитовидной железы, печени, кожи, почек, яичника,
лимфоузлов и коры больших полушарий. Около 2/з йода
крови находится в виде тироксина, ди- и трийодтиронинов, остальной связан с белками, в основном с
альбуминами. Характеризуется интенсивным обменом
(после введения
I он через 10-15 мин появляется
в щитовидной ж елезе).
Избыток йода из организма удаляется с мочой,
потом, молоком, незначительно - с калом, выдыхаемым
воздухом.
Обмен йода в организме регулируется тиреотропином. В отдельных биогеохимических провинциях (ча­
ще — в горных районах) у животных наблюдается энде­
мический зоб из-за недостатка йода в почве, кормах
и воде, затухает основной обмен, окислительное фосфорилирование, подавляется синтез белка, патологи­
чески откладывается жир, замедляется рост и сни­
жается продуктивность. Д ля восполнения недостатка
этого элемента применяют йодированную поваренную
соль (10-25 г йодида калия на 1 т соли). Потреб­
ность в йоде, например, молочных коров и овцематок
составляет 0,1-0,8 мг на 1 кг сухого корма, сви­
ней - 0,2, птиц - 0,15 мг.
Фтор.
В организме животных он составляет
0,009% общей массы. Участвует в образовании опорных
тканей, особенно костной, и зубов. Оказывает дейст­
вие на активность многих ферментов и на обмен ве­
ществ в целом. Особенно богаты им рыбная (232 мг/кг
221
сухого вещества), а также животная мука, свекольная
ботва и рапсовый шрот.
В организм животного поступает больше с водой,
чем с кормами. В пищевом канале всасывается до 80%
поступившего фтора. Быстро поглощается щитовидной
железой, почками и надпочечниками. Концентрируется
в эмали зубов, дентине, диафизах и эпифизах костей,
селезенке, волосах и шерсти, плазме крови, эритро­
цитах, ликворе и молоке в виде фторапатита и других
соединений. С возрастом содержание фтора в организ­
ме возрастает. Основная масса его депонируется в
костях (до 95%). Выделяется с мочой, калом и потом.
При недостатке фтора в рационе и питьевой воде
развиваются кариес зубов и остеопороз костей. Избы­
ток его в рационе и питьевой воде приводит к фторо­
зу зубов (появлению темных пятен на зубной эмали) и
их быстрому изнашиванию, деформации костей скелета
и суставов, ограничению подвижности и возникновению
парезов. При недостатке фтора применяют фтори­
рование воды (1 мг/кг). Содержание его в кормах 110 мг/кг удовлетворяет потребность животных в
микроэлементе.
Ж е л е з о . В организме животного оно состав­
ляет до 0,005% общей массы. В основном сосредоточе­
но в гемоглобине, ферритине и гемосидерине, миоглобине, цитохромах, каталазе, трансферринах и других
соединениях. Железо - составная часть многих бел­
ков, необходимый микроэлемент для кроветворения и
биологического окисления. В организм животного по­
ступает с кормом и питьевой водой. Железом богаты
кровяная и рыбная мука, сухой жом, зеленые корма,
силос и солома злаков.
Всасывание происходит в тощей кишке, желудке,
преджелудках (у жвачных) и частично в толстой киш­
ке. Вначале железо поглощается слизистой оболочкой
кишок, затем с помощью белковых переносчиков прони­
кает в кровь. На усваиваемость его влияют различные
экзо- и эндогенные факторы. Под влиянием НС1 желу­
дочного сока ионы Fe2+ превращаются в ионы Fe3* и с
помощью ферритина слизистых оболочек всасываются. У
молодняка всасывается до 60%, у взрослых живот­
ных - до 1-10% поступившего в организм железа. Око­
ло 90% его концентрируется в красном костном мозгу.
Часть железа депонируется в печени, селезенке,
222
стенке кишок в виде ферритинов и гемосндерина. Из­
быточное содержание железа выделяется с калом,
частично с мочой, молоком, у птиц - в составе яйца.
Обмен железа в организме регулируется центрами
гипоталамуса на уровне РЭС и печени. Содержание его
в крови уменьшается при анемиях, отравлениях гемо­
литическими ядами, гемолитических желтухах. Иногда
в организме откладывается экзогенное железо (в виде
Fe2Oj). Суточная потребность в железе у молочных
коров составляет 40 мг/кг сухого вещества корма, у
телят - 70-80,
у
овец - 40-50,
у
свиней - 40,
у
поросят —до 100, у птиц-4 0 -5 0 мг/кг.
Ц и н к . Количественное содержание цинка в орга­
низме животных составляет 0,003% общей массы.
Цинк - составная часть металлоэнзимов: дегидроге­
наз,
пептидаз,
трансфосфорилаз,
карбоангидразы,
уриказы, фосфатаз, альдолазы, уреазы. Является ак­
тиватором и ингибитором многих ферментов-. Входит в
состав молекулы инсулина, активирует действие адре­
налина, тестостерона, фолликулина, пролана, антидиуретического и гонадотропного гормонов. С нали­
чием цинка в организме связаны процессы клеточного
дыхания, роста и развития, обмен белков, нуклеино­
вых кислот, липидов и углеводов, плодовитость, им­
мунитет, гемопоэз, энергетический обмен.
Зеленые корма содержат цинка до 30 мг/кг сухого
вещества. Богаты им сенная мука, пшеничные отруби,
рыбная мука. У большинства животных он всасывается
в тонкой кишке, у жвачных, кроме того, в сычуге, у
птиц - в мышечном желудке. Депонируется в печени,
после чего поступает в другие органы и ткани.
В организме животного находится главным образом в
виде комплексных соединений с белками. Больше всего
цинка содержится в тканях глаза, особенно в сет­
чатке (0,25% ), а также в печени, поджелудочной же­
лезе, аорте, селезенке.
Обмен цинка в организме регулируется щитовидной
железой. При недостатке его в рационе замедляется
рост животных, выпадает шерсть, возникают поносы,
дерматиты, анемия, снижается продуктивность, насту­
пает бесплодие, истощение и гибель. Содержание цин­
ка в тканях возрастает при аноксии и асфиксии,
уменьшается - при лейкозах, раке, нефритах, гепа­
титах, артритах. Оптимальная потребность для всех
223
сельскохозяйственных животных и птицы -40-5 0 мг/кг
сухого корма.
Кобальт.
В организме наземных животных
кобальт составляет 0,000001-0,000075% общей массы.
Он является составной частью ряда металлоэнзимов:
изомераз,
транскарбоксилазы,
глицил-глициндипептидазы; активатором ферментов: пируваткарбоксилазы, рибофлавинкиназы, костной щелочной фосфатазы, аргиназы и др.; составной частью витамина В^
и других веществ. Активирует процессы кроветворе­
ния, ускоряет рост, синтез нуклеиновых кислот и
мышечных белков, ассимиляцию азота и основной об­
мен. Богаты кобальтом рапсовый шрот, рыбная мука,
дрожжи, отруби пшеничные, свекольная ботва.
В организме всасывается в пищевом канале 30-40%
поступившего с кормами кобальта. Здесь же он ис­
пользуется микробами для биосинтеза витамина В12 (у
жвачных - в преджелудках, у нежвачных - в слепой и
ободочной кишках). После поступления в кровеносное
русло депонируется вначале в печени, затем в других
органах: в поджелудочной и вилочковой железах, поч­
ках, селезенке, надпочечниках. В печени овцы, на­
пример, содержится 10-40 мкг кобальта, в мышцах200-300 мкг. Выделяется из организма с мочой, сек­
ретами пищевого канала и желчью. В молоке коровы
содержится 8-18 мкг кобальта на 1 кг. Отсутствие
кобальта в рационе животных приводит к акобальтозу
(замедляется рост, снижается продуктивность, появ­
ляется анемия).
М е д ь . В организме животных содержится около
0,00015% меди. Медь входит в состав многих белков
печени, красного костного мозга, плаценты, молока,
пигментов и металлоэнзимов: ЦХО, тирозиназы, аскорбиноксидазы, аскорбинкиназы, альдолазы и др. Медь
участвует в биосинтезе гемоглобина, эластина, фер­
ментов каталазы и пероксидазы. В организме животных
медь находится в связанном (в основном с белками) и
свободном (в виде ионов) состоянии. Ионы Си2* обла­
дают окислительными свойствами: они могут превра­
щать сульфгидрильные группы в дисульфидные. Ионы
Си2+ ингибируют действие щелочной фосфатазы, ами­
лаз, липаз, пепсина, /3-глюкуронидазы и ускоряют
окисление витамина С. Витамин А и каротиноиды угне­
тают каталитическое действие меди. Медь усиливает
224
использование тканями витаминов Е и К, активирует
действие инсулина и тормозит действие адреналина,
стимулирует деятельность гормонов гипофиза и пролана,
устраняет
токсическое
действие
тироксина.
Богаты медью клевер, жом, дрожжи, свекольная ботва,
соевый шрот, животная мука.
Всасывается она в желудке и тонкой кишке (у цып­
лят главным образом в желудке). Интенсивность вса­
сывания зависит от состава кормов. Соли меди с
аминокислотами и жирными кислотами всасываются л у ч ­
ше, чем соли минеральных кислот. Транспортируется
белками крови, в основном альбуминами, в купферовы
клетки печени, где и депонируется. Из печени медь
поступает в другие органы и ткани. Избыток ее выде­
ляется с желчью, почками, кожей, слизистыми обо­
лочками дыхательного аппарата. У самок во время
лактации часть меди выделяется с молоком.
При недостатке меди крупный рогатый скот болеет
«лизухой*. Развивается анемия, возникают поносы,
зуд кожи, нарушаются функции неррной, мышечной,
кровеносной и половой систем. У овец развивается
энзоотическая атаксия, сопровождаемая высоким про­
центом гибели ягнят. У козлят возникают спастичес­
кие парезы - «провисшая спина». Добавка в корм меди
в виде сульфида устраняет эти явления. Потребность
животных в меди - 8-5 мг/кг сухого корма. Избыток
ее (чаще всего в концентратах) приводит к отравле­
ниям (метгемоглобинемии, желтухе, гемоглобинурии) и
к гибели.
Б р о м . В организме животных его содержится до
0,002% общей массы. Участвует в регуляции нервной
деятельности и эякуляции. Является
ингибитором
амилаз.
В организм поступает с кормом, минеральными под­
кормками, водой и воздухом (на побережье морей и
океанов). Всасывается бром в основном в тонкой киш­
ке. Депонируется в печени, затем поступает в другие
органы и ткани.
При определенных условиях бром может вытеснять
йод из его органических производных, что приводит к
йодной недостаточности. Адреналин задерживает выве­
дение брома из организма. Избыток брома выделяется
из организма с мочой, незначительно - с калом и
потом, у л актирующих животных - с молоком. Потреб­
15-1281
225
ность животных в броме удовлетворяется за счет по­
варенной соли, в которой содержится до 0,1 % брома,
а также растительных кормов с высоким содержанием
брома (чечевица, фасоль, горох).
Б о р . В организме наземных животных он состав­
ля ет 0,000001-0,00001% общей массы. Больш е всего
его содержится в зубах и костях (16-138 мг/кг су хо ­
го вещества). Бор замедляет азотистый обмен, спо­
собствует отложению жира, усиливает гипогликемический эффект инсулина, угнетает деятельность неко­
торых ферментов (щ елочной фосфатазы, уреазы, арги­
назы, холинэстеразы ), инактивирует витамины В2 и
В и. Поступает в организм с кормами и питьевой во­
дой. Всасывается в тонкой кишке. О коло 50% его д е­
понируется в костях и других органах. Избыток выде­
ляется с мочой и частично с калом. При повышенном
содержании бора в кормах у животных возникают бор­
ные энтериты, нефриты, гепатиты, стерильность, оте­
ки мозга. Д ля предупреждения борных эндемий прово­
дят регулярные подкормки животных сульфатом меди
(для о в е ц - 3 0 мг в сутки).
М а р г а н е ц . В организме млекопитающих его в
среднем содержится 0,00005% общей массы. Он усили ­
вает процессы роста, кроветворения, биосинтез нук­
леиновых кислот, белков, холестерина, антител. Я в­
ляется составной частью некоторых металлоэнзимов,
активатором глюкокиназы, фосфатаз и гексокиназ.
Стимулирует действие гормонов передней доли гипо­
физа, андрогенов, инсулина. Активирует ряд реакций
гликолиза и цикла трикарбоновых кислот.
Богаты марганцем свекольная ботва (104 мг/кг
сухого вещества), а также рапсовый шрот, пшеничные
отруби, дрожжи, клевер. Поступает в организм с кор­
мами и частично с водой. Всасывается в тонкой киш­
ке, затем с током крови попадает в печень н другие
органы и ткани. В мышцах и крови концентрация его
не превышает 1 мг/кг. Большая часть поступившего с
кормом марганца выделяется с желчью, остальное ко­
личество - с мочой, потом, у самок - с молоком, у
самцов - с эякулятом.
При недостатке в кормах марганца уменьшаются
процессы роста, окостенения, у птиц развивается
деформация костей конечностей и крыльев, у коров
наблюдаются анемия, тетания, снижается молочная
226
продуктивность, у молодняка - анемия и рахит. И збы ­
ток марганца тоже приводит к возникновению марган­
цевого рахита. Суточная потребность животных со­
ставляет 40-60 мг/кг сухого корма.
Молибден.
В организме
м лекопитаю щ их
и
птиц его содержится 0,00001% общей массы. М олибден
участвует в окислительно-восстановительных процес­
сах, входя в состав м олекул некоторых ферментов,
оказывает влияние на обмен пуриновых и пиримидино­
вых оснований, белков, липидов, углеводов, витами­
нов и др. Больше всего его выявлено в лю церне (2,63
мг/кг сухого вещества), клевере и чине луговой.
В организме животного всасывается на протяжении
всего пищевого канала, затем с током крови посту­
пает в печень и другие органы. Содержится в костях
(0,2-12 мг/кг сухой массы), печени, ж елчи. Богаты
молибденом белое и серое вещество мозга, п одж елу­
дочная и щитовидная железы, семенники. И збы ток м о­
либдена выделяется с мочой, калом и потом, у са­
мок - с молоком.
При повышенном содержании у животных возникают
токсикозы, которые проявляются в наруш ениях пурино­
вого обмена и сильном истощении. Токсикоз чащ е все­
го встречается у крупного рогатого скота, реже - у
овец. При токсикозе нарушается прочность костей,
возникает анемия, у самцов ослабевает сперматоге­
нез,
появляется
бесплодие.
Токсическое
действие
молибдена снимается введением в состав рациона
меди.
Суточная
потребность
в
молибдене - 0,02—
0,10 мг/кг сухого вещества корма.
Селен.
Большинство
животных
содержат
до
0,0000035-0,000035% его по отношению к общей массе.
Селен обладает антиоксидантными свойствами, прини­
мает участие в окислительном фосфорилировании, вме­
сте с витамином Е выполняет функции катализатора в
процессах переноса электронов, в комплексе с вита­
минами А и Е оказывает радиозащитное действие,
участвует в иммунобиологической реактивности и вы­
работке устойчивости к анафилактическому ш оку, ин­
гибирует действие цитратгидролазы, повышает вос­
приятие сетчаткой глаза световых лучей. Н аибольш ее
количество селена выявлено в сене бобовых, марено­
вых, крестоцветных и сложноцветных (до 1000 мг/кг
сухой массы).
1 ,5*
227
Селен всасывается на протяжении всего пищевого
канала (у жвачных - в основном слизистой оболочкой
преджелудков, у лошади —слепой кишки). В процессе
всасывания принимают участие белковые переносчики.
У жвачных часть селена минеральных солей под влия­
нием ферментов микрофлоры включается в аминокислоты
и в таком виде всасывается. В организме селен тран­
спортируется вначале альбуминами крови, затем а - и
/3-глобулинами. Около 79% селена поглощается эритро­
цитами, остальная масса депонируется клетками по­
чек, печени и других органов. В крови селен нахо­
дится в составе соединений с белками, пептидами и
аминокислотами, а также в виде свободных ионов.
Выделяется соками кишок, с выдыхаемым воздухом,
частично с мочой, у самок - с молоком. Повышенное
содержание селена приводит к токсикозам, которые
проявляются в виде острой и хронической форм. Нару­
шаются деятельность оксидоредуктаз (особенно С Д П ,
биосинтез метионина, рост покровных и опорных тка­
ней, возникают анемии. Недостаток селена в кормах
приводит к возникновению беломышечной болезни (чаще
у
ягнят), появляются
бесплодие
(у
овцематок),
экссудативный диатез (у цыплят) и некротическая
дегенерация печени. Суточная минимальная потреб­
ность селена для всех животных составляет примерно
0,1 мг/кг сухого вещества корма.
Х р о м . Его содержание в организме животного
достигает 0,001-0,0001%. Участвует в остеогенезе,
обмене нуклеиновых кислот и углеводов, в регуляции
деятельности щитовидной железы, в процессах крове­
творения, активирует трипсиноген, усиливает гипогликемическое действие инсулина. Много хрома содер­
жат животная мука (1,35 мг/кг сухой массы), рапсо­
вый шрот, сухой жом, люцерна.
В организме животного всасывается в кишках. До
50% хрома депонируется в костях, мышцах, коже и
других органах. Много его содержится в гипофизе
(0,003% ), щитовидной и поджелудочной железах, над­
почечниках и яичнике. Из организма выделяется в
основном с мочой, частично —с калом и потом, у
лактирующих самок - с молоком.
Большие дозы хрома (особенно шестивалентного)
вызывают отравления. Суточная потребность животных
228
в хроме составляет 300-500 мкг/кг сухого вещества
корма.
Н и к е л ь . В организме животных его содержится
0,000001%. Он активирует фермент аргиназу, влияет
на окислительные процессы. В организм поступает с
кормами, частично с водой. Всасывается в основном в
тонкой кишке. Накапливается в печени, почках, под­
желудочной железе и других органах. Из организма
выводится с калом, мочой и потом.
Некоторые растения накапливают большие количест­
ва микроэлемента. Это приводит к избытку в организ­
ме животного никеля. Так, в шерсти его оказывается
0,00013%, в кож е-0,0005, в рогах-0,00003% . Воз­
никают токсикозы, которые чаще всего проявляются в
кератитах и кератоконъюнктивитах. На роговице раз­
виваются язвы или бельмо. Заболевание завершается
слепотой.
М ы ш ь я к . Содержание мышьяка в организме жи­
вотных достигает 0,0000008-0,00002% общей массы.
Установлено, что он участвует в реакциях гликолиза,
окислительном распаде сложных углеводов, брожении и
других процессах. Арсенаты ускоряют реакции глико­
лиза и распад гексозофосфатов, арсениты тормозят
окислительно-восстановительные реакции и процессы
дыхания эритроцитов. Много мышьяка в луговом сене,
люцерне и клевере, мало в картофеле. Всасывается в
составе органических соединений на 50% быстрее, чем
в составе минеральных. Депонируется в коже и ее
производных, щитовидной железе, печени, миокарде,
слизистой матки. Из организма выводится в основном
с мочой, потом, калом, у лактирующих самок - с мо­
локом.
В небольших дозах используется в птицеводстве в
качестве стимулятора роста и яйценоскости. Избыток
в кормах вызывает отравления: потерю аппетита, дер­
матиты, параличи, поносы и гибель. Млекопитающие
более чувствительны к этому, чем птицы.
С т р о н ц и й . В золе, получаемой при сжигании
тела животного, содержится 0,0005% его. Он участ­
вует в остеогенезе, процессах свертывания крови и в
некоторых ферментативных реакциях в качестве инги­
битора или активатора. Растительные корма содержат
стронция от 2 до 500 мг/кг сухой массы.
Стронций всасывается в краниальной части тонкой
229
кишки. Из кормов, богатых кальцием и фосфором, он
всасывается хуже, чем из кормов, бедных ими. Накап­
ливается в костной ткани, частично в других органах
и тканях. С возрастом его количество в организме
возрастает. У жвачных и кроликов избыток стронция
из организма выводится преимущественно с калом, у
человека и обезьян - с мочой. Много стронция в
желчных и почечных камнях.
При избытке стронция у животных возникает строн­
циевый рахит, или уровская болезнь: замедляется
рост, наступает истощение организма, размягчаются
кости и возникают переломы - ионы Sг * вытесняют
ионы Са2+ из молекулы апатита в костной ткани.
Большую
опасность
для
организма
представляет
^Sr - радиоактивный стронций, который быстро вса­
сывается и может накапливаться в костях, способст­
вуя развитию лейкемии и раковых заболеваний. Накоп­
ление ^Sr можно затормозить, ограничивая в рационе
витамины группы D и увеличивая содержание в орга­
низме фосфора и кальция.
К а д м и й . Содержание его в организме животных
в расчете на сухое вещество достигает 0,000040,003%. Он влияет на углеводный обмен, усиливая и
удлиняя гипергликемический эффект адреналина. Сти­
мулирует синтез гиппуровой кислоты в печени, яв­
ляется активатором уреазы, аргиназы и некоторых
других ферментов. Биохимическая активность кадмия
связана с его влиянием на активность некоторых фер­
ментов и гормонов путем связывания сульфгидрильных
групп, входящих в состав активных центров. В металлоферментах (например, в карбоксипептидазе) кадмий
заменяет цинк, способствуя повышению эстеразной и
снижению пептидазной активности. Содержание кадмия
в растениях составляет 0,0001%.
Всасывается он главным образом в тонкой кишке.
Всасывание его усиливает цинк в концентрациях
10 -10 *5 мкг. Депонируется в почках и печени. И з­
быток выводится с мочой и калом.
Избыток кадмия в рационах способствует развитию
гипертонической болезни, гиперплазии костного моз­
га, гипохромии и микроцитарной анемии, возникнове­
нию бесплодия у самцов и др.
В а н а д и й . В организме животных содержится
его 0,000015-0,0008%. Он активирует окисление фос230
фатидов в гепатоцитах, ингибирует синтез холестери­
на из ацетата и мевалоновой кислоты, вызывает уве­
личение количества ретикулоцитов, эритроцитов и
повышает уровень гемоглобина в крови.
В тканях растений содержится ванадия 1-4 мг/кг
сухого вещества. Всасывается медленно в пищевом
канале. Депонируется в костях, зубах (предохраняет
от кариеса), печени, почках и других органах. В
коренных зубах сохраняется на 90-е сутки после вве­
дения. Выводится из организма с мочой и калом.
Избыток ванадия в рационе (50 мг/кг сухой массы)
приводит к поносам и гибели животных. При недостат­
ке его в кормах возникают инфаркт миокарда и ишеми­
ческая болезнь сердца.
Отмечен антагонизм между марганцем и ванадием:
при низком содержании марганца в костях свиней наб­
людалось увеличение содержания ванадия и наоборот.
Б а р и й . Содержание его в организме животных
обычно не превышает 0,000001-0,000009% массы тела.
В организм животного он поступает с кормами. Содер­
жание бария в золе растений колеблется от 0,06-0,2
до 3% . Больше его в корнях и ветвях, м еньш е-в
листьях.
Барий медленно всасывается в желудке и тонкой
кишке. Больше всего его в селезенке, мышцах, мозгу
и надпочечниках. Выводится из организма с калом и
мочой.
Растительные корма, содержащие много бария (до
2-3% в золе), вызывают у травоядных животных отрав­
ление. Предельно допустимое содержание бария в
питьевой воде - 4,0 мг/л. Количество бария в крови
уменьшается при ишемической болезни сердца, атеро­
склеротическом кардиосклерозе, хронической коронар­
ной недостаточности, инфаркте миокарда.
С в и н е ц . Содержание его в организме животно­
го обычно не превышает 0,0001-0,0009% массы тела. В
растительной золе количество его в пределах 0,001%.
За сутки в организм человека поступает до 0,3 мг
свинца. Безопасный суточный уровень свинца —0,2-2
мг. Основное депо (90% ) в организме - скелет. Много
свинца сконцентрировано в почечных камнях. Его ко­
личество
возрастает при хроническом отравлении
(плюмбизме и сатуризме). Выводится из организма
главным образом с калом и мочой.
231
При избытке свинца в организме возникают отрав­
ления (малокровие, свинцовые колики, токсический
гепатит, парез, паралич).
Титан.
В организме наземных животных его
содержится 0,0002%, м о р с к и х -о т 0,0002 до 0,02%
общей массы тела. Он - активатор многих ферментных
систем, участвующих в гемопоэзе и в рефлекторной
деятельности. В наземных растениях содержание тита­
на не превышает 0,0001%, в м о р с к и х -о т 0,0036 до
0,04% .
Титан плохо всасывается в пищевом канале. Депо­
нируется в роговых образованиях, волосах, шерсти,
коже, селезенке, надпочечниках, щитовидной железе,
плаценте, хрусталике глаза, бронхах, легких, нерв­
ной ткани, эпителии. За сутки в организм человека в
среднем поступает 0,85 мг титана. Выводится из ор­
ганизма с мочой и калом. У самок в период лактации
часть титана выделяется с молоком. Малотоксичен.
Участвует в процессах иммуногенеза, с возрастом его
количество
в
организме
возрастает.
Способствует
окостенению хрящей гортани. Содержание в крови
уменьшается при язве желудка, железодефицитной ане­
мии, гепатитах и тиреотоксикозе, возрастает - при
раке толстой кишки.
Т а л л и й . В организме животного он составляет
4-10‘ s% общей массы. Поступает с кормом, водой и из
воздуха. Всасывается слизистыми оболочками, в ос­
новном пищевого канала. Депонируется в печени, мыш­
цах, тонкой кишке и медленнее —в коже и шерсти.
Выделяется с мочой, калом, потом и частично с выды­
хаемым воздухом, у лактирующих коров - с молоком.
Таллий и его производные раньше применяли для борь­
бы с грызунами, приготовления лечебных мазей и пла­
стырей (для удаления волос). Радиоактивный таллий
204Т1 применяется как источник / 3 - и з л у ч е н и я в радиоизотопных приборах.
Таллий и его соединения ядовиты. Предельно
допустимая
концентрация
его
в
воздухе — 1,5 • 5-10"4 мг/л. Содержание таллия в кормах и воде в
дозе 8 мг/кг в пересчете на его ацетат смертельно.
При поступлении избытка таллия в организм (с пищей,
водой и из воздуха) возникают острые и хронические
отравления. Симптомами отравления через 1-2 сут
служат тошнота, рвота, боли в животе, поносы, запо­
232
ры, воспалительные явления в органах дыхания. Через
2-3 нед выпадают волосы и наблюдаются явления ави­
таминозов (сглаживаются слизистые оболочки языка,
образуются трещины в углах рта и др.). В дальнейшем
появляются судороги, развиваются полиневриты, нару­
шается психика, мутнеет хрусталик, теряется зрание,
развиваются рахитоподобные изменения в костной тка­
ни и т. д. При лечении промывают желудочно-кишечный
тракт водой с активированным углем, 0,3%-ным раст­
вором Ы аАОз, дают слабительное.
В тканях организма животных найдены и другие
микро- и ультрамикроэлементы: кремний, литий, бе­
риллий, скандий, алюминий, галлий, германий, руби­
дий,
цирконий,
серебро,
олово,
сурьма,
цезий,
ртуть, висмут, радий, торий, уран и др. Многие из
них попадают в организм случайно, с кормом, водой,
воздухе*!, некоторые - составная часть тканей.
Биогеохимические зоны
и биогеохимические провинции
Усилиями советских ученых подробно изучено со­
держание макро- и микроэлементов в различных зонах
страны. В. И. Вернадский в 1922 г. установил связь
между химическим составом почвы, растений и живот­
ных и сформулировал триаду: почва - растение - жи­
вотное. А. П. Виноградов в 1939 г. выдвинул идею о
существовании на Земле биохимических провинций,
отличающихся содержанием различных химических эле­
ментов. В. В. Ковальский в 1974 г. создал карту
биогеохимического районирования б. СССР (рис. 27).
Вся биосфера страны разделена на биогеохими­
ческие зоны, или регионы, площадь которых в основ­
ном совпадает с почвенно-климатическими зонами. Они
характеризуются единством климата, почвообразова­
тельных процессов, содержанием и соотношением в
почве и растениях отдельных химических элементов,
общей флорой и фауной, общими признаками и взаимны­
ми связями для звеньев биогеохимической цепи: поч­
ва - растение - животное.
Биогеохимические зоны делятся на субрегионы, или
зональные биогеохимические провинции, в которых
сочетаются признаки зон по концентрациям, соотно233
Рис. 27. Биогеохимические зоны и провинции бывшего СССР (по В . В, Ковальскому)
В. В. Ковальский <1899—1984)
шениям отдельных химических элементов и биологи­
ческим реакциям, и азональные, признаки которых не
соответствуют характеристике зон. Азональные биогеохимические провинции размещены над рудными тер­
риториями Земли.
Геохимические факторы имеют экологическое значе­
ние, поскольку имеются взаимоотношения живых орга­
низмов со средой, обусловливающей их существование,
выживание, развитие, размножение и продуктивность.
Эти вопросы изучает такая наука, как геохимическая
экология.
Все химические элементы, которые в природных
условиях образуют растворимые в воде соединения, в
составе пищи, питьевых вод и воздуха попадают в
растения, организм животного и человека, образуя
пищевые цепи, или цепи питания.
Недостаток или избыток в среде определенных макро- и микроэлементов приводит к избытку или недо­
статку их в растениях, в организме животного или
человека.
Часть организмов к этим условиям приспосабли­
вается, у некоторых же возникают эндемические забо­
левания. Это сказывается на выживаемости вида ра­
стений или животных и их продуктивности.
235
Микроэлементы
ПО Ч ВЫ
»
Растения
Л
<► К орм е и пищевые
растительные
вещества
\
Микроэлементы
горных пород
Микроэлементы
воздуха
А
Микроэлементы
воды
Организмы
человека
и животных
/
Корма и пищевые
Животные
п р ом еж уточн ы е-»’ вещества животного
происхождения
В. В. Ковальский разделил территорию страны на
следующие биогеохимические зоны и провинции:
Таеж но-лесная нечерноземная зона. Биологические
реакции определяются недостатком кальция, фосфора,
калия, кобальта, меди, йода, молибдена, бора и цин­
ка. Марганец содержится в достаточном количестве, а
стронций - в избытке, особенно в поймах рек. В зоне
различают четыре провинции (см. рис. 27):
1 - провинции, бедные кобальтом, медью, йодом,
кальцием и фосфором. У животных этих провинций на­
рушен обмен веществ, что вызвано недостатком пере­
численных элементов;
2 - провинции, бедные йодом и кобальтом;
3 - провинции, обогащенные стронцием, но бедные
кальцием;
4 - провинции с нормальным содержанием меди и
кобальта, а также обогащенные бором и стронцием на
мерзлотных почвах.
Лесостепная и степная черноземная зона (см.
рис. 2 7 ,5 ). Биологические реакции организмов здесь
определяются достаточным количеством кальция, ко­
бальта, меди и марганца, сбалансированностью йода,
цинка и молибдена с другими элементами, иногда не­
достатком калия, реже —бора, чаще —фосфора.
Сухостепная, пустынная, полупустынная зона (см.
рис. 2 7 ,6 ). Биологические реакции организмов в
этой зоне определяются повышенным содержанием суль­
фатов, бора, цинка (часто стронция), высоким содер­
жанием молибдена, низким - йода, меди, иногда ко­
бальта, на территориях пустынь - избытком нитритов
236
и нитратов. Кроме того, здесь есть провинции, со­
храняющие признаки зоны и имеющие свойства, харак­
терные для определенных территорий:
7 —провинции с относительно недостаточным со­
держанием меди, избытком молибдена и сульфатов;
8 - провинции, богатые бором; встречаются про­
винции, бедные йодом и цинком.
Горные зоны
(см. рис. 27,9).
Биологические
реакции в горных зонах определяются повышенным со­
держанием или недостатком различных элементов, чаще
всего йода и избытком кобальта.
Биогеохимические провинции, признаки которых не
соответствуют характеристике зон (см. рис. 27, 1022). Эти провинции встречаются в различных зонах:
10-богаты е кобальтом;
11 - бедные йодом и марганцем;
12 - богатые свинцом;
13-богаты е молибденом;
14-богаты е кальцием и стронцием;
15 - обогащенные селеном;
16- с нарушенным соотношением меди, молибдена и
свинца;
17-богаты е редкими элементами;
18- с избытком фтора;
19 - обогащенные медью;
20 - с нарушенным обменом меди;
2 1 —богатые никелем, магнием, стронцием, бедные
кобальтом и марганцем;
22 —богатые никелем.
Приведенные выше данные следует учитывать при
составлении рационов, проведении профилактических
мероприятий в животноводстве и лечении больных жи­
вотных в различных зонах и провинциях страны.
Контрольные вопросы
1. Каково значение минеральных веществ для организма жи­
вотных?
2. Как происходит всасывание, промежуточный и конечный
обмены минеральных веществ, каковы их регуляция и патология?
3. Проанализируйте значение и обмен в организме животных
отдельных макроэлементов (кальция, фосфора, магния, калия,
натрия, хлора, серы) и микроэлементов (йода, фтора, железа,
цинка, кобальта, меди, брома, бора, марганца, молибдена, селе­
на, хрома, никеля, мышьяка, стронция, кадмия, ванадия, бария,
свинца, титана, таллия и др.).
4. Дайте характеристику биогеохимических зон и провинций
СССР.
237
ГЛАВА 8
ВИТАМИНЫ
Общ ие сведения
Витамины (от лат. vita - жизнь) - группа низко­
м олекулярны х
органических
веществ
разнообразной
химической природы, необходимых для существования
живого организма в ничтожно малы х количествах по
сравнению с основными продуктами питания. Перво­
источником
витаминов
являются
главным
образом
растения. Человек и животные получаю т витамины с
растительной пищей или через продукты животного
происхождения: молоко, мясо, яйца. Частично потреб­
ность животных в витаминах, особенно у жвачных,
удовлетворяется за счет их синтеза микроорганизмами
в пищевом канале.
Животные-копрофаги (например, кролики) могут
получать некоторые витамины, поедая собственный
кал, в котором содержатся витамины, синтезируемые
микробами толстой кишки.
^Отсутствие витаминов в кормах или нарушение про­
цессов их усвоения приводит к авитаминозам, недо­
статочное поступление в организм - к гиповитаминозам, избыток в кормах - к гипервитаминозамЛ Это
отрицательно сказывается на многих реакциях "обмена
веществ, приводит к замедлению процессов роста и
развития животных, снижению уровня продуктивности и
уменьшению сопротивляемости организма заболеваниям.
цВитамины являются регуляторами обмена веществ.
^ • И з многих витаминов в организме образуются фермен­
ты —биокатализаторы, с помощью которых осущест­
вляются реакции обмена веществ.
Явления гипо- и авитаминозов могут быть вызваны
присутствием в кормах антивитаминов —структурных
. аналогов витаминов: они вытесняют витамины из соот­
ветствующих реакций обмена веществ и не способны
выполнять их функции. Кроме того, роль антивитами­
нов могут выполнять соединения, которые инактиви­
руют витамины, расщепляя их на простые вещества,
или образуют с витаминами химически неактивные
комплексы./
Значение витаминов для организма впервые доказал
Н. И. Л унин (1853-1937) в экспериментах на двух
группах белы х мышей. Животным первой группы он да238
вал
искусственный
рацион
(вода + казеин + лакто­
за + жир + со ли ), второй - молоко. Через 20-30 сут
животные первой группы погибали. Исследователь при­
шел к выводу, что для организма человека и живот­
ных, кроме основных продуктов питания, необходимы
еще какие-то вещества. Опыты Н. И. Лунина вскоре
подтвердил К. А. Сосин. Голландский врач X. Эйкман,
работающий в тюремном госпитале на острове Ява, в
1896 г. установил, что заболевание людей «берибери» можно устранить добавлением в пищу больным
неочищенного риса. Ф . Гопкинс в 1906 г. назвал ве­
щества, предохраняющие человека и животных от ана­
логичных заболеваний, дополнительными факторами
питания. К. Функ__(1884-1967) получил из рисовых
отрубей кристаллическое вещество, содержащее азот,
ft назвал его витамином - амином, необходимым для
жизни. Он предложил рассматривать ряд болезней
(«бери-бери», пеллагру, рахит, цингу и др.) как
следствие отсутствия или недостаточного поступления
с пищей соответстующих витаминов и назвал такие
нарушения авитаминозами.
Работы, выполнен­
ные в нашей стране и
за рубежом по изуче­
нию витаминов, послу­
жили основой для соз­
дания учения о витаминах-витаминологии.
В настоящее время
науке известно свыше
30 витаминов. По мере
открытия их обознача­
ли буквами латинского
алфавита и называли
по биологической ро­
ли: витамин А - аксе­
рофтол, витамин Е токоферол и т. д. В
дальнейшем буквенные
обозначения пришлось
расширить,
так
как
выявлялись новые ин­
дивидуальные вещества
близкого, а налоги чноН. И. Лунин (1853-1937)
239
го или нового биологического значения. К буквенным
обозначениям стали
присоединять цифровые. Так,
вместо одного наименования «витамин В» возникла це­
лая группа - от витамина Bi до витамина Вц. По
мере расшифровки структуры м олекул витаминов им
стали давать химические названия: никотинамид, пиридоксаль, тиамин, рибофлавин и т. д. Таким обра­
зом, в настоящее время используются буквенные, три­
виальные (названные по специфическому действию на
организм) и химические наименования IU P A C отдельных
витаминов.
Существует несколько классификаций витаминов.
Основные из них - физическая и химическая. Согласно
физической классификации все витамины по признаку
растворимости в жирах или воде делят на две группы:
жиро- и водорастворимые. Эта классификация является
общепризнанной. Некоторые ученые выделяют еще одну
группу - витаминоподобные
соединения.
Химическая
классификация
витаминов
основана
на
характере
строения молекул: витамины алифатического ряда,
витамины алициклического ряда, витамины аромати­
ческого ряда, витамины гетероциклического ряда./
В книге принята физическая классификация вита­
минов.
Жирорастворимые витамины
Жирорастворимые витамины не растворяются в воде,
но растворяются в органических растворителях, тер­
мостабильны, устойчивы к изменению pH среды, могут
откладываться в тканях животного организма, чаще
всего выполняют пластические функции - участвуют в
структуре и функциях клеточных мембран, формирова­
нии, росте и развитии эмбриона (витамин Е ), образо­
вании и регенерации костной (витамин D) и эпите­
лиальной (витамин А ) тканей, в свертывании крови
(витамин К ). К жирорастворимым относятся витамины
A , D, Е, К, F и У Х .
Витамин А
Действие витамина было известно задолго до нашей
эры. На способы предотвращения авитаминоза указывал
еще Гиппократ (460-377 г. до н. э.). Первоначально
240
витамин открыт в м олоке и назван, как активное на­
чало сливочного масла и рыбьего жира, «растворимый
в^ж ирах фактор А ». В 1916 г. он п олуч и л название
витамина А.
Г и п о- и авитаминозы. При недостатке витамина А в
рационе_ замедляются рост и развитие животных!, нару­
шается
структура
покровных
тканей - ороговевает
эпителий. У
животных расстраивается деятельность
слезны х ж елез, возникает сухость роговицы глаза
(ксероф тальм ия), размягчается и дегенерирует рого­
вица (кер атом аляция), ослабевает, особенно в темно­
те». и исчезает зрение
(гем ералоп и я). Нарушается
регенерация и происходит распад эпителия кожи (дер­
м атиты ), пищевого канала (возникают коли ты ), дыха­
тельны х путей (появляются бронхиты), у самок орого­
вевает эпителий влагалищ а (кератиты) и воспаляется
слизистая оболочка мочевыводящих путей (пиелиты,
образуются вторичные почечные камни).
К недостатку витамина в кормах особенно чувстви­
тельны телята, поросята и цыплята. При этом у
цыплят резко увеличиваются размеры железистого же­
лудка, нарушается его эвакуаторная и секреторная
деятельность, что приводит к уменьш ению продуктив­
ности и к летальн ом у исходу.
Гипервитаминоз. При избытке в рационе витамина А
или каротиноидов возникает интоксикация ^организма,
появляются судороги,' парезы, параличи, локализиррванная потеря шерсти (вокруг рта и на ш ее), истон­
чения и переломы длинных трубчатых костей, различ­
ные кровоизлияния (геморрагии), конъюнктивиты, ри­
ниты, энтериты, отек мозга, может быть летальный
исход.
Химическое строение и свойства. Группа витамина
А включает несколько витаминов, главными из которых
являются витамин A i (ретинол)
и витамин Аг (де­
гидроретинол). Химическое строение этих витаминов2
весьма сходно. Все они в основе м олекулы имеют
Э-йононовое кольцо, соединенное боковой цепью из
двух остатков изопрена со спиртовой группой.
1 Здесь и далее в скобках даны названия витаминов по но­
менклатуре IU PA C .
Различные формы одного и того же витамина называются
витамерами.
16-1281
н,с
сн,
н,с
с - с н = с н -с = с и - с н = с н - с = с н - с н ,о н
I
сн,
I
сн,
I
II
н ,с .
•
J
.С -с н ,
Витамин А |
СН1
Н ,С ^
х сн,
Н -С ^
v 'c - C H
I
н с^
сн,
сн,
= C H - C = C H -C H = C H - C = C H -C H ,O H
II
х -с н ,
Витамин А2
Витамины группы А - кристаллические вещества
бледно-желтого цвета, игольчатой формы, нераствори­
мые в воде и растворимые в органических раствори­
телях. Термостабильны даже при нагревании до 120—
130° С. Под воздействием солнечного света разру­
шаются.
Cq ;4ч.
Природные источники и потребность животных.
Чистый витамин А содержится в печени, особенно в
печени рыб (например, морского окун я-до 37%, пал­
туса -д о 2,5-5% общей массы), коровьем масле и
молоке. Травоядные животные получают витамин с кор­
мами в виде растительного пигмента, провитамина
каротина. Существуют а-,/3- и у-каротины.
Наибольшую ценность представляет /3-каротин, при
гидролизе молекулы которого в пищевом канале живот­
ного образуются две молекулы витамина А.
Каротинами богаты стручковый перец (853 мг/кг),
красная морковь, пастбищная трава, зеленый клевер,
ежа сборная, кормовая морковь, люцерна.
Количество витамина А определяется интернацио­
нальными единицами, сокращенно ИЕ. Каждая ИЕ за­
ключает в себе 0,68 мкг /3-каротина или 0,38 мкг
витамина А. Средняя суточная потребность животных в
витамине А, ИЕ в пересчете на 100 кг живой массы,
следующая:
Корова:
в период сухостоя 15 000-20 000
во время лактации 10 000-15 000 + 5000 на 1 кг
молока
Лошадь 10 000-15 000
Телята и жеребята 10 000-15 000
Свиноматка 12 000-15 000
Поросята 12 000-15 000
242
Потребность птицы в витамине А удовлетворяется
рационами, содержащими 6000-10 ООО ИЕ/кг корма.
Обмен в организме. Витамин А и каротины с корма­
ми поступают в пищевой канал. Эфиры витамина А гид­
ролизуются до активной формы витамина А - ретинола
и высших жирных кислот. Гидролиз каротинов осущест­
вляется каротиназой, эфиров - эстеразой поджелудоч­
ного и кишечного соков, эмульгирование - желчью.
Витамин А и часть каротинов всасываются слизистой
оболочкой тонкой кишки, затем - через кровеносную и
лимфатическую системы поступают в печень, из нее в другие органы и ткани, где используются для
структурных и метаболических потребностей.
В печени накапливается до 90% общего количества
витамина А. Витамином богаты митохондриальная, микросомная и ядерная фракции почек, надпочечников,
легких, желез внутренней секреции, молочной железы,
кожи и особенно сетчатки глаза. Избыток витамина А
выделяется с калом, а в условиях патологии - и с
мочой. В молоке различных животных содержится
0,5-0,7 мг/кг витамина А, в коровьем - еще и каро­
тинов 0,08-0,24 мг/кг.
Значение для обмена веществ. Влияние витамина А
на обмен веществ многогранно. Витамин А - незаме­
нимый компонент плазматической мембраны и выполняет
функции рецептора веществ - сигналов, имеющих отно­
шение к дифференцировке и морфогенезу. При А витаминной недостаточности замедляется биосинтез
гликогена и ускоряется гликолиз, нарушается обмен
различных групп гликозаминогликанов, замедляется
биосинтез белков, уменьшается содержание липидов.
Витамин А влияет на тканевое дыхание и энергети­
ческий обмен, так как от обеспеченности организма
витамином зависят скорость окисления трикарбоновых
кислот и процессы окислительного фосфорилирования.
Недостаток витамина А сказывается на биосинтезе
кортикостероидов - подавляется образование стероид­
ного скелета на стадии превращения сквалена в холе­
стерин. Во всех этих реакциях витамин может участ­
вовать в форме спирта, альдегида, кислоты и эфира.
Исключительно важна роль витамина А для зрения.
Фотоны через зрачок поступают в преломляющие среды
глаза (роговицу, хрусталик, стекловидное тело) и на
сетчатку. В сетчатке есть два вида фоторецепто16*
243
ров - палочки и колбочки. Палочки и колбочки содер­
жат зрительный пурпур, или белок родопсин. В родоп­
син входят альдегид витамина А-11-ф/с-ретиналь
(хромофорная группа) и белковый компонент опсин.
Родопсин поглощает кванты света. Под их влиянием
11-цыс-ретиналь
изомеризуется
в
транс- ретиналь.
Происходит фотолиз молекулы родопсина. При этом
возникают электрические сигналы, которые передаются
по слоям нервных клеток сетчатки через зрительный
нерв в средний и промежуточный мозг, зрительные
области коры больших полушарий. Под влиянием фер­
мента алкогольдегидрогеназы транс-региналъ частично
восстанавливается в транс-ретинол, который вместе с
транс-ретинолом, поступившим с током крови, под
влиянием
ретинол-изомеразы
таутомеризуется
в
цис-ретинол. Последний под влиянием алкогольдегид­
рогеназы и при наличии
НАД
окисляется до
цис-ретиналя, который соединяется с опсином (по
типу шиффовых оснований), образуя родопсин. Во вре­
мя зрительного акта часть ретиналя разрушается. Для
восстановления равновесия необходимо, чтобы в сет­
чатку из крови поступали новые порции витамина А.
Без этого наступает «куриная слепота». Биохимичес­
кие процессы при зрительном акте отражает схема:
Антивитамины. К антиметаболитам относится про­
дукт окисления витамина А оксидом ванадия - «соеди­
нение Z». Поступление этого вещества в организм
вызывает авитаминоз А.
Применение. Корма, богатые каротином и препара­
том витамина А, применяются при лечении гипо- и
244
авитаминозов,
заболеваний
гла з,
пищ еварительны х,
д ы хательн ы х и м очеп оловы х органов, дерматитов, вя­
л о й эп и тели зац и и ран и язв, алим ентарны х дистрофий
и др.
Вит ам ин D
И з группы витаминов D важнейш ими являю тся два
вита мера: D 2 ( эргокальциф ерол) и D j (холекальциф еp w il. Н азвание витамина D i не уп о т р еб ля ет ся ," так
как он представляет собой неочищ енный препарат,
состоящ ий из смеси кальциф ерола и интактного вещ е­
ства лю м истерина. Витамин D часто называю т антирахитичны м , так как он предохраняет человека и живот­
ны х от рахита.
Г и п о - и авитам инозы . П р и^ отсутствии и л и недо­
статке в кормах витамина D у растущ их животных раз­
вивается рахит, у взрослы х - остеом аляция, у ста­
рых — остеопороз. 'Э ти явления возникаю т при наруш е­
нии в рационах соотнош ения С а : Р
(норма - 2 : 1
или
1:1,
патология - 3 : 1
и ли
1:2),
при о тсут­
ствии инсоляции и моционов.
Р а х и т наблю дается у молодняка всех животных в
период активного роста костей,
чащ е - у
поросят,
ж еребят, т е л я т и цы плят. Н а и бо лее чувствительны
цы плята. У животных появляется о - и х-образная по­
становка конечностей (рис. 2 8 ), наступает искривле­
ние позвоночника, западает грудная клетка. У круп ­
ного рогатого скота походка становится скованной,
суставы оп ухаю т, а у сви­
ней
возникаю т
признаки
тетании. К ости становятся
м ягкими,
л е гк о
реж утся
ножом, деф ормирую тся и не
.
способны
противостоять
м еханической
нагрузке.
K g S f g Ш рЯ
О костенение задерживается, зам едляется
развитие
У г
зубов, снижается аппетит,
наруш ается
пищ еварение,
п оявляется анемия, а не­
редко наступает И ги бель Рис. 28 . Авитаминоз D у птиц
ж ивотных. В крови резко (по С. И. Афонскому)
245
уменьшается содержание кальция и фосфора, а в кос­
тях - солей кальция.
Остеомаляция - болезнь, характеризующаяся раз­
мягчением и деформацией костей в результате наруше­
ния минерального обмена. У животных извращается
аппетит (появляются зуд и поедание несъедобных ве­
ществ), появляется хромота, расшатываются зубы,
искривляется или прогибается позвоночник, наступает
быстрая усталость и длительное залеживание. Декальцинируются хвостовые позвонки и другие кости ске­
лета.
У старых животных при недостатке или отсутствии
витамина D, нарушениях соотношения в рационе
С а : Р, содержании в темных и тесных помещениях
возникают остеопороз - разрежение губчатого и ком­
пактного вещества костей в результате рассасывания
костной ткани, спонтанные переломы.
У кур-несушек D-авитаминоз выражается в явлениях
остеомаляции и остеопороза, уменьшении яйценоскости
и истончении яичной скорлупы.
Гипервитаминоз. Возникает при избытке в рационе
животных витамина D. Появляются гиперкальциемия,
явления диспепсии, нарушаются пищеварение и сер­
дечная деятельность, . снижается уровень продуктив­
ности, кости становятся непрочными и могут быть
спонтанные переломы, возникают нефриты, что приво­
дит к смерти. Введение в организм дополнительного
количества витамина А снимает токсичность избыточ­
ных доз витамина D.
Химическое строение и свойства. Витамины D2 и D3
имеют предшественников (провитамины): эргостерин,
содержащийся в растительных кормах и дрожжах, и
7-дегидрохолестерин, образующийся в тканях животно­
го из холестерина. Оба предшественника превращаются
в витамины в подкожной жировой клетчатке под влия­
нием ультрафиолетовых лучей.
Витамин D - бесцветное кристаллическое вещество
с невысокой температурой плавления, не растворяется
в воде, но растворяется в жирах и органических рас­
творителях, при нагревании до 125° С разлагается.
Природные источники и потребность животных. Ж и­
вотные получают чистый витамин D и в виде предшест­
венников. Больше всего эргостерина содержится в
пекарских дрожжах (до 2 % сухой массы), несколько
246
•Нз
CHj-CH-CH=CH-CH-CH
I
н,с
I
сн,
си,
сн ,-сн -сн = сн -сн -сн
■
I I
Н3С сн,
он
Эргостерин
Витамин D 2
си,
сн,-сн,-сн
I
сн.
ОН
7 - Д е ги д р о х о лестерии
Витамин D i
меньше в кормовых. 7-Дегидрохолестерин образуется
из холестерина в коже при ультрафиолетовом облуче­
нии. Оба предшественника составляют 34-56% актив­
ности соответствующих витамеров. Активность витами­
на D определяется ИЕ: 1 И Е - 0,025 мкг витамина D2 .
В 1 кг корма натуральной влажности содержится такое
количество витамина О, в ИЕ:
Сено луговое, высушенное на
солнце
Сено луговое, высушенное под
навесом
Сено люцерны
Кукурузный силос
Жир из рыбной печени
Молоко коровы
210
570-300
150
150 000-40 000 000
250
Обмен в организме. Витамин D всасывается в тон­
кой кишке. Процесс всасывания стимулируется нали­
чием в рационе жиров и присутствием в химусе желчи.
У крысы всасывается более 80% витамина D, находя­
щегося в пище, у других позвоночных, особенно у
жвачных, меньше. Через лимфатическую систему в виде
хиломикронов и биокомплексов витамин D попадает в
247
общее кровеносное русло, затем в печень. Часть ви­
тамина связывается с а2-глобулинами и переносится в
ткани. В организме преобладает витамин D3 (85% всех
витамеров). В печени витамин D3 превращается в ак­
тивную форму - 1 ,2 ,5-диоксихолекальциферол, стиму­
лирующий (больше чем в 10 раз от самого витамина)
всасывание Са2+' и их мобилизацию из костной ткани.
Основным депо витамина D является кожа, где его
содержится в 2-3 раза больше^ чем в печени и крови.
Избыток витамина D и продукты его разложения (копростерин и др.) выделяются с калом.
Значение в обмене веществ. Роль витамина в обме­
не веществ многогранна. Прежде всего, витамин уча­
ствует в регуляции соотношения С а : Р в крови, сти­
мулирует их всасывание в кишках (повышается прони­
цаемость слизистой оболочки), способствует переносу
ионов Са2+ от стенки кишок в плазму крови и от
плазмы крови в костную ткань, активирует деятель­
ность щелочной фосфатазы в очагах окостенения и
поддерживает в плазме крови на определенном уровне
произведение концентрации (Са2+) • (HPOi"). Сущест­
вует связь между регулирующей функцией витамина D и
тиреокальцитонином и паратгормоном. Витамин D уве­
личивает задержание ионов Са2+ костной тканью, ус­
воение серы хондроцитами при образовании хрящевой
ткани и остеоцитами - при синтезе оссеомукоидов и
оссеина. При уменьшении содержания ионов Са2+ в
крови витамин D ускоряет его переход из костей в
кровь.
Витамин D является индуктором синтеза кальцийсвязывающего белка. Он усиливает ДНК-зависимый син­
тез РНК, что положительно отражается на биосинтезе
белков-переносчиков, ответственных за всасывание
ионов Са . Витамин D усиливает реакции окислитель­
ного фосфорилирования и образование фосфорных эфи­
ров тиамина. Он способствует реабсорбции фосфатов,
аминокислот и ионов Са2+ из первичной мочи в плазму
крови.
Антивитамины. Из некоторых трав и капусты выде­
лено вещество, обладающее свойствами антивитамина.
Химическое строение его не изучено.
В дозе
0,2 мкг/сут оно угнетает действие витамина D.
Применение. Все животные нуждаются в витамине D.
Так, средняя суточная потребность коровы в витамине
248
составляет 5000-8000 ИЕ на 100 кг живой массы, ов­
ц ем атк и -500-10 00, свиноматки и хряка - 1000-2000,
свиньи на откорме - 400-600, поросенка (на голо­
ву) - 250, цыпленка - 450 ИЕ.
Препарат витамина D используется с профилакти­
ческой и лечебной целью. Родильный парез коров мож­
но предотвратить, вводя им витамин D. Витамин D
рекомендуется животным при рахите, остеопорозе,
остеомаляции, тетании, переломах костей, дерматитах
в сочетании с ультрафиолетовым облучением животных
Витамин Е
Витамин Е объединяет группу природных и син­
тетических веществ, обладающих различной степенью
Е-витаминной активности и называемых токоферолами.
Открыт в 1922 г. как биологический фактор, пред­
охраняющий животных от бесплодия, поэтому его назы­
вают еще витамином размножения.^
Гипо- и авитаминозы. 'П ри недостатке и отсутствии
витамина Е в кормах прежде всего нарушаются функции
размножения. У самцов дегенерирует эпителий семен­
ных канальцев, угнетается сперматогенез и угасают
половые рефлексы. У самок яичник сохраняет нормаль­
ное строение, но нарушается развитие плода, что
завершается абортом и бесплодием. Бесплодие самок в
отличие от самцов излечимо, если в рацион ввести
нужное количество витамина Е.
Авитаминоз чаще всего наблюдается у свиней и
особенно у кур, уток, индеек. Авитаминоз у эмбрио­
нов птиц на 5 - 7-е сут
развития завершается их
гибелью. У взрослых жи­
вотных при авитаминозе
наступает мышечная дист­
рофия, возникают парезы и
параличи.
При
гиповитаминозе
нарушается
порозность
клеточных мембран, воз­
Рис. 29. Симметричный
пара­
растает их проницаемость, лич конечностей у крысы при
наступает распад, особен­ Е-авитаминозе (по Б. А. Кудря­
но лизосом и митохондрий. шову)
249
Происходит гемолиз эритроцитов. Нарушаются фосфор­
ный обмен, окислительное фосфорилирование, насту­
пает паралич (рис. 29).
Химическое строение и свойства. Впервые витамин
получен из масла зародышей пшеницы. В основе его
молекулы имеются хромановое ядро и остаток спирта
фитола. Витамин представлен тремя витамерами a-, ft- и у-токоферолами.
сн.
Х романовое яд ро
Остаток фитола
ОС -Т о ко ф е р о л
Э-Токоферол лишен метильной группы в положении
7, у-токоферол - в положении 5. Все токоферолы желтоватые маслянистые жидкости, хорошо раство­
ряются в жирах и органических растворителях, стой­
кие к нагреванию (даже при 150-170° С сохраняют
активность), оптически активны, разрушаются под
воздействием ультрафиолетового облучения.
Природные источники и потребность животных.
Витамин Е синтезируется в растениях, дрожжах, во­
дорослях. Некоторое количество токоферолов накап­
ливается в мясе, сале, молоке, яичном желтке.
1 ИЕ » 1 мг а-токоферолацетата.
1 кг кормов натуральной влажности содержит сле­
дующие концентрации витамина Е (ИЕ):
Зеленые корма и силос
Сенная мука
Зерно
Зародыши зерна пшеницы
»
»
кукурузы
Масло хлопка
20-50
200
15-50
150-300
150
70-100
Для молочных коров и быков-производителей в сут­
ки требуется 300-500 ИЕ витамина Е на 100 кг живой
массы, телят —20-40, овцематок —30-50, свиноматок
и хряков - 60-100 ИЕ.
Обмен в организме. До 80% принятого с кормом
250
витамина Е всасывается в тонкой кишке. Депонируется
в печени, жировой ткани, меньше - в мышечной, мио­
карде, надпочечниках, селезенке, плаценте. В гепатоцитах и клетках слизистой оболочки кишечника
крыс, например, 50-60% а-токоферола сконцентрирова­
но в митохондриях, 1 5 -2 0 % - в микросомах и гиало­
плазме. Избыток токоферолов и продукты их распада
выделяются с калом. В моче обнаруживаются продукты
распада витамина Е в виде хиноидных соединений.
Значение в обмене веществ. Витамин Е способству­
ет биосинтезу белков, оказывая влияние на образова­
ние м олекул и РН К . С наличием в клетках витамина Е
связана активность ферментов, содержащих сульфгидрильные группы. Он участвует в клеточном дыхании в
качестве переносчика электронов. Витамин необходим
для образования креатина и фосфагена, биосинтеза
фосфатидов, ацетилхолина, связывания протромбина и
превращения каротинов в витамин А. Токоферолы пре­
дохраняют ткани от накопления перекисных соедине­
ний, являясь природными антиоксидантами. Витамин Е
обеспечивает местный иммунитет органов дыхания про­
тив туберкулеза (О. А. Венгерова, 1988).
Антивитамины. Антагонисты витамина Е - альдегиды
и кетоны, возникающие при прогоркании липидов.
Применение. Корма, богатые витамином Е, и препа­
раты витамина Е применяют при лечении мышечной дис­
трофии, нарушении функций полового аппарата, бело­
мышечной болезни молодняка. Его добавление к кормам
предохраняет коров от эпидемических абортов, устра­
няет парезы и параличи у птиц. Небольшие добавки
витамина Е стабилизируют масляные растворы витами­
нов А и D и предохраняют масла от прогоркания.
Витамин К
Витамин К состоит из двух природных форм - вита­
мина TCi Хфиллохинона) и витамина Кг (фарнохинона).
В 1942 г Г А . В. Палладиным и М. М. Шемякиным п олу­
чен их синтетический аналог — викасол. Витамин К
называют антигеморрагическим витамином.
Гипо- и авитаминозы. .При недостатке или отсутст­
вии в кормах витамина К у животных возникают геморрагические диатезы, кровоизлияния, понижается свер251
тываемость крови и снижается в ней содержание протромбина._Возникают явления анемии. Наиболее чувст­
вительны к недостатку витамина куры, утки, гуси,
меньше —крупный рогатый скот. Цыплята гибнут через
2-3 нед после начала авитаминоза.
Химическое строение и свойства. Витамеры К производные нафтохинона с изопреноидными боковыми
цепями разной
длины. Витамин Ki включает ядро
нафтохинона и остаток фитола.
сн,
сн,
сн,
си,
I
I
I
I
с- С Н ,- С Н = С - 1 С Н , ) , - С Н - (СН, ) ,- С Н - (С Н ,),—с н
сн,
Витамин К, представляет собой желтую маслянистую
жидкость, нерастворимую в воде, неустойчивую при
нагревании в щелочной среде и при ультрафиолетовом
облучении. Витамин К2 —желтые кристаллы, темпера­
тура плавления 54° С, не растворяются в воде, но
растворяются в органических растворителях.
Витамин Кг отличается от предыдущего строением
боковой цепи. В ее состав входит от 30 до 45 атомов
углерода и от 6 до 9 двойных связей. Формула вита­
мина К2 имеет следующий вид (число мономеров-от 5
до 8):
сн,
сн,
сн,
С - С Н ,-[С Н = С -С Н ,-С Н ,],-С Н = С
В клинической практике применяют натриевую соль
дисульфитного
производного
2-метил- 1,4-нафтохинона - викасол.
252
Викасол - бесцветные кристаллы, хорошо растворя­
ются в воде, температура плавления 105-106° С, при
действии солнечного света превращаются в димер.
Природные источники и потребность животных.
Источниками витамина К являются зеленые корма и
корма животного происхождения. У взрослых жвачных и
свиней потребность в витамине может удовлетворяться
за счет бактериального синтеза в пищевом канале.
Телятам и поросятам при раннем отъеме следует до­
бавлять в корма витамин К из расчета 1-5 мг/кг кор­
ма. Особенно чувствительны к недостатку витамина
птицы. Цыплятам, курам-несушкам и бройлерам в корм
добавляется витамин К в дозе 1-2 мг/кг корма или 2%
сена люцерны.
Обмен в организме. Витамин К всасывается вместе
с липидами в краниальных участках тонкой кишки. Эти
процессы активируются желчью. 25-51% введенного в
организм витамина депонируется в микросомах печени.
Часть витамина депонируется в тканях миокарда, се­
лезенки, в ретикулоэндотелиальной системе.
Метаболиты витамина К выделяются в основном с
мочой, в соединении с глюкуроновой кислотой, час­
тично - с калом.
Значение для обмена веществ. Витамин К участвует
в биосинтезе компонентов, необходимых для сверты­
вания крови.
При его участии в гепатоцитах образуется про­
тромбин, который при необходимости переходит в
тромбин (без него невозможно превращение фибриноге­
на в фибрин).
Витамин К является простетической группой фер­
мента менадионредуктазы. Он участвует в переносе
электронов от восстановленного Н А Д Ф * На на моле­
кулярный кислород через систему цитохромов. Витамин
участвует в окислительном фосфорилировании.
С присутствием витамина К в тканях связана ак­
тивность креатинкиназы, гексокиназы и миозиновой
АТФ -азы . Витамин К стимулирует биосинтез белков
крови - альбуминов и глобулинов, ферментов амилазы,
пепсина, трипсина, липазы и энтерокиназы. Сущест­
вуют синергизм и взаимозаменяемость витаминов К и Е
в реакциях энергетического обмена. Витамин К пред­
отвращает токсическое действие витамина А при гипервитаминозе.
253
Антивитамины. Для витамина К существуют несколь­
ко антивитаминов: дикумарол - содержится в тухлом
клеверном сене, салициловая кислота, дифтиокол,
тримексан (в 50 раз активнее дикумарола) и др.
но
он
Дикумарол (дикумарин)
Салициловая кислота
Применение. Препараты витамина К (метинон, викасол и др.) назначают животным при гепатитах, кро­
вотечениях,' хронических язвах, К-авитаминозах, от­
равлениях дикумарином.
Витамин F
Витамин F представляет собой комплекс ненасыщен­
ных жирных кислот, которые не могут синтезироваться
в организме животного. Это линолевая, линоленовая и
арахидоновая кислоты.
Гипо- и авитаминозы. Причиной гипо- и авитамино­
за является недостаток или полное отсутствие в кор­
мах ненасыщенных высших жирных кислот. У животных
возникают сухость и шелушение кожи, выпадает шерсть
и появляется кольчатое отложение перхоти на лапах,
ушах и хвосте, омертвляется кончик хвоста, задер­
живается рост, нарушаются лактация и репродукция.
Ряд участков кожи поражается дерматитами, в стенках
кровеносных сосудов откладывается избыток холесте­
рина, нарушается их эластичность, наступают разрывы
и кровоизлияния.
Химическое строение и свойства. Для ненасыщенных
жирных кислот, входящих в витамин F, характерны
двойные связи.
В последнее время к витамину F относят нонадекадеиновую, эйкозадеиновую и октадекатриеновую
кислоты.
Ненасыщенные жирные кислоты, составляющие вита­
мин F, - это бесцветные маслообразной консистенции
жидкости, которые не растворяются в воде и раство254
ряются в органических растворителях, кипят при вы­
соких температурах (линолевая 182° С, линоленовая
184° С ).
Природные источники и потребность животных. Л и ­
нолевая кислота входит в состав триглицеридов рас­
тительных масел и животных жиров. Д о 30% остатков
линоленовой
кислоты содержится
в триглицеридах
льняного масла, до 5 5 % - периллового масла. Арахидоновая
кислота - составная
часть
жиров
бобовых
растений. Она образуется в тканях дегидрированием
линолевой кислоты. Линоленовая кислота активирует
этот процесс.
Обмен в организме. Витамин F поступает в орга­
низм в составе жиров корма. Переваривание и всасы­
вание их аналогично перевариванию и всасыванию
жиров. Откладывается в печени, затем с током крови
поступает в различные ткани и клетки. Служ ит сырьем
для биосинтеза большинства липидов. Липиды надпо­
чечников содержат около 20% остатков арахидоновой
кислоты. Обмен ненасыщенных жирных кислот протекает
обычным путем.
Значение д ля обмена веществ. Биологическая ак­
тивность витамина связана с наличием в его молекуле
двойных связей. Участвует в обмене липидов, усили­
вает липотропное влияние холина, способствует выде­
лению избытка холестерина из организма, образуя с
ним растворимые стериды. Стенки кровеносных и ли м ­
фатических сосудов после удаления нерастворимых
эфиров
холестерина
приобретают
эластичность
и
устойчивость. Влияет на состояние кожного и шерст­
ного покровов, репродукцию и молочную продуктив­
ность. Витамин F стимулирует действие витаминов
группы В. Витамин В6 способствует биосинтезу тканя­
ми некоторых жирных кислот, входящих в состав вита­
мина F.
Применение. В клинической практике применяют
линетол - смесь триглицеридов трех жирных кислот,
составляющих витамин F. Его получают из льняного и
подсолнечного масел. Используется при лечении ожо­
гов.
При употреблении внутрь предохраняет организм от
атеросклероза.
255
Убихинон
Убихинон открыт в 1955 г. в составе жиров. Наз­
вание витамину дано в связи с повсеместным распро­
странением его в клетках.
Гипо- и авитаминозы к настоящему времени изучены
недостаточно.
Химическое строение и свойства. Витамин - произ­
водное хинона, который содержит метильную и две
метоксильных группы в ядре и изопреновую группиров­
ку, состоящую от 6 до 10 мономеров —в боковой
цепи.
о
и
Н .С -О С
HI!
н ,с - о с ^
C -C H j
сн
I* ,
х.с - ( с н ,- с н = с - с н ,|„ н
II
о
У млекопитающих преобладает убихинон с 10 моно­
мерами (УХю). Убихинон представляет собой бесцвет­
ное кристаллическое вещество, нерастворимое в воде
и растворимое в органических растворителях.
Природные источники и потребность животных. Уби­
хинон присутствует во всех тканях животных, расте­
ний, в микробах. Синтезируется в организме животно­
го из бензохинона и полиизопреновой цепи. Витамин
найден в митохондриях, микросомах и растворимой
фракции клетки. Им богаты ткани миокарда.
Обмен в организме. Организм животного получает
убихинон с кормами и частично в результате синтеза
собственными тканями.
Значение для обмена веществ. Убихинон - обяза­
тельный компонент дыхательной цепи при биологичес­
ком окислении. Локализуется на внутренних мембранах
митохондрий, участвует в переносе электронов и про­
тонов в дыхательной цепи на участке между флавопро1
теидом и цитохромом b (см. главу 10). Биологическое
действие витамина как кофермента основано на его
способности к обратимым окислительно-восстанови­
тельным превращениям. Он акцептирует протоны и
электроны, поставляемые дегидрогеназами (СДГ, ЛДГ,
МДГ, АДГ), и передает в цитохромную цепь.
Применение. Убихинон применяется- в клинике. По256
лучены положительные результаты при лечении некото­
рых сердечно-сосудистых заболеваний, в частности
инфаркта миокарда.
Водорастворимые витамины
Водорастворимые витамины не растворяются в жирах
и многих органических растворителях, но хорошо
растворяются в воде, термолабильны, неустойчивы к
изменениям pH, не могут депонироваться в тканях.
Многие из них являются составными частями ферментов
и непосредственными участниками большинства реакций
обмена веществ во всех живых организмах.
Витамин В\
Витамин Bi (тиамин) —один из первых витаминов,
открытых наукой. Изучение его связано с выяснением
заболевания «бери-бери», распространенного в стра­
нах Юго-Восточной Азии.
Гипо- и авитаминозы. При недостатке или отсут­
ствии в рационе витамина Bi развиваются гипо- и
авитаминозы. Иногда их причиной может быть наличие
в кормах папоротника орляка, содержащего фермент
тиаминазу, которая гидролитически расщепляет ви­
тамин.
К недостатку в рационе витамина Bi наиболее чув­
ствительны птица, телята, ягнята, лошади, свиньи,
собаки и пушные звери. Наступают нарушения деятель­
ности
нервной
(парез
и
паралич),
сердечно­
сосудистой систем (стенокардия), пищевого канала
(уменьшается
секреция
пищеварительных
желез,
атония,
отсутствие
ап­
петита) ,
резко
падает
уровень
продуктивности.
У птицы на ранних ста­
диях авитаминоза возни­
кают- судороги мышц шеи
(рис.
30),
у
свиней
нарушается ритм работы
сердечной мышцы. Разви- Рис. 30. Судороги
у
голубя
ваются
гипергликемия, при Bi-авитаминозе
17-1281
257
ацидоз, в крови накапливается много пировиноградной
кислоты, в поджелудочной железе дегенерируют ост­
ровки Лангерганса, в надпочечниках - хромафинная
ткань, в различных участках нервной системы - ней­
роны. Развиваются кровоизлияния, парез, паралич,
резкое истощение, и наступает смерть.
Химическое строение и свойства. Витамин Bi яв­
ляется производным двух соединений - тиазола (4метил-5-оксиэтилтиазола) и пиримидина (2-метил-5оксиметил -6-аминопиримидина).
мы.
сн.он
Витамин Bi - белый кристаллический порошок горь­
кого вкуса, с характерным запахом, в кислой среде
устойчив к нагреванию до 140° С, в щелочной - пре­
вращается в тиохром.
Природные источники и потребность животных. Ви­
тамин Bi синтезируется тканями растений и микроба­
ми. В 1 кг корма содержится витамина Bi (мг):
Пивные дрожжи
Пекарские дрожжи
Трава (разнотравье, клевер,
лю церна)
Зерно ячменя
Картофель
68,6
30,0
10,0
3,1
1,0
Потребность в витамине организм удовлетворяет за
счет тиамина кормов и бактериального синтеза в пи­
щевом канале. Тиамин в преджелудках жвачных (в ос­
новном в рубце) синтезируется бактериями вида Flavobacterium vitarumen. Содержание витамина умень­
шается по мере перехода от рубца к сычугу. Суточная
потребность для свиней составляет 1-1,8 мг на 1 кг
сухого вещества корма, для телят —8-15 мг на голо­
ву, для ягнят —2-4 мг на голову.
Обмен в организме. Организм получает витамин с
кормом и за счет синтеза микробами пищевого канала.
Тиамин корма поступает в свободном, этерифицированном и частично в связанном виде. Две последние фор­
258
мы расщепляются в кишках под влиянием гидролаз с
образованием свободного тиамина. С током крови
после всасывания он поступает во все органы и тка­
ни. Часть тиамина в печени фосфорилируется. Наи­
большие концентрации витамина выявляются в миокар­
де, печени, мозгу, легких, почках и надпочечниках.
Избыток тиамина и продукты его распада выделяются с
мочой и частично с калом.
Значение для обмена веществ. Биологическое зна­
чение тиамина прежде всего обусловлено его коферментными функциями. Тиамин, который поступает в
ткани с током крови, фосфорилируется под влиянием
фермента тиаминпирофосфокиназы:
. .
2+
Mg
тиамин + А Т Ф ------- *• тиаминпирофосфат + А М Ф .
Тиаминпирофосфат составляет 70-90% всех фосфор­
ных эфиров тиамина тканей, остальное количество
составляют тиаминмонофосфат и тиаминтрифосфат. Тиа­
минпирофосфат - кофермент
пируватдекарбоксилазы,
катализирующей окислительное декарбоксилирование
пировиноградной и других а-кетокислот.
нн,
I
.с.
*
с-С И ,— w — jC-CH,
он
он
I
И
I f JI
|
H.C-CCS /СН
нс? 1 * с -с н ,-с н ,-о -р -о -э = о
'
н
у
он
Одна из основных химических реакций, в которых
участвует
тиаминпирофосфат, - декарбоксилирование
пировиноградной кислоты с образованием ацетил-КоА.
Если в кормах и организме нет тиамина, то фермент
не синтезируется, в тканях накапливается пировиноградная кислота, возникает явление ацидоза, при
котором разрушаются клетки, прежде всего нервной
системы. Это приводит к ряду патологических нару­
шений, характерных для гипо- и авитаминозов Вь
Кроме того, тиаминпирофосфат входит в состав свыше
30 ферментов, принадлежащих к различным классам.
В частности, он входит в состав молекулы 2оксоглутаратдегидрогеназы, катализирующей декарбо­
ксилирование а-кетоглутаровой кислоты до янтарной.
Является составной частью транскетолазы, осущест­
вляющей перенос двууглеродного остатка (активного
17*
259
гликолевого альдегида)
от ксилулозо-5-фосфата
на
рибозо-5-фосфат. Тиамин ускоряет реакцию дегидриро­
вания янтарной кислоты, предохраняет витамин С от
окисления, обеспечивает стабильность концентрации
витамина
Вб
в
тканях,
способствует
биосинтезу
нуклеиновых кислот, белков, глюкозы, гликогена и
жиров в тканях животного.
Антивитамины. Антивитамины делятся на две груп­
пы - структурные
аналоги
тиамина
и
тиаминазы.
Структурные аналоги могут входить в состав м олекул
карбоксилаз, вытеснять из них тиамин, вызывая инги­
бирование их действия. К ним относятся окситиамин и
пиритиамин (ф ормулу первого см. ниже).
он
I
' " C - C H j - N ------- C - C H j
I
^
СН,
IIСИ
II
И
НС^/С-СН,
C H jO H
Тиаминазы способны расщеплять м олек улу тиамина
на две неактивные части: пиримидиновую и тиазольную.
Применение. Препараты витамина и корма, богатые
тиамином, применяют при лечении полиневритов и
невритов, неврозов, стенокардии, нефритов, ожогов,
ахилии и др.
Витамин Вг
Витамин Вг (рибофлавин) впервые был выделен из
сыворотки молока и назван лактофлавином. Он входит
в состав «ж елтого дыхательного фермента».
Гипо- и авитаминозы. Первый признак гиповитами­
ноза у молодняка - задержка роста, уменьшение при­
веса, избыточный расход кормов, высокая смертность.
Вг-Авитаминоз чаще всего бывает у поросят, телят,
ягнят, птицы. У млекопитающих на спине выпадает
шерсть, возникают себорейные дерматиты (особенно в
области глазницы, ушей и груди), изъязвляются сли­
зистые оболочки пищевого канала, васкуляризуется
роговица (рис. 31), в ней развивается помутнение,
возникают конъюнктивиты и кератиты, анемия, появ­
ляется светобоязнь, мышечная слабость, понижается
260
температура тела, падает пульс. У птицы резко выра­
жены слабость ног, опухание пяточного сустава, ис­
кривление и скручивание пальцев по типу «кулака».
При авитаминозе наблюдается высокая смертность
эмбрионов.
Химическое
строение
и
свойства.
Витамин
Вг - производное гетероцикла изоаллоксазина и спир­
та рйбитола.
С Н , - (CHOH),— CHjOH
1Ц
с=о
I
с^нн
и
о
Витамин Вг - кристаллическое вещество желто­
оранжевого цвета со специфическим запахом, горького
вкуса, растворяется в воде, не растворяется в орга­
нических растворителях, водные растворы флюоресци­
руют, устойчиво к нагреванию Ою 120° С) и разла­
гается при ультрафиолетовом облучении.
Природные источники и потребность животных. Ви­
тамин содержится в кормах животного, растительного
и бактериального происхождения. Некоторое количест­
во рибофлавина организм (например, лошади, рогатый
скот) получает в результате его синтеза микроорга­
низмами пищевого канала. Рибофлавином богаты сыво­
ротка молока (30 мг/кг
сухой массы), кормовые
дрожжи,
люцерновая
и
рыбная мука.
Суточная
потребность в витамине
В2 для телят составляет
4-8 мг, ягнят - 1,5, сви­
ней - 2-4,
цыплят - 2,53 мг/кг корма.
Обмен
в организме.
Рибофлавин в организм
поступает с кормами в
свободном
и
связанном
состоянии. До 50% рибо­
флавина связано С бел-Рис. З К .Васкуляризация
рогови­
ками. Под влиянием фернцы у крысы при гиповитаминозе В2
261
ментов и соляной кислоты связанная форма витамина
расщепляется до белка и рибофлавина. Рибофлавин
всасывается в тонкой кишке. Он фосфорилируется в
слизистой оболочке кишок, тканях печени, почек и
других органов. Фосфорилирование рибофлавина проис­
ходит в одну и две стадии. При этом образуются два
кофермента: флдвинмононуклеотид (ФМ Н) и флавинадениндинуклеотид (Ф АД):
Рибофлавин+АТФ
Рибофла винкина за
ФМН+АДФ;
ФАД-пирофосфорилаза
Ф М Н +А ТФ ---- - -----г - * —* - * ------* ФАД+Пирофосфат.
Большинство флавиновых ферментов (Ф Ф ) содержат
ФАД.
сн,—снон—снон - снон — сн, — о
В молекуле многих флавиновых ферментов содержат­
ся металлы, выполняющие функции фиксатора семихиноновых форм рибофлавина, участвующего в переносе
электронов и протонов в дыхательной цепи. Избыток
витамина и продукты его распада выделяются с мочой,
калом и потом.
Значение для обмена веществ. Рибофлавин - со­
ставная часть более чем 60 флавиновых ферментов,
участвующих в клеточном дыхании и других реакциях
обмена веществ.
Способность флавиновых ферментов быть переносчи­
ком водорода объясняется наличием в ядре изоаллоксазина в 1-м и 10-м положениях двойных связей, по
262
месту
разрыва
которых
с н , - (C H O H ) j - C H j- O R
о
и
присоединяется
водород.
с н , - (C H O H ) ,- С Н ,—ОЙ
о
где R - остаток нуклеотида и белок-носитель. После
присоединения водорода ФФ становится бесцветным.
Это и дало им наименование «флавиновые ферменты».
Обмен рибофлавина тесно связан с обменом белков,
нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, с окисли­
тельным фосфорилированием и др.
Антивитамины. Антагонистами рибофлавина являются
дихлорриботилизоаллоксазин,
динитрофеназин,
изо­
рибофлавин и др.
Применение. Рибофлавин и корма, богатые им, по­
казаны при лечении многих болезней (лучевой болез­
ни, гепатитов, дерматитов, иритов, кератитов) и
авитаминозов.
Витамин Вз
Витамин Вз (пантотеновую кислоту) иногда называют
антидерматическим витамином. Открыт в рисовых отру­
бях и тканях печени.
Гипо- и авитаминозы. При недостатке или отсут­
ствии витамина в кормах у животных наблюдается по­
теря шерсти (у птицы —перьев), появляются струпья
у глазниц, в углах рта и вокруг ануса, возникают
поносы, нарушается координация движений, понижается
кровяное давление, задерживается и останавливается
рост, уменьшаются продуктивность и сопротивляемость
к болезням (тормозится выработка антител), насту­
пает смерть. Авитаминоз характерен для свиней, со­
бак и птицы. Его причиной бывают однообразный безвитаминный корм, чрезмерное использование анти­
биотиков и др.
Химическое строение и свойства. В образовании
принимают участие а,у-диокси-р-диметилмасляная кис­
лота и (3-аланин.
263
H,C
I
OH
COOH
I
I
C H j - C - C H — C O — N H - C H , — CHj
OH
CH,
i
I----------------------------- 1
1
Остаток
СХ'У-диокси -
Остаток
(3 -аланина
(В-диметил мае л яной
кислоты
Витамин - маслянистая
жидкость
светло-ж елтого
цвета, хорошо растворимая в воде, оптически актив­
ная, неустойчивая к действию кислот или щ елочей
(гидролизуется), а также к воздействию высоких тем­
ператур.
Природны е источники и потребность животных. Ви­
тамин синтезируется растениями, дрожжевыми клетка­
ми, микробами, в том числе обитающими в пред ж елуд­
ках и кишках. Богаты витамином кормовые дрожжи
(0 ,0 2 % ), рисовые отруби, картофель, морковь. Ягня­
там и телятам в сутки требуется 6-20 мг витамина на
голову,
свиньям - 1 2 - 1 5
мг/кг
корма,
п т и ц е- 2 8 мг/кг корма.
Обмен в организме. Витамин, содержащийся в кор­
мах и синтезированный микрофлорой (главным образом
кишечной п алочкой), поступает после всасывания в
кровеносное русло и разносится по всем органам и
тканям, депонируется в печени, частично - в почках,
миокарде и скелетных мышцах. Так, печень содержит
5,1 м г% кислоты. В организме витамин в основном
связан с белками и входит в состав КоА. Пантотеновая кислота и продукты ее распада выводятся из ор­
ганизма с калом и мочой. В результате бактериаль­
ного синтеза витамина количество выделенной из ор­
ганизма пантотеновой кислоты всегда больше посту­
пившей с кормами.
Значение д ля обмена веществ. Витамин Вз является
составной частью К оА . К о А состоит их трех частей
(см. на с. 265).
К о А выполняет ключевые функции в обмене веществ,
участвуя в биосинтезе и окислении липидов, углево­
дов, в функционировании цикла трикарбоновых кислот,
образовании ацетилхолина, порфиринов, глюкозамина,
гиппуровой кислоты и т. д.* К о А —промежуточный ак­
цептор и переносчик ацилСГв. При этом происходит их
активация, так как остаток карбоновой кислоты свя­
264
зывается с SH-группой КоА макроэрги ческой ацилтиоэфирной связью (-С О - S - К о А ). Особое
значение
имеет ацетил-КоА («активная уксусная кислота*). Он
служит основным «топливом» для цикла трикарбоновых
кислот и используется в качестве сырья для биосин­
теза многих соединений.
NH.
О - р —о
он
но^
О с та то к З '-ф о с ф о а д е н о з и н -5 '-д и ф о с ф а т а
Антивитамины. Представлены структурными аналога­
ми витамина В* (пантоилтаурин, пантоилпропаноламин,
ы-метилпантотеновая кислота и др.). Они блокируют
образование молекулы КоА. Сульфопантотеновая кисло­
та —бактерицидный препарат.
Применение. Пантотенат кальция используется при
лечении полиневритов, экзем, ожогов, атоний пищево­
го канала и др.
Витамин Bs
Открытие витамина Bs, или РР ( никотинамида),
связано с изучением природы пеллагры. Болезнь из­
вестна с X V III в. в странах, где основным продуктом
питания была кукуруза. Лишь К. Функ в 1914 г. уста­
новил, что причиной болезни является отсутствие
какого-то витамина. Им оказалась никотиновая кисло­
та и ее амид.
Гипо- и авитаминозы. Чаще всего встречаются у
поросят, молодых собак, цыплят, индюшат и утят
(рис. 32).
Гипо- и авитаминозы разбиваются при недостатке
265
Рис. 32. Две трехнедельные утки, малая не по­
лучает с кормами витамина РР (по Б. А. Кудря­
шову)
витамина, белков и триптофана в кормах, при продол­
ж ительном кормлении животных зерном кукурузы или
кукурузны м силосом, вареным картофелем и недостатке
зелены х кормов в рационе. Наруш аются структура и
функции кожи (она становится морщинистой, образую т­
ся струпья), появляются понос и судороги, ухудш ает­
ся аппетит,
замедляется
и
останавливается
рост,
понижается продуктивность. Возникают атрофические
явления в тканях кожи, мышц, костей, печени, ж елез
внутренней секреции, кишок (на слизистой оболочке
слепой и ободочной кишок появляется творожистый
н а л е т ),
развивается
анемия.
У
собак
слизистая
оболочка языка темнеет («черны й я зы к »). У свиней
появляются дерматиты на уш ах, у птицы замедляется
оперяемость, поражаются суставы, снижаются яйце­
носкость, выводимость, наступает массовая гибель,
особенно молодняка.
Типичны м признаком гипо- и авитаминоза у живот­
ных является дерматиты на открытых участках кожи.
266
Гипервитаминозы. Проявляются при избытке в орга­
низме витамина Bs. Приводят к поражениям нервной
системы и эпителиальных покровов.
Химическое строение и свойства. Витамин Bs пред­
ставлен двумя химическими соединениями - никотино­
вой кислотой и ее амидом.
сн соон
нс^" '"С
I
II
НС^ ^СН
м
Н и ко ти н о ва я
ки сл о та
сн
о
HC^
I
II ^НИ,
НС^Ч сн
м
Амид
н и ко ти н о во й
ки сл оты
Никотиновая кислота и ее амид - бесцветные крис­
таллы, растворяются в воде и этаноле, устойчивы к
высоким температурам.
Природные источники и потребность животных. Ви­
тамин широко распространен в природе, частично син­
тезируется микрофлорой пищевого канала при наличии
в рационе триптофана. Богаты витамином дрожжи
(200-475, мг/кг сухого корма), пшеничные отруби,
рыбная и мясокостная мука, зерно овса и гороха,
сено клевера и люцерны.
Лошадям рекомендуется давать 0,1 мг витамина на
1 кг сухой массы корма, телятам - 0,3-0,5, ягня­
там - 0,1-0,6,
свиньям — 10,
поросятам - 12-20,
птице - 8 мг/кг.
Обмен в организме. Всасывание витамина происхо­
дит в тонкой кишке, частично - в других отделах
пищевого канала. У всеядных и плотоядных животных
из никотиновой кислоты в тканях образуется никотинамид.
Витамин и продукты его разложения выделяются с
мочой, меньше - с калом и потом. У жвачных животных
витамин используется тканями в виде никотиновой
кислоты, а ее избыток выделяется с мочой в свобод­
ном или связанном состоянии.
Значение для обмена веществ. Никотинамид являет­
ся составной частью многих ферментов, участвующих в
процессах биологического окисления. В молекулу фер­
ментов входит в виде коферментов —никотинамид267
аденин-ди нуклеотида (Н А Д ) и
динуклеотид-фосфата (Н А Д Ф ),
никотинамид-аденин-
он он
Р и бо за
0
1
но- р = о
I I
O+ HjC
1
н
о н он
Р и б о за
Н А Д Ф отличается от Н А Д наличием в положении 2'
рибозы остатка фосфорной кислоты.
В большинстве химических реакций Н А Д или Н А Д Ф
как коферменты присоединяют протон и два электрона
от окисляемого субстрата и передают их другим пере­
носчикам дыхательной цепи или транспортируют от
восстановленного кофермента к субстрату. Окисленные
формы коферментов обозначаются Н А Д и Н А Д Ф , восста­
новленные - Н А Д • Нг и Н А Д Ф • Нг. Однако, когда
желательно подчеркнуть образование водородного иона
при восстановлении кофермента, применяют обозначе­
ния Н А Д • Н + Н +и Н А Д Ф • Н + Н +. При использовании
этого способа обозначения окисленную форму обяза­
тельно следует писать так: Н АД * и Н А Д Ф +.
В тканях содержится в 5-10 раз больше Н А Д , чем
Н А Д Ф . Н А Д - составная часть многих ферментов глико­
лиза, цикла трикарбоновых кислот, /3-окисления жир­
ных кислот и др. К НАДФ-содержащим ферментам отно­
сятся дегидрогеназа изолимонной кислоты, дегидроге­
назы глюкозо-6-фосфата и 6-фосфоглюконовой кислоты
и др.
Восстановленные формы Н А Д и Н А Д Ф являются дона­
торами водорода для различных синтезов в клетках и
268
тканях. НАД и НАДФ непрочно связаны с белками де­
гидрогеназ, поэтому они легко осуществляют функции
переносчика.
Антивитамины. Существует несколько антивитами­
нов.
П и р и ди н-3 -сульф оновая
кислота
3-АцетИлпиридин
ОС-Пмколиновая
кислота
Применение.
Применяется с профилактической и
лечебной целью. Никотинамид применяют при лечении
пеллагры свиней, собак и птицы, ахилиях желудка,
гепатитах, нефритах и др.
Витамин Вь
Витамин В6 (питидоксин) объединяет три соедине­
ния: пиридоксин, пиридоксаль и пиридоксамин. Откры­
тие витамина связано с выяснением причины «крысиной
пеллагры».
Гипо- и авитаминозы. Наблюдаются чаще всего у
свиней, собак, кур, голубей и лабораторных млеко­
питающих (крыс, мышей). При этом возникают дермати­
ты, появляются эпилептические судороги, угнетается
деятельность красного костного мозга, задерживаются
и прекращаются рост и развитие. У свиней и собак
преобладает поражение нервной системы. У свиней
содержание гемоглобина уменьшается на 30%, железа
увеличивается в б раз (до 0,0006%). У крыс возни­
кает симметрический дерматит с поражением конечно­
стей, кончиков ушей и носа. У цыплят повышается
возбудимость, они начинают выщипывать и поедать
собственные перья, у взрослой птицы появляются опу­
холи мышечного желудка, судороги. Добавление к кор­
мам витамина РР не устраняет нарушений.
Химическое строение и свойства. Под термином
«витамин Вб» понимают три близких вещества - произ­
водные пиридина.
269
сн,он
C H ,O H
♦ 2H ♦
C H jO H
- IH +
N
+ н н , + 2H ♦
N
П и р и д о ксо л
П и р и д о кса л ь
(2 -м е т и л -3 -о к с и - 4 ,5 -
(2 -м е т и л -3 -о кс и -4 -ф о р м и л -5 о кси м е ти л пи р и д и н)
д и оксим етилпиридин)
-h , o
CH jN H
CH jO H
N
П и р и д о кса м и н
(2 -м е т и л -3 -о к с и - 4 - а м и н о м е т и л -5 о кси м ети л пи р и д и н )
Пиридоксин - белые кристаллы, хорошо растворяет­
ся в воде и этаноле, температура плавления 160° С,
устойчив к действию кислот, щелочей и к нагреванию,
разрушается под влиянием ультрафиолетовых лучей,
раствор флюоресцирует.
Природные источники и потребность животных.
Витамин поступает в организм с кормами. Некоторое
количество его синтезируется микрофлорой пищевого
канала.
Богаты им подсолнечниковый шрот (11,2 мг/кг
сухого вещества), кормовые дрожжи и пшеничные от­
руби.
Свиньям рекомендуется добавлять 1 мг витамина на
1 кг корма, цыплятам и индюшатам —3, утятам и гу­
с я т а м -2 ,6 , племенным курам и уткам - 4 , 5 мг/кг.
Обмен в организме. Часть витамина, связанного с
белками, всасывается слизистой оболочкой пищевого
канала
после
ферментативного
гидролиза
белков.
С током крови витамин поступает в печень, а затем в
другие органы.
Свободный витамин фосфорилируется под влиянием
фермента пиридоксалькиназы, образуя фосфаты пиридоксола, пиридоксаля и пиридоксамина. Ежесуточно в
организме обновляется 2-3% запаса витамина. Из ор­
ганизма витамин выводится в основном с мочой. Из
иетаболитов пиридоксина, выявляемых в моче, 4пиридоксиловая кислота составляет 20-40%.
270
Значение для обмена веществ. Витамин в виде фос­
фатов входит в состав ферментов, участвующих в де­
заминировании, переаминировании и декарбоксилировании аминокислот, в переносе серы с метионина на
серии, в образовании адреналина и норадреналина,
серотониниа и гистамина. В качестве кофермента вхо­
дит в молекулы многих рацемаз, участвует в обмене
триптофана и тирозина и др. Пиридоксаль-5-фосфат
участвует в создании третичной структуры фосфорилазы. Значение витамина В6 в структуре и деятельности
пиридоксалевых ферментов подробно расшифровано на
ппртмере реакций переаминирования советскими биохи­
миками А. Е. Браунштейном и М. М. Шемякиным.
На первой стадии аминокислота взаимодействует с
пиридоксальфосфатом, образуя изометины I и II (шиффовы основания), В их молекуле происходит смещение
электронов по направлению от а-углеродного атома
аминокислоты к атому азота пиридоксальфосфата, что
приводит к поляризации и разрыву связей у
а-углеродного атома аминокислоты. Оба исходых ве­
щества после взаимодействия образуют азометин I,
который превращается в азометин II. Азометин II
гидролизуется, возникают кетокислота (III) и пиридоксаминофосфат (IV ), который может отдавать свою
аминогруппу соответствующей кетокислоте. В резуль­
тате образуется нужная для клетки и ткани аминокис­
лота и восстанавливается в прежнем виде витамин.
3
с н ,-о -р о н,
но
А м инокислота
с н ,-о р о ,н ,
сн,
но
Пиридоксальф осф ат
|
С Н , - О Р О ,И ,
*
_
]— л
|
//
С = Н -С Н ,- Ч '
соон
\Д
'н
Гидролиэ
----------- —
сн,
С Н ,- О Р О ,Н ]
я
I
с=о
+
н ,н —с н , - ^
\<
/ \
но
сн.
271
Антивитамины. Антивитаминами пиридоксина являют­
ся
4-дезоксипиридоксин
(2,4-диметил-3-окси-5-оксиметилпиридин), 2-метил-3-амино-4,5-оксиметилпиридин
и до.
Применение. Препарат витамина В6 - пиридоксин
гидрохлорид - применяется
при
лечении
гепатитов,
дерматитов, экзем, нефритов, невритов и других бо­
лезней.
Витамин В е
Витамин Вс ( фолиевая кислота) впервые был обна­
ружен в листьях шпината. Широко распространен в
растительном мире.
Гипо- и авитаминозы. При недостатке в кормах
фолиевой кислоты у молодняка птицы развиваются лей­
копения, гипохромная анемия, нарушается рост перь­
ев, наступает парез ног и паралич шеи (рис. 33).
У других животных приостанавливается также рост,
снижается уровень продуктивности.
Химическое строение и свойства. Молекула витами­
на состоит из трех компонентов: производного птеридина I, л-аминобензойной II и глутаминовой III кис­
лот.
он
/Nn
/} 'Х
Н -S
I
с
II
f
" - С -С Н , — н н —( /
I
> Л LI
'
с о —н н —с н —с н , —с н , - с о о н
\ ' —— ■/
..
/
I
В зависимости от количества остатков глутамино­
вой кислоты, входящих в м олекулу витамина, разли­
чают моно-, три- и гептапроизводные: птероилмоно-,
птероилтри- и птероилгептаглутаминовые кислоты.
272
Фолиевая кислота пред­
ставляет собой желтое крис­
таллическое вещество, плохо
растворимое в воде и лег­
ко - в щелочах. При нагре­
вании до 250 °С разлагает­
ся. Без вкуса и запаха. Под
влиянием солнечного света
гидролизуется по метилено­
вому мостику на птеридин и
л-аминобензоилглутаминовую
КИСЛОТу.
Рис. 33. Паралич шеи у ин-
Природные ИСТОЧНИКИ И Дейки в возрасте 33 дней
потребность животных. Витаl j » j j
Вс ("°
мин синтезируется в листьях
растений, клетками дрожжей и микрофлорой пищевого
канала. Им богаты пивные дрожжи (11,35 мг/г), лю ­
церновая мука, соевый шрот, картофель. Жвачные по­
лучают витамин за счет бактериального синтеза в
преджелудках. Поросятам-отьемышам требуется его
0,5-1
мг/кг
корма,
свиноматкам - 2,1,
курамнесушкам - 0,5,
цыплятам - 0,6-0,8,
индейкам 1,3 мг/кг.
Обмен в организме.
Витамин всасывается в ос­
новном в двенадцатиперстной кишке в виде пищевых
фолатов. Затем поступает в кровеносное русло, де­
понируется в печени. Из 7-12 мг фолатов организма
человека 5-7 мг находится в печени. Около 60%
фолатов крови связано с белками сыворотки. Из ор­
ганизма фолаты выводятся с мочой, калом и частично
с потом.
Значение для обмена веществ. Фолиевая кислота
является коферментом многих ферментов, катализи­
рующих в основном формилирование, оксиметилирование
и образование метильных групп. Ферменты, содержащие
восстановленную
форму
витамина,
активируют
Ci-остаток ( - Н О О , СНэ, -С Н гО Н ), участвуют в био­
синтезе метионина, серина и тимина, белков, холина,
образовании ферментных систем, содержащих Н АД и
Ф А Д , а вместе с витамином Вц - в процессах кро­
ветворения.
Антивитамины. Наиболее ценные из них - ингибито­
ры биосинтеза пуриновых и пиримидиновых оснований в
тканях опухолей.
18 -1281
273
Аминоптерин
с н -с н ,- сн ,- соон
I
соон
А м е то п т е р и н
Механизм их действия связан с блокированием
включения метального остатка в пиримидиновое ядро
тимина. В раковых клетках при их дегенерации не
синтезируется Д Н К, уменьшается способность к био­
синтезу А Т Ф и белка.
Применение. Используют при лечении макроцитарных
анемий,
хронических
гастроэнтеритов,
туберкулеза
кишечника и др.
Витамин Вп
Витамин В12 (цианкобаламин) назвали антианемическим, так как он предохраняет организм от злока­
чественной
анемии. Болезнь возникает из-за отсут­
ствия в организме двух факторов - внешнего и внут­
реннего. Внешний фактор представлен витамином Вц и
содержится
в кормах,
внутренний - мукопротеидом
желудочного сока.
Гипо- и авитаминозы. Гипо- и авитаминозы встре­
чаются чаще всего у свиней, собак и птицы. При этом
задерживается рост, уменьшаются привес, продуктив­
ность, возникают понос, рвота, восприимчивость к
заболеваниям,
высокая
эмбриональная
смертность,
парез и паралич конечностей. В кровеносной системе
появляются незрелые и большие эритроциты, в желудке
атрофируется слизистая оболочка, поражается нервная
система. Причина этих явлений - недостаток или от­
сутствие в кромах витамина, Со, желудочно-кишечные
заболевания, при которых нарушаются ассимиляция
кормового витамина, его всасывание и биосинтез мик­
робами.
274
Химическое строение и свойства. М олекула витами­
на Вц включает две части - хромофорную и нуклео­
тидную. Хромофорная часть состоит из четырех час­
тично восстановленных пиррольных ядер, которые со­
единены между собой обычной связью (ядро D ) и коор­
динационной (ядра А, В и С ) - с кобальтом. Н ук лео­
тидная
часть
витамина
состоит
из
5,6диметилбензимидазола, остатка рибозы и фосфорной
кислоты. Она связана ковалентно с хромофорной
частью (через ядро D ) и координационно - с атомом
кобальта. Ядра пиррола содержат восемь метильных
групп, три остатка пропионовой кислоты и три остат­
ка уксусной кислоты. Карбоксильные группы амидированы. Атом кобальта связан с группой CN(/?). М оле­
кулярная масса витамина Вц равна 1356. Элементар­
ный состав витамина В]2 - CmHmNmPCo. Структурная
формула имеет следующий вид:
18 *
275
Хромофорная часть фактически является порфирином
и напиминает гемин или хлорофилл. Различают не­
сколько кобаламинов, которые отличаются между собой
по остатку (/?), связанному с кобальтом: циан- (соб­
ственно витамин Вп), окси-, нитрит- и хлоркобаламины. Все они обладают витаминной активностью.
Витамин
В12 — кристаллическое
вещество
рубиновокрасного цвета, хорошо растворяется в воде, этано­
л е, не растворяется в бензоле, хлороформе и эфире,
без запаха и вкуса, разрушается под действием сол­
нечного света и высоких температур, окислителей и
восстановителей.
Природные источники и потребность животных. При
наличии кобальта в рационе животных витамин синте­
зируется микробами (особенно пропионовокислыми бак­
териями и актиномицетами), обитающими в пред желуд­
ках жвачных и кишках. Много витамина содержат ил,
стоячие и сточные воды.
Д ля поросят-сосунов средняя суточная потребность
в витамине составляет 20 мкг/кг сухого корма, для
телят-сосунов -1 0 -4 0 ,
для
взрослых
с в и н е й - 11,
для месячных цыплят - 20, для кур - 2 мкг/кг.
Обмен в организме. Витамин всасывается в нижней
части тощей и верхней части подвздошной кишок. П е­
ред этим он соединяется с внутренним фактором, об­
разуя комплекс. Вследствие активного переноса этот
комплекс поступает в эндоплазму эпителиальных кле­
ток кишок. В дальнейшем он расщепляется на витамины
В12 и внутренний фактор. Первый поступает в крове­
носную систему ворсинки, второй возвращается в про­
свет кишок, где взаимодействует с новыми порциями
витамина. В кровеносной системе витамин связывается
транскобаламином I (относится к Э-глобулинам) и
транскобаламином II (имеет 0-глобулиновую природу).
В таком виде он транспортируется вначале в печень
(часть его там депонируется), а затем в другие ор­
ганы и ткани, где используется для биосинтеза мно­
гих ферментов как кофермент. В организме витамин
мало изменяется, его избыток выделяется с мочой и
калом.
Значение для обмена веществ. Витамин Вц влияет
на биосинтез нуклеиновых кислот, белков, превраще­
ния углеводов, способствует накоплению жира, вос­
становлению SH-групп КоА, активирует каротиназу и
276
обеспечивает образование в организме витамина А из
каротинов, стимулирует нормальный эритропоэз и об­
разование макроэргов, способствует ресинтезу м етио­
нина, образованию адреналина и норадреналина, креа­
тина и других соединений. Метилкобаламин участвует
в биосинтезе метионина, уксусной кислоты и метана.
5 '-Дезоксиаденозильное производное витамина служ и т
коферментом ферментов, с помощью которых происходит
превращение глутаминовой кислоты в аспарагиновую, и
ферментов, катализирующих образование дезоксицитидин-5-дифосфата из цитидин-5-трифосфата и др.
Применение. Используют для повышения продуктив­
ности животных и при лечении многих болезн ей . В
частности, кормовой кобаламин в дозе 60 мкг на 1 кг
кукурузного или ячменного рациона повышает привес
цыплят на 7% . Применяют при лечении анемий, гепати­
тов, хирургических заболеваний, болезней
нервной
системы, в онкологической практике и т. д.
Витамин Н
Витамин Н
в е ка ™
(биотин)
известен г
Ф=»™Р роста б а к т е р и и „ n o S
Прошлого
Гипо-и авитам инти
Дрожжей.
•ИИ витамина возникают' т п о - " е®остатке или отсутст-
ио у цыплят и индюшат ™ о ^ т ^ ,ИТаМИВОЗЫ' « “ б ен -
дУ“ ‘ " “ х Мерей при кормлении ^
кать У свиней и
я г йд
Г
(♦очки*),
0 T e * ;L .
А р м и р ую тся
ГГ-WST7снТнГГ"-
rJ l
е-
антисебо-
ше^Д
К
"
aS?=SS£SS?asr;
и валериано-
277
о
II
HN
NH
I
J
H ? -------- CH
HjC>.
I
$
COOH
I
.CH -CH 2- C H j- CH, - CHj
Биотин —кристаллическое бесцветное вещество с
температурой плавления 232-233 °С, хорошо раство­
ряется в воде, хуже - в этаноле, устойчив к дейст­
вию солнечных лучей, щелочей, кислот, нагреванию.
Химически активен.
Природные источники и потребность животных. Био­
тином богаты пивные дрожжи (1000-1600 мкг/кг), ара­
хисовый и соевый шроты, зерно ячменя, овса и куку­
рузы. Средняя суточная потребность у цыплят состав­
ляет 100 мкг/кг корма, индюшат-250, кур-150,
поросят массой до 20 к г-7 7 мкг/кг.
Обмен в организме. Кормовой биотин в основном
находится в связанном с белками состоянии. Связан­
ный биотин гидролизуется ферментом биотинидазой до
биотина и белка. Всасывание кормового и синтези­
руемого микрофлорой биотина происходит в тонкой
кишке. В крови биотин связывается с альбуминами и
поступает в различные органы и ткани. Депонируется
в тканях печени, почек и надпочечников. Избыток
выводится из организма с мочой и частично с калом.
Количество выделенного биотина в 3-6 раз превышает
количество принятого с кормами и водой.
Значение для обмена веществ. Биотин является
составной частью многих ферментов, участвующих в
биосинтезе белков (например, сывороточного альбуми­
на и амилазы), карбоксилировании и декарбоксилировании жирных кислот, образовании многих видов липи­
дов и пуринов, превращениях пирувата в оксалоацетат, пропионата - в 2-метилмалонил-КоА
(реакция
особо важная для жвачных), в синтезе м^иевины и др.
Наиболее детально изучено участие биотин» в биосин­
тезе высших жирных кислот.
Антивитамины. Основными антагонистами биотина
являются белок авидин куриного белка и несколько
структурных аналогов.
Применение. Препараты биотина применяются при
лечении дерматитов, экзем, некоторых видов анемий.
278
Витамин С
Открытие витамина С ( аскорбиновой к ислот ы ) свя­
зано с выяснением природы цинги - заболевания, выз­
ванного отсутствием в рационе свежих овощей и фрук­
тов. Бы ло установлено, что свежие овощи содержат
водорастворимый фактор, предупреждающий развитие
цинги. Э тот фактор п олуч и л название витамина С.
Теп ерь витамин получаю т синтетически из D -глю козы.
Г и п о- и авитаминозы. При авитаминозе животные
заболеваю т цингой. Она проявляется в кровоточивости
десен, слизистых оболочек и мышц. У телят наблю ­
даются явления некроза, быстрая утомляемость, ане­
мия, учащ ение пульса и дыхания, замедляются рост и
развитие, падают
привесы. У поросят-сосунов возни­
кает анемия, замедляется рост, появляются кровоиз­
лияния в коже и слизистых оболочках, гиперкератоз,
конъюнктивиты, иногда некроз хвоста, выпадает щети­
на. У взрослых свиней возникают геморрагии и пят­
нистая краснота на слизистой оболочке рта, особенно
десен,
некротический
стоматит,
опухаю т
суставы,
наступает резкое истощение и смерть. У пушных зве­
рей возникают подкожные кровоизлияния, стоматиты,
анемия, отеки лапок и хвоста (кончик хвоста иногда
отпадает), парезы и параличи, приводящие к гибели.
У лисят мех становится ватообразным, серовато-белым
и мягким.
Хим ическое строение и свойства. Витамин С - про­
изводное L - гулоновой кислоты
(2,3 -эн ди ол-£-гулон о-1,4-лактон).
Способен
к
окислительно-восстановительным превращениям.
о
С ^ —1
1
С
II
с
и
1
с-н
1
сн,он
L - А скорбиновая
кислота
о
II
о—
с <
1
-Н,
о
°1J
н - с ---- 1
1
н о -с —н
1
1
сн,он
L -Д е ги д р о ае ко р биновая кислота
279
Витамин С - белое кристаллическое вещество с
кислым вкусом, хорошо растворяется в воде, хуже —в
этаноле, не растворяется в жирах и диэтиловом эфи­
ре, оптически активен, температура плавления 190—
192 °С. Витамин С имеет сильные восстановительные
свойства. При нагревании быстро разлагается.
Природные источники и потребность животных.
Главными источниками служат зеленые корма, овощи и
фрукты. В плодах шиповника содержится 2000-4500 мг
витамина на 100 г, в черной смородине - 300, крас­
ном перце -100-400, хвое ели и сосны (зимой) 220-275, капусте - 30-70 мг. Суточная потребность в
витамине С у телят в первые две недели жизни со­
ставляет 250 мг в сутки. При раннем отъеме поросят
в их рацион следует добавлять витамина 100—
200 мг/кг корма. Курам рекомендуется давать летом
40-60 мг/кг корма, зимой -100, петухам и индю­
кам-100-200 мг/кг.
Обмен в организме. Витамин всасывается в основ­
ном в тонкой кишке. С током крови он поступает в
печень, а затем в другие органы и ткани. Больше
всего его содержится в тканях надпочечников. Усвое­
ние нарушается при желудочно-кишечных заболеваниях,
а биосинтез в организме уменьшается при болезнях
надпочечников, гепатитах, нефритах. Аскорбиновая
кислота поступает во многие клетки в виде дегидроаскорбиновой кислоты. В клетках (например, в эрит­
роцитах) она быстро восстанавливается. Основная
масса витамина связана в комплексе Гольджи и мито­
хондриях преимущественно с белками. При окислении
аскорбиновая кислота превращается в дегидроаскорбиновую, последняя - в дикетогулоновую кислоту, а
при ее распаде образуется щавелевая кислота. Часть
дикетогулоновой
кислоты декарбоксилируется, что
приводит к образованию ксилозы, которая использует­
ся для биосинтеза других пентоз (рибозы и дезоксирибозы) или глюкозы. Некоторое количество аскорби­
новой кислоты выводится из организма с мочой.
Значение для обмена веществ. Витамин участвует
во многих реакциях обмена. Он является донатором и
акцептором протонов и электронов. Процесс протекает
с участием ферментов или ионов металлов, хинонов,
гомохромогенов.
Витамин С участвует в восстановлении дисульфид280
ных связей в молекулах белка и прежде всего фермен­
тов. Является составной частью активного центра
фермента, ускоряющего гидролиз отдельных тиогликозидов. При недостатке или отсутствии в кормах вита­
мина С нарушается переход преколлагена в коллаген,
что приводит к кровотечениям. Нарушается биосинтез
коллагена и гиалуроновой кислоты в костной ткани.
Возникают типичные цинготные изменения скелета.
Замедляется регенерация всех тканей, так как задер­
живается превращение пролина в оксипролин. Задержи­
вается биосинтез гормонов надпочечников, дентина,
парных соединений, процессов свертывания крови,
тормозится деятельность многих ферментов.
Антивитамины. Антагонистом витамина С является
его структурный аналог - глюкоаскорбиновая кислота.
г ----- О -------1
.1
Н
Н
I I I
с - с = с —с - с - с - с н ,о н
I I
I
I
I
но он н он он
Применение. Препарат витамина С и корма, богатые
им, применяют для повышения сопротивляемости орга­
низма к заболеваниям, при лечении цинги, геморра­
гических диатезов, анемий, для устранения интокси­
каций различного происхождения и др.
Витамин Р
Витамин Р (биофлавоноиды) - группа веществ, ук­
репляющих стенки капилляров. К ним относятся соеди­
нения, которые обусловливают окраску растений, флавононы. Витамин открыл А. Сент-Дьердьи как фак­
тор устойчивости капилляров.
Гипо- и авитаминозы. При недостатке или отсутст­
вии витамина в кормах у животных появляются крово­
излияния в коже, мышцах, суставах и внутренних ор­
ганах в виде точек или петехий.
Химическое строение и свойства. Витамин Р объ­
единяет
группу
веществ - эридиктиол,
гесперидин,
кверцетин и рутин.
281
он
он
НС
о -с н
он
И
Эридиктиол
OH
jl
о
Гесперидин
н<
о
он
Кверцетин
О
Рутин
Эридиктиол представляет собой бесцветное
кри­
сталлическое вещество, кристаллы имеют форму лис­
точков, хорошо растворяется в воде и этаноле, имеет
температуру плавления 267 °С.
Гесперидин - желтое
кристаллическое
вещество,
кристаллы имеют вид листочков, гигроскопичны, слабо
растворяется в воде, лучше —в этаноле, имеет тем­
пературу плавления 224-226 °С.
Кверцетин - лимонно-желтое кристаллическое ве­
щество, кристаллы иглоподобные, слабо растворяется
в горячей воде и этаноле, имеет температуру плавле­
ния 316-317 °С.
Рутин - светло-желтое кристаллическое вещество,
кристаллы иглоподобные, плохо растворяется в воде,
лучше - в этаноле,
имеет температуру
плавления
180-190 °С.
Природные источники и потребность животных. Ви­
тамином богаты плоды цитрусовых, особенно их кожура
(до 0,5 % ). Высоким содержанием рутина отличаются
листья гречихи. Много витамина Р содержит кожица
черной смородины (до 0,5% ) и шиповника (0,24-
0 ,68%).
Обмен в организме. Витамин поступает в организм
с кормами. Расщепление и всасывание кормового вита­
мина в основном происходит в тонкой кишке. После
поступления в кровеносное русло витамин использует­
ся органами, тканями и клетками для различных про­
цессов обмена веществ. В тканях биофлавоноиды после
282
Витамин В а
Витамин Ви ( оротовая кислота) был выделен из
молозива. Позже его отнесли к витаминам, необходи­
мым для животных и микробов.
Гипо- и авитаминозы. При недостатке или отсутст­
вии витамина замедляются и прекращаются рост и раз­
витие животных и микробов.
Химическое строение и свойства. Витамин Во яв­
ляется производным пиримидина.
о
II
нн^ ^сн
I
II
о —с,
— соон
нн
Это - бесцветное кристаллическое вещество, рас­
творяется в горячей воде и щелочах, имеет темпера­
туру плавления 345-346 °С (с разложением), со ще­
лочами образует соли.
Природные источники и потребность животных. Ви­
тамином богаты дрожжи (2,670 мкг/г), печень, коро­
вье и овечье молоко.
Обмен в организме. В организм витамин Ви посту­
пает вместе с кормами и синтезируется микрофлорой.
Всасывание его происходит в тонкой кишке. Исполь­
зуется тканями для синтеза пиримидиновых нуклеоти­
дов и др. Избыток витамина я продукты его превраще­
ния выделяются с мочой, калом, потом, выдыхаемым
воздухом.
Значение для обмена веществ. У птиц и млекопи­
тающих оротовая кислота синтезируется из аспараги­
новой кислоты и карбамилфосфата, являясь источником
пиримидиновых оснований:
Аспарагиновая кислота + Карбамилфосфат —* Уреидоянтарная
кислота — ►Дигидрооротовая кислота —►Оротовая кислота —>
Оротидин-5-фосфат. —>. Уридин-5-моно-, ди- и
трифосфат —*. Цитидин
Оротовая кислота идет на синтез пиримидиновых
нуклеотидов, они - нуклеиновых кислот. Способствует
285
образованию жира из глюкозы, синтезу лактозы, с л у ­
жит активитатором ксантинооксидазы, участвует в
обмене одноуглеродных соединений. При недостатке
витамина Вц восстанавливает активность глю козо-6фосфатазы
и
бетаин-гомоцистеин-метилтрансферазы,
витамина Вз и К о А в печени.
Примечание. Препараты оротовой кислоты исполь­
зуются для стимуляции эритропоэза после кровопотерь, при лечении заболеваний печени, миокарда,
почек и др.
Витамин Bis
Витамин Ви (пангамовая кислот а) первоначально
был открыт в тканях печени. Позже его выявили во
многих продуктах растительного и животного проис­
хождения и назвали пангамовой кислотой.
Гипо- и авитаминозы. При недостатке или отсут­
ствии в кормах витамина наступает кислородное голо­
дание тканей и жировое перерождение печени.
Химическое строение и свойства. Пангамовая кис­
лота является сложным эфиром /)-глюконовой и алкилированной аминоуксусной к и сло т- N , N -диметилглицил-6-глюконовая кислота.
соон
I
н -с -о н
I
н о -с -н
I
н -с -о н
I
н -с -о н
I
о
^
сн
X
с н ,- о - с - с н ,- н '
>
сн}
Витамин Bis - белые, с желтоватым оттенком кри­
сталлы, имеют характерный запах, гигроскопичны,
хорошо растворимы в воде и не растворяются в орга­
нических растворителях.
Природные источники и потребность животных.
Витамином богаты дрожжи, рис, ткань печени, кровь.
Обмен в организме. Вопросы обмена витамина в
достаточной мере не изучены.
286
Рис. 34. Нарушение процессов роста у поросенка
отсутствии в кормах холина (по Б. А. Кудряшову)
(справа)
при
Значение для обмена веществ. Пангамовая кислота
участвует в процессах клеточного дыхания, активи­
рует перенос кислорода, служит источником и пере­
носчиком метильных групп, повышает активность пируватдегидрогеназы и СДГ, способствует образованию
А Т Ф и креатинфосфата, оказывает влияние на функции
надпочечников и активирует гексокиназную систему,
улучшает
течение
процессов
биосинтеза
белков,
нуклеиновых кислот, гликогена.
Применение. Препараты витамина применяют при
лечении
хронических гепатитов,
цирроза
печени,
эмфиземы легких, коронаросклероза, пневмосклероза,
дерматитов.
Холин
Холин (от греч. chole —желчь) выделен из желчи
и из желтка куриного яйца как витаминоподобное ве­
щество, предупреждающее ожирение печени.
Гипо- и авитаминозы. Недостаток или отсутствие
в кормах холина приводит к жировому перерождению
печени и отложению жира в клетках различных тканей,
особенно почек. Развиваются парезы и параличи, па­
дает уровень продуктивности (рис. 34), уменьшается
синтез протромбина, у птицы развивается перозис,
деформируются кости, особенно плюсны, снижается
яйценоскость.
Недостаток холина в кормах приводит к возникно­
вению жировой инфильтрации печени и почек. Внесение
в корма холина устраняет эти явления.
Химическое строение и свойства. Холин представ­
ляет собой гидроокись триметил-/3-оксиэтиламмония.
287
сн, - сн,он
1/Сн,
N -C H ,
|^СН,
ОН
Холин - сиропообразная жидкость, хорошо раство­
ряется в воде, обладает основными свойствами - о б '
разует соли с кислотами. В качестве кормовой до­
бавки применяют холинхлорид.
Природные источники и потребность животных.
Высоким содержанием холина отличаются рыбная мука
(3,6 г/кг), семена бобовых, кормовые дрожжи, зерно
овса. Суточная потребность в холине для свиней со­
ставляет 500-800 мг/кг корма, п о р о с я т - 1250, цып­
лят - 1300, бройлеров - 1200-1500 мг/кг.
Обмен в организме. Экзогенный холин поступает в
пищевой канал в свободном и связанном состоянии.
Связанный холин в организме подвергается обычным
превращениям. Часть холина в организме синтези­
руется.
Основой молекулы может быть серии. Донаторами
метильных групп являются метионин, фолиевая кислота
и витамин Вх2. В большинстве случаев биосинтез не
удовлетворяет потребностей телят, свиней и птицы.
Избыток холина выводится из организма с мочой, ка­
лом, потом.
Значение для обмена веществ. Холин служит ос­
новой для биосинтеза мембранных липидов, лецитинов
и медиатора
нервного возбуждения - ацетилхолина.
Холин является донатором метильных групп при био­
синтезе адреналина, креатина и метионина. Холин —
липотропный фактор, участвует в обмене жиров между
печенью и жировой тканью. Из жира и холина в печени
образуются лецитины, при их наличии обеспечивается
постоянный отток жировых веществ из печени в общее
кровеносное русло и предотвращается чрезмерное от­
ложение жира.
Антивитамины. Основным антагонистом холина яв­
ляется триэтилхолин. Он, соединяясь с ацетил-КоА,
образует псевдомедиатор - ацетилтриэтилхолин.
Применение. Рекомендуется свиноматкам давать в
виде холинхлорида добавку 0,7 г/кг корма, порося­
288
та м - 1250 мг/кг, откормочным
птице - 800-1300 мг/кг корма.
свиньям - 500-800,
Витамин Be
Витамин Вв (карнитин) обнаружен в мышечном экс­
тракте как вещество, проявляющее витаминные свой­
ства.
Гипо- и авитаминозы. Витамин необходим для раз­
вития многих насекомых, особенно для личинок пече­
ночного червя. При отсутствии витамина насекомые и
их личинки гибнут.
Химическое строение и свойства. Карнитин - (5-окси-у-триметиламиномасляная кислота
(CH3)3N*-CH2-CHOH-CH2-COO~
Карнитин - бесцветное кристаллическое вещество,
растворяется в воде и этаноле, температура плавле­
ния 195-197 °С (с разложением), обладает основными
свойствами, химически активен.
Природные источники и потребность животных.
Карнитином богаты мышечная ткань (20-50%), дрожжи,
ткани печени.
Обмен в организме. Карнитин образуется в тканях
из глутаминовой кислоты: Под влиянием определенных
ферментных систем эта кислота декарбоксилируется,
затем метилируется и, наконец, гидроксилируется.
Детали обмена не изучены.
Значение для обмена веществ. Карнитин участвует
в липидном обмене, выполняя функции переносчика
остатков жирных кислот через мембраны митохондрий.
Карнитин (К) под влиянием одного из двух специфи­
ческих ферментов взаимодействует с соответствующим
ацил-КоА, образуя ацил-К. В таком виде ацилы по­
ступают внутрь митохондрий, после чего К возвра­
щается в гиалоплазму, а они подвергаются различным
превращениям, и в первую очередь окислению с обра­
зованием химической энергии.
К+Ацил-КоА < * Ацил-К+КоА;
Ацил-К *
19— 1281
* Ацил+К.
289
Участвуя в транспортировании жирных кислот через
мембраны митохондрий в гиалоплазму, карнитин спо­
собствует синтезу жирных кислот. Скорость этой
реакции зависит от содержания в клетке цитрата —
активатора
ацил-КоА:
карнитин-ацилтрансферазы.
Карнитин служит донатором метильных групп при био­
синтезе холина.
Применение. Препараты карнитина используются при
лечении болезней печени и др.
Витамин U
Витамин U (S-метилметионинсульфонийхлорид) от­
крыт как дополнительный фактор питания, предохра­
няющий организм от язвенной болезни желудка и две­
надцатиперстной кишки.
Гипо-и авитаминозы. При гипо-и авитаминозах у
животных развивается язвенная болезнь.
Химическое
строение
и
свойства.
Витамин
U - производное метионина.
н’с^ s- C H j - C H j - C H N H j - С О О Н
В клинике применяют его соль - S-метилметионинсульфоний хлорид.
Н,С^
S + - C H j — C H j— CH N H j — С О О Н
ci-
Н .с -'
Это - твердое вещество белого цвета, сладковато­
солоноватое на вкус, с запахом капусты, раство­
ряется в воде, оптически активно.
Природные источники и потребность животных.
Больше всего витамина содержится в побегах спаржи
(0,1% ), листьях капусты и томатах. Им богаты репа,
лук, морковь.
Обмен в организме. Витамин всасывается в тонкой
кишке. Попадает с током крови в печень, частично
используется ее тканями, а затем разносится по ор­
ганизму и включается в реакции обмена веществ.
Избыток витамина выделяется с мочой, потом с калом.
290
Значение для обмена веществ. Витамин является
донатором метильных групп для биосинтеза холина и
креатина, метилирует гистамин, превращая его в не­
активный метил гистамин (в этом заключается боле­
утоляющее действие витамина). Витамин задерживает
отложение холестерина на стенках кровеносных сосу­
дов и способствует удалению его избытка из орга­
низма, оказывает положительное действие на регене­
рацию эпителия слизистой оболочки желудка и две­
надцатиперстной кишки, пораженных язвой.
Применение. Препарат витамина и корма, богатые
им, применяют для лечения язвенной болезни, гастри­
тов и др.
п-Аминобензойная кислота (ПАБ К)
n-Аминобензойная кислота проявляет витаминные
свойства для некоторых микроорганизмов.
Гипо- и авитаминозы. При отсутствии ПАБК в пи­
тательной среде микробы, нуждающиеся в ней, гибнут.
У млекопитающих замедляется рост и наступает де­
пигментация шерстного покрова.
Химическое строение и свойства. ПАБК является
производным бензола.
NH,
I
нс^сн
I
II
НС^ч. сн
с
I
соон
По физическим свойствам ПАБК - белое или слегка
желтоватое кристаллическое вещество без запаха,
плохо растворяется в воде (1:170), хорош о-в эта­
ноле, амфолит.
Природные источники и потребность животных. Со­
держится в растительных и животных тканях, микро­
бах. Богаты им дрожжи (0,0004%), зародыши пшеницы,
картофель.
Обмен в организме. ПАБК кормов всасывается в
основном в тонкой кишке. Здесь же часть ее исполь­
зуется микрофлорой для синтеза фолиевой кислоты.
19*
291
С током крови она попадает в печень, затем в другие
органы и ткани. Избыток ПАБК выводится с мочой.
Значение для обмена веществ. Действие ПАБК на
реакции обмена веществ многогранно. Прежде всего,
она входит в состав фолиевой и фолиновой кислот,
следовательно, участвует в биосинтезе ДНК и РНК,
влияет на обмен биогенных аминов, на превращение
тирозина в меланин.
Антивитамины. Конкурентами ПАБК являются
п-аминосульфоновая кислота и сульфаниламид (белый
. грептоцид).
не_сн
// \ \
H,Н—с
с —SOvOH
\ _/
НС—сн
не—сн
// \\
н,м—с
с—SO,NH,
\
/
НС—сн •
Они вытесняют ПАБК из молекул ферментов, что
приводит к угнетению реакции обмена и гибели соот­
ветствующих микроорганизмов.
Применение. ПАБК используется при лечении атеро­
склероза, для восстановления пигментации волос, для
повышения тонуса организма.
Контрольные вопросы
I . ’ Что такое витамины, авитаминозы, гиловитаминозы и гипервитаминозы? Что является источником витаминов?
2. Дайте краткую характеристику, расскажите о химическом
строении и значении в обмене веществ всех жирорастворимых (А,
D, Е , К, Г ), водорастворимых (Bi, В2, Вз, ГР, В«, Вс, В12, Н,
С, Р) и витаминоподобных веществ (инозита, витаминов В13, В ц,
Be, U, х олина, ПАБК).
3. Какие мероприятия необходимы для профилактики известных
вам гиповитаминозов и авитаминозов у животных?
ГЛАВА 9
ФЕРМЕНТЫ
Краткая история учения о ферментах
Ферменты (энзимы) —это биологические катализа­
торы белковой природы, которые образуются в живых
клетках и обладают способностью ускорять химические
процессы в организме. И. П. Павлов назвал ферменты
истинными двигателями всех жизненных процессов.
292
История биохимии в значительной степени является
историей изучения ферментов. Развитие учения о фер­
ментах можно условно разбить на несколько этапов.
Первый этап охватывает период до XVII в. и харак­
теризуется использованием ферментов в практической
деятельности человека (выпечка хлеба, приготовление
вин, сыров, выделка кож и др.).
Второй этап включает период с XVII в. до сере­
дины XIX в. и связан с именем Я. Б. ван Гельмонта,
изучавшего брожение сахаристых веществ. Он и ввел в
науку термин «ферменты» (от лат. fcrmentum —
закваска). В 1814 г. русский ученый К. Кирхгоф в
солоде открыл амилазу, под влиянием которой крахмал
превращается в мальтозу. В 1836 г. Т. Шванн в желу­
дочном соке выявил пепсин. В 1862 г. А. Я. Дани­
левский из сока поджелудочной железы выделил ами­
лазу, липазу и трипсин. Им и его ученикам установ­
лена обратимость течения ферментативных реакций.
Третий этап начинается со второй половины XIX в.
и продолжается до 30-х годов XX в. Во второй поло­
вине XIX в. ферменты стали интересовать технологов
и клиницистов. Возник спор между J1. Пастером и
Ю. Либихом в отношении природы ферментов. Л. Пастер
все ферменты разделил на «организованные» и «неор­
ганизованные». К первым он отнес ферменты, которые
действуют на субстраты при наличии живых клеток
(например, ферменты дрожжей, вызывающие спиртовое
брожение). Ко вторым были отнесены ферменты, кото­
рые проявляли свое действие вне клеток, образовав­
ших их (например, пепсин в полости желудка). Ю.
Либих считал, что все ферменты могут проявлять свое
каталитическое действие как вместе с клетками, так
и вне их. Спор был решен русским врачом М. М. Манассеиной в 1871 г. Она получила дрожжевой сок,
который сбраживает углеводы так же, как и дрожжевые
клетки. Опыты были подтверждены Э. Бухнером.
К концу XIX в. возникла необходимость в систе­
матизации их названий. Э. Дюкло предложил при наи­
меновании ферментов к корню слова, обозначающего
субстрат, прибавлять суффикс-аза (например, суб­
страт сахароза-г фермент сахараза). Г. Бертран в
1897 г. установил в молекулах многих ферментов ве­
щество, способное к диализу, кофермент, или коэнзим. С. Серенсен в 1909 г. пришел к выводу, что
293
активность любого фермента зависит от pH среды.
В это время Э. Фишер создает первые представления о
механизме действия ферментов и субстратов («ключ к
замку»). А. Броун в 1902 г. приходит к выводу, что
во время катализа возникает фермент-субстратный
комплекс. JI. Михаэлис и М. Ментен в 1913 г. создают
основы современной кинетики ферментативного катали­
за. Р. Вильштеттер устанавливает одно- и двухкомпо­
нентные ферменты. В первом случае молекула фермента
состоит только из белка, во втором - из белкового
носителя —апофермента и небелковой группы - кофермента. Апоферменты и кофермент вместе составляют
холофермент, или активный фермент. Дж. Самнер в
1926 г. выделяет первый фермент в кристаллическом
виде - уреазу.
Его работы успешно продолжает
Д X. Нортроп. С этого времени начинается четвертый
этап в развитии ферментологии.
В эти годы изучаются структура молекул коферментов и их соединения с белковыми носителями. О. Вар­
бург и его ученики изучают структуру молекул дыха­
тельных ферментов, НАД и ФАД. В. А. Энгельгардт и
М. Н. Любимова в 1939 г. устанавливают, что многие
структурные белки (например, миозин) могут вы­
полнять ферментативные функции. Установлено участие
в ферментативных реакциях в качестве коферментов
многих витаминов. В 1955 г. С. Очоа с сотр. осу­
ществил синтез РНК под влиянием фермента поли­
нуклеотидфосфорилазы. В 1958 г. А. Корнберг выделил
полимеразу, под влиянием которой синтезируется ДНК.
В 1976 г. X. Г. Корана синтезирует ген из 196 нук­
леотидов.
По образному выражению В. Л. Кретовича (1974),
все эти открытия в области ферментологии приподняли
завесу над самыми сокровенными тайнами живой мате­
рии и раскрывают блестящие перспективы для даль­
нейшего развития науки и применения ее достижений в
практике.
Биосинтез и клеточная
локализация ферментов
Биосинтез молекулы фермента происходит в каждой
клетке, ткани, органе и состоит из тех же этапов,
что и биосинтез обычного белка:
294
ГдНК------- *. иРНк"1 — > ГиРНК
* рибосомы
[_( т ранскрипция ) J
(трансляция)
Биосинтез ф ё р - |___ [образование
ментативного 1
I активного
белка
J
[фермента
[
Первые два этапа представляют собой типичные
матричные процессы, рассмотренные раньше. Третий
этап - это типичный синтез белковой молекулы. На
четвертом этапе формируется молекула активного фер­
мента. Если фермент является сложным белком, то
происходит соединение апофермента с коферментом.
Молекула фермента приобретает типичную структуру
(вторичную, третичную и четвертичную), энергетичес­
ки выгодную для осуществления каталитических функ­
ций. Некоторые ферменты вначале пребывают в неак­
тивном состоянии и только после воздействия актива­
торов становятся активными (например, пепсин).
Биосинтез ферментов в организме протекает непре­
рывно. Наиболее интенсивно образуются ферменты в
период роста и развития животного. Отдельные органы
синтезируют значительные количества ферментов.
К ним следует отнести железы (слюнные, желудочные,
кишечные, поджелудочную), ферменты которых участ­
вуют в гидролитическом расщеплении кормовых ве­
ществ. Нарушение качественного и количественного
состава ферментов приводит к патологии, так как для
каждого органа, ткани и клетки характерен свой «набов*ферментов.
/ Д л я ферментов характерна определенная клеточная
Локализация. Так, в ядре в основном сосредоточены
/ферменты, участвующие в обмене нуклеиновых кислот
(5 '-нуклеотидаза, аденозиндезаминаза, НАД-пирофосфорилаза, оротидин-5' -фосфатпирофосфорилаза, глюко­
зо-1 -фосфату ридилилтрансфераза и др.). В ядерной
мембране содержатся ферменты, которые участвуют в
транспортировании отдельных соединений и энергии
(ацетилэстераза, АТФ-аза, цитохромоксидаза, глутаматдегидрогеназа, НАД • Н2-цитохром-с-редуктаза и
др.). Ферменты клеточного дыхания размещены преиму­
щественно в митохондриях (пируватдегидрогеназа,
глутаматдегидрогеназа, ферменты окисления жирных
кислот и др.). Лизосомы содержат ферменты, ката­
лизирующие в основном расщепление многих веществ
(катепсин с, пептидгидролазы, эстеразы, сульфатазы,
295
кислые ДНК- и РНК-азы, гиалуронатлиазу и др.).
Ферменты биосинтеза белка преимущественно концент­
рируются в рибосомах (аминоацил-тРНК-синтетазы,
пептиденнтетазы и др.). В гиалоплазме выявляются
ферменты различной функциональной направленности:
гликолиза, синтеза жирных кислот, активации амино­
кислот и т. д.
Методы выделения и очистки
ферментов
Материалом для получения различных ферментов
служат органы и ткани животных и растений, пищева­
рительные соки, клеточная масса микроорганизмов.
Подбирая материал, следует учитывать вид животного.
В частности, содержание 0-глюкозидазы в тканях
шести видов животных может резко отличаться. Пище­
варительные ферменты от животных получают по фи­
стульному методу И. П. Павлова. Часто для получения
ферментов используют бактериальные массы. Так, при
индуцированном синтезе содержание кислой фосфатазы
в массе кишечной палочки можно увеличить до 6% и
больше.
Молекулы ферментов обычно связаны со структур­
ными белками, липидами и углеводами. Часть молекул
ферментов находится в биологических жидкостях в
свободном состоянии. Чтобы выделить ферменты, сле­
дует разрушить клетки, перевести ферменты в раство­
ры и затем извлечь их из растворов специальными
приемами.
Материал, предназначенный для получения фермен­
тов, освобождают от примесей (органы - от соедини­
тельнотканной капсулы, жира, крови и др.). Свежий
материал хранят при низких температурах (минус
20 °С). ^Материал измельчают в гомогенизаторах,,
ультразвуком, с помощью автолиза, лизиса, растира­
ния в ступке с песком и т. д. Иногда клеточные мем­
браны разрушают, обрабатывая материал ацетоном. Для
получения ферментов из субклеточных структур мате­
риал гомогенизируют и дробно центрифугируют. К от­
дельным фракциям добавляют детергенты, например
«твины». Под их влиянием разрушаются мембраны и
ферменты переходят в раствор. Для получения экст­
рактов в ^сачестве—растворителей используют дистил296
,лированную воду, буферные растворы, физиологический
раствор, смесь глицерина й~дишшлйрбвшшой воды,
''органические растворители.
Очистка ферментов обычно представляет собой че­
редование различных методов фракционирования. Фер­
менты проверяют на чистоту —определяют константу
седиментации, электрофоретическую подвижность при
нескольких значениях pH, чистоту ферментного пре­
парата по кривой растворимости, исследуют иммуно­
логические свойства препарата с помощью антисыво­
ротки, а также электрофоретические и хроматографи­
ческие свойства фермента после воздействия трипсина
и других протеолитических ферментов.
t Общие свойства ферментов
Белковая природа ферментов. Все ферменты яв­
ляются простыми или сложными белками. Например, к
простым белкам относятся ферменты трипсин, уреаза и
многие другие, к сложным - каталаза, ферменты, ка-
Рис. 35. Кристаллы фермента фосфоэнолпируваткиназы (препарат
Я. Д. Дворниковой)
297
тализирующие окислительно-восстановительные процес­
сы, и др. Все ферменты хорошо растворяются в воде,
в разбавленных растворах кислот, щелочей, солей и
некоторых
органических
растворителях.
Водные
растворы проявляют типичные признаки лиофильных
коллоидных систем. Для ферментов характерна высокая
молекулярная масса: от десятков тысяч до нескольких
миллионов. Свыше 500 ферментов получено в кристал­
лическом виде (рис. 35). Все они, амфотерны и обла­
дают высокой химической активностью.
Термолабильность
и
температурный
оптимум
действия ферментов. Ферменты - термолабильные со­
единения. При действии высоких температур они денатурируют, что приводит к прекращению каталитических
функций. Температурный оптимум действия большинства
ферментов находится в пределах температуры тела 37-40 °С. Исключением являются папаин, наибольшая
активность каталитического действия которого про­
является при 80 °С, и каталаза, температурный
оптимум действия которой лежит между 0 и 10 °С. При
повышении температуры среды на 10 °С скорость реак­
ции возрастает в 1,5-3 раза (правило Jle Шателье)
примерно в пределах от 0 до 25 °С, затем медленно
повышается и после 40 ° С начинает уменьшаться
(рис. 36). При температуре 80-100 °С ферменты те­
ряют каталитическую способность, так как наступает
денатурация белковой молекулы. Ферменты в раство­
ренном состоянии более чувствительны к нагреванию,
чем в сухом. Известны ферменты, которые могут
кратковременно переносить температуру 100 ° С (аденилаткиназа).
С понижением температуры скорость ферментативных
реакций постепенно уменьшается, достигая минимума
при 0 °С. Некоторые ферменты в сухом состоянии вы­
держивают охлаждение до минус 120—190вС. При посте­
пенном повышении температуры до 37 °С их активность
восстанавливается. Это свойство используется при
хранении спермы для искусственного осеменения жи­
вотных.
Влияние реакции среды на активность ферментов.
Каждый фермент проявляет максимальное для него ка­
талитическое действие при определенном значении pH,
которое называется pH-оптимумом. Так, для пепсина
pH-оптимум разен 1,5-2,5; для катепсина 4,5-5,0;
298
0102030405060 t*,C
Рис. 36. Зависимость скорости
реакции, катализируемой фер­
ментом, от температуры среды
Рис. 37. Зависимость активно­
сти фермента от pH среды
для карбоксилазы - 4,8; для уреазы - 7,2-8,0; для
трипсина - 7,8-9,5 и т.д. Большинство ферментов
организма животного проявляет максимальную катали­
тическую активность при pH * 7 (рис. 37). Изменения
pH замедляют или прекращают действие ферментов.
Влияние pH на активность ферментов объясняется
структурой их молекул. Молекула фермента имеет один
или несколько активных центров, в которых сконцент­
рированы функциональные группы белков. Степень их
ионизации зависит от pH среды. Более того, pH среды
влияет на степень ионизации субстратов, ферментсубстратного комплекса и продуктов реакции, струк­
туру молекулы фермента. Все это вместе и определяет
каталитическую способность фермента в той или иной
реакции. Примером может быть фермент РНК-аза, расщепляющий молекулу РНК на мононуклеотиды. Моле­
кула РНК-азы, особенно ее активный центр, содержит
высокий процент лизина. Аминогруппа, размещенная в
е-положении, обычно свободна и определяет актив­
ность фермента. Ее ионизация возможна в кислой
среде, поэтому и оптимальное значение pH для jPHKазы будет равно 5,4-5,б. В щелочной среде фермент
неактивен, так как ионизация аминогруппы в этих
условиях невозможна.
*>
Специфичность действия ферментов. Каждый фер­
мент действует на определенный субстра'Г или группу
веществ, сходных по своему строению. Специфичность
действия ферментов объясняется совпадением прост­
ранственных конфигураций активного центра фермента
и субстрата, их химическим сродством, что приводит
к образованию фермент-субстратного комплекса и осу­
ществлению каталитического процесса. Без специфич­
299
ности ферментов была бы невозможна упорядоченная
цепь реакций обмена веществ.
Различают групповую (абсолютную и относительную)
и индивидуальную (абсолютную и стереохимическую)
специфичность ферментов. Примером абсолютной груп­
повой ^ец'ифйчнбсти может быть действие пепсина на
белки различного происхождения. Относительную груп­
повую специфичность проявляют щелочная и кислая
1{юсфатазы, катализирующие гидролиз моноэфиров ортофосфорной1<ислоты. Абсолютной-специфичностью обла­
г а е т уреаза,. расщепляющая мочевину на аммиак и
углекислый газ. Примером стереохимической специ­
фичности может быТБ^умаратгйдратаза. Она катализиpyef Ttpncoeflинение воды к фумаровой кислоте, но
не оказывает влияния на цмс-изомер - малеиновую
кислоту. Встречается двойственная специфичность,
например ^ксантиноксидаза. которая специфически^
окисляет пуриновые основания и неспецифически альдегиды.
Активаторы и ингибиторы ферментов. На активность^
ферментов оказывают влияние многие вещества: одни
из- них повышают активность ферментов, иные - угьштают. Первые вещества называют активаторами, вто­
рые - ингибиторами, или парализаторами. _Нередко
~однИ и те_же вешествадля однизг~ферментов могут
быть активаторами, для других -ТГнгйбиторами:—Так;—
соляная кислота является активатором для пепсина и
ингибитором для амилазы слюны. Активность фермента
уменьшается по мере увеличентгя концентрации про­
дуктов, образующихся в результате химических реак­
ций, катализируемых данным ферментом.
Различают специфические и неспецифические акти­
ваторы и ингибиторы. Примером специфического акти­
ватора для пепсина может быть соляная кислота, для
трипсина - энтеропептидаза. Под их влиянием от мо­
лекулы предшественника (пепсиногена и трипсиногена)
отщепляется пептид (см. рис. 21 и 23), открывается
активный центр и формируется молекула фермента.
Отщепившиеся пептиды можно рассматривать как специ­
фические ингибиторы. К типичным специфическим ак­
тиваторам следует отнести желчные кйслоты; активй^
рующие липазу. Типичные специфические ингибито­
ры —антиферменТы антипепсин, антитрипсин и др.
Многие лекарственные вещества относятся к специфизоо
ческим ингибиторам, так как они, соединяясь с фер­
ментами микроорганизмов, блокируют их (белый стреп­
тоцид и ферменты стрептококка).
К неспецифическим активаторам относятся различ­
ные неорганические катионы, реже-анионы: Na*, К+,
Са2*, Mg2*, Cl и др. Влияние катионов на ферменты
более специфично, чем анионов. Некоторые ионы для
одних ферментов являются активаторами, для дру­
гих - ингибиторами (например, Са2+- активатор для
щелочной фосфатазы и ингибитор для глициллейциндипептидазы).
К неспецифическим ингибиторам относятся фермент­
ные яды (HCN, KCN, NaCN), ионы тяжелых металлов,
алкалоидные реактивы, азиды, флюориды, сульфиды
и др.
Ингибиторы взаимодействуют с активными центрами
молекулы фермента, инактивируя функциональные груп­
пы белков. Они могут взаимодействовать с металлами,
входящими в состав молекул ферментов и ферментсубстратных комплексов, инактивируя их. Высокие
концентрации ингибиторов разрушают четвертичную,
третичную и вторичную структуры молекулы фермента,
вызывая его денатурацию.
Различают обратимое и необратимое ингибирование.
Примером обратимого ингибирования может быть дейст­
вие антифермента на фермент. Так, антипепсин в по­
лости желудка под влиянием соляной кислоты стано­
вится неактивным, так как комплекс фермент - инги­
битор в этих условиях диссоциирует. Пример необра­
тимого ингибирования - действие изопропилфторфосфата на АХЭ.
Различают два типа активирования и ингибирования
Ферментов: аллостерическое, йлй пространственное, и
субстратное, или конкурентное.
При отсутствии активатора между молекулой суб­
страта и молекулой фермента нет контакта и актив­
ность фермента сведена к минимуму (рис. 38,1). При
наличии активатора он присоединяется к молекуле
фермента, меняя ее конфигурацию так, что каталити­
ческий центр сближается с субстратом и активность
фермента достигает максимальной величины (рис.
38,11). При аллостерическом ингибировании активный
центр деформируется и субстрат не может присоеди­
ниться к ферменту (рис. 38,ПТ). При конкурентном
301
аЖ к я с
% -Ш Ж г
И
Субстрат
йЦ Конкурентный (изостецЦ римский) ингибитор
Аллостерический
стимулятор
Аллостерический
ингибитор
Рис. 38. Схема активирования и ингибирования
действия фермента (по Ю. Б. Филипповичу):
а-аллостерический центр фермента; X-ката­
литический центр; с - субстратный центр
ингибировании место субстрата в—активном центре
занимает -аналог и фермент-субстратный комплекс не
может возникнуть (рис. 38,1V).
Примером конкурентного ингибирования является
взаимодействие СДГ с малоновой кислотой вместо ян­
тарной. Для вытеснения конкурента следует увеличить
концентрацию субстрата.
Высокая каталитическая способность. Ферменты
обладают высокой каталитической способностью. Так,
амилаза слюны проявляет активность при разбав­
лении
1 :1 000 0 0 0 ,
пероксидаза - при разбавлении
1 :5 0 0 0 0 0 0 ,
пепсин-при разбавлении 1 :1 0 0 0 0 0 0 0 ;
1 часть реннина способна свернуть 10 0 0 0 0 0 0 частей
казеиногена. Молекула каталазы за 1 с расщепляет
550 000 молекул HjO*.
Единицы измерения активности ферментов
За единицу (Е) любого фермента принимается такое
его количество, которое катализирует превращение
одного микромоля субстрата в минуту при заданных
условиях.
302
Активность фермента лучше всего определять по
измерению начальной скорости ферментативной реакции
во избежание осложнений, зависящих, например, от
обратимости реакций или от образования тормозящих
продуктов. Чтобы облегчить измерение начальной ско­
рости, добиваются такой концентрации субстрата,
которая была бы достаточной для насыщения фермента.
Концентрация фермента в растворах выражается в
единицах активности на 1 мл.
Удельная активность выражается в единицах фер­
мента на I мл белка. Эта величина связана со сте­
пенью чистоты препарата. Если известна удельная
активность чистого фермента в единицах на 1 мг фер­
мента, то частное от деления удельной активности
исследуемого препарата на величину указывает сте­
пень чистоты.
Молекулярная активность соответствует числу мо­
лекул субстрата, превращаемых за 1 мин одной моле­
кулой фермента при оптимальной концентрации суб­
страта, или числу единиц в одном микромоле фермента
(что одно и то же, так как единица фермента выра­
жена в микромолях субстрата).
Если фермент имеет простетическую группу или
каталитический центр, концентрация которых доступна
измерению, то его каталитическое действие можно
выразить в величинах активности каталитического
центра, т.е. числом молекул субстрата, превращаемых
за 1 мин одним каталитическим центром.
Обратимость действия ферментов. Ферменты спо­
собны влиять на синтез субстрата и на его распад.
Так, пепсин при pH 0,5-2 расщепляет белки до поли­
пептидов, пептидов и аминокислот. При pH 5-6 из
этих же аминокислот под влиянием пепсина синтези­
руются белки. Значение обратимости действия фер­
ментов велико. Оно дает возможность организму эко­
номно расходовать пластические и энергетические
материалы. Так, в анаэробной фазе расщепления угле­
водов гликоген или глюкоза распадается до молочной
или пировиноградной кислот. Около 2/ з этих кислот
регенерируется до глюкозы и гликогена под влиянием
тех же ферментов, которые осуществляли распад.
303
Химическая природа ферментов
Для ферментов-белков характерно строение, типич­
ной" для этого класса соединений. Для многих из них
определены первичная, вторичная, третичная и чет­
вертичная структуры молекулу Так, установлена по­
следовательность аминокислотных остатков в молекуле
панкреатической РНК-азы (рис. 39), лизоцима, химотрипсина, аспартатаминотрансферазы и др. У большин­
ства ферментов молекула состоит из одной полипептидной цепи, имеющей вид а- и 0-спиралей. Третичная
и четвертичная структуры фермента определяют харак­
тер его функций. Так, если молекула имеет 12 субъ­
единиц, то фермент осуществляет реакцию декарбоксилирования (пируватдекарбоксилаза), шесть субъеди­
ниц - фермент катализирует окислительно-восстанови­
тельные превращения пирувата и др.
Многие ферменты в клетках, где они синтези­
руются, находятся в неактивном состоянии, как про­
ферменты или зимогены. Они превращаются в ферменты
в результате ограниченного протеолиза - расщепления
обычно одной пептидной связи и отщепления пептида.
Примерами проферментов могут быть пепсиноген и
трипсиноген (см. рис. 21 и 23).
Простые ферменты. Молекулы простых ферментов при
гидролизе расщепляются до аминокислот. По хими­
ческим свойствам простые ферменты относятся к аль­
буминам (эстераза печени), глобулинам (трипсин и
уреаза) и к другим группам простых белков. Простыми
/^Ало-Лм-Лиз-Фен-Глу - A pz-faN -Tuc - М ет -Асп-Сср
[м а^
■
--- - 1—1
- Сер — Тре — Сер — Ала —A /iQ -C e (K \
■ —.......
H u e -Ти р - Г /iN - Сер - Т и р - С е р — Гре -
......... . -ч. Гail
Мет -
Сер - Илв^
соон
Вал
Е а л - А л а - и и с - Глу - Гли - А с ы - П р о
I Щ
ы
Тир - б а л - П р о -Вал-Тис- Фен-Асп-Апа-Сер
^/I J
у
^^Щ ^Лиз-АсН-Ала-Глм- Тре— Тре - Лиз — Тир - A n a - U u c - A c N - Про — Тир - J u s - & Р у
....
I
Щ
Щ
\ J / t y - r u c - В а л - Ф е н - Тре - А с Н - В о л - П р о - П иг-Ц и с - А р г - А с п - / 1 ю - Т р е - Л е й - А с Ы - А р г у
Рис.
39.
РНК-азы
304
Первичная
структура
молекулы
панкреатической
ферментами являются многие гидролазы пищевого кана­
ла (трипсин, уреаза, РНК-аза, ДНК-аза, химотрипсин), лизоцим яйца и др. У простых ферментов ак­
тивный центр обычно формируется из остатков гисти­
дина, серина, аргинина, триптофана, цистеина, аспа­
рагиновой и глутаминовой кислот, тирозина. Так, в
активном центре РНК-азы размещены два остатка ги­
стидина (в положениях 12 и 119), остаток аспарагина
(в положении 121) и лизина (в положении 41). При
формировании третичной структуры фермента в его
молекуле образуется своеобразный «карман» полипептидной цепи, в котором и происходят каталити­
ческие превращения субстрата.
Сложные ферменты. Большинство ферментов - слож­
ные белки. При диализе белковый компонент (апофермент) остается в диализаторе, небелковый проходит
через полупроницаемую перегородку. В присутствии
небелковых компонентов (кофакторов) проявляется
каталитическое действие многих ферментов. М. Диксон
и Э. Уэбб (1982) все кофакторы ферментов делят на
три вида: коферменты, простетические группы и акти­
ваторы. Ни кофактор, ни апофермент не могут само­
стоятельно полноценно осуществлять каталитический
акт. Так, при соединении железа с молекулой порфирина образуется гем, его каталитическая активность
относительно разложения пероксида водорода возрас­
тает в 1000 раз, а после присоединения гема к спе­
цифическому белковому компоненту образуется каталаза, каталитическая активность ее в 100 000 000 раз
превышает активность кофактора. Кофактор в среднем
составляет около 1% общей массы фермента. Часто он
непрочно связан с апоферментом и соединяется с ним
во время каталитического акта. В этом случае кофак­
тор является типичным коферментом (см. выше). При­
мером таких ферментов могут быть дегидрогеназы. Во
многих ферментах кофактор прочно и постоянно связан
с апоферментом, являясь простетической группой,
например каталаза и пероксидаза, содержащие гем. К
активаторам ферментов относят такие кофакторы, ко­
торые переводят фермент в активное состояние, а
сами не участвуют в каталитическом акте. К ним от­
носятся многие неорганические ионы. К ферментам
такого рода можно отнести карбоксипептидазу, карбоангидразу и др. Их часто называют металлоферментами.
20—1281
305
Деление кофакторов на три вида условно, так как
очень часто трудно провести четкую грань между коферментом и простетической группой, между ионами
металлов, входящими в состав молекулы, и ионами,
активирующими каталитический процесс.
Функции кофакторов разнообразны. Прежде всего,
многие из них служат основой для формирования ак­
тивного центра и осуществляют контакт молекулы фер­
мента с молекулами субстрата. Они участвуют в пере­
носе атомных групп, атомов, протонов и электронов в
ходе процесса. Некоторые из них выполняют связующие
функции между разнородными ферментами, обеспечивая
согласованность их действия. Катализ осуществляет
вся молекула фермента. Ее белковая часть обусловли­
вает скорость реакции и специфичность действия.
Один и тот же кофактор может быть составной частью
многих ферментов, различных по строению и значению.
Так, фосфопиридоксаль - кофактор свыше 30 фермен­
тов, осуществляющих карбоксилирование, транс- и
переаминирование.
Коферменты. Коферменты - низкомолекулярныеорга=
нические соединения небелковой природы, обладающие
способностью обратимо связываться с ферментным
белком. Их можно отделить от апофермента диализом,
действием кислот или щелочей, пропусканием через
колонку с сефадексом. Образование молекулы фермента
из а по- и коферментов происходит за счет слабых
электростатических или вандерваальсовых сил.. При
этом затрагиваются вторичная и третичная структуры
молекулы, фермент-белок становится более стойким к
денатурирующим факторам, чем апофермент. Кофермен­
ты в активном центре выполняют роль переносчика
различных функциональных групп, протонов и электро­
нов. Отдельные коферментьг участвуют « активировании
молекул субстратов. Коферменты, отщепляясь от фер­
мента, осуществляют транспортирование этих веществ
между отдельными-ферментами—каталитической цепи,
перераспределение их между органоидами и гиалоплаз­
мой. В ходе каталитического акта коферменты не пре­
терпевают глубоких химических изменений и могут
многократно (в составе одного или нескольких фер­
ментов) участвовать в ферментативных реакциях.
Большинство коферментов - производные витаминов.
Химическая природа кофермента определяет тип и ме-.
306
ханизмы катализируемых реакций. Недостаток витамина
в рационе вызывает угнетение тех реакций обмена
веществ, в которых участвует фермент.
Наиболее распространены следующие коферменты.
Н и к о т и н ам и д а д е н и н д и н у к л е о т и д
(НАД). Этот кофермент относится к универсальным по
распространению и биологической роли. Содержит ка­
талитически активную группировку - амид никотиновой
кислоты. Является составной частью свыше 40 дегид­
рогеназ. Строение и значение НАД рассмотрено на
с. 268. Сырьем для получения НАД обычно служат
дрожжи.
Н и к о т инамидадениндинуклеотидф о с ф а т (НАДФ). Входит в состав меньшего числа
ферментов, чем НАД; НАД в тканях в 5-10 раз больше,
чем НАДФ. НАД и НАДФ - первое звено в цепи проме­
жуточных переносчиков водорода при биологическом
окислении.
Л и п о е в ая кислота.
Кофермент многих
оксидоредуктаз. Связывается с апоферментом через
карбоксильную группу и аминогруппу остатка лизина.
сн,
н
/Л
Н ,С
V
S— s
С Н — ( С Н ,) .— С
/
+
I
I
соон
Н - N —(C H ,)4- C H
^ ОН
—
Белок
I
нн,
Остаток лизина
сн,
Н ,С
о
соон
н
/ \ С Н - ( С Н , ) 4- СII— мI-
I
-<сн,)4 сн
Белок
4* H jO
S
Холоф ермент
Коферментная функция липоевой кислоты в активном
центре фермента обусловлена способностью легко
окисляться и восстанавливаться с образованием дисульфидных связей или сульфгидрильных групп.
н,с
20*
/
\
сн,
о
\ сн-(сн,)4- сн
/
s—$
'
*
Н ,С
// \ч1 СН — (C H j)4 II°с
HS
SH
*
307
Это дает возможность ферментам, содержащим в
молекуле липоевую кислоту, участвовать в переносе
ацильных групп и в реакциях биологического окис­
ления.
К о ф е р м е н т А (КоА). Наличие SH-группы в
составе молекулы кофермента дает ему возможность
легко взаимодействовать с жирными кислотами, обра­
зуя ацилпроизводные. КоА иногда называют коферментом ацилирования или ацетилирования. Известно свыше
70 ферментов, в молекуле которых есть КоА. АцетилКоА участвует в реакциях переноса, оксидоредукции,
изомеризации, конденсации и расщепления ацильных
групп.
Глутатион.
Им богаты печень, надпочеч­
ники и эритроциты (0,07-0,12% ). Значение глутатиона
в активном центре ферментов обусловлено наличием
SH-rpynn, которые легко вступают в реакцию окисле­
ния с аналогичными группами субстрата или соседнего
участка
фермента,
образуя дисульфидные связи
(см. с. 187).
+IH *
(?,— s h +
h s - r2
g ,- s - s - g ,
-2Н +
В одних случаях это дает возможность ферменту
фиксировать субстрат, в других - получать протоны и
электроны и т. д. Восстановленный глутатион - ко­
фермент некоторых изомераз, осуществляющих превра­
щение кетоформ кислот в енольные, ^//с-изомеров
кислот в транс-изомеры и др. Некоторые ферменты
(фосфоглицеринальдегиддегидрогеназа) содержат глу­
татион в виде простетической группы. Известно свыше
100 ферментов, содержащих тиоловые группы. Считают,
что глутатион удерживает молекулы ферментов в вос­
становленной форме.
Убихиноны.
Коферменты —производные
5метил-2,3-диметоксихинона, к молекуле которого при­
соединена изопреновая цепь (см. с. 256).
Биологическое значение убихинонов основано на их
способности
к
обратимым
окислительно-восстано­
вительным превращениям в качестве промежуточных
соединений между флавопротеидами и цитохромами.
В липидном слое биологических мембран их в 6-10 раз
больше, чем цитохромов.
308
2 -0 к с о г л у т а р а т .
Этот
метаболит
может
выполнять коферментные функции. Составляет единую
систему с глутаминовой кислотой в переносе амино­
группы трансаминлзами.
соон
соон
I
|
♦ нн, +н,
— —
С —о
I
-
соон
сн-мн,
|
соон
Нуклеозидфосфаты.
Эти
коферменты
участвуют в реакциях трансфосфорилирования и пере­
дачи энергии от одного процесса к другому. Коферментами являются многие нуклеозидфосфаты: АМФ,
АДФ, АТФ, ГМФ, ГДФ, ГТФ, ЦТФ и другие,* прежде
всего АДФ и АТФ.
Упрощенно структуру аденозинфосфатов можно изо­
бразить так.
А М Ф —А “ ( * )
А Д ф -А -© ~ ®
,
атф - а - ( ф ) ~ (ф )~ (ф )
Они являются, с одной стороны, источниками хими­
ческой энергии, с другой - составными частями мно­
гих ферментов и коферментов. В частности, АТФ яв­
ляется коферментом ряда киназ, переносящих остаток
1{юсфорной кислоты на монозы.
+
,
R -O H — *
А - ®
-f
R -0 -@ ~ @
АТФ может быть источником пирофосфата для углеIO B .
А - @ ~ ( ф ) ~ ( ф ) - f- R - О Н —
А - ( ф ) ~ ( ф ) -{- | ? - 0 - ( ф )
АТФ часто выступает в роли кофермента при пере­
носе аденозинмонофосфорного остатка на аминокис­
лоту.
А
CHMH, -С О О Н
-------
АТФ —источник аденозильного остатка при активи­
ровании и переносе метильных групп.
А -(ф )~(ф )~(ф ) -J-ff-s-C H ,— ® + ® - ( ф ) - f
СН
В качестве коферментов часто выступают уридинфосфаты и их производные (например, УДФГ) при акти­
вировании, переносе и превращении сахаров: изоме­
ризации галактозы в глюкозу, синтезе сахарозы, лак­
тозы, глюкозидов, хитина и т. д. Коферментные функ­
ции выполняют и другие нуклеозидфосфаты. В част­
ности, с участием цитидинфосфатов протекают реакции
синтеза отдельных видов фосфатидов, особенно ле­
цитина.
Т е т р а г и д р о ф о л и е в а я к и с л о т а (ТГФК).
Это гомолог фолиевой кислоты, у которой восста­
новлены атомы водорода и азота в положениях 5, 6 ,
7 и 8.
соон
ТГФК - кофермент большой группы трансфераз, ка
тализирующих реакции, связанные с переносом или
активированием одноуглеродных остатков.
О0
^Н
—С
— С Н ,— ОН
И
— CHj
С участием его синтезируются и расщепляются пу­
риновые основания и некоторые аминокислоты: гисти­
дин, глицин и особенно серии.
В,г-3 а в и с и м ы е к о ф е р м е н т ы. Кофермент
Ви - производное витамина Вц (см. с. 275), где
цианистая группа замещена на 5' -дезоксиаденозин.
Кофермент Вц вместе с тетрагидрофолиевой кислотой
участвует в переносе метильных групп. Под влиянием
соответствующей метилтрансферазы от 5-метилтетрагидрофолиевой кислоты метильная группа перено­
сится на кофермент В12 и присоединяется к его моле310
куле вместо 5'-дезоксиаденозина. Затем под влиянием
другой трансферазы эта метильная группа переносится
на вещество, которое необходимо для синтеза метил­
содержащего соединения. Им может быть гомоцистеин,
из которого образуется аминокислота метионин. После
метилирования витамин Ви снова превращается в ко­
фермент Ви и вступает в реакцию с новыми порциями
5-метилтетрагидрофолиевой кислоты. Кроме того,
кофермент Вп участвует в важнейшей для биосинтеза
жирных кислот реакции - изомеризации сукцинил-КоА в
метилмалонил-КоА.
соон
I
I
сн,
__
соон
I
ztt : - н -с -с -н
I
CH,
■*°
С ~ $ — КоА
С- S - КоА
^О
Кофермент Ви участвует в изомеризации глутами­
новой кислоты, превращении
диолов в альдегиды.
соон
I
I
соон
CHHH,
СННН,
|
__ Ш I
СН,
• — СН-СН,
сн,
соон
H
/О
I
I
H-C-OH
— - сн ,
н—с-он
сн,
с^
| Н
+ н,о
сн,
соон
Глутаминовая
кислота
[3 -М етиласпарагиноаая
кислота
П р о пан ди ол-1f2
Пропаналь
Простетические группы - кофакторы ферментов.
Многие ферменты в составе молекул содержат кофакто­
ры, которые прочно соединены ковалентными связями с
апоферментами, являясь простетическими группами.
Молекулы ферментов слабо или совсем не диссоцииру­
ют. При образовании молекулы фермента из апофермента и кофактора образуются стойкие вторичная и тре­
тичная структуры. Из кофакторов наибольший интерес
представляют следующие.
Флавиннуклеотиды.
Флавиннуклеотиды это производные витамина Вг, или рибофлавина.
В животных клетках встречаются в основном флавинмононуклеотиды (ФМН) и флавинадениндинуклеотиды
311
(ФАД), структурные формулы которых рассмотрены
раньше. ФМН и ФАД - простетические группы флавиновых ферментов, или флавопротеидов. В частности,
ФМН, как простетическая группа, соединяясь с апоферментом, образует холофермент - «желтый дыхатель­
ный фермент* (ЖДФ).
он
I
с н , — (С Н,), — с н , — О — Р - о
н ,с - |^ >у ' Нч^ Мчс=о
Апофермент
II
о
Изоаллоксазиновая
группировка
простетической
группы дает возможность ЖДФ выполнять важнейшие
каталитические функции, в частности участвовать в
реакциях биологического окисления. ЖДФ является
переносчиком протонов и электронов в двух направ­
лениях: в сторону цитохромов или от цитохромов к
пиридиннуклеотидам дыхательной цепи и к окисленным
субстратам. Кроме того, флавиннуклеотиды участвуют
в ряде других реакций обмена веществ.
Тиаминфосфаты.
Тиаминфосфаты - про­
изводные витамина Bi, или тиамина. Простетической
группой чаще всего служит тиаминпирофосфат (ТПФ).
Соединение его с апоферментами, по-видимому, такое
же, как и флавиннуклеотидов. Каталитическая актив­
ность фермента связана с ионизацией углеродного
атома в положении 2 тиазолового кольца, к которому
и присоединяется молекула субстрата.
! N-J-C—
+ • сн.
о
о
i---/ / з;« \\
м
и
; не! / j с -с н ,-с н ,-о -р -о -р -о н
L—
I I
s
он он
Под влиянием положительного заряда атома азота
от углеродного атома в положении 2 отщепляется про­
тон, возникает отрицательно заряженный карбанион.
Карбанион - нуклеофильный центр, который легко
вступает в реакцию с субстратом, например с пиро312
виноградной кислотой, образуя пируват-ТПФ -комплекс.
Этот комплекс легко дека рбок сил ируется, образуя
альдегид о- или кето-ТПФ-комплекс,
карбонильная
группа которого передается на подходящий акцептор,
например на липоевую кислоту.
7
-с
\\ + н* + сн,-со-соон
с----------------------- -с
V "
V 4*'
ноос-с-он
+
н,с /
сч
* \
с--------- - -с
с-
? /Ч /
с=о
I
сн,
сн
\ С Н —/Р —► Т П Ф + сн,-со-$-сн.-сн,-снI
SH
ТПФ после этого вступает в реакцию с новыми
порциями субстрата. ТПФ является простетической
группой
ферментов,
участвующих
в
обмене
а-кетокислот, образовании и расщеплении кетосахаров, а-оксикетонов и дикетонов.
Пиридо кса ль фо сф ат
и
пиридокса м и н ф о с ф а т - производные витамина
В6. Я в­
ляются составной частью пиридоксалевых ферментов.
С их деятельностью связано большинство превращений
а-аминокислот: переаминирование, декарбоксилирование, рацемация, конденсация {3- и у-замещенных
а-аминокислот и т. д. Теория каталитического дейст­
вия этих ферментов впервые разработана советскими
биохимиками А. Е. Браунштейном и М. М. Шемякиным на
примере реакций переаминирования (см. с. 271). Они
позволяют организму получить нужные заменимые ами­
нокислоты для клеток и тканей.
Б и о т и н . Присоединение биотина к апоферменту
осуществляется с помощью пептидной связи, которая
образуется за счет карбоксильной группы биотина и
с-аминогруппы остатка лизина (протеина). Биотин
входит в молекулы многих ферментов, катализирующих
реакции карбоксилирования и переноса карбоксильных
групп.
Ж е л е з о п о р ф и р и н о вые
комплексы
313
являются простетической группой каталазы, пероксидазы и цитохромов. В каталазе и пероксидазе простетическая группа представляет собой гем. Цитохромы
делят на четыре группы:
1) цитохромы А - содержат железо-формилпорфирин;
2) цитохромы В - содержат железо-протопорфирин;
3) цитохромы С - содержат замещенный железомезопорфирин с ковалентными связями между белком и
порфирином;
4) цитохромы D - содержат железо-дигидропорфирин.
Апоферменты представляют собой низкомолекулярные
белки. Связь между апоферментом и простетической
группой чаще всего ковалентная и дополнительная.
Примером может быть цитохром с.
Каждая группа цитохромов состоит из индивидуаль­
ных представителей. Они обозначаются малыми латин­
скими буквами и цифровыми подстрочными индексами:
а, а\, аг, Ь, Ь\, Ьг и т. д.
Цитохромы являются составной частью дыхательной
цепи. В ходе ее функционирования электроны последо­
вательно переносятся от «желтого дыхательного фер­
мента» на цитохромы Ь, ci, с, а и аз. Под влиянием
фермента цитохромоксидазы цитохром а окисляется,
отнятый электрон переносится на атом кислорода,
который ионизируется и реагирует с ионом водорода.
Образуется вода. Энергия аккумулируется в виде АТФ.
314
Изоферменты
Изоферменты - это разновидности фермента, обла­
дающие одной и той же субстратной специфичностью,
но отличающиеся между собой некоторыми физическими,
химическими, каталитическими и иммунологическими
свойствами. Молекула изофермента состоит из не­
скольких субъединиц, которые формируют ее четвер­
тичную структуру. В настоящее время известны изо­
ферменты ряда ферментов: лактатдегидрогеназы (ЛДГ),
фосфоглюкомутазы, альдолазы, креатинкиназы, малатдегидрогеназы,
изоцитратдегидрогеназы,
глюкозо-6фосфатдегидрогеназы, фосфоглюконатдегидрогеназы, а
также другие.
Наиболее подробно изучены изоферменты ЛДГ, осу­
ществляющей превращения молочной и пировиноградной
кислот.
Молекулярная масса ЛДГ составляет 140 тыс. Ее
молекула состоит из четырех субъединиц, которые
делятся на два вида: Н (преобладают в миокарде) и М
(им наиболее богата скелетная мышца). Для ЛДГ цып­
ленка и других животных характерны пять изофермен­
тов, состоящих из следующих субъединиц: I-HHHH,
II-HHHM, III-HHMM, IV-HMMM и V-MMMM. Изофер­
менты имеют нумерацию: I-ЛДП, И-ЛДГг, Ш-ЛДГз,
IV-ЛДГ» и У-ЛДГз. Первые два изофермента при
электрофорезе движутся к аноду - анодные фракции,
последние два движутся к катоду - катодные фракции,
и средний изофермент занимает промежуточное поло­
жение.
Фракции отличаются между собой биологической
ролью. Так, анодные фракции осуществляют процесс
превращения пировиноградной кислоты в аэробных
условиях, катодные - в анаэробных, а промежуточная
фракция - в аэробных и анаэробных. Для каждой ткани
и каждого органа характерен свой изоферментный
спектр.
Так, в миокарде, мозгу, почках и эритроцитах
преобладают изоферменты ЛДГ[ и ЛДП. Именно под их
влиянием из молочной кислоты образуется пировиноградная кислота, которая служит источником ацетилКоА. ЛДГ4 и ЛДГ5 типичны для скелетных мышц, тканей
легких и печени. Под влиянием изоферментов пировиноградная кислота восстанавливается до молочной
315
кислоты. ЛДГ] преобладает в тканях эндокринных же­
лез и селезенки.
Спектр изоферментов может изменяться в различные
периоды онтогенеза и при патологии. Его определение
дает возможность диагностировать болезнь и контро­
лировать лечение. Так, при нефритах в составе крови
и мочи появляются дополнительные фракции ЛДГ» и
ЛДГз, нетипичные для здоровых животных. При заболе­
ваниях легких в крови и в моче возрастает содержа­
ние ЛДГз.
Механизм действия ферментов
При ферментативном катализе проявляются белковая
природа ферментов, их термолабильность, влияние pH
среды, специфичность действия, высокая каталити­
ческая способность, чувствительность к активаторам
и ингибиторам. Ферментативная реакция протекает
согласно закону действия масс.
Ферменты и энергия активации. Ферменты - это
биологические катализаторы. Они влияют на скорость
реакций в двух направлениях: ускоряют расщепление
или синтез определенных веществ. Увеличение ско­
рости реакции происходит вследствие изменения энер­
гии активации молекул субстратов. Энергия активации
Е характеризует энергетический барьер, который не­
обходимо преодолеть, чтобы привести реагирующие
вещества в активное состояние. Он обусловлен силами
межмолекулярного сцепления или межмолекулярного
отталкивания реагирующих веществ. Скорость реакции
можно увеличить, если увеличить число активируемых
молекул или уменьшить высоту энергетического
барьера.
Молекулы субстратов можно привести в активное
состояние различными приемами. Одним из них яв­
ляется
нагревание,
при
котором
в
растворах
возрастают скорость движения молекул и возможность
их соприкосновения. При наличии катализатора сни­
жаются энергетический барьер и энергия активации
(цвет. табл. IV). Так, для расщепления сахарозы на
глюкозу и фруктозу под влиянием серной кислоты
Е »= 134 400 Дж/моль, а при участии инвертазы —
40 420 Дж/моль. Для гидролиза казеина соляной
316
кислотой
Е = 109 200 Дж/моль,
пепсином - 50 400
Дж/моль. Энергия активации разложения пероксида
водорода (рис. 40) без катализатора равна 75 600
Дж/моль (Ei), с участием коллоидной платины 49 140 (Ег), каталазы печени - 23 100 Дж/моль (Е3).
Теория ферментативного катализа. Процессы ката­
лиза наиболее полно объясняет теория Михаэлиса —
Ментена. Согласно этой теории имеется четыре этапа.
I э т а п . Между субстратом (S) и ферментом (Е),
возникает
связь - образуется
фермент-субстратный
комплекс ES, в котором компоненты связаны между
собой ковалентной, ионной, водородной и другими
связями.
II э т а п . Субстрат под влиянием присоединенно­
го фермента активируется, становясь доступным для
соответствующих реакций катализа ES.
III э т а п . Осуществляется катализ ES*.
IV э т а п . Освобождаются молекула фермента Е и
продукты реакции Р.
Последовательность превращений отражает сле­
дующая схема:
e+s * = * к к * = * Ш
.
* = * E+fv
Теория ферментативного катализа подтверждена
экспериментально. Так, из хрена выделен фермент,
расщепляющий пероксид водорода —пероксидаза корич­
невого
цвета.
После
соединения фермента Е с
субстратом
Н2О2
(S)
возникает
фермент-суб­
стратный комплекс ES
зеленого
цвета.
Через
некоторое
время
суб­
страт активируется, об­
разуя фермент-активированный
субстрат
ES*
красноватого цвета. Он
расщепляется на корич­
невый фермент Е и про­
дукты распада Р.
Рис. 40. Снижение энергии ак­
Активный центр фер­ тивации с помощью катализатора
(по Э. Гофману)
мента. Частицы фермента
317
обладают большим запасом свободной энергии и могут
адсорбировать на поверхности молекулы или части
молекул субстратов, размеры которых в большинстве
случаев во много раз меньше, чем размеры молекулы
фермента. При взаимодействии фермента и субстрата
изменяется конфигурация его частицы - возникают
своеобразные углубления, в которых и образовывается
фермент-субстратный комплекс. Эту часть молекулы
фермента принято называть субстратсвязывающим уча­
стком. В молекуле фермента выделяется участок, осу­
ществляющий катализ, - активный центр. Часть моле­
кулы фермента, которая связывает низкомолекулярные
метаболиты или эффекторы, изменяющие ее третичную
структуру и ингибирующие активность фермента, назы­
вают аллостерическим центром. Большинство ферментов
имеет один, некоторые - два и больше активных цент­
ров. Субстратсвязывающий и активный центры часто
территориально совпадают. Молекулы трипсина и карбоксипептидазы имеют по одному активному центру,
глицеральдегид-фосфатдегидрогеназы - 2,
уреазы - 3 4, холинэстеразы - 20—100.
Активный центр содержит группировки, которые
осуществляют тесное взаимодействие между частицами
субстрата и фермента. Они способны снижать энергию
активации, образуя вначале комплекс ES, затем ES*
и, наконец, Е и Р. У простых ферментов в образова­
нии активного центра участвуют белковые функцио­
нальные группы, у сложных ферментов —и соответст­
вующие кофакторы. Аминокислотные остатки, входящие
в активный центр, можно разделить на три вида.
Часть из них несет группы, действующие на субстрат
в процессе катализа, другие осуществляют контакт
между ферментом и субстратом, третьи выполняют
чисто структурную роль в поддержании третичной
структуры молекулы фермента. В ходе каталитического
акта происходит своеобразная индуцированная «под­
гонка» субстрата (иногда и ингибитора) к активному
центру (рис. 41).
Химизм взаимодействия активного центра с субст­
ратом наиболее подробно изучен для ацетилхолинэстеразы (АХЭ). Она относится к простым ферментам. Ак­
тивный центр его молекулы (рис. 42, А) содержит не
менее четырех остатков аминокислот: серина, гисти­
дина, тирозина и глутаминовой кислоты. На I этапе
318
Фермент
Фермент
Фермент
r s ia a r
сиз
-CXHHCH2)2-N +
v
^
у\
СН3 СН3
HN V,
сНг-*ч/
\
снз
'
^-СОЧНСН2Ы1(+ООС-<СН
он
CH3 CH3
4
« ;„« •
дай„,и> х
нэстеразы {по ю . к
А
• Филиппо-
при взаимодействии АХЭ с медиатором нервного воз­
буждения ацетилхолином (АХ) возникает комплекс
ф ерм ент-А Х (рис. 42, Б). На II этапе комплекс
активируется в результате взаимодействия остатков
серина и тирозина активного центра и молекулы АХ
(рис.
42, В).
Энергетический
барьер
снижается
(возникает ES*). На III этапе под влиянием радика­
ла гистидина оттягивается протон от гидроксила
тирозина, формируется сложноэфирная связь между
остатком серина и ацетильной группой АХ, разры­
вается связь между остатком уксусной кислоты и
остатком холина (рис. 42, Г). На IV этапе происхо­
дит гидролиз ES’ -комплекса. Восстанавливается ак­
тивный центр АХЭ, выделяются холин и уксусная
кислота. Гидролиз АХ протекает с огромной ско­
ростью. Так, порция АХ 1-2 мкг разрушается за 0,10,2 мс.
Кинетика ферментативных реакций. Каждая хи­
мическая реакция протекает с определенной ско­
ростью. Биологическое назначение ферментов состоит
в направленном повышении скорости химических
реакций. Эти процессы изучает ферментативная кине­
тика.
Ферментативная кинетика - раздел химической ки­
нетики, изучающий зависимость скоростей фермента­
тивных реакций от химической природы реагирующих
веществ (субстратов, ферментов) и условий их вза­
имодействия (концентрации компонентов, pH, состава
Среды, температуры, действия активаторов или инги­
биторов и др.). Ее положения позволяют давать оцен­
ку ферментативным процессам и направленно влиять на
их течение. Остановимся на основных.
Различают несколько типов ферментативных реак­
ций: необратимые реакции с одним субстратом, обра­
тимые реакции с одним субстратом, необратимые реак­
ции с двумя субстратами и т. д. Наиболее распро­
странены необратимые реакции с одним субстратом.
В последнем случае фермент Е вначале реагирует с
субстратом S, что приводит к образованию ферментсубсгратного комплекса ES (во многих реакциях —
двух и более комплексов). Фермент-субстратный комп­
лекс характеризуется константой скорости реакции
его образования k+i и константой скорости реакции
распада k.i:
320
fc + 1 .
E+S * = = * ES.
k-l
Фермент-субстратному комплексу свойственна суб­
стратная константа, или константа диссоциации К,:
k-i_
1Е1 [S1
“
[E S I
Величина субстратной константы зависит от при­
роды субстрата и фермента. При одинаковых исходных
концентрациях фермента и субстрата концентрация
комплекса [ES] будет тем больше, чем меньше вели­
чина АТ,:
[Е ] [S]
iesi —
—
Субстратная константа определяет степень сродст­
ва фермента и субстрата. Так, для инвертазы
/Г,“ 0,01б7.
Здесь
концентрация
ферментсубстратного комплекса превышает концентрацию сво­
бодных фермента и субстрата примерно в 60 раз.
Во второй фазе ферментативного катализа ферментсубстратный комплекс распадается на фермент Е и
продукт реакции Р.
Обе фазы ферментативного катализа объединены в
систему, типичную для необратимых реакций с одним
субстратом:
e +s ^ ^ es^
k-i
e+p .
В системе к,2 обозначает константу скорости рас­
пада фермент-субстратного комплекса на фермент и
продукт реакции Р.
Для полной характеристики ферментативного про­
цесса используется константа Михаэлиса Кт. Она вы­
ражает отношение констант трех реакций, показанных
в системе
21 —1281
321
m“
к-i + к»г
lr+l.
K
Числовое выражение Ка всегда несколько больше,
чем К,. Так, значение К, для фсрмснт-субстратного
комплекса сахараза - сахароза равно 0,0167, а ве­
личина Кт- 0,0280 моль/л. Кт для различных фермен­
тов неодинакова.
Скорость ферментативных реакций выражают в каталах (кат). Катал - каталитическая активность фер­
мента, способная осуществлять реакцию со скоростью,
равной 1 моль/с в заданной системе измерения актив­
ности. Часто применяются производные катала - микрокатали (мкат), нанокатали (нкат) или пикокатали
(пкат), чему соответствуют скорости реакций, выра­
жаемые в микромолях, наномолях и пикомолях в се­
кунду.
Скорость ферментативной реакции определяется
условиями ее протекания. Так, при оптимальных усло­
виях (полное насыщение фермента субстратом, нужный
pH, температура 25 или 37° С) она будет максималь­
ная, или начальная, и обозначается символом V. Та­
кая скорость характеризуется константой скорости
распада фермент-субстратного комплекса и концентра­
цией фермента:
V - k +г |Е].
Для ферментативной реакции, которая протекает
при недостаточном насыщении фермента субстратом,
характерна наблюдаемая скорость v. Она определяется
произведением константы скорости распада ферментсубстратного комплекса с образованием продукта
реакции Р и концентрации фермент-субстратного комп­
лекса:
v - k * 2 IES].
Если учесть, что
1
lES1 ~ k . 1 ’
tE) Is!
к -1 " К ,
и
lES1 "
IEHS1
ТО V - к+ 2
322
’ —
------- •
К,
Таким образом, скорость ферментативной реакции
прямо пропорциональна константе скорости распада
фермент-субстратного комплекса с образованием про­
дукта реакции, концентрациям фермента, субстрата и
обратно пропорциональна субстратной константе.
Для стационарной стадии реакции концентрация
IES] постоянна. Если [S] > [Е], то
к-1 + к+г + A + ilS )
Применяя константу Михаэлиса, можно упростить
уравнение:
Наблюдаемую скорость реакции можно выразить
уравнением
к+г [Е]о[S]
v“
X* + (S) •
При увеличении концентрации субстрата [S|, когда
[SJ > Кт:
V~.A:+2lE]o~ УтехЗдесь скорость ферментативной реакции стремится
к максимальной. Скорость реакции можно охарактери­
зовать уравнением Михаэлиса - Ментена:
VWclSl
v ~ Кп + IS)
•
Из уравнения вытекает, что при незначительной
концентрации субстрата скорость ферментативной
реакции линейно зависит от (S|, а при очень высокой
концентрации субстрата она стремится к максимальной
скорости Vm и уже не изменяется с увеличением (SJ.
Уравнение также показывает, что при сохранении
21*
323
уровня |S] > [Е] скорость реакции пропорциональна
концентрации фермента Е.
Номенклатура
и классификация ферментов
В настоящее время известно свыше 2000 ферментов.
По мере развития биохимии возникала необходимость в
совершенствовании номенклатуры и классификации фер­
ментов. К первым ферментам, открытым биохимиками,
относятся гидролазы. Затем открыты ферменты, осу­
ществляющие негидролитический распад сложных ве­
ществ, - десмолазы, или лиазы, и др. Ферменты стали
называть по характеру каталитического действия,
природе субстрата и другим признакам, добавляя к
корню слова суффикс -аза. Так возникли тривиальные
названия ряда классов (например, гидролазы), групп
(пептидазы) и отдельных представителей (амилаза)
ферментов.
На V Международном биохимическом конгрессе, про­
ходившем в 1961 г. в Москве, приняты новые класси­
фикация и номенклатура ферментов. За основу взят
принцип классификации ферментов по типу химических
реакций, которые они катализируют. Все известные
ферменты делятся на шесть классов: 1 - оксидоредуктазы;
2 - трансферазы;
3 - гидролазы;
4 - лиазы;
5 - изомеразы; 6 -л и газы (синтетазы).
Каждый класс ферментов подразделяется на под­
классы, которые делятся на подподклассы, / состоящие
из отдельных представителей. Единая система класси­
фикации ферментов основана на четырехзначном деся­
тичном коде, согласно которому классам, подклассам,
подподклассам и индивидуальным ферментам присваива­
ются номера (шифры). Первая цифра шифра показывает,
к какому из шести классов относится данный фермент,
вторая обозначает подкласс в классе, третья - подподкласс, четвертая - порядковый номер фермента в
данном подподклассе. Ферменты, для которых катали­
тические реакции изучены пока недостаточно, времен­
но отнесены в подподкласс с номером 99.
В настоящее время пользуются двумя номенклатура­
ми - тривиальной (рабочей) и систематической. Три­
виальные названия ферментов краткие, например:
пепсии, трипсин, уреаза, мальтаза, лактаза.
324
Систематические названия точно идентифицируют
фермент и по возможности точно определяют его
действие. Оно состоит из двух частей: первая часть
названия отражает наименование главного субстрата,
вторая - характер катализируемой реакции и имеет
суффикс -аза. В начале шифра ставится две буквы КФ (классификация ферментов) - и четыре числа, раз­
деленных между собой точками, - четырехзначный де­
сятичный код фермента. Так, фермент, расщепляющий
гидролитически пептидную связь между двумя остатка­
ми глицина (глицилглицина), называется глицилглицин-гидролаза, его шифр-КФ 3.4.3.1. Если фермент
катализирует реакцию между двумя субстратами (в
частности, перенос отдельных групп атомов), то в
первой части названия фермента указывается наимено-*
вание этих субстратов, ставится двоеточие без ин­
тервала, а во второй части указывается характер
химической реакции и добавляется суффикс-аза. Так,
фермент, переносящий атомы водорода от молочной
кислоты на кофермент НАД, называется L-лактат:
НАД - оксидоредуктаза,
его шифр - КФ 1.1.1.27.
В ряде случаев дается подробное указание об отдель­
ных сторонах химизма действия фермента (с помощью
скобок) за систематическим названием. Так, фермент,
дезаминирующий L-глутаминовую кислоту путем перено­
са водорода на НАД, называется L-глутамат:
НАД - оксидоредуктаза (дезаминирующая), его шифрКФ 1.4.1.2.
По новой классификации можно быстро найти в
Списке ферментов нужный фермент, узнать его три­
виальное и систематическое название, номер (шифр),
активные группы и кофакторы, характер химической
реакции, катализируемой им, узнать об источниках
сырья для его получения и др.
Ниже приводятся сведения по новой классификации
и номенклатуре ферментов. Классы представлены пол­
ностью, подклассы, подподклассы и индивидуальные
ферменты - выборочно, в зависимости от их значения
в обмене веществ в организме животных.
1.
Оксидоредуктазы.
Ферменты,
ка­
тализирующие окислительно-восстановительные процес­
сы. Оксидоредуктазы - двухкомпонентные ферменты.
Функции кофакторов здесь могут выполнять пиридин(НАД и НАДФ) и флавиннуклеотиды (ФМН и ФАД), же325
лезопорфириновме комплексы (гем) и многие катионы
(Fe3+, Fe2+, Со2+, Мо2+, Cu2+, Zn2+ и др.). Хими­
ческие реакции, в которых участвуют оксидоредуктазы, позволяют клеткам получать химическую энергию в
виде макроэргических соединений.
Известно свыше 200 оксидоредуктаз. Они объедине­
ны в 14 подклассов. По тривиальной номенклатуре
ферменты разделяются в соответствии с характером
каталитического действия на дегидразы (отщепляют от
субстрата атомы водорода или электроны и переносят
их на другой субстрат), оксидазы (акцептором яв­
ляется кислород), гидроксилазы (включают в восста­
новленный субстрат один атом кислорода) и оксигеназы (вводят в окисляющийся субстрат два атома кисло­
рода).
При систематической номенклатуре в названии фер­
мента указываются субстрат-донатор, субстрат-акцеп­
тор, слово «оксидоредуктаза» и шифр.
1.1. Оксидоредуктазы, действующие на СН-ОНгруппу доноров. Подкласс делится на четыре подподкласса. Примером, когда акцептором является НАД или
НАДФ, может быть фермент спиртового брожения - алкогольдегидрогеназа
(алкоголь:
НАД - оксидоредук­
таза, КФ 1.1.1.1), осуществляющая окисление спиртов
с участием НАД и ионов Zn2+:
Алкоголь+НАДФ-Альдегид или кетон+НАД -Нг-
Ко второму подклассу относятся ферменты, у ко­
торых акцептором служит цитохром. В частности, лактатдегидрогеназа
(L-лактат:
цитохром
с - оксидо­
редуктаза, КФ 1.1.2.3), катализирующая окисление
лактата с участием цитохрома с и при наличии ионов
Zn2+:
L-Лактат+Феррицитохром с - Пируваг+Ферроцитохром с.
Для ряда ферментов акцептором является кислород,
в частности для гексооксидазы (£>-гексоза: Ог - ок­
сидоредуктаза, КФ 1.1.3.5):
0 -£-Глюкоза+О2=О-Глюконо-5 -лактон+Н2О2.
1.2, Оксидоредуктазы, действующие на альдегидную
или кетонную группу доноров. В зависимости от при326
роды акцептора подкласс делится на пять лодподклассов (акцепторы - НАД или НАДФ, цитохромы, Ог,
липоевая кислота и др.). Примером может быть глицеральдегидфосфатдегид рогеиаза
ID-глицеральдегид3-фосфат: НАД - оксидоредуктаза (фосфорилирующая),
КФ 1.2.1.12]. Реакция:
”.
Д-Глицеральдегид-З-фосфат+Фосфат+НАД ,3-Дифосфоглицериновая кислота+НАД 'H2.
1.9. Оксидоредуктазы, действующие на группы гема
доноров. Подкласс состоит из шести подподклассов.
В организме животных широко распространена цитохромоксидаза (цитохром с : 0 2 - оксидоредуктаза, КФ
1.9.3.1), окисляющая цитохром с при переносе элект­
ронов на кислород:
4Ферроцитохром сЮ2 - 4Феррицитохром с+2Н20.
1.11. Оксидоредуктазы, использующие в качестве
акцептора Н20 2.
Наиболее распространены два фермента - пероксидаза и каталаза. Их простетическая группа представ­
лена
гемом.
Пероксидаза
(донор : Н20 2 - оксидо­
редуктаза, КФ 1.11.1.7) катализирует реакцию
Донор+Н20 2 - Окисленный донор+2Н20.
Каталаза
(Н20 2 : Н20 2 - оксидоредуктаза,
1.11.1.6) разрушает пероксид водорода:
2Н20 2
КФ
>. 2Н20 + 0 2.
2.
Трансферазы.
Это класс ферментов,
катализирующих перенос химических групп от одного
соединения (донора) к другому (акцептору). Катали­
тический процесс состоит из нескольких стадий.
Главной из них является образование промежуточного
продукта —фермент-транспортированной группы. Если
донатор обозначить А, транспортированную группу Т, фермент-Ф, акцептор-Д, то эти реакции можно
изобразить так: А + Ф *==* В + ФТ; ФТ + Д *==* ДТ + Ф.
Класс трансфераз объединяет около 1000 ферментов.
327
Он состоит из восьми подклассов. Систематическое
название фермента создается по схеме: донор: ак ­
цептор - группа-трансфераза.
В тканях
животного
наиболее распространены следующие подклассы трансфераз.
2.1.
Трансферазы, переносящие одноуглеродные
остатки. В зависимости от природы остатка в под­
классе различают три подкласса. Особого внимания
заслуживают метилтрансферазы, осуществляющие реак­
ции переметилирования. К ним относится никотинамидметилтрансфераза
(S-аденозилметионин:
никотинамид - метилтрансфераза, КФ 2.1.1), катализирующая
образование N-метилникотинамида за счет переноса
метильной группы с «активного» метионина на никотинамид:
S -Аденозилметионин+Никотинамид - 8-Аденозилгомоцистеин+
+/У-Метилникотинамид.
Широко распространены в тканях карбоксил- и карбамоилтрансферазы, катализирующие перенос СООН- и
COO-N H 2-rpynn. Так, в тканях печени содержится орнитин-карбамоилтрансфераза (карбамоилфосфат: L-opнитин - карбамоилтрансфераза, КФ 2.1.3.3), катали­
зирующая реацию
Карбамоилфосфат+/.-Орнитин —ОртофосфагИ.-Цитруллин.
2.3. Трансферазы, переносящие ацильные остатки.
Это ферменты, осуществляющие перенос остатков жир­
ных кислот с помощью КоА на различные акцепторы
(глицин, карнитин, холин и др.). Примером может
быть холин-ацетилтрансфераза (ацетил-КоА: холин 0-ацетилтрансфераза, КФ 2.3.1.6), синтезирующая в
нервной ткани ацетилхолин:
Ацетил-КоА+Холин=КоА+0-Ацетилхолин.
2.4.
Трансферазы,
переносящие
гликозильные
остатки. Это ферменты, катализирующие перенос ос­
татков углеводов от различных гликозильных соедине­
ний. Примером может быть УДФ-галактоза-глюкоза галактозилтрансфераза (УДФ-галактоза: £>-глюкоза —
1-галактозилтрансфераза,
КФ
2.4.1.22),
катализи­
рующая образование молочного сахара (лактозы):
328
УДФ-Галактоза+О-Глюкоза-УДФ+Лактоза.
2.6. Трансферазы, переносящие азотистые группы.
Подкласс состоит из трех подподклассов (аминотрасферазы, амидинотрансферазы, оксиминотрансферазы).
Большое значение имеет аланин-аминотрансфераза
(L-аланин:
2-оксоглутарат - аминотрансфераза,
КФ
2.6.1.2), катализирующая двустороннее перенесение
аминогруппы:
/,-Аланнн+2-О ксоглутарат-Пируват+£-Глутамат.
2.7. Трансферазы, переносящие фосфатные группы.
Подкласс делится на семь подподклассов. Примером
фермента, катализирующего присоединение фосфатной
группы к спиртовому гидроксилу, может быть гексокиназа (АТФ: D- гексоза - 6-фосфотрансфераза, КФ
2.7.1.1). Реакция:
АТФ+£>-Гексоза-АДФ+£>-Гексозо-6-фосфат.
3.
Г и д р о л а з ы . Это ферменты, катализи­
рующие реакции расщепления (иногда и синтеза) орга­
нических веществ при участии воды:
Л1Л2+НОН *=* Л1Н+Л2ОН.
Они участвуют в обмене нуклеиновых кислот, белков,
липидов, углеводов и других соединений. Большинство
гидролаз —простые белки. Каталитическая активность
зависит от наличия в их каталитических центрах
SH-групп. Известно свыше 200 гидролаз. Их делят на
девять подклассов.
3.1.
Гидролазы, действующие на сложноэфирные
связи. По тривиальной номенклатуре их называют
эстеразами. Подкласс состоит из шести подподклас­
сов: гидролазы эфиров карбоновых кислот, тиоловых
эфиров, фосфомоноэфиров, фосфодиэфиров, трифосфомоноэфиров и сульфоэфиров. В организме широко рас­
пространена липаза (гидролаза эфиров глицерина, КФ
3.1.1.3), особенно в тканях поджелудочной железы.
Под ее влиянием, в том числе и в тонкой кишке, про­
исходит расщепление нейтральных жиров:
Триглицерид+НгО—
Диглицерид+Жирная кислота.
329
Гидролизы тиоловых эфиров расщепляют сложные
эфиры, образованные SH-группами и карбоновыми кис­
лотами.
Т ак,
ацетил-КоА-гидролаза
(ацетилКоА - гид рол аза, КФ 3.1.2.1) катализирует разложе­
ние ацетил-КоА:
Ацетил-КоА+НгО-КоА+СНз-СООН.
Под влиянием гидролаз фосфомоноэфиров (фосфатаз)
фосфорные эфиры расщепляются на спирты и фосфорную
кислоту. Так, щелочная фосфатаза (фосфогидролаза
моноэфиров ортофосфата, КФ 3.1.3.1) катализирует
реакцию
Моноэфир ортофосфата+НгО-Спирт+НзРСЬ.
3.2.
Гидролазы, действующие на гликозильные
соединения. По тривиальной номенклатуре этот под­
класс называют гликозидазами. Подкласс состоит из
трех
подподклассов:
гидролазы
гликозидов,
N -гликозильных и S-гликозильных соединений. Сюда
входят а - и Э-амилазы, целлюлаза, инулаза, а - и
Э-глюкозидазы, нуклеозидаза и др. Типичным пред­
ставителем первого подподкласса является а-амилаза
(а-1,4-глю кан - 4-глюка ногидрол аза,
КФ
3.2.1.1),
осуществляющая в присутствии ионов Са2+ гидролити­
ческое расщепление а-1,4-глюкановых связей в поли­
сахаридах.
Механизм действия ферментов второго подподкласса
отражает НАД (Ф)-нуклеозидаза [НАД(Ф) - гликогидролаза, КФ 3.2.2.6]:
НАД(ФННгО-Никотинамид+Л (Ф).
3.4.
Пептид-гидролазы. Они катализируют расщеп­
ление пептидных связей в белках:
/?i-NH-C0-*2+H20 * = * Ai-NH2+/?2-COOH.
Подкласс
состоит из
четырех
подподклассов:
а-аминопептид-аминоацидогидролазы,
а-карбоксипептид-аминоацидогидролазы, дипептидгидролазы и пептид-пептидогидролазы. В подкласс входят многие изззо
вестные ферменты. Так, аминотрипептидаза (КФ
3.4.2.1) гидролизует пептиды, содержащие нейтраль­
ные аминокислоты, с отщеплением N-концевого остатка
молекулы; карбоксипептидаза А (КФ 3.4.2.1) гидроли­
зует пептиды с отщеплением С-концевого остатка мо­
лекулы; пепсин (КФ 3.4.4.1) гидролизует пептиды по
связям, прилегающим к остаткам ароматических или
дикарбоновых L-аминокислот; катепсин С (КФ 3.4.4.1)
гидролизует пептиды, особенно по связям, содержащим
остаток ароматической аминокислоты, смежной со сво­
бодной а-аминогруппой, и т. д.
4.
J1 и а з ы. Катализируют реакции негидролити­
ческого отщепления определенных групп от субстратов
с образованием двойных связей или реакции присоеди­
нения этих групп по двойным связям. Некоторые лиазы
в отличие от лигаз осуществляют реакции синтеза
отдельных веществ без участия макроэргических сое­
динений. Большинство лиаз - сложные белки, содер­
жащие в молекулах фосфорные эфиры водорастворимых
витаминов. Класс состоит из пяти подклассов: угле­
род - углерод-лиазы,
углерод - кислород-лиазы,
уг­
лерод - азот-лиазы,
углерод - сера-лиазы
и
угле­
род - галоид-лиазы.
4.1.
Углерод - углерод-лиазы. Ферменты, осущест­
вляющие в основном разрыв С-С-связей. В подкласс
входят три подподкласса: карбокси-лиазы, альдегидлиазы и лиазы кетокислот. Типичный представитель —
пируватдекарбоксилаза (карбокси-лиазы 2-оксокислот,
КФ 4.1.1.1), осуществляющая декарбоксилирование:
2-Оксокислота“Альдегид+С02.
Животные ткани, особенно печени, богаты альдолазой (кетозо-1-фосфат - альдегид-лиаза, КФ 4.1.2.7),
катализирующей реакцию
Кетозо-1-фосфат «■■■—*■Диоксиацетонфосфат+Альдегид.
4.2.
Углерод - кислород-лиазы. Их часто называют
гидролиазами или дегидратазами (гидрата за ми). На­
иболее изученным ферментом подкласса является карбонат-дегидратаза, или карбоангидраза (карбонат 331
гидролиаза, КФ 4.2.1.1), катализирующая в тканях
реакцию
Н2СО3-СО2+Н2О.
5.
И з о м е р а з ы , Эти ферменты катализирую
реакции внутримолекулярного перемещения различных
групп органических веществ. Состоят из пяти под­
классов.
5.1.
Рацемазы и эпимеразы. Катализируют реакци
инверсии асимметрических, групп в молекулах различ­
ных веществ. Различают четыре подподкласса: рацема­
зы и эпимеразы аминокислот и их производных, оксикислот и их производных, углеводов и их производных
и других соединений. Ферменты, осуществляющие реак­
цию изомеризации в субстратах с одним асимметри­
ческим атомом, называют рацемазами. К ним относятся
ферменты, превращающие L-аминокислоты в D-aмино­
кисл оты, в частности аланинрацемазу (аланинрацемаза, КФ 5.1.1.1):
L-Аланин"!)-Аланин.
Ферменты, осуществляющие превращение субстратов
с несколькими асимметрическими атомами углерода,
называются эпимеразами. Так, УДФ-глюкозо-эпимераза
(УДФ-глюкозо-4-эпимераза, КФ 5.1.3.2) в тканях мо­
лочной железы изомеризует УДФ-глюкозу в УДФгалактозу, необходимую для биосинтеза лактозы (при
участии НАД и ионов Mg2*):
УДФ-Глюкоза-УДФ-Галактоза.
5.3.
Внутримолекулярные оксидоредуктазы. Эт
ферменты катализируют взаимопревращения альдоз и
кетоз. С их участием окисляются —СН-ОН-группы, од­
новременно восстанавливается соседняя СО-группа.
Так,
триозофосфат-изомераза
(£>-глицеральдегид-3фосфат - кетол-изомераза, КФ 5.3.1.1) катализирует
в тканях реакцию
ZJ-Глицеральдегид-З-фосфат- Диоксиацетонфосфат.
6. Л и г а з ы
( с и н т е т а з ы). Эти ферменты
катализируют присоединение друг к другу двух моле­
кул, сопряженное с отщеплением остатков фосфорной
кислоты от АТФ или ее аналогов. Термин «лигазы»
332
применяют также к ферментам, катализирующим реакции
синтеза без нуклеозидтрифосфатов. Они способствуют
образованию химических связей, что и явилось причи­
ной их названия (от лат. ligare —связывать). Меха­
низм реакций представляет собой или трехстадийный
перенос, или образование тройных комплексов. Кофак­
тором многих лигаз является биотин и его производ­
ные. Число лигаз, известных сейчас, достигает 100.
6.1.
Лигазы, образующие С-О-связи. В подкласс
входят ферменты, катализирующие присоединение ами­
нокислот к соответствующим тРНК. Число лигаз соот­
ветствует количеству аминокислот, используемых для
биосинтеза молекул белков. Возникают аминоацилтРНК. Так, тирозил-тРНК - синтетаза [L-тирозин;
тРНК-лигаза (АМФ), КФ 6.1.1.1], при наличии
ионов Me2* и К* катализирует реакцию
АТФ+L-Tирозин+тРНК-АМФ+Пирофосфат+£-Тирозил-тРНК.
6.3.
Лигазы, образующие C-N-связи. Подкласс со­
стоит из пяти подподклассов: амидсинтетазы, пептидсинтетазы, циклолигазы, прочие C-N-лигазы и
C-N-лигазы с глутамином в роли N-донора. Особое
значение имеют пептидсинтетазы, под влиянием кото­
рых из аминокислот синтезируются пептиды. Например,
у-глутамилцистеинсинтетаза (L-глутамат: L-цистеин у-лигаза (АДФ), КФ 6.3.2.2] в тканях печени при
наличии ионов Mg2* катализирует реакцию образования
дипептида:
АТФ+£-Плутамат+1.-Цистеин“
-АДФ+Ортофосфат+зг-А-глутамнл-А-цистеин.
Классификация и номенклатура ферментов в ходе
развития биохимии и в результате открытия новых
ферментов постоянно совершенствуется, а их число с
каждым годом увеличивается.
Взаимосвязь между ферментами
Обмен веществ в организме катализируется полиферментными системами, в которые входят ферменты,
принадлежащие ко всем шести классам. Между фермен­
тами существуют взаимосвязь, преемственность и
последовательность. Для нормального протекания обззэ
менных процессов необходимы оптимальные условия
ферментативного катализа. Отсутствие одного из фер­
ментов системы влечет за собой нарушение обмена
веществ организма в целом.
Связь между ферментами может носить различный
характер. Например, в полости желудка под влиянием
пепсина начинается расщепление белков корма, в
дальнейшем эти процессы продолжаются, завершаясь в
тонкой кишке вследствие действия ферментов трипси­
на, химотрипсина, аминополипептидаз, карбоксиполипептидаз, три- и дипептидаз. Часто система связи
между ферментами создается посредством промежуточ­
ных продуктов реакции, причем продукт, возникший в
результате деятельности одного фермента, является
субстратом для следующего фермента. Примерами могут
быть анаэробная фаза расщепления углеводов, цикл
трикарбоновых кислот, /3-окисление жирных кислот,,
орнитиновый цикл образования мочевины и др. Продук­
ты реакции одного фермента в избытке могут тормо­
зить его активность или активность другого фер­
мента.
Так, избыток молочной кислоты в среде угнетает
активность ЛДГ. Такой вид торможения деятельности
ферментов называется субстратным, так как фермент,
способствующий образованию субстрата, сам оказался
заблокированным. Если субстрат тормозит активность
ключевого фермента, которым начинается метаболи­
ческий цикл, такое торможение называется ретроград­
ным. Так, избыток молочной кислогы тормозит дея­
тельность гексокиназы, которой начинается распад
гликогена или глюкозы. Возникает торможение дея­
тельности фермента по принципу обратной связи.
Существует преемственность в деятельности фер­
ментов различных классов. Так, питательные вещества
корма под влиянием гидролаз пищеварительных соков
расщепляются на простые вещества (монозы, глицерин,
жирные кислоты, аминокислоты и т. д.). Они посту­
пают в кровеносную систему, затем - в органы, ткани
и клетки. В клетках под влиянием различных лигаз из
них образуются вещества, необходимые для пласти­
ческих, защитных, регуляторных, энергетических и
других потребностей. Такие ферменты принято назы­
вать регуляторными. Они обычно размещены в начале
мультиферментной системы. Продукт ферментативной
334
реакции в данном случае действует как аллостерический ингибитор.
В ряде случаев взаимосвязь ферментов между собой
осуществляется генетически, т. е. кодируется гене­
тической информацией, заложенной в молекуле ДНК, и
передается через синтез ферментативных белков. От­
дельные ферменты могут синтезироваться в клетках
под влиянием определенного субстрата. В отличие от
конституционных ферментов, которые всегда присутст­
вуют в клетке, эти ферменты называют адаптивными
или индуцибельными. Они синтезируются в клетке в
результате депрессии генов, не допускающих образо­
вания этих ферментов, как ответ на появление в сре­
де индуктора-субстрата. Иногда наступает дерепрес­
сия синтеза группы ферментов, так как дерепрессируется группа генов, размещенных в части молекулы
ДНК, ответственной за их синтез, опероне.
Ферменты в народном хозяйстве,
медицине, ветеринарии и зоотехнии
В кожевенном и меховом производстве применяют
препараты пептидогидролаз, ускоряющих удаление шер­
сти из шкур и размягчение кожи в несколько раз, а
также повышающих сортность и качество кожи и меха.
Лизоцим используют в качестве консерванта коровьего
молока и икры осетровых рыб; глюкозооксидаза - как
антиокислитель при хранении мяса, фруктовых соков.
В медицине и ветеринарии широко применяется энзимодиагностика. Так, многие заболевания печени
(желтухи, гепатиты, циррозы) диагностируют по уве­
личению в крови содержания щелочной фосфатазы. При
различных заболеваниях печени в крови увеличивается
содержание альдолазы, трансаминазы и резко умень­
шается содержание амилазы. Появление в моче и крови
изоферментов ЛДГ4 и ЛДГз может быть признаком неко­
торых болезней почек, изофермента Л Д Г з - легких.
При инфаркте миокарда в крови возрастает содержание
аминотрансфераз и альдолазы. Уменьшение активности
пероксидазы в слизи влагалища коров свидетельствует
об их охоте.
Многие ферменты применяют с терапевтической
целью. Так, препарат трипсина в сочетании с анти335
биотиками используют при лечении хронических язв
конечностей, карбункулов, фурункулов, панарициев и
пиодермий. Панкреатическую ДНК-азу применяют при
лечении некоторых респираторных заболеваний. Гиалуронидазу в небольших дозах используют для ускорения
всасывания различных лекарств, вводимых подкожно.
Препараты гиалуронидазы применяют в хирургии, в
офтальмологии, животноводстве, гинекологии. Они
используются для рассасывания гематом, экссудатов и
транссудатов. Для разрушения тромбов часто исполь­
зуют фибринолизин. Аспарагиназу, расщепляющую аспа­
рагин, необходимый для синтеза белков раковыми
клетками, назначают при лечении злокачественных
образований.
Контрольные вопросы
1. Что такое ферменты, проферменты, антиферменты и изофер­
менты? Каковы их химическая природа, свойства, химическое
строение и значение?
2. Что лежит в основе механизма действия ферментов? Какова
кинетика ферментативного катализа?
3. Приведите примеры ферментов всех шести классов, наибо­
лее распространенных в организме животных, и назовите их по
тривиальной и систематической номенклатурам.
4. Что вам известно о применении ферментов в народном хо­
зяйстве, медицине, ветеринарии и животноводстве?
ГЛАВА 10
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ
Развитие учения
о биологическом окислении
Основы учения об окислении заложили М. В. Ломо­
носов (1757) и А.-Л. Лавуазье (1777). Эти ученые
установили, что при взаимодействии многих простых
веществ с кислородом возникают ангидриды угольной,
серной и фосфорной кислот. Присоединение кислорода
к тому или иному химическому элементу было названо
окислением,
а
отнятие - восстановлением.
Вскоре
было выявлено, что и в живых организмах происходят
такие же реакции. Они и были названы реакциями био­
логического окисления. Со временем устанавливается
аналогия между горением в неорганической природе и
336
дыханием в живом организме. A.-JI. Лавуазье высказал
предположение, что при дыхании кислород в тканях
соединяется с углеродом и водородом, что приводит к
образованию СОг, НгО и энергии. Энергетический эф­
фект при окислении органических веществ (например,
глюкозы) в организме и вне его оказался один и тот
же: СбН|г0 0 + 60 г *==* 6СОг + 6НгО + 2881 кДж/моль.
Действительно, химическая энергия в организме
образуется в результате тканевого или клеточного
дыхания. Этот процесс назван дыханием потому, что
ткани и клетки поглощают 0 2 и выделяют СОг. Живые
ткани, взятые биопсией или от только что убитого
животного, некоторое время обладают такой способ­
ностью.
Была установлена разница между одинаковыми по
энергетическому эффекту и различными по типу проте­
кания реакциями окисления - горением и дыханием.
Так, горение происходит при высоких температурах,
тканевое дыхание - при температуре 36,5-37 °С . При
горении освобождаемая энергия выделяется в виде
теплоты, а при тканевом дыхании главным образом в
виде макроэргических и других фосфорсодержащих
соединений. При горении энергия освобождается сра­
зу, а при тканевом дыхании - малыми порциями в ре­
зультате длинной цепи последовательных реакций.
Горение невозможно в водной среде, а тканевое дыха­
ние возможно.
Выявляются особенности дыхания в зависимости от
состояния организма, природы органа, ткани и других
факторов. Так, при интенсивной мышечной нагрузке
потребление кислорода мышечной тканью возрастает в
10 раз по сравнению с состоянием покоя. Организм
трехлетнего ребенка на 1 кг массы вдвое больше
потребляет кислорода, чем у взрослого человека.
Определяется интенсивность дыхания в зависимости от
природы субстрата. Вводится понятие дыхательный
коэффициент - соотношение между объемами выделивше­
гося углекислого газа и поглощенного кислорода
(СО г:О г). Для углеводов он равен 1, для белков0,8, для ж иров- 0 ,7 .
В конце прошлого и в начале нынешнего столетия
возникает ряд теорий, объясняющих механизм ткане­
вого дыхания: перекисная теория А. Н. Баха и теория
активации водорода.
22— 1281
337
Постепенно появляются предпосылки для создания
современной теории тканевого дыхания. В 19251926 гг. Д. Кейлин открывает цитохромы. В 1931 г.
О. Варбург устанавливает природу и функции дыха­
тельных ферментов. А. Сент-Дьбрдьи приходит к выво­
ду, что тканевое дыхание представляет собой одно­
временно и дегидрирование субстратов, и активацию
кислорода. В 1930 г. В. А. Энгельгардт открывает
окислительное фосфорилирование. Создаются представ­
ления о существовании в тканях дыхательной цепи,
состоящей из субстратов окисления, ферментов и ко­
факторов. В 1939 г. В. А. Белицер и Е. Т. Цыбакова
устанавливают, что процессы накопления тканями
макроэргических соединений сопряжены с переносом
электронов в дыхательной цепи. Выявляется связь
клеточного дыхания с функционированием основных
метаболических циклов превращений углеводов, липи­
дов, белков. Определяется локализация процессов
клеточного дыхания в микроструктурах митохондрий.
Создается схема клеточного дыхания (рис. 43).
Современная теория тканевого дыхания
Тканевое дыхание - основа биологического окис­
ления и представляет собой совокупность окислитель­
но-восстановительных реакций, связанных с потребле­
нием организмом кислорода, освобождением химической
энергии, выделением углекислого газа и воды. Часть
окислительных реакций в организме не сопровождается
накоплением энергии и не входит в комплекс тканево­
го дыхания. Эти реакции осуществляют превращения
некоторых веществ (например, окисление при образо­
вании стероидных гормонов, желчных кислот и т. д.).
При тканевом дыхании одно из веществ окисляет­
ся, другое - восстанавливается. Окисляемым вещест­
вом, или субстратом, считают то вещество, которое в
ходе химических реакций теряет протоны и электроны
или присоединяет кислород. Вещество, которое при­
соединяет протоны и электроны или теряет кислород,
считается восстановленным. Протоны и электроны на­
зывают восстанавливающими эквивалентами. Они пере­
носятся от одного соединения —донора - к другому —
акцептору. У аэробов конечным акцептором восстанав­
ливающих эквивалентов является кислород. Субстрата338
-2е—
Углеводы—> Моносахариды
-2 е —
Лактат —
•
-2а—1
—т-f------Иэоцитрат _
_L
Пируват|—
Оксалосукцинат
!
Белки— Амкнокис лоты
П
\
1
1
1
Жиры—Жирные кис- —|
ноты, Глицерин
[Т Т
цис-Аконитат | I °°2 Г
Цитрат
1 ± 1
гг
' I
СОг
Оксалоацетат
-| АТФ |
_LL
а-Кетоглутарат
ТТт
I сог\ Я I I
АТФ
L 2е-
ь~
Ацетил-КоА __I
I Сукцинат — 2е-
_1_
Фумарат
---------1
-----
---------1--------
Малат
__I
С
Рис. 43. Схема клеточного дыхания (пи Л. Ленинджеру)
-2 е —
ми клеточного дыхания служат продукты расщепления
основных питательных веществ и кислород.
Биологические субстраты в тканях окисляются
двумя путями: анаэробным и аэробным. Так, анаэроб­
ный гликогенолиз или гликолиз приводит к образова­
нию пировиноградной и молочной кислот, которые в
дальнейшем подвергаются аэробным превращениям. Мо­
лочная кислота окисляется до пировиноградной, кото­
рая взаимодействует с КоА, образуя ацетил-КоА. Аце­
тил-КоА включается в аэробный путь получения клет­
кой энергии, причем источником ацетил-КоА могут
быть и другие вещества.
При анаэробном и аэробном окислении свободная
энергия окислительно-восстановительных реакций ак­
кумулируется в виде АТФ. Протоны и электроны в ходе
этих реакций переносятся специальными ферментами на
отдельные звенья дыхательной цепи, где и аккумули­
руется энергия. Гиалоплазма клетки содержит фермен­
ты гликолиза и гликогенолиза, здесь и происходит
анаэробное окисление субстратов. В матриксе мито­
хондрий сконцентрированы ферменты цикла трикарбоновых кислот и окисления жирных кислот.
Тканевое дыхание осуществляется дыхательной
цепью поэтапно. Прежде всего, под влиянием соответ­
ствующих дегидрогеназ дегидрируются отдельные суб­
страты. В частности, молочная кислота дегидрируется
ЛДГ и превращается в пировиноградную, яблочная дегидрируется МДГ и превращается в щавелевоуксусную
и т. д. Молекула дегидрогеназы состоит из простого
белка и кофермента - НАД и НАДФ. Кофермент способен
взаимодействовать с отщепленным атомом водорода,
восстанавливаться и передавать его на другие ак­
цепторы.
нс<^ с-с^"
I
II
нн,
НС\ + ,сн
N
R
НАД
.
+2Н+
-IH *
н с^ ''c-c'C
II
II
НН,
НС. + сн
I
+
Н
НАД-Н,
После этой реакции специфичность субстрата те­
ряет свое значение, так как отщепленные атомы водо­
рода (протон и электрон) для всех веществ одинако­
вы. Затем атомы водорода переносятся на молекулу
340
флавинового фермента (ФФ), содержащую ФМН или
ФАД. Они окисляют восстановленные формы НАД и
НАДФ и переносят атомы водорода на следующее звено.
Некоторые ФФ (например, СДГ) могут отщеплять атомы
водорода прямо от субстрата и переносить его на
убихинон. Атомы водорода, отщепленные от восста­
новленных НАД и НАДФ или прямо от субстрата, при­
соединяются к изоаллоксазиновому кольцу простетической группы ФФ.
Следующим звеном дыхательной цепи является уби­
хинон, который, присоединяя отщепленный атом водо­
рода, восстанавливается и окисляет флавиновые фер­
менты:
ФФ -Нг+Убихинон
* Убихинон -Мг+ФФ.
Далее протоны переходят в окружающую среду, а
электроны поступают в цитохромную систему.
Цитохромная система (см. с. 339) принимает
электроны последовательно на цитохромы Ь, с, а и аз
(ЦХО). Во время переноса электронов поочередно
происходит восстановление (Fe3+ —* Fe2+) и окисле­
ние (Fei+ — ►Fe3+) цитохромов вплоть до ЦХО. ЦХО
передает электроны молекулярному кислороду, активи­
руя его. Кислород взаимодействует с ионами водоро­
да, которые находятся в среде, образуя воду. В про­
цессе клеточного дыхания кроме воды образуется
углекислый газ и выделяется химическая энергия.
Углекислый газ может расходоваться на карбоксилирование, в частности на образование щавелевоуксусной
кислоты. Химическая энергия аккумулируется в виде
АТФ.
В дыхательной цепи создается своеобразный элек­
тронный каскад. Его образно можно представить в
виде ряда водопадов. Каждый водопад в этом каскаде
«вращает турбину ферментативной реакции». При этом
в разных участках каскада образуется неодинаковое
количество
энергии.
Оно
выражается
редокспотенциалом. Величина редокс-потенциала показывает
направление переноса электронов в дыхательной цепи.
В дыхательной цепи происходит постепенное увеличе­
ние редокс-потенциала от начального звена до конеч­
ного (табл. 7). Существуют и другие пути клеточного
дыхания. Примером краткого пути может быть окисле­
ние янтарной кислоты в фумаровую. Еще пример. L- и
341
7. Величина нормальных редокс-потенциалов Ео в дыхательной
цепи, В (pH 7, Т=38° С)
Биологическая система
Ео
Субстраты *==* 2Н*.+2е
НАД • Н2
НАД + 2Н+ + 2е
ФФ • Н2 *==* ФФ + 2Н+ + 2е
Цитохром Ь
Цитохром b+t
Цитохром с *==* Цитохром с+е
Цитохром а
Цитохром <Н-е
ЦХО *==* ЦХО
Н20 *==* V20 2 + 2Н+ + 2е
Примечание.
Величина
От 0 до -0,62
-0,32
От -0,06 до -0,1
-0,04
+0,26
+0,29
+0,50
+0,815
редокс-потенциала
выражена
через
э.д.с.Ео.
D - Аминокислоты, ксантин и гипоксантин дегидрируются
ФФ, после чего водород прямо переносится на моле­
кулярный кислород, минуя систему цитохромов. Эти
пути составляют 5-7% общего баланса клеточного ды­
хания. При этом образуется пероксид водорода, кото­
рый обезвреживается каталазой: 2Н20 2 —*• 2Н20 + 0 2.
Примером длинного пути клеточного дыхания может
быть окислительное декарбоксилирование а-кетокислот
(см. с. 196). При этом отщепленные от каждой моле­
кулы кетокислоты два атома водорода вначале пере­
носятся на липоевую кислоту, затем на НАД и НАДФ
дегидрогеназ. Дальше окисление идет обычным путем.
Окислительное фосфорилирование
Свыше 50% освобожденной при биологическом окис­
лении энергии резервируется тканями в виде макроэргических соединений, главным образом АТФ. Около
50% энергии рассеивается в виде тепла. Биосинтез
АТФ осуществляется из АДФ и активированного неор­
ганического фосфата. Источником энергии для акти­
вирования в основном является энергия биологическо­
го окисления. Различные звенья дыхательной цепи
обладают неодинаковым запасом энергии. Образование
АТФ за счет энергии биологического окисления назы­
вается окислительным фосфорилированием. Оно сопря­
жено с функционированием отдельных звеньев дыха­
тельной цепи.
342
Окислительное фосфорилирование
открыто
В. А. Энгельгардтом в
1930 г. Из нескольких
сот окислительных реак­
ций, протекающих в ор­
ганизме,
лишь
около
десятка
сопряжено
с
активированием
неорга­
нического фосфата. При
фосфорилировании возни­
кает
макроэргическая
связь, богатая энергией.
По предложению Ф. Липмана (1946) эта связь
обозначается
символом
тильда ~.
При
субстратном
фосфорилировании субст
рат
соединяется
непо­
средственно С активиро- В. А. Энгельгардт (1894-1984)
ванным фосфатом, что
приводит к образованию между ними макроэргической
связи. Примером могут быть промежуточные продукты
анаэробного расщепления углеводов —1,3-дифосфоглицериновая и 2-фосфопировиноградная кислоты и многие
другие соединения. В дальнейшем под влиянием фосфофераз макроэргический фосфат переносится на АДФ,
образуется АТФ и субстрат восстанавливается. Доля
субстратного фосфорилирования в получении организ­
мом АТФ невелика.
Митохондрии - «силовые станции* клетки. Фер­
менты клеточного дыхания и сопряженного с ним окис­
лительного фосфорилирования сосредоточены в основ­
ном в митохондриях (рис. 44 и 45). Митохондрии важнейшие органоиды клетки, вырабатывающие энергию
в результате окисления различных веществ: белков,
углеводов, липидов и их производных. Размеры мито­
хондрий составляют 0,5-7 мкм. Количество их в клет­
ке колеблется от 50 до 5000. Они локализированы в
цитоплазме и находятся в постоянном движении.
Митохондрия имеет наружную и внутреннюю мем­
браны толщиной около 6 нм, расстояние между ними
3—6 нм.
343
Рис. 44. Строение митохондрии
От внутренней мембраны в полость митохондрии
отходят отростки —кристы, или гребни. Полость за­
полнена плотным материалом, или матриксом. Белки
составляют 65-70% сухого вещества митохондрий, ли­
п иды -2 5 - 3 0 , Р Н К - 0 ,5 % . Около половины этих бел­
ков - ферменты дыхательной цепи, окислительного
фосфорилирования и др. Они концентрируются в виде
Рис. 45. Митохондрии нервного волокна курицы:
а —наружная
мембрана;
б —внутренняя
мембрана;
(электронная микроскопия, хЮООО)
344
в —кристы
компактных агрегатов с молекулярной массой около 1
млн. Каждый такой агрегат содержит набор ферментов.
В состав каждой частицы ферментов, размещенных на
внутренней мембране, входит набор ферментов дыха­
тельной цепи, молекулы которых расположены в опре­
деленном порядке, обеспечивающем передачу электро­
нов от одного фермента к другому и, наконец, к
кислороду.
Теории окислительного фосфорилирования. Суще­
ствует несколько теорий, объясняющих сущность окис­
лительного фосфорилирования. Согласно химической
теории (Ю. Ф. Липман, 1946), сопряжение окисления и
фосфорилирования обеспечивается посредством спе­
циальных переносчиков. Роль переносчиков выполняют
НАД, убихиноны, витамины Е и К, карнозин, адениловая часть молекулы АДФ, имидазольные радикалы
аминокислот и др. Вначале переносчик А восстанав­
ливается:
А+Нг- АН2.
В дальнейшем восстановленный переносчик взаимо­
действует с другими переносчиками - В и X, что при­
водит к окислению первого переносчика и возникно­
вению макроэргической связи между вторым и третьим
переносчиками:
A H z +B +X -A + B H 2- X .
Последнее соединение вступает в реакцию с по­
средником У:
ВН2 -Х+У-ВН 2 +Х-У.
Макроэргическое соединение
вует с неорганическим фосфатом:
X - У взаимодейст­
Х-У+Ф н-У-Ф н+Х.
Активированный фосфат переносится в виде макро­
эргической связи на АДФ:
у~фц+А Д Ф —У+АТФ.
345
Сторонники хемиосмрттеской теории (П. Митчелл,
1961) считают, что процессы клеточного дыхания и
фосфорилирования сопрягаются на внешних мембранах
митохондрий. Здесь химическая энергия окисления
превращается в энергию электрохимических потенциа­
лов. При окислении донора АН2 возникают протоны и
электроны. Протоны остаются на поверхности мембра­
ны, а электроны перемещаются к внутренней мембране,
к акцептору (например, к Ог). Внешняя мембрана за­
ряжается положительно, внутренняя - отрицательно, и
акцептор восстанавливается. Если акцептором являет­
ся кислород, то он взаимодействует с ионами водоро­
да внутренней среды, образуя воду. Между внешней и
внутренней мембранами возникает электрическое поле,
которое обусловливает возникновение макроэргического посредника X ~ У. Его макроэргическая связь пе­
редается на АДФ (см. выше).
Энергетический эффект биологического окисления.
Источниками образования макроэргических соединений
являются продукты углеводного, липидного и белково­
го происхождения (см. рис. 43). Пути их превращения
энергетически неравноценны. Так, в расчете на одну
молекулу глюкозы гликолиз дает две молекулы АТФ, а
фосфорилирование в дыхательной цепи после прохожде­
ния в цикле трикарбоновых кислот - до 36 молекул
АТФ. Окисление жирных кислот поставляет свыше поло­
вины энергии для тканей печени, почек, миокарда,
скелетных мышц. Образование энергии за счет пентозного пути в значительной степени происходит в пече­
ни, несколько меньше - в тканях миокарда и скелет­
ных мышцах.
Высвобождаемая энергия концентрируется в пунк­
тах энергетического сопряжения. Первая молекула АТФ
синтезируется
при
переносе
электронов
от
НАД • Н + Н + к флавопротеиду, а вторая - при пере­
носе электронов от восстановленной формы цитохрома
b к цитохрому с. Третья молекула АТФ образуется при
переносе пары электронов от цитохрома а к кислоро­
ду. Именно здесь между каждыми двумя звеньями дыха­
тельной цепи существует наибольшая разница величин
редокс-потенциалов.
Эффективность окислительного фосфорилирования
оценивается по коэффициенту P/О, который представ­
ляет собой отношение количества фосфата, связанного
346
при фосфорилировании АДФ, к поглощенному количеству
кислорода. Так, при окислении молекулы субстрата
через восстановление НАД образуются три молекулы
АТФ, Р /О = 3. При окислениях молекулы янтарной
кислоты (СДГ переносит электроны прямо на систему
цитохромов) Р /О = 2, а при окислении а-кетоглутаровой кислоты Р /О * 4 и т. д.
Интенсивность окислительного фосфорилирования
зависит от соотношения в клетках АТФ, АДФ и Фр.
Последние два вещества активируют окислительное
фосфорилирование, первое - подавляет. На течение
. этих реакций влияют и другие факторы. В частности,
окислительное фосфорилирование разобщается с кле­
точным дыханием при низких температурах, что спо­
собствует выживаемости организма за счет повышенной
выработки тепла. Окислительное фосфорилирование
подавляется многими
реагентами - динитрофенолом,
грамицидином и др. (В. И. Тертышник, 1979).
В тканях кроме окисления, сопряженного с фосфорилированием, происходит дыхание без фосфорилирова­
ния. Его называют свободным или нефосфорилирующим,
тканевым дыханием. В данном случае функционирует
только дыхательная цепь. Возникает тепловая энер­
гия, необходимая для поддержания нормальной темпе­
ратуры и полноценного протекания многих реакций
обмена веществ. С. Е. Северин (1969) установил, что
при охлаждении животного дыхание тканей, сопряжен­
ное с фосфорилированием, угнетается, а свободное
дыхание возрастает. При нормализации внешней темпе­
ратуры происходит обратное явление. Гормон инсулин
процессы сопряжения стимулирует, тироксин - ослаб­
ляет.
Питательные вещества (углеводы, липиды, белки)
представляют собой форму долговременного хранения
поглощенной в результате фотосинтеза растениями
энергии Солнца. Так, при образовании 1 моля глюкозы
(6СО2 + 6Н20 — ►СбНиОб + 6O2) аккумулируется 2881
кДж. В ходе расщепления в тканях до СОг и Н20 из
одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.
Две молекулы АТФ возникают в процессе анаэробного
распада глюкозы до двух молекул молочной кислоты.
Каждая молекула молочной кислоты при окислении пе­
редает в дыхательную цепь 6 пар электронов. Каждая
пара электронов, прошедшая через звенья дыхательной
347
цепи, вызывает превращение трех молекул АДФ и АТФ.
Таким образом, в ходе собственно тканевого дыхания
из одной молекулы глюкозы образуется 36 молекул
АТФ. При образовании 1 моля АТФ связывается около
42 кДж, при синтезе 3 8 - 1590 кДж. Эффективность
сопряжения процессов гликолиза и дыхания с окисли­
тельным фосфорилированием в среднем составляет 55%.
Значение бурой жировой ткани в биоэнергетике
организма. Бурая жировая ткань играет важную роль в
адаптации организма, особенно новорожденного, к
пониженным температурам внешней среды. В период
акклиматизации организма к холоду митохондрии адипоцитов часто окружены капельками жира. Понижение
температуры тела сопровождается интенсивным выделе­
нием симпатическими нервными окончаниями медиаторов
(адреналина и норадреналина), которые воздействуют
на рецепторы наружной плазматической мембраны адипоцитов; активируется аденилатциклаза и образуется
цАМФ. цАМФ активирует триглицеридлипазу, под влия­
нием которой триглицериды расщепляются до глицерина
и высших жирных кислот. Образуется ацетил-КоА. Он
соединяется с карнитином, после чего под влиянием
карнитин-ацетилтрансферазы мигрирует внутрь мито­
хондрий, где и включается в реакции клеточного ды­
хания (см. рис. 43). В адипоцитах сопряжение кле­
точного дыхания и окислительного фосфорилирования
происходит лишь в первом звене дыхательной цепи. Во
втором и третьем звеньях эта связь разобщена и
функционирует только дыхательная цепь. Энергия об­
разовавшихся электронов рассеивается в виде тепла.
Тепло, возникающее в результате метаболизма бурой
жировой ткани, имеет для млекопитающих большое зна­
чение, являясь -важнейшим приспособлением организма
животного для поддержания и восстановления постоян­
ной температуры тела (В. Г. Янович, 1983).
Основные макроэргические соединения. К макроэргическим соединениям относятся нуклеозидтри- и
нуклеозиддифосфаты, пиро- и полифосфорная кислоты,
креатинфосфат, фосфопировиноградная и дифосфоглицериновая кислоты, ацетил- и сукцинил-КоА, аминоацильные производные адениловой и рибонуклеиновых
кислот и др. Эти соединения характеризуются большой
отрицательной величиной свободной энергии гид­
ролиза. Так, стандартная свободная энергия гид348
ролиза фосфоенолпирувата составляет (-51,9) кДж,
1,3-дифосфоглицерата - (-49,4),
креатинфосфата (-43,1),
ацилфосфата - (-42,4),
аргининфосфата (32,2), А ТФ -( -3 0 ,6 ), ацетил-КоА - (-32,6), глюкозо-1-фосфата - (-20,9). Богатые энергией соединен­
ия, в которых AG° выше -30,6 кДж, в ферментативных
реакциях могут передавать фосфатные группы АДФ с
образованием АТФ. Следовательно, эти вещества яв­
ляются своеобразными аккумуляторами энергии.
Контрольные вопросы
1. Объясните образование химической энергии в отдельных
звеньях дыхательной цепи на основе современной теории клеточ­
ного дыхания.
2. Что такое окислительное фосфорилирование и свободное
дыхание? Каково их значение для животного организма?
3. Сколько молекул АТФ образуется в дыхательной цепи при
окислении одной молекулы глюкозы? Приведите химизм реакций и
расчеты.
4. Приведите формулы отдельных макроэргических соединений.
ГЛАВА 11
ГОРМОНЫ
Общая характеристика гормонов
Гормоны (от греч. hormao - привожу в движение,
побуждаю) - биологически активные вещества, которые
вырабатываются железами внутренней секреции и выде­
ляются непосредственно в кровь, лимфу или ликвор.
Наука о железах внутренней секреции - эндокрино­
логия.
По химической природе гормоны являются белками
(инсулин), пептидами (окситоцин), стероидами (андростерон), производными аминокислот (тироксин),
фенолами (адреналин). Гормоны обладают высокой био­
логической активностью в дозах 10'3 и даже 10 *6 мг.
В организме животного за сутки синтезируется не­
сколько миллиграммов или долей миллиграммов отдель­
ных гормонов. Концентрация их измеряется долями
грамма <10“—10 1 на 100 мл крови. Гормоны оказы­
вают кратковременное действие и быстро разрушаются.
Обычно они не обладают видовой специфичностью. Так,
349
гормон, полученный из железы внутренней секреции
любого позвоночного, оказывает сходное физиологи­
ческое действие.
Для большинства гормонов расшифровано строение
их молекул. Многие получены в чистом виде (напри­
мер, инсулин, фолликулин). Часть синтезирована (на­
пример, адреналин, инсулин, кортизон и др.). Для
некоторых получены синтетические аналоги (например,
синэстрол). В тканях выделены гормоноиды, или пара­
гормоны, - вещества, обладающие гормональной актив­
ностью, такие как секретин, панкреозин, гепарин,
гастрин и др.
Деятельность желез внутренней секреции контроли­
руется нервной системой (схема Н. А. Юдаева).
Ы ентральная
нервная
I
350
систем а
(Ц Н С )
Химическая природа. Принадлежит к белкам с невы­
сокой молекулярной массой - 21 500-46 ООО. Молекула
состоит из одной полипептидной цепи и содержит два
дисульфидных мостика. Активность гормона в значи­
тельной мере связана с е-аминогруппой лизина и
остатками тирозина. Концевыми группами соматотропина являются остатки фенилаланина. Гормон обладает
свойствами глобулинов, термолабилен, изоэлектрическая точка находится около 6,8, содержит 15,6%
азота.
Биосинтез. Синтезируется в ацидофильных клетках
из аминокислот, поступающих с током крови.
Биологическое действие. Соматотропин активирует
деятельность ДНК-полимераз. В клетках возрастает
биосинтез иРНК и рРНК. Повышается проницаемость для
аминокислот и интенсивность биосинтеза белков, воз­
растает митотическое деление клеток, усиливаются
хондрио- и остеогенез, биосинтез гликогена и моби­
лизация жиров из жировых депо, отложение кальция и
фосфора в костях. В некоторых условиях он стимули­
рует усвоение тканями моноз, в других - проявляет
диабетогенное действие.
Патология. Чрезмерная продукция гормона в раннем
возрасте приводит к гигантизму. У людей гигантами
называют мужчин, рост которых превышает 200 см,
женщ ин-выше 190 см. Чрезмерное выделение соматотропина у взрослых приводит к заболеванию - акроме­
галии, когда у больных непропорционально увели­
чиваются отдельные части тела (стопа, кисть, че­
люсть, губы, нос). Недостаточная продукция гормона
в раннем возрасте приводит к нанизму - низкому
росту и малым размерам тела (у человека - рост ниже
120-130 см).
Применение в животноводстве и ветеринарии. Ис­
пользуют как диабетогенное средство.
П р о л а к т и н ( л а к т о т р о п н ы й гормон,
м а м м а т р о п и н , л а к т о т р о п и н , П Р Л ) . Выде­
лен из экстракта гипофиза. Регулирует материнский
инстинкт, развитие и функционирование молочной же­
лезы.
Химическая природа. Относится к белкам с моле­
кулярной массой 23 000-24 000, термолабилен, изоэлектрическая точка равна 5,73. В 1969 г. установ­
лена первичная структура пролактина: последователь­
23*
355
ность аминокислотных остатков в молекуле пролактина
овец, а позже - в гормоне крупного рогатого скота.
Биосинтез. Синтезируется из аминокислот в ацидо­
фильных клетках. Образование его регулируется гор­
моном гипоталамуса пролактолиберином. Гормон выде­
ляется в кровеносную систему и ликвор, затем до­
ставляется к клеткам-мишеням.
Метаболизм. После проявления биологического
действия пролактин подвергается обычным превраще­
ниям, типичным для промежуточного и конечного обме­
нов белков.
Биологическое действие. Образование пролактина
стимулируется актом сосания. Нервные импульсы по­
ступают в центральную нервную систему и гипотала­
мус. Активируется биосинтез пролактолиберина, под
влиянием которого возрастает образование пролакти­
на. С током крови гормон поступает в молочную желе­
зу, где его молекулы связываются со специальными
рецепторами мембран альвеол. Активируются РНКсинтетазы, протеинкиназы и другие ферменты. Инду­
цируется синтез казеиногена и других белков, лакто­
зы и липидов. Пролактин участвует в регуляции вод­
но-солевого обмена. Его действие сопряжено с дея­
тельностью эстрогенов и гестагенов. Стимулирует
развитие желтого тела.
Патология. При разрушении ацидофильных клеток
ослабевает и прекращается выделение гормона.
Применение в животноводстве и ветеринарии. При­
меняют при пониженной секреции молочной железы в
послеродовой период.
Фоллитролин (фолликуло-стимулир у ю щ и й г о р м о н , Ф С Г ). Гонадотропный гор­
мон. У самок стимулирует рост и созревание фолли­
кулов яичника, у самцов - развитие сперматогенного
эпителия в семенниках и сперматогенез.
Химическая природа. Принадлежит к сложным бел­
кам - гликопротеидам с молекулярной массой до
67 ООО, изоэлектрическая точка находится около 4,5.
Молекула фоллитропина содержит азот, серу, глюкозу
и глюкоза мин.
Биосинтез. Синтезируется в базофильных клетках
из аминокислот, глюкозы и глюкозамина. Образование
его регулируется гипоталамическим фактором —фоллиберином.
356
Метаболизм. Синтезированный гормон поступает в
ликвор и кровеносную систему, доставляется к клеткам-мишеням; после проявления биологического дейст­
вия разрушается.
Биологическое действие. Основные клетки, на ко­
торые действует фоллитропин, - клетки фолликулов и
сперматогенного эпителия. Интенсивность выделения
гормона зависит от фаз полового цикла. Совместно с
лютропином стимулирует биосинтез эстрогенов и ча­
стично андрогенов. Обладает биохимической и иммуно­
логической специфичностью.
Патология. При разрушении базофильных клеток в
результате поражения гипофиза опухолями или различ­
ными интоксикациями образование гормона прекра­
щается.
*
Применение в животноводстве и ветеринарии. При­
меняют аналог фоллитропина - сывороточный гонадо­
тропин крови жеребых кобыл для стимуляции овуляции,
как средство лечения нимфомании у коров и др.
Лютропин (лютеинизирующий г ор­
м о н , Л Г). Гонадотропный гормон, стимулирует у
самок рост фолликулов, их созревание, овуляцию и
образование желтого тела.
Химическая природа. Глюкопротеид с молекулярной
массой от 40 ООО до 100 ООО. Молекула лютропина
содержит тирозин, триптофан и глюкозамин.
Биосинтез. Синтезируется в базофильных клетках
из аминокислот и глюкозамина. Образование гормона
регулируется гипоталамическим фактором - люл иберином.
Метаболизм. Синтезированный гормон поступает в
ликвор и кровеносную систему, доставляется в яич­
ник; после проявления биологического действия раз­
рушается.
Биологическое действие. Проявляется после пред­
варительного влияния на клетки фолликула ФСГ. У
кролика наибольший эффект достигается при соотноше­
нии ЛГ: ФСГ - 1 : 100. ЛГ у самок вызывает интен­
сивный рост фолликулов, стимулирует овуляцию и об­
разование желтого тела; у самцов - развитие интер­
стициальной ткани семенников и синтез тестостерона.
Патология. При недостаточной секреции гормона
возникает непрерывная течка. Происходит патологи­
ческое увеличение размеров фолликулов, которые не
могут овулировать.
357
Применение в животноводстве и ветеринарии. ЛГ и
ФСГ получают из сыворотки жеребых кобыл. Препараты
применяют для стимуляции половых функций у инфан­
тильных самок и самцов.
Кортикотропин
(адренокортикотропный
гормон,
А К Т Г).
Стимулирует
деятельность коры надпочечников.
Химическая
природа.
АКТГ - неразветвленный
полипептид, состоящий из 39 аминокислотных остатков
с молекулярной массой 4500. Биологическая актив­
ность гормона обусловлена 24 аминокислотными остат­
ками с N-концевого участка молекулы. Остальные 15
аминокислотных остатков определяют видовые и имму­
нологические особенности гормона. Изучено строение
АКТГ у быка,
МНг-Сер-Тир-Сер-Мет-Глу-Гис-Фен-Арг-Тре-Гли-Лиз-Про-Вал-Гли-
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12 13 14
-Лиз-Лиз-Арг-Арг-Про-Вал-Лиз-Вал-Тир-Про-Асп-Гли-Глу-Ала-Глу-
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
-Асп-Сер-Ала-Глу-Ала-Фен-Про-Лей-Глу-Фен-СООН.
30 31 32 33 34
35 36 37 38
39
позже - человека, овцы и свиньи.
Биосинтез. Выделяется базофильными клетками пе­
редней доли гипофиза в ответ на раздражения, при­
водящие организм в состояние напряжения. Биосинтез
находится под контролем гормона гипоталамуса кортиколиберина.
Метаболизм. Гормон поступает в ликвор и крове­
носное русло, затем достигает клеток-мишеней, на
которые и оказывает свое влияние. Концентрация АКТГ
в крови определяется уровнем в ней гормонов коры
надпочечников. При увеличении их содержания выде­
ление АКТГ уменьшается, а при уменьшении - возра­
стает. После проявления биологического действия
АКТГ расщепляется.
Биологическое действие. Стимулирует ранние этапы
биосинтеза гормонов коры надпочечников, снижает
содержание холестерина в организме и увеличивает
его концентрацию в коре. Активирует лиазы, осущест­
вляющие отщепление от молекулы холестерина боковой
цепи между 20-м и 22-м атомами углерода, образуя
основу ядра для молекул кортикостероидов, а также
358
гидроксилазы, способствуя внедрению кислорода в
17-е положение углерода. Усиливает проникновение
глюкозы в клетки коры и реакции пентозного пути,
стимулирует ассимиляцию витамина С тканями надпо­
чечников. Пентозный путь дает возможность клеткам
получить
достаточное
количество
НАД • Нг
и
НАДФ -Нг, необходимых для биосинтеза молекул гор­
монов из ядра холестерина и ацетатов. АКТГ - сти­
мулятор липаз, фосфорилаз и других ферментов. Про­
являет жиромобилизирующую и меланоцитактивирующую
способность. С деятельностью АКТГ связана мобили­
зация защитных сил организма при стрессах, травмах,
инфекциях, токсикозах, АКТГ - антагонист соматотропина и пролактина.
Патология. Биосинтез АКТГ нарушается при многих
болезнях, связанных с поражением передней доли ги­
пофиза. При этом уменьшается выделение АКТГ и нару­
шаются реакции обмена веществ, в которых он участ­
вует.
Применение в животноводстве и ветеринарии. При­
меняют при недостатке коры надпочечников, лечении
ревматизма, полиартритов, подагры, экзем, астмы,
аллергий и т. д.
Т и р о т р о п и н ( т и р о т р о п н ы й гормон,
Т Т Г). Стимулирует развитие и деятельность щито­
видной железы. Открыт как вещество экстракта гипо­
физа, устраняющее атрофическое перерождение щито­
видной железы.
Химическая природа. Принадлежит к сложным бел­
кам - гликопротеидам с молекулярной массой 23 00032 ООО, хорошо растворяется в воде, изоэлектрическая точка равна 8, инактивируется под влиянием
пепсина, трипсина и химотрипсина. Молекула состоит
из а- и Э-субьединицы. а-Субъединица имеет одинако­
вое строение не только у разных гормонов (ЛГ и
ТТГ), но и у гормонов разных видов животных. Они
отличаются лишь структурой углеводных частей моле­
кулы. Специфическая биологическая активность гормо­
на определяется свойствами Э-субьединицы. Однако
эта активность проявляется только после соединения
а- и 0-субъединиц.
Биосинтез. При увеличении в крови концентрации
тиреоидных гормонов синтез тиротропина тормозится
по принципу отрицательной обратной связи: в гипота359
ламусе уменьшается синтез тиролиберина, в гипофи­
зе —тиротропина, в щитовидной железе —тироксина.
Биологическое действие. Стимулирует рост и раз­
витие эпителия фолликул щитовидной железы, активи­
рует деятельность органоидов, участвующих в био­
синтезе ее гормонов. Механизм его влияния состоит
из нескольких этапов: вначале гормон активирует
образование цАМФ, она, в свою очередь, биосинтез
тиреоглобулинов. Тиротропин способствует «захвату»
йода клетками фолликул и расщеплению тиреоглобули­
нов на отдельные гормоны и белковый остаток.
Гормон стимулирует поглощение кислорода клетками
щитовидной железы и повышает их проницаемость для
моносахаридов, аминокислот и других веществ.
Патология. При заболеваниях передней доли гипо­
физа замедляется и прекращается синтез гормона.
Наступает торможение и прекращение биосинтеза тиреоидных гормонов. Это приводит к патологическим
нарушениям типа микседемы и зоба.
Применение в животноводстве и ветеринарии. При­
меняют при лечении заболеваний щитовидной железы.
Б. Гормоны средней доли гипофиза
Из гормонов средней доли гипофиза изучен один меланотропин.
Меланотропин (меланоцитстимулир у ю щ и й г о р м о н , М С Г). Вещество, регули­
рующее пигментацию кожи у животных.
Химическая природа. Полипептид, состоящий из
13-22 аминокислотных остатков, молекулярная масса
около 2 тыс. Получают из щелочных экстрактов гипо­
физов крупного рогатого скота и свиней. Различают
два меланотропина: а и р.
СНзСО-Сер-Тир-Сер-Мет-Глу-Гис-Фен-Арг-
1
2
3
4
5
6
7
8
-Т ри-Г ли-Л из-П ро-В ал-М Н г.
9
10
11
12
13
Структура а -м ел ан от р оп и н а
а-Меланотропин обычно состоит из 13 аминокислот­
ных остатков, Э-меланотропин - из 18. а-Меланотро360
пин имеет одинаковое строение у различных видов
животных, а Э-меланотропин обладает видовой специ­
фичностью. Так, Э-меланотропин лошади и крупного
рогатого скота отличается двумя, а свиньи - одной
аминокислотой от /З'меланотропина обезьян. Гормон
свиней более активен, чем крупного рогатого ско­
та.
Молекулы всех меланотропинов имеют общий гепта­
пептид, ответственный за активность гормона: -МетГлу-Гис-Фен-Арг-Три-Гли-.
Биосинтез. Биосинтез гормона регулируется меланолиберином и меланостатином. Гормон синтезируется
как типичный полипептид.
Метаболизм. Гормон поступает в ликвор и крове­
носную систему, разносится по всему организму и
оказывает влияние на биосинтез кожного пигмента
меланина. После этого молекула гормона разрушается
клеточными пептид-гидролазами.
Биологическое действие. Стимулирует деятельность
меланофоров: они увеличиваются в размерах, услож­
няется структура их отростков и ветвление, под
влиянием гормона тирозин превращается в меланин.
Меланотропин активирует биосинтез родопсина, спо­
собствует адаптации глаза к темноте и повышает
остроту зрения.
Патология. Причинами нарушений могут быть раз­
личные травмы гипофиза, опухоли, инфекционные бо­
лезни, токсикозы.
Применение в животноводстве и ветеринарии. Пре­
парат в виде 5%-ного раствора применяют при лечении
гемералопии, пигментной дегенерации сетчатки глаза
и миотического хориоретинита.
В. Гормоны задней доли гипофиза
( нейрогипофиза)
В задней доле гипофиза синтезируются два гормо­
на - вазопрессин и оцитоцин, подробно изученные и
синтезированные Дю Виньо (1932, 1953).
В а з о п р е с с и н (а д и у р е т и н , а н т и д и у р е т и ч е с к и й г о р м о н , ВП, А Д Г ) . Открыт
в 1895 г. как вещество, повышающее кровяное дав­
ление.
361
Химическая природа. Относится к циклическим пеп­
тидам, состоит из девяти аминокислотных остатков.
П ро — A p r — Гли — N H j
NH«
'
&
2
Цис — А с п
I
\ _
-
Гяу— H Hj
I
S
\
Ф®н
I
/
Цис — Т ир
Вазопрессин
Молекулярная масса вазопрессина свиньи -1 0 5 6 ,
крупного рогатого скота - около 1 тыс. Хорошо рас­
творяется в воде, дает цветные реакции на тирозин и
лизин, изоэлектрическая точка равна 10,85-10,9.
Биосинтез. Синтезируется в нейронах супраоптического ядра гипоталамуса из аминокислот, потом он
по аксонам и дендритам перемещается в заднюю долю
гипофиза, где и накапливается в питуицитах. Затем
гормон поступает непосредственно в кровь. По типу
отрицательной обратной связи при избытке вазопрес­
сина его дальнейший синтез тормозится.
Метаболизм. Через кровеносную систему гормон
разносится по всему организму. После выполнения
своих функций инактивируется пептид-гидролазами с
образованием аминокислот.
Биологическое действие. Действует на рецепторы
кровеносных сосудов: наступает их сужение, повы­
шается кровяное давление, происходит обратное вса­
сывание воды в почечных канальцах, из-за чего его
еще называют антидиуретическим. Считают, что гормон
активирует гиалуронидазу, которая расщепляет в
клетках избыток гиалуроновой кислоты и тем самым
повышает проницаемость клеточных мембран. Участвует
в поддержании относительного постоянства водно­
солевого обмена в организме.
Патология. Нарушения гормональной деятельности
связаны с поражением задней доли гипофиза (опухоли,
травмы, инфекции, отравления). У больных возникает
несахарный диабет. Количество мочи, выделяемой за
сутки, возрастает в 5 раз и даже больше.
362
Применение в животноводстве и ветеринарии. При­
меняют для нормализации кровяного давления и при
лечении несахарного диабета.
Оцитоцин
(окситоцин,
О К С Т).
Гормон открыт в 1895 г. в экстракте гипофиза.
Химическая природа. Представляет собой цикли­
ческий пептид, состоящий из девяти аминокислотных
остатков.
П ро — Лей — Г ли — N H j
I
Цис — Асп — МН2
I
4
\
S
Г л у -Н Н ,
S
Илей
I
\
I
/
Ц ис—Тир
Оцитоцин
Молекулярная масса гормона 1 тыс. Хорошо раство­
ряется в воде, изоэлектрическая точка равна 7,7. По
аминокислотному составу оцитоцин сходен с вазопрессином.
Оцитоцин крупного рогатого скота и свиньи иден­
тичен по аминокислотному составу. Замена в оцитоцине остатка тирозина остатком фенилаланина приво­
дит к потере активности гормона на 95%, изолейцина
валином - на 65, изолейцина лейцином-на 100%.
Биосинтез. Синтезируется в клетках паравентрикулярного ядра гипоталамуса, затем перемещается в
заднюю долю гипофиза и накапливается в питуицитах,
которые подходят близко к капиллярам, и через них
гормон поступает в кровь.
Метаболизм. Аналогичен обмену вазопрессина.
Биологическое действие. Повышает тонус гладких
мышц, особенно матки. Эти процессы связаны с влия­
нием гормона на проницаемость мембран мышечных во­
локон для ионов К \ понижением их мембранного по­
тенциала и увеличением возбудимости. Во время бере­
менности активность гормона ослабляется в результа­
те ферментативного его расщепления. В предродовой
период и во время родов она подавляется, возрастают
363
возбудимость мышц матки и их сократимость. После
родов чувствительность мышц матки к гормону резко
падает. Кроме того, гормон стимулирует активность
миоэпителия молочной железы и биосинтез пролактина.
Инактивируется прогестероном.
Патология. Причиной пониженной инкреции гормона
бывают травмы, опухоли, гибель клеток задней доли
гипофиза при некоторых инфекционных, инвазионных и
незаразных болезнях.
Применение в животноводстве и ветеринарии. Пре­
парат гормона применяют при гипотонии мышц матки,
слабых потугах во время родов, задержании последа,
эндометритах и др.
Гормоны эпифиза
Основу эпифиза составляют пинеальные и глиальные
клетки. Здесь синтезируется несколько гормонов:
мелатонин,
8-аргининвазотоцин,
гонадотропинингибирующие субстанции и некоторые и др.
М е л а т о н и н . Относится к наиболее изучен­
ным гормонам эпифиза. Открыт как вещество, влияющее
на пигментацию кожи.
Химеческая природа. Мелатонин - О-метилпроизводное индола.
М е ла то ни н
Биосинтез. Место образования - пинеальные клет­
ки. Синтезируется из триптофана.
Метаболизм. Гормон поступает в кровеносную сис­
тему и разносится по организму. После биологическо­
го действия инактивируется ферментами. Продукты
распада выделяются с мочой (в виде индикана и др.),
потом, калом, выдыхаемым воздухом.
Биологическое действие. Осветляет кожу, влияя на
меланофоры. Снижает половую возбудимость, угнетая
364
соответствующие гипоталамические центры, тормозит
действие соматотропина, тиротропина и АКТГ.
Патология. Гиперфункция эпифиза угнетает прояв­
ление половых признаков. Разрушение эпифиза вызыва­
ет преждевременное половое созревание.
Применение в животноводстве и ветеринарии. При­
меняют при лечении нарушений полового аппарата.
Гормоны щитовидной железы
Шитовидная железа - важнейший орган внутренней
секреции. Здесь синтеризуются тиреоидные гормоны и
кальцитонин.
Тиреоидные гормоны
Химическая природа. Гормоны существуют в трех
формах: тиреоглобулин (основная форма), тироксин
(циркулирует
в
биологических
жидкостях)
и
3,5,3' -трийодтиронин (находится в комплексе с бел­
ками плазмы).
Тиреоглобулин представляет собой гликопротеид.
Его молекула состоит из четырех субъединиц одинако­
вой молекулярной массы 650-700 тыс. В молекуле тиреоглобулина содержится 0,5-1% йода и 8-10% угле­
водов.
В одних случаях полисахаридный фрагмент пред­
ставлен остатками галактозы, маннозы и N-ацетилглюкозамина, в других - маннозы и N-ацетилглюкозамина. Полисахаридные фрагменты присоединяются к
белковой части по амидной группе аспарагина. Свя­
занный тироксин находится в состоянии динамического
равновесия со свободным.
Биосинтез. Синтез гормонов регулируется тиролиберином и тиротропином по принципу обратной отри­
цательной связи, так как повышение в крови концент­
рации тироксина тормозит биосинтез этих гормонов, а
уменьшение —стимулирует. Белковая и углеводная
части тиреоглобулина образуются в рибосомальной
фракции эпителия фолликул. Затем происходит йодиро­
вание аминокислотных остатков тирозина (иногда и
фенилаланина). Источником йода служат йодиды. Йоди­
рование происходит в несколько стадий (для простоты
изложения взята аминокислота тирозин).
365
I
H O -fl
H 0 -v
у - C H j-C H -C O O H
V
c Mj - c h - COOH
NH,
I
NH,
4 *»
— •>
-HI
З-МоноАодтирозин
Тирозин
— *.
H O -y
V
y - C H ,-C H -C O O H
I
=
/
NH,
3 ,5 -Д и й о д т и р о з и н
Молекула тироксина образуется в результате окис­
лительного
конденсирования
двух
молекул
3,5дийодтирозина.
но
Ъ-'Ъ-
сн,-сн-соон
NH,
4- сн,- сн - соон
I
NH,
При неполном йодировании образуется 3 ,5 ',3 '-тр и йодтиронин.
Метаболизм. Гормоны поступают в кровь. Этот про­
цесс контролируется тиротропином. В крови йодсодер­
жащие гормоны связываются с белками плазмы и цирку­
лируют в организме. В крови содержится тироксина в
7 раз больше, чем 3 ,5 ',3 '-трийодтиронина. При кон­
такте с клетками-мишенями белки, с которыми связаны
гормоны, расщепляются и гормоны выделяются в меж­
клеточную жидкость. В клетках основная масса гормо­
нов сконцентрирована в гиалоплазме, меньше их в
митохондриях и рибосомах. Во время миграции гормо­
нов в клетки происходит их дезаминирование и декар366
боксилирование с образованием йодированных тиреоуксусной и тиреопировиноградной кислот. Часть гормо­
нов инактивируется отщеплением йода, разрывом би­
циклов и образованием эфиров с глюкуроновой кисло­
той. Инактивация гормонов происходит главным обра­
зом в тканях печени. Эфиры тироксина выделяются с
калом и мочой. Часть йода вновь вовлекается в син­
тез щитовидной железой, избыток его выделяется с
мочой, желчью, иногда с потом, слюной и выдыхаемым
воздухом.
Биологическое действие. Чрезвычайно сильно влия­
ют на общий обмен веществ в организме, усиливают
реакции биологического окисления, активируют обмен
нуклеиновых кислот, белков, липидов, углеводов,
минеральных соединений, ускоряют процессы роста и
развития организма. Усиливают моторику рубца, обра­
зование и всасывание летучих жирных кислот. Тирок­
син способствует восстановлению дисульфидных групп
тиоловых ферментов в сульфгидрильные. Под его влия­
нием возрастает активность гексокиназы, СДГ, катепсинов, ферментов, участвующих в окислительном фосфорилировании, что обеспечивает адаптацию организма
к низким температурам путем разобщения реакций кле­
точного дыхания и окислительного фосфорилирования.
Патология. В клинике встречаются симптомы гипои гипертиреоза. Гипофункция щитовидной железы или
ее атрофия у молодых животных приводит к кретинизму
и нарушению пропорциональности тела. У взрослых
животных возникает микседема. При этом развивается
отечность кожи, происходит задержка воды в тканях,
уменьшается основной обмен, наступает общая вя­
лость, патологическое ожирение и преждевременное
старение. Если гипофункция возникает при недостатке
йода в кормах и воде, то развивается эндемический
зоб; щитовидная железа увеличивается в размерах, у
молодых животных задерживаются рост и развитие, у
взрослых —резко падает уровень основного обмена,
нарушается половой цикл, уменьшается продуктив­
ность, изменяется экстерьер, плохо формируются вто­
ричные половые признаки, наступают аборты.
Гиперфункция проявляется в виде базедовой болез­
ни - диффузного токсического зоба. Причины могут
быть разные: хронические интоксикации, инфекционные
болезни, сильные перегревания и др. Под влиянием
367
гормонов увеличивается проницаемость мембран кле­
ток, особенно митохондрий. Часть субстратов цикла
Кребса выходит в гиалоплазму, где происходит уси­
ленное образование тепла и тормозится синтез АТФ. У
животных наступает быстрая утомляемость, ухудшается
аппетит, снижается уровень продуктивности, появ­
ляется понос, пучеглазие и др. Нарушаются все виды
обмена веществ. Развиваются явления токсикоза.
Применение в животноводстве и ветеринарии. Для
профилактики и лечения эндемического зоба в рацион
животных вводится йодированная поваренная соль
(25 г KI на 1 т соли). Для лечения зоба применяют
препарат железы боенского происхождения - тиреои­
дин. При гипертиреозе применяют антагонисты гормо­
нов. В некоторых случаях для лечения гиперфункциональных нарушений применяют ш1. Для увеличения
привесов при откорме крупного рогатого скота живот­
ным внутримышечно вводят естественные и синтети­
ческие аналоги тиреоидных гормонов - 3,5-дийодтирозин, бетазин и др. (А. М. Журбенко, 1985).
о
н
HN
СН,
I
I
NH
Тиоурацил
М очевина
Тиом очевина
Бетаэин
Кальцитонин
(тиреокальцитонин).
Гормон открыт в 1963 г. в тканях щитовидной железы,
обладает способностью понижать содержание кальция в
крови, что отражено во втором его названии - тирео­
кальцитонин.
Химическая природа. Относится к полипептидам,
состоит из 32 остатков аминокислот:
РШ2-Цис-Сер-Асп(МН2)-Лей-Сер-Тре-Цис-Вал-Лей-Сер-Ала-Тир1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
-Тир-Арг-Асп(МН2)-Лей-Асп(МН2)-АспШ Н2)-Ф ен-Гис-А рг-Ф ен13
14
15
16
17
18
19
20
21
-Сер-Гли-Мет-Гли-Фен-Гли-Про-Глу-Тре-Про-СХЖНг.
23
368
24
25
26
27
28
29
30
31
32
22
Биосинтез. У рыб, амфибий, рептилий и птиц гор­
мон синтезируется не в щитовидной железе, а в клет­
ках ультимобранхиальных телец, развивающихся из
последних бранхиальных дуг; у млекопитающих - в
С-клетках интерфолликулярных островков щитовидной
железы обычным для пептидов путем.
Метаболизм. Синтезированный гормрн поступает в
кровеносное русло, вступает в контакт с а-глобулинами и с током крови доставляется в костную
ткань. Может проникать в ликвор. После проявле­
ния биологического действия инактивируется фермен­
тами.
Биологическое действие. Гормон способствует пе­
реходу кальция из крови в костную ткань, поддержи­
вает постоянный уровень в крови кальция и фосфора,
активирует деятельность щелочной фосфатазы, усили­
вает выделение фосфатов с мочой. Является антаго­
нистом паратгормона.
Патология. При опухолях и других заболеваниях,
связанных с атрофией щитовидной железы, синтез гор­
мона замедляется и прекращается. Развиваются пато­
логические явления, связанные с нарушением его
функций.
Применение в животноводстве и ветеринарии. Гор­
мональный препарат применяют при лечении заболева­
ний костной системы и зубов (парадонтоза).
Гормон паращитовидной железы
Здесь синтезируется паратгормон (паратин) - один
из основных регуляторов обмена кальция и фосфора в
организме животных.
Химическая природа. Паратгормон - полипептид,
состоит из 75-80 аминокислотных остатков с молеку­
лярной массой 8500, растворяется в воде, изоэлектрическая точка равна 4,8-6.
Биосинтез. Гормон синтезируется в главных клет­
ках паращитовидной железы, функционирующих циклич­
но. В неактивном состоянии они имеют крупные разме­
ры, богаты гликогеном, содержат мало гранул гормо­
на. В активном состоянии уменьшаются в размерах, у
них увеличиваются канальцы комплекса Гольджи, ис­
24—1281
369
чезают запасы гликогена, возрастает число гранул
гормона.
Метаболизм. Синтезированные гормоны поступают в
кровеносное русло, разносятся по всему организму и
таким образом оказывают свое биологическое действие
на реакции обмена веществ. После этого гормон инак­
тивируется пептид-гид ролазами.
Биологическое действие. Паратгормон повышает
содержание кальция и понижает количество фосфора в
крови, обеспечивает всасывание кальция в кишках,
влияет на концентрацию кальция во внеклеточной
жидкости, свертывание крови, процесс возбудимости
клеток, проницаемость клеточных мембран, мышечную,
нервную и сосудистую системы. Между паратгормоном и
витамином D существует связь: с увеличением содер­
жания витамина в кормах повышается всасывание каль­
ция и фосфора, а также восстанавливается равновесие
содержания их ионов в организме. Паратгормон - ан­
тагонист кальцитонина по отношению к кальцию и синергист по отношению к фосфору.
Патология. В клинике встречаются два вида нару­
шений, связанные с гипер- и гипофункцией железы:
гипер- и гипопаратиреоз. В первом случае происходит
деминерализация костной ткани и возникают спонтан­
ные переломы, тормозится деятельность изоцитратдегидрогеназы, в костях повышается содержание лимон­
ной кислоты, ингибируется щелочная фосфатаза, воз­
растает образование цитрата кальция, который легко
диффундирует в кровь. Наблюдаются фосфатная гиперкальциурия, атония пищевого канала, запоры. При
гипофункции железы уменьшается содержание кальция в
крови и увеличивается содержание фосфора. Появляют­
ся тетанические судороги, гипокальциурия, рвота,
спазмы пищевого канала, задержка развития зубов у
молодняка.
Применение в животноводстве и ветеринарии. При
гипопаратиреозе применяют паратгормон, получаемый
из экстракта паращитовидных желез крупного рогатого
скота. При гиперпаратиреозе животным вводят кальцитонин, тормозящий выделение кальция из костной
ткани.
370
Гормон околоушной железы
Околоушная железа - самая крупная или вторая
после поджелудочной железы по величине железа.
У жвачных секретирует непрерывно. Так, у коровы за
сутки образуется 60-80 л секрета.
Околоушная железа вырабатывает гормон паротин.
Химическая природа. Паротин - это полипептид,
состоит из 16-17 аминокислотных остатков.
Биосинтез. Гормон синтезируется в клетках железы
из аминокислот.
Метаболизм..Гормон поступает в кровеносную сис­
тему и с током крови разносится по всему организму.
После проявления биологического действия инактиви­
руется пептид-гидролазами.
Биологическое действие. Стимулирует биосинтез
белков в хрящевой ткани, участвует в биосинтезе
дентина, оссеина и других белков. Гормон вместе с
кальцитонином и паратгормоном участвует в регуляции
кальциевого и фосфорного обменов.
Патология. При гипофункции железы дегенерируют
эластические волокна, уменьшается отложение кальция
в костной ткани, замедляется рост резцов.
Применение в животноводстве и ветеринарии. Пока
не применяют.
Гормоны вилочковой железы
Вилочковая железа (зобная железа, тимус) - лим­
фоэпителиальный орган позвоночных животных и чело­
века, расположенный справа и слева от трахеи. Хоро­
шо развита у молодых животных. Участвует в крове­
творной функции, продукции лимфоцитов (особенно
Т-лимфоцитов), регуляции роста и развития организ­
ма, в формировании и проявлении иммунитета. Важней­
ший орган внутренней секреции.
Химическая природа. В вилочковой железе обра­
зуется ряд гормонов, разнообразных по строению и
биологическому действию.
Тимозин
a i - термостабильный
полипептид,
молекулярная масса 3108, изоэлектрическая точка
4,2. Состоит из 28 аминокислотных остатков:
24*
371
If
НзС-К-Сер-Асп-Ала-Ала-Вал-Асп-Тре-Сер-Сер-Глу-Ипе-ТреI
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
H
-Тре-Лиз-Асп-Лей-Лиз-Глу-Лиз-Лиз-Глу-Вал-Вал-Глу-Глу-Ала-Глу13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
-Асп-СООН.
28
Тимопоэтин
I I - термостабильный
поли­
пептид, молекулярная масса 5562, изоэлектрическая
точка 5,5. Состоит из 49 аминокислотных остатков.
Биологическая активность тимопоэтина связана с
пентапептидом, размещенным в положении 32-36 (-АргЛиз-Лиз-Асп-Тир-).
Сывороточный
тимусный
фактор
(СТФ) - термолабильный нонапептид, молекулярная
масса 859, изоэлектрическая точка 7,5. Имеет сле­
дующее строение:
МНг-Глу-Ала-Лиз-Сер-Глу-Гли-Гли-Сер-Асп-СООН.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Л имфоцитстимул ирую щ и й
гормон
(ЛСГ) - термостабильный белок, молекулярная масса
80 ООО.
Кроме этих гормонов, из тканей тимуса выделено
несколько других гормональных веществ (в частности,
тимостерин). Их строение и значение в обмене ве­
ществ в настоящее время изучают.
Биосинтез. Почти все гормоны синтезируются из
аминокислот. Основой для образования молекулы тимостерина служат стероиды и аминокислоты.
Метаболизм. Гормоны поступают в кровеносное рус­
ло, затем в органы и ткани. После проявления биоло­
гического действия инактивируются ферментами. Время
биологической полужизни молекул большинства гормо­
нов тимуса —10-15 мин. В крови они находятся в
свободном и связанном (с альбуминами) состояниях.
Биологическое действие. Стимулируют образование
лимфоцитов, активируют синтез антител, участвуют в
биосинтезе ДНК и РНК, повышают иммунологическую
реактивность организма, тормозят выделение тирео372
тропика и тироксина, задерживают половое созрева­
ние, увеличивают число циркулирующих в крови и тка­
нях лимфоцитов. Мишенью гормонов тимуса являются
стволовая лимфоидная клетка, претимические предше­
ственники Т-лимфоцитов, собственно лимфоциты вилочковой железы и посттимические предшественники Тлимфоцитов. Специфическое действие гормонов проис­
ходит за счет присоединения их молекул к рецепторам
на клеточной мембране и активации аденилатциклазной
или гуанилатциклазной систем, что, в свою очередь,
влияет на деятельность различных ферментных систем,
функционирующих в клетках-мишенях. Каждый из выде­
ленных гормонов обладает специфичностью действия.
Так, под влиянием ЛСГ увеличивается биосинтез анти­
тел у новорожденных. Тимозин стимулирует пролифера­
цию лимфоидных клеток и синтез в них ДНК.
Патология. При недостатке или отсутствии в орга­
низме гормонов возникает иммунодефицитное состоя­
ние, при котором резко снижается противоинфекционная защита организма и увеличивается частота злока­
чественных новообразований. Причинами нарушений
могут быть травмы и опухали, инфекции и хронические
интоксикации, хронические стрессы и хроническое
недоедание, врожденное отсутствие железы.
Применение в животноводстве и ветеринарии. Вве­
дение телятам препаратов тимуса повышает их рези­
стентность к различным болезням (А. М. Никитенко и
др., 1980; О. Н. Клименко, 1984) за счет образова­
ния Т-лимфоцитов, стимулирования развития гумораль­
ных и клеточных реакций иммунитета, а также увели­
чивает их привесы.
Гормоны поджелудочной железы
Поджелудочная железа выполняет секреторные и
инкреторные функции. Ее гормонами являются: инсу­
лин, глюкагон, липокаин и ваготонин. Гормоны выра­
батываются в основном в клетках островков Лангерганса, которые составляют около 1% всей массы же­
лезы.
И н с у л и н . Открытие инсулина связано с выяс­
нением причин сахарного диабета. Гормон открыл
Л. В. Соболев в 1902 г. Позже была установлена
373
структура инсулина (Ф. Сенгер, 1954) и осуществлен
его синтез (В. Ингрем, 1961).
Химическая природа. Молекула инсулина состоит из
мономеров, которые могут между собой ассоциировать,
образуя частицы с молекулярной массой 12 00048 ООО. Каждый мономер состоит из двух цепей, со­
единенных между собой дисульфидными связями. Цепь А
с N-конца заканчивается аминокислотой глицином и
содержит 21 аминокислоту. Цепь В с N-концевой ами­
нокислотой фенилаланином состоит из 30 аминокислот.
Инсулины различных животных отличаются между
собой остатками аминокислот в положениях 8, 9 и 10
A-цепи (табл. 8).
8. Отличия в структуре молекул инсулинов
Вид животного
Остатки аминокислот А-цепи в положениях
8
Крупный рогатый скот -liHC-S-LlMC-S-Ana
-Цис-в-Цис-Б-Ала
Овца
-Цис-Б-Цис-Б-Тре
Свинья
Лошадь
-Цис-Б-Цис-Б-Тре
9
-Сер-Гли-Сер-Гли-
10
Вал-Цис-S -
Вал-Цис-SИлей-Цис-SИлей-Цис-S-
Мономеры инсулина соединяются между собой в ди-,
тетра-, гекса- и октамеры атомом цинка через имидазольныё остатки гистидина. В молекуле инсулина в
среднем содержится 0,3-0,6% цинка.
Препарат инсулина (его получают из железы круп­
ного рогатого скота) - это бесцветное вещество с
температурой плавления 233 °С, хорошо растворяется
в воде.
Биосинтез. Инсулин синтезируется в 0-клетках
островков Лангерганса из аминокислот. Вначале обра­
зуется проинсулин, состоящий из 73 или 84 остатков
аминокислот. Затем под влиянием нейрогуморальных
факторов в двух участках цепи молекулы проинсулина
происходит разрыв и отщепляется соединяющий пептид.
В результате этого образуется молекула инсулина
(цвет. табл. VI). Пептид содержит 22 и 33 остатка
аминокислот. Образованию инсулина из проинсулина
способствует повышение концентрации глюкозы в
крови.
Метаболизм. Гормон из 0-клеток через синусоидные
капилляры поступает в кровеносное русло. Здесь он
374
взаимодействует с а- и 0-глобулинами и в виде комп­
лексов с ними направляется в органы и ткани. Гормон
действует непродолжительное время, до 3-4 ч. Затем
инсулин инактивируется инсулиназой. При однократном
прохождении крови через печень инактивируется около
половины содержащегося в ней инсулина.
Биологическое действие. Гормон влияет на угле­
водный, липидный, белковый и нуклеиновый обмены.
Основная функция инсулина заключается в регуляции
обмена углеводов. При недостатке гормона возникают
гипергликемия и глюкозурия, что связано с умень­
шением проницаемости клеточных мембран к глюкозе,
ингибированием глюкокиназы и гликогенсинтетазы.
Деятельность пентозного пути нарушается, а это от­
рицательно отражается на биосинтезе жирных кислот,
так как нет должного количества НАД ■Н2. Наличие
нужной концентрации инсулина обеспечивает преоб­
ладание синтеза белков и липидов над их распадом,
отложение в тканях гликогена.. Инсулин участвует в
биосинтезе клеточных мембран и стимулирует связы­
вание иРНК с рибосомами. Повышение проницаемости
мембран связано со способностью дисульфидных групп
гормона взаимодействовать с сульфгидрильными груп­
пами мембран. Инсулин стимулирует процессы кле­
точного дыхания и его сопряжение с фосфорилированием.
Патология. При недостатке или отсутствии в ор­
ганизме инсулина возникает сахарный диабет. Причи­
ной могут быть инфекции, токсикозы, панкреатиты,
опухоли гипофиза и др. Наступает общая слабость,
исхудание, гипергликемия, глюкозурия, полиурия (су­
точное количество мочи возрастает в 3-5 раз), воз­
никает диабетическая катаракта, помутнение и изъяз­
вление роговицы, кома и гибель.
Применение в животноводстве и ветеринарии. Пре­
параты инсулина (естественные и синтетические) при­
меняют при лечении сахарного диабета, гепатитов,
панкреатитов, отравлений и др. Инъекция откормочным
свиньям инсулина в дозе 1 ИЕ (0,04082 мг препарата)
на 1 кг живой массы повышает суточный привес на
26%.
Глюкагон
(гипергликемический
ф а к т о р , Г Г Ф ). Глюкагон выделен из поджелу­
дочной железы как примесь к инсулину.
375
Химическая природа. Это полипептид, состоящий из
29 остатков 16 аминокислот, молекулярная масса 3470, плохо растворяется в воде, изоэлектрическая
точка находится в области pH 7,5-8,5. Глюкагон
имеет следующую первичную структуру:
NH2
Гис-Сер-Гл у -Гли-Тре-Фен-Тре-Сер-Асп-Тир-Сер-Лиз-Тир-Илей-Асп1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14
15
-Сео-Арг-Арг-Ала-Глу - А сп-Ф ен-В ал-Глу-Тир-Л ей-М ет-А с п-Тре.
16 17 18 19 201
21
22 23 12 4 25 26 27 2 8 1
29
NH2
NH2
NH2
Биосинтез. Гормон синтезируется из аминокислот в
а-клетках островков Лангерганса, а также слизистой
двенадцатиперстной кишки.
Метаболизм. Гормон поступает в кровеносную сис­
тему и разносится по всему организму, оказывая
влияние на обмен веществ.
Биологическое. действие. Гормон активирует фосфорилазу печени, липазы тканей, вместе с инсулином
образует единую систему регуляции содержания глю­
козы в организме. В этом процессе участвует функ­
циональный аналог гормона - адреналин.
Патология. В клинике встречаются гипо- и гипер­
продукция глюКагона. Гипопродукция вызывается ин­
фекционными, а также токсическими поражениями
а-клеток.
Применение в животноводстве и ветеринарии. При­
меняют при лечении болезней, вызывающих дегенерацию
а-клеток.
Доза 0,7 мкг/кг живой массы увеличивает содержа­
ние сахара крови на 50%. При повышенной продукции
глюкагона для его инактивации применяют препараты
бутамида и надизана.
Липокаин.
Гормон - вещество, предупрежда­
ющее ожирение печени. Получают после извлечения из
поджелудочной железы инсулина.
Химическая природа. По химической структуре ли­
покаин является полипептидом. Аморфный порошок,
желтого цвета, растворимый в воде, с характерным
запахом.
376
Биосинтез. Гормон синтезируется из аминокислот в
клетках эпителия мелких выводных протоков поджелу­
дочной железы.
Метаболизм. Гормон поступает в кровеносное рус­
ло, затем в органы и ткани. Оказывает биологическое
действие, после чего инактивируется ферментами.
Биологическое действие. Липокаин / стимулирует
окисление жиров, жирных кислот и выход их из печени
в ткани, предохраняет и устраняет жировую инфиль­
трацию печени, при наличии в кормах липотропных
факторов (холина, метионина, казеина) способствует
биосинтезу фосфатидов.
Патология. Выработка гормона нарушается при пан­
креатитах, различных инфекционных болезнях, инто­
ксикациях, опухолях.
Применение в животноводстве и ветеринарии. Пре­
параты гормона применяют при лечении сахарного
диабета, гепатитов, жировой дистрофии печени и цир­
роза, атеросклероза и др.
В а г о т о н и н . Гормон имеет белковую приро­
ду. Стимулирует деятельность парасимпатической
нервной системы, и прежде всего вагуса. Воздействуя
на этот нерв, ваготонин задерживает распад гликоге­
на до глюкозы, чем и вызывает уменьшение содержания
сахара в крови. Стимулирует процессы кроветворения.
В молекуле ваготонина содержится до 8% карнитина.
Мужски* половы* гормоны
Мужские половые гормоны - андрогены - синтези­
руются в основном в семенниках, некоторая часть - в
яичниках и коре надпочечников. Наибольшее количест­
во гормонов содержится в сперме.
Химическая природа. Первый андроген получен Я.
Бутенандтом в 1932 г. и назван андростероном. Все
андрогены являются производными циклического угле­
водорода - циклопентанпергидрофенантрена, в частно­
сти его метилированного гомолога - андростана.
377
Наибольшее значение имеют андростерон, дегидроандростерон, тестостерон и их синтетический ана­
лог - метилтестостерон.
А н д р о сте р о н
(3 -скси *17 -ке то а нд р оста н)
Д е ги д р о а н д р о сте р о н
(3 -о к с и -17- кето - 5,6- д е г и д роан д рос ган)
ОН
Тестостерон
(3 -к е т о -17 -о кси -4 ,5-д е ги д р оа нд р о стан)
Метилтестостерон
(3 -к е т о -17-о к с и -4 ,5 -д е г и д ро17-м ети л анд ростан)
Андрогены не растворяются в воде, растворяются в
этаноле, могут кристаллизоваться, имеют высокую
температуру плавления, оптически активны.
Биосинтез. Синтезируются в интерстициальных
клетках Лейтига. Исходными веществами для синтеза
служат холестерин и ацетил- КоА. Центральное место
в синтезе занимает прегненолон, из которого двумя
метаболическими путями (Л4- и Д5-пути) под влиянием
ряда ферментов образуется тестостерон.
Биосинтез тестостерона и других гормонов регули­
руется гормонами передней доли гипофиза —фоллитропином и лютропином.
Метаболизм. Гормоны поступают в кровеносное рус­
ло, разносятся по организму и оказывают биологи­
ческое действие на обмен веществ. Период биологи­
ческой полужизни молекулы тестостерона составляет
20 мин. Гормоны претерпевают ряд превращений и в
виде конечных продуктов обмена выделяются из орга378
Рис. 47. Механизм действия стероидных гормонов (по Ю. Б. Фи­
липповичу, 1985)
низма. Некоторое количество гормонов выделяется с
мочой без изменений.
Биологическое значение. С деятельностью гормонов
связано развитие и проявление вторичных половых
признаков и устойчивого полового влечения. Выделе­
ние андрогенных гормонов протекает непрерывно. Сте­
роидные гормоны сравнительно свободно проникают
через клеточные мембраны и связываются в клеткахмишенях со специфическими белковыми рецепторами.
Образовавшийся гормон-рецепторный комплекс проника­
ет в кариоплазму, где и оказывает через ферментные
системы влияние на матричный синтез ДНК и РНК, а
з а т е м -н а клеточный синтез белка (рис. 47). Андро­
гены стимулируют биосинтез белка в мышечной ткани,
вызывают накопление в организме азота, фосфора,
калия, натрия, хлора. Тестостерон в 2 раза активнее
дегидроандростерона, в 6 раз активнее андростерона.
Патология. Выделение гормонов нарушается при
орхитах, эпидидимитах, травмах, опухолях семенни­
ков, инфекциях, интоксикациях. Кроме гипогонадотизма (недостатка продукции гормонов), встречается
гипергонадотизм (чрезмерная продукция гормонов).
Применение в животноводстве и ветеринарии. В
животноводстве проводится кастрация, хирургическое
удаление семенников. Поведение животных становится
более спокойным, происходит переориентация обмена
веществ на отложение избыточного количества жира.
Андрогены и метилтестостерон применяются при поло379
вой недостаточности, импотенции, недоразвитости
семенников, половом и нервном истощении. Активность
андрогенов измеряется петушиными единицами (ПЕ) и в
интернациональных единицах (ИЕ). За 1 ПЕ принято
минимальное количество гормона, которое необходимо
ввести каждому из трех петушков породы леггорн,
чтобы вызвать у них на 3-4 сут увеличение площади
гребешка на 20%. 1 ИЕ равна 0,1 мг андростерона.
Женские половые гормоны
Женские половые гормоны синтезируются в яични­
ках, плаценте и частично в надпочечниках. Отличают­
ся между собой химическим строением, свойствами и
значением.
Химическая природа. Их делят на пять групп:
эстрогены, гестагены, релаксин, андрогены и гормоны
плаценты.
Эстрогены
и
гестагены
являются
производными циклопентанпергидрофенантрена. Эстро­
гены в основе молекулы содержат ядро эстрана.
Впервые выделены из мочи беременных в 1927 г., за­
тем получены в чистом виде эстрон, эстрадиол и
эстриол.
Молекула эстрогенов в ядре А содержит три двой­
ные связи.
380
Эстрон часто называют фолликулином. Эстрогены кристаллические вещества с высокой температурой
плавления, оптически активны, не растворяются в
воде, растворяются в этаноле и маслах.
Г е с т а г е н ы - это гормоны желтого тела и
продукты их обмена, производные прегнана. Наиболь­
шее значение имеет прогестерон (гормон беремен­
ности).
C Hj—с н ,
сн,
I
с=о
Это кристаллические вещества, имеют высокие тем­
пературы плавления, оптически активны, хорошо раст­
воримы в этаноле и эфире, нерастворимы в воде.
Р е л а к с и н - полипептид,
обладает
основными
свойствами. Молекула состоит из двух субъединиц,
соединенных дисульфидным мостиком. Синтезируется
желтым телом беременных самок. Релаксин свиньи име­
ет молекулярную массу 6500.
А н д р о г е н ы (см. с. 377), синтезируемые в
яичнике самок, не имеют существенного значения в их
половой деятельности.
Х о р и о н и ч е с к и й г о н а д о т р о п и н (хорио н г о н а д о т р о п и н ) - это
гормон
плаценты.
Гликопротеид, молекулярная масса - около 100 тыс.,
содержит до 18% углеводов, 8,4% азота, термоста­
бильный. В крови жеребых кобыл имеется хорионгонадотропин с молекулярной массой 60-80 тыс., содер­
жащий до 25% углеводов, он активируется амилазой
слюны.
Биосинтез. Биосинтез женских половых гормонов
протекает циклически. Эстрогены в яичнике образуют­
ся в клетках внутренней теки фолликулов, звездчатых
клетках желтых тел и интерстициальных клетках. Пос­
ле овуляции гранулезные клетки прорастают в кровя­
ной сгусток и постепенно трансформируются в лютен381
нрвые клетки, образуя желтое тело, продуцирующее
гестагены. При отсутствии беременности желтое тело
рассасывается. Эти процессы регулируются нейрогумо­
рально. Так, в начале цикла гипофиз выделяет фоллитропин. Под его влиянием развиваются фолликулы яич­
ника, в которых под воздействием лютропина гипофиза
синтезируются эстрогены. Они стимулируют рост фол­
ликулов и их чувствительность к гонадотропинам.
Когда инкреция эстрогенов достигает максимума, про­
исходит выброс больших количеств лютропина из гипо­
физа (по принципу положительной обратной связи).
Под их влиянием происходит овуляция. В дальнейшем
развивается желтое тело, где синтезируются прогес­
терон и его аналоги.
Во время беременности в женском организме разви­
вается плацента, где продуцируются гормоны. Образо­
вание всех пяти групп гормонов катализируется одни­
ми и теми же ферментными системами, хотя существуют
некоторые различия. Биосинтез релаксина и хорионгонадотропина - типичный синтез белка.
Метаболизм. Гормоны поступают в кровеносную сис­
тему и в виде биокомплексов с /3-глобулинами транс­
портируются в органы и ткани. После биологического
действия инактивируются в основном в печени и поч­
ках. Вначале часть эстрогенов превращается в свя­
занные формы - глюкурониды и эфиры с серной кисло­
той. В дальнейшем основная масса эстрогенов инакти­
вируется гидроксилированием, метоксилированием и
окислением с образованием мало- и неактивных произ­
водных эстрогенов. Часть гормонов выделяется с мо­
чой в неизменном виде (у лошади за сутки выделяется
с мочой до 60 г эстрона). Основной продукт обмена
прогестерона - прегнандиол, который выделяется в
виде глюкуронидов.
Биологическое действие. Гормоны осуществляют
репродуктивные функции. Эстрогены обеспечивают раз­
витие и проявление у самок вторичных половых приз­
наков (течку, половое влечение), оптимальные усло­
вия для оплодотворения яйцеклетки после овуляции,
подготовку матки для имплантации оплодотворенной
яйцеклетки. После наступления беременности на месте
бывшего фолликула развивается истинное желтое тело,
которое продуцирует гестагены. Под влиянием гестагенов стимулируется развитие маточных желез и выде­
382
ление ими секрета, служащего питательным и защитным
веществом для развивающейся яйцеклетки до ее им­
плантации.
Прогестерон подготовляет слизистую оболочку
матки к восприятию оплодотворенной яйцеклетки и
способствует образованию материнской части плацен­
ты. Он понижает сокращение матки и тормозит дейст­
вие окситоцина. При беременности гестагены тормозят
овуляцию и способствуют развитию молочной железы.
Они замедляют выброс лютропина и не допускают ову­
ляцию фолликулов. Прогестерон тормозит выделение
фоллитропина, увеличивает скорость распада и синте­
за белков, пуриновых оснований, углеводов.
Релаксин оказывает специфическое действие на
поздних стадиях беременности: под его влиянием раз­
мягчаются эпифизы лонного сращения и расслабляются
лобковые связки.
Хорионгонадотропин способствует нормальному про­
теканию беременности: влияет на развитие и функцио­
нирование истинных желтых тел, регулирует эндокрин­
ные функции плаценты.
Патология. К патологическим нарушениям выделения
гормонов относятся различные заболевания: недораз­
витость яичников, кисты яичников, дисфункция гипо­
физа и щитовидной железы и др. Эти явления приводят
к нарушениям реакций обмена веществ, в которых уча­
ствуют гормоны. При близкородственном разведении
часто возникает инфантилизм - общее недоразвитие
организма или отдельных органов, особенно половых и
центральной нервной системы.
Применение в животноводстве и ветеринарии. Гор­
моны и их синтетические аналоги применяются в каче­
стве лекарственных средств при различных нарушениях
женской половой сферы. Особое место принадлежит
синэстролу, применяемому для борьбы с яловостью,
при лечении эндометритов и для ускорения отделения
последа у коров.
Высокой эстрогенной активностью обладает октэстрол: он в 2,5 раза активнее фолликулина, по актив383
ности он равен синэстролу. При откорме животных
используется стильбэстрол.
Гормоны коры надпочечников
В коре надпочечников синтезируется ряд гормонов
стероидной природы.
CH,OH
I
CHjOH
о
I
с=о
с=о
с=о
С—
Химическая природа. По физиологическому действию
гормоны делят на четыре группы: глюкокортикоиды
(кортикостерои, гидрокортикостерон, кортизон), минералокортикоиды (альдостерон, дезоксикортикостерон), андрогены (андростендион, дегидроэпиандростерон, тестостерон и др.), эстрогены (эстроген, эквиленин и др.). Первые две группы называют собствен­
но кортикостероидами. Гидрокортизон и кортикостерои
составляют около 80% всех гормонов коры, альдосте­
рон- 2 , остальные-18%.
384
г
ТАБЛ. I. СХЕМА СТРОЕНИЯ МОЛЕКУЛЫ ДНК
(по Ф. Крику и Д. Уотсону)
г
ТАБЛ. П. УРОВНИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ МОЛЕКУЛ
БЕЛКА:
а - первичная структура полипептвдной цепочки; б - вторичная
структура полипептидной цепочки; в-третичная структура
многлобина; г - четвертичная структура молекулы гемоглобина
ТАБЛ. III. СХЕМА БИОСИНТЕЗА БЕЛКА (по Т. Богену)
Т|МСЯ»
/
н—м
•4®
Т
о
f l
с к -н ^
г:
\
И И И - н .^ - ^
©
н
«**
а
Tte
РЪ
«г
-
I
I
W -C H -C -M H -
Set
»fe
I
ГV
ТАБЛ. IV. ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ:
в - взаимодействие активных центров ферментов с субстратами;
б-сн и ж ен и е энергии активации; / - некатализируемая реакция;
2 - каталитическая реакция; J - ферментативный катализ
В
н
е
к
л
е
т
о
ч
н
о
еп
р
о
с
т
р
а
н
с
т
в
о
Цитоплазма
ТАБЛ. V. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ БЕЛКОВЫХ И ПЕПТИДНЫХ
ГОРМОНОВ НА АДЕНИЛАТЦИКЛАЗУ И ОБМЕН ВЕЩЕСТВ
КЛЕТКИ-МИШЕНИ:
а - взаимодействие гормона и рецептора; б-образование цАМФ;
в —уход гормона от клетки и начало функционирования
соответствующей ферментативной реакции в клстхе-мишени
/
Сигнальный пептид
Сигнальная
пептидаза
Эндопяазматинеский ротикулум
Цистерна
аппарата Гольджи
Эндоцитозиый
пузырей
ТАБЛ. VI. СХЕМЫ БИОСИНТЕЗА И ПРЕВРАЩЕНИЯ В АК­
ТИВНЫЕ ФОРМЫ БЕЛКОВЫХ И ПЕПТИДНЫХ ГОРМОНОВ:
а - схема биосинтеза гормонов; б-отщепление С-псптида от
молекулы проинсулина и образование инсулина
Палочка
Толов*»
Молекула миозина
10 нм
Г «Т | Т * Т
*ж*>
Тропомиозин
G-актин
ТАБЛ. VII. МЫШЕЧНОЕ СОКРАЩЕНИЕ И ЕГО КОМПОНЕНТЫ:
а - часть
молекулы миозина (толстая нить); б - строение
толстой нити миофибрилл; в - взаимоотношение толстых и тонких
нитей миофибрилл; г - строение тонкой нити и образование
комплекса с головкой молекулы миозина
ТАВЛ. VIII. СХЕМА РЕА БСО РБЦ И И И СЕКРЕЦ И И ВЕЩЕСТВ
КЛЕТОЧНОЙ
ПРОКСИМ АЛЬНОГО
СЕГМЕНТА
НЕФРОНА
(по Ю. В. Паточипу)
Биосинтез. В клетках клубочковой зоны коры над­
почечников образуется альдостерон, в пучковой зо­
не-гормоны, обеспечивающие регуляцию обмена мно­
гих органических веществ и реакцию организма на
стрессовые воздействия. Биосинтез кортикостероидов
регулируется гормоном гипофиза АКТГ. Здесь из пред­
шественников (холестерина и ацетил-КоА) образуются
гормоны.
Между эндокринными железами, участвующими в об­
разовании и регуляции биосинтеза кортикостероидов,
существует прямая и обратная связь. Так, при появ­
лении в крови избытка кортикостероидов в гипотала­
мусе уменьшаются синтез и выделение кортиколиберина, что приводит к уменьшению скорости биосинтеза
АКТГ в гипофизе, и наоборот. Некоторые предшест­
венники гормонов образуются в стероидпродуцирующих
органах, особенно в половых железах и плаценте,
затем поступают в кору надпочечников.
Специфичность в образовании гормонов зависит от
вида животного, от активности ферментов, катализи­
рующих данные процессы. Так, разрыв боковой цепи
прегнана осуществляется карбоксилазами. Образование
гидроксильных групп катализируется гидроксилазами,
которые различны в зависимости от места расположе­
ния групп----ОН. Источником водорода чаще бывает
витамин С, которым богата кора надпочечников. Водо­
род транспортируется в виде НАДФ *Нг.
Метаболизм. Гормоны поступают в кровеносное рус­
ло. Около 90% общего количества их находится в виде
комплексных соединений с белками. Так, гидрокорти­
зон и кортизон соединяются с а-глобулинами, альдо­
стерон - с альбуминами крови. Это дает возможность
клеткам постепенно использовать гормоны и предохра­
няет кортикостероиды от разрушения. Период био­
логической полужизни молекулы гидрокортизона равен
80-110 мин, кортикосгерона - 60-90 и кортизона 30 мин.
Основная масса кортикостероидов выделяется из
организма в виде их метаболитов. Общее для всех
стероидных гормонов - преобладание в их обмене вос­
становительных реакций. Восстановленные метаболиты
в печени образуют парные соединения с глюкуроновой
и серной кислотами. Они выделяются из организма с
мочой и калом. Около 1% гидрокортизона выводится с
25— 1281
385
мочой в неизменном виде. Кортикостерон выделяется с
желчью.
Биологическое действие. Под влиянием глюкокортикоидов увеличивается распад белков и тормозится
их синтез, уменьшается масса тела и возрастает вы­
деление с мочой азотсодержащих соединений, возра­
стает содержание гликогена в мышцах, стимулируется
гликонеогенез, повышаются уровень глюкозы в крови
и накопление гликогена в печени. Уменьшение выде­
ления этих гормонов оказывает обратное действие.
Интенсивный синтез глюкокортикоидов способствует
увеличению в крови количества лейкоцитов, особенно
нейтрофилов, и уменьшению в ней числа эозинофилов и
лимфоцитов.
Минералокортикоиды влияют на водно-солевой об­
мен. Они задерживают в тканях ионы Na* и создают
предпосылки для удерживания организмом воды. При их
недостатке уменьшается содержание в тканях ионов
Na+ и хлорид-ионов, падает осмотическое давление,
наступает обезвоживание. Минералокортикоиды, осо­
бенно альдостерон, обладают слабым глюкокортикоидным действием, влияя на обмен углеводов. Они оказы­
вают некоторое влияние на минеральный обмен. Андро­
гены и эстрогены в коре надпочечников синтезируются
в небольшом количестве. Они не оказывают существен­
ное влияние на обмен веществ.
Патология. При гипофункции коры надпочечников
возникает острая и хроническая недостаточность че­
тырех групп гормонов. Причиной первой из них могут
быть инфекционно-токсические процессы, новообразо­
вания, травмы и другие поражения органа. При этом
ослабевает сердечная деятельность и нарушается ра­
бота пищевого канала. Причиной хронической недоста­
точности может быть атрофия коры надпочечников. При
этом падает кровяное давление, уменьшается мышечный
тонус, возникает бронзовая окраска кожи и слизистых
оболочек (бронзовая болезнь), наступает гипоглике­
мия и гипоазотемия, нарушается водно-минеральный
обмен.
Иногда встречается гиперфункция коры надпочечни­
ков. В ее основе лежит усиление функционирования
клеток какой-то одной зоны. Так, при повышенной
функции клубочковой зоны возрастает выделение альдостерона и развивается синдром альдостеронизма
386
(гипертония, гипернатриемия, судороги, парез). При­
чиной этого могут быть аденомы и карциномы корко­
вого вещества надпочечников или различные инфек­
ционные и токсические процессы. При опухолях пучко­
вой зоны коры начинается избыточное выделение глюкокортикоидов, что приводит к возникновению надпо­
чечно-коркового синдрома обменного типа - затухает
синтез белков, возрастает их распад и подавляется
иммунобиологическая оеактивность организма.
Применение в животноводстве и ветеринарии. Гор­
моны применяют в соответствии с их биологическим
действием. Так, кортизон используется при лечении
ревматоидного артрита, полиартритов, острого сус­
тавного
ревматизма,
волчанки,
спондиоартритов,
бронхиальной астмы и др. Ацетат кортизона
приме­
няют для лечения ревматизма, дерматитов, лейкозов;
альдостерон (в 30-120 раз активнее дезоксикортикостерона) - при нарушениях минерального обмена. Для
этой цели используют синтетические аналоги - дексаметазон (в 30 раз активнее гидрокортизона) и
9а-фторпреднизолон (в 50 раз активнее гидрокорти­
зона) .
Гормоны мозгового вещества
надпочечников
В мозговом веществе надпочечника синтезируются
два гормона - адреналин и норадреналин.
Химическая природа. Гормоны являются производны­
ми диоксибензола (катехола или пирокатехина). Их
называют катехоламинами.
но
снон ~сн1~ин-сн,
но
но
А дреналин
СНОН” CH,NHl
Норадреналин
В органах и тканях, особенно в симпатической
нервной системе, содержится L-адреналин, который в
15—40 раз активнее 2>-адреналина. Адреналин - кри­
сталлическое вещество белого цвета, горькое на
вкус, трудно растворяется в воде, оптически актив25*
387
ное, нестойкое, легко вступает в реакции окисления
и замещения.
Биосинтез. Основная масса обоих гормонов синте­
зируется в округлых или многоугольных клетках моз­
гового вещества надпочечников, часть —в симпати­
ческих отделах нервной системы. Источником для их
биосинтеза служит L-тирозин.
Метаболизм. Синтезированные гормоны поступают в
кровеносное русло. Здесь они соединяются с белками
крови и разносятся по организму. Часть гормонов в
нервных окончаниях симпатической нервной системы
депонируется в виде солей с АТФ. После выполнения
специфических функций гормоны инактивируются в пе­
чени путем образования парных соединений с серной и
уксусной кислотами, которые выводятся из организма
с мочой. Кроме того, адреналин и норадреналин под­
вергаются сложным химическим превращениям, которые
приводят к образованию меланоидного пигмента, уда­
ляемого из организма животного с мочой.
Значительное количество гормонов инактивируется
метилированием и дезаминированием с образованием
продуктов, которые в виде парных соединений с сер­
ной и глюкуроновой кислотами выводятся с мочой из
организма.
Биологическое действие. Гормоны вместе с простагландинами (см. ниже) влияют на обмен углеводов,
белков, липидов и других соединений.
Молекула гормона из кровеносного русла поступает
в межклеточную жидкость, а из н е е - н а поверхность
клетки-мишени. Здесь молекула адреналина, как и
других гормонов, взаимодействует с рецепторами по­
верхности клетки. Рецепторы взаимодействуют с фер­
ментом аденилатциклазой, которая находится в неак­
тивной форме. Под влиянием фермента из АТФ обра­
зуется цАМФ. Он и является посредником между гор­
моном и соответствующим ферментом. Если субстратом
оказывается гликоген, через цАМФ гормон оказывает
действие на молекулу неактивной фосфорилазы, пре­
вращая ее в активную форму. Активная фосфорилаза и
осуществляет фосфоролиз гликогена, превращая его в
глюкозо-1-фосфат.
Повышенное выделение гормонов или избыточное
введение их в организм вызывает гипергликемию и
глюкозурию. Гормоны увеличивают скорость расщепле388
ния в тканях белков и выделения азотистых продуктов
обмена с мочой, активируют липазу жировых депо и
ускоряют мобилизацию липидов. Действие адреналина
проявляется в дозах 0,0001-0,00001 мг на 1 кг живой
массы. При этом повышается кровяное давление, уча­
щается и усиливается сердцебиение, ускоряется ритм
дыхания, замедляется перистальтика кишок, увеличи­
вается температура тела и др. Адреналин повышает
систолическое
давление,
норадреналин - систоли­
ческое и диастолическое. Норадреналин не учащает
пульс и не усиливает потребление тканями кислорода.
Действие гормонов связано с их взаимодействием с
адренорецепторами. а-Адренорецепторы связаны с воз­
буждением, а /3-адренорецепторы - с торможением сок­
ращений мышечных волокон гладких мышц, учащением и
усилением сердечных сокращений.
Патология. Мозговое вещество поражается при мно­
гих инфекционных, незаразных и инвазионных болез­
нях, новообразованиях, травмах и других патологи­
ческих процессах. Атрофируется хромаффинная ткань,
уменьшается выделение гормонов, что приводит к тор­
можению всех химических реакций, в которых участ­
вуют катехоламины. Иногда наступает гиперфункция
мозгового вещества, когда оно поражается симпатикобластомой. Возникает избыток гормонов и их пред­
шественников, усиливаются реакции обмена, в которых
участвуют адреналин и норадреналин. Возникает ги­
пертония (с тахикардией), гипергликемия, глюкозурия, развиваются атеросклероз, нефрит, нарушается
мозговое кровообращение, угнетается деятельность
коры надпочечников, может наступить смерть.
Применение в животноводстве и ветеринарии. Пре­
параты гормонов применяют при сердечно-сосудистой
недостаточности, шоках, гипогликемической коме,
лечении бронхиальной астмы. Использование их про­
тивопоказано при органических поражениях сердца и
высоком кровяном давлении.
Гормоноиды
Гормоноиды, или паратгормоны, представляют собой
разнородные по химическому строению вещества, кото­
рые оказывают сильное биологическое действие на
многие физиологические процессы в организме. В от389
личие от гормонов их биосинтез не имеет строгой
локализации: они образуются в самых различных орга­
нах и тканях. Гормоноиды обладают кратковременным
биологическим действием. К ним относятся простагландины, гормоноиды пищевого канала и нейрогормоны
Простагланлинм.
Впервые
были
обна­
ружены в семенной жидкости человека. Ульф ван Эйлер
в 1936 г. выделил эти вещества из вытяжки предста­
тельной железы и назвал их простагландинами. Сейчас
известно свыше 20 природных простагландинов.
Химическая природа. Все эти вещества по агрегат­
ному состоянию являются жидкостями или низкоплавки­
ми кристаллическими веществами. По химической при­
роде они представляют собой ненасыщенные жирные
кислоты, имеющие скелет из 20 углеродных атомов. Их
делят на четыре основные группы: Е, А, В и F. Каж­
дый из простагландинов в основе молекулы имеет
циклопентановое кольцо, две боковые цепи, двойную
связь между 13-м и 14-м углеродными атомами. Инди­
видуальные представители внутри каждой группы отли­
чаются между собой числом двойных связей в боковых
цепях.
он
A
он
F
Эти связи обозначаются внизу буквы с цифровым
индексом.
Наибольшей биологической активностью обладают
два простагландина: ПГ-Ei и n r - F 3a.
Биосинтез. Простагландины образуются в клетках
различных тканей. Их предшественниками служат нена­
сыщенные жирные кислоты: линолевая, линоленовая,
390
арахидоновая и др. При эндогенном происхождении
жирных кислот из фосфолипидов под воздействием фосфолипаз высвобождаются полиненасыщенные жирные
кислоты, обычно с линейной цепью из 20 углеродных
атомов. В дальнейшем под влиянием ферментов в мик­
росома х происходит окислительная циклизация с обра­
зованием простагландина по типу:
о
он
он
А р а х и д о н о в а я кислота
В организме человека ежесуточно образуется около
100 мкг простагландинов. В отдельных тканях (напри­
мер, в тканях предстательной железы) их содержание
достигает 1 мкг на 1 г, в семенной жидкости содер­
жится до 100-300 мкг н 1 мл.
Метаболизм. Простагландины обладают высокой сте­
пенью метаболизма. Наиболее интенсивно они распа­
даются в тканях легких, почек и печени. Так, после
однократного прохождения крови через легкие и пе­
чень инактивируется соответственно 95 и 70% ПГ-Ег.
Эти процессы включают окисление гидроксила у Сц,
восстановление
Ди-двойной
связи,
j3-окисление,
ы-гидроксилирование и w-окисление.
9 -К е т о р е д укта з а
соон
-О ки сл ен ие
ОН
I
Д ,3-Р е дукта за
Ш -О ки сл е н и е
он
\
! 5 -О Н -д е ги д р о ге н а за
Биологическое действие. Простагландины по био­
логическому действию можно отнести к «местным», или
клеточным, гормонам. Прежде всего, они воздействуют
на активность аденилатциклазы, регулирующей в клет­
ках содержание цАМФ - посредника между гормонами и
ферментами. Так, в жировой ткани под влиянием
аденилатциклазы усиливается липолиз, в мышечной гликогенолиз, в корковом веществе надпочечников 391
стероидогенез. В клетках простагландины обычно
находятся
в связанном состоянии.
Их действие
активируется адреналином. Важную роль в осуществле­
нии действия простагландинов могут играть АТФ и
ионы Са2+.
А д е н и л ки н а за
А Т Ф -а з а
* ■■ ■■ - ..... ■■■■- ............ . ■ ■ ■ -
А д ем ил ц икл аза
Ф о с ф о д и э с т е р а за
Сг *
Э ф ф ект
Патология. Биосинтез гормоноидов и их обмен на­
рушаются при многих болезнях, особенно печени, лег­
ких, почек, центральной нервной системы, половых
желез, а также при недостатке и отсутствии в кормах
ненасыщенных жирных кислот.
Применение в животноводстве и ветеринарии. При­
меняют для лечения бронхиальной астмы, бронхитов,
артритов, тромбозов, язвы желудка, синхронизации
охоты у самок и стимуляции опоросов у свиноматок.
Гормоноиды
пищевого
канала.
В слизистой оболочке пищевого канала вырабатываются
некоторые биологически активные вещества, которые
по своему действию напоминают гормоны.
Г а с т р и н. Это вещество полипептидной приро­
ды, вырабатываемое слизистой оболочкой привратника
желудка:
Гли-Гли-Про-Три-Мет-Глу-Глу-Глу-Глу-Глу-Ала-Тир-Гли-Три-Мет1 2
3 4
5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15
-Асп-ФенЧЧНг.
16 17
Гастрин выделяется в ответ на раздражение сли­
зистой оболочки при растяжении или действии кормов.
Способствует выделению желудочного сока, сока под­
желудочной железы, желчи, повышает тонус и моторику
желудка и кишок. Повышение концентрации соляной
кислоты в желудочном соке тормозит биосинтез гастрина.
392
С е к р е т и н . Вырабатывается клетками слизис­
той оболочки тонкой кишки под влиянием соляной кис­
лоты желудочного сока. Полипептид, молекула его
построена из 27 аминокислотных остатков, причем 14
из них соединены в такой последовательности, как и
в молекуле глюка гона. Секретин получен в чистом
виде из слизистой оболочки кишок свиньи. Всасывает­
ся слизистой оболочкой кишок, попадает в кровенос­
ную систему, затем в поджелудочную железу. Стимули­
рует выделение поджелудочной железой воды и элект­
ролитов (в основном гидрокарбонатов).
Панкреозимин.
Этот полипептид выраба­
тывается слизистой оболочкой тонкой кишки. Структу­
ра его молекулы изучена недостаточно. Панкреозимин
способствует выработке секреторной частью поджелу­
дочной железы гидрокарбонатов и ферментов.
Холецистокинин.
Вещество,
вырабаты­
ваемое слизистой оболочкой тонкой кишки. Биосинтез
стимулируется липидами, белками и минеральными ве­
ществами кормов. По химической природе - это поли­
пептид. Вызывает сокращение мышц желчного пузыря и
выделение желчи в двенадцатиперстную кишку.
Нейрогормоны.
Синтезируются в нейро­
секреторных клетках. Затем они поступают в нервные
окончания и межклеточное пространство. Больше всего
нейрогормонов синтезируется в клетках ядер промежу­
точного мозга. К ним относятся вазопрессин и оцитоцин, гормоны гипоталамуса, гистамин, серотонин,
ацетилхолин, адреналин и норадреналин и некоторые др.
Гистамин.
Гистамин —производное
амино­
кислоты гистидина. Много его вырабатывается тканями
кожи, пищевого канала, легких. Выполняет роль гумо­
рального возбудителя желудочной секреции, повышает
тонус гладких мышц, расширяет капилляры. Находится
в связанном состоянии с гепарином и другими вещест­
вами. Секреторная деятельность гормоноида регули­
руется соматотропином, адреналином, норадреналином,
ацетил холи ном. Инактивируется клеточными белками и
гистаминазой. Содержание гистамина в тканях возра­
стает при ожогах, шоке и др.
м---- с - сн,- сн,- мн,
и
п
н<4 / сн
МН
Г истамин
393
С е р о т о н и н . Образуется из L-триптофана в
центральной нервной системе, клетках слизистой обо­
лочки кишок и поджелудочной железы. Обладает широ­
ким диапазоном действия на функции нервной, сердеч­
но-сосудистой, мышечной, мочеполовой и эндокринной
систем. Служит медиатором нервного импульса в нерв­
ных центрах (например, в гипоталамусе) и на пери­
ферии.
В тканях быстро разрушается под влиянием фермен­
та МАО, превращаясь в 5-гидроксииндолилуксусную
кислоту, которая с мочой выводится из организма.
Оказывает влияние на сокращение гладких мышц и пе­
редачу нервных импульсов, участвует в регуляции
кровяного давления, температуры тела, дыхания,
мочеотделения, деятельности пищевого канала. Нару­
шение обмена серотонина может быть одной из причин
возникновения инфаркта миокарда, язвенной болезни,
многих психических заболеваний.
си
НО—С -^
I
нс^
------- С —CHj—CHj—мн2
II
СИ
II
/ сн
НИ
Серотонин
Ацетилхолин.
Ацетилхолин - один
из
наиболее распространенных медиаторов нервного воз­
буждения. Синтезируется в эндоплазматической сети
многих нейронов центральной и периферической нерв­
ной системы. Им богаты нервные клетки парасимпати­
ческих ганглиев.
Выделяется ацетилхолин окончаниями двигательных
и парасимпатических нервных волокон в синаптическую
щель и вызывает со стороны иннервируемого органа
соответствующий эффект.
Биосинтез ацетилхолина происходит в результате
реакции между холином и ацетил-КоА под влиянием
фермента холин - ацетилтрансферазы, ионов Mg2*, К+,
Са .
о
II
н,с
’ ,^сн,
C H j - С - О - C H j - CH j - H .
I CHj
HO
Ацетилхолин
394
Некоторые
другие
гормоноиды.
Наибольший интерес представляют ангионтензин и кинины.
Ангиотензин.
По
химической
природе
гормоноид представляет собой полипептид, образуется
из 0-глобулинов крови. При недостатке в тканях по­
чек кислорода в них вырабатывается фермент ренин.
Под влиянием ренина и трипсина от молекулы глобули­
на отщепляется декапептид - неактивный ангиотен­
зин I. Когда он подвергается действию фермента ангиотензиназы, то отщепляются два аминокислотных
остатка и образуется ангиотензин II: Фен-Про-ГисИлей-Тир-Вал-Арг-Асп. Гормоноид является составной
частью системы ренин - ангиотензин. Объектом дейст­
вия ангиотензина служат почечные артериолы. При
гиперинкреции возникает почечная гипертония.
К и н и н ы. Эти полипептиды участвуют в регуля­
ции скорости кровотока, уменьшают кровяное давле­
ние, усиливают работу сердца и легких. Образуются в
тканях и крови из кининогенов под влиянием специа­
лизированных ферментов. Наибольшее значение имеют
два кинина: брадикинин —Арг-Про-Про-Гли-Фен-СерПро-Ф ен-Арг и каллидин -Арг-Про-Гли-Ф ен-Сер-П роФен-Арг-Три.
К онтрольны е вопросы
1. Что такое гормоны и гормоноиды, каковы их общая харак­
теристика, механизм действия и классификация?
2. П роанализируйте химическую природу, биосинтез, метабо­
лизм , биологическое действие, патологию, применение в животно­
водстве и ветеринарии гормонов: гипоталамуса; трех долей гипо­
ф иза; щитовидной железы; паращитовидной железы; тимуса; п одж е­
лудочной железы; семенников; женских половых органов; коры
надпочечника; мозгового слоя надпочечника.
3. Что вам известно о химической природе, биосинтезе,
метаболизме, биологическом действии, патологии, применении в
животноводстве и ветеринарии гормоноидов?
4. Каковы причины возникновения и клинические симптомы
гигантизма и акромегалии, микседемы и креатинизма, эндемичес­
кого зоба и базедовой болезни, гипер- и гипопаратиреозмов,
сахарного и несахарного диабетов, импотенции и нимфомании,
бронзовой болезни?
395
ГЛАВА 12
ОБМЕН РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ
КАК ЕДИНОЕ ЦЕЛОЕ
Биохимические превращения различных веществ в
организме взаимосвязаны. Нарушение обмена одной
группы веществ, как правило, влечет за собой изме­
нение обмена веществ организма в целом. Известно,
что обмен веществ складывается из двух процессов:
ассимиляции и диссимиляции. У молодого организма
процессы ассимиляции преобладают над процессами
диссимиляции. У взрослых животных между процессами
ассимиляции и диссимиляции устанавливается динами­
ческое равновесие. У стареющих и больных животных
распад веществ преобладает над их синтезом.
Реакции обмена веществ, протекающие в организме,
характеризуются высокой степенью согласованности.
Они составляют упорядоченную и целостную систему,
которая сложилась в результате длительной эволюции
живого мира, закрепилась генетически и передается
по наследству от поколения к поколению. Обмен ве­
ществ представляет собой закономерный порядок пре­
вращений веществ и энергии в организме, органах,
тканях, клетке.
Взаимосвязь и взаимообусловленность реакций об­
мена веществ координируются центральной нервной
системой и железами внутренней секреции, образуя
стройную систему нейрогуморальной регуляции. Регу­
ляция в клетке осуществляется с помощью ферментов,
гормонов, цАМФ, медиаторов возбуждения, общих про­
дуктов биохимических реакций. Каждая ферментативная
реакция - это
звено
соответствующего
метаболи­
ческого пути, а все метаболические пути в сово­
купности составляют обмен веществ. Биохимические
реакции взаимосвязаны и протекают в определенном
порядке и последовательности. Так, обмен нуклеи­
новых кислот, белков, липидов, углеводов на первых
этапах происходит различными путями, но в итоге
образуются одни и те же конечные продукты СОг и
Н20 , а при окислении нуклеиновых кислот и белков,
кроме того, азотистые соединения: мочевина, мочевая
кислота и др.
Взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот с обменом
другйх веществ. Обмен нуклеиновых кислот связан с
другими видами обмена веществ. В частности, интен­
396
сивность биосинтеза зависит от наличия в клетке
соответствующего «сырья» и белков-ферментов: Д Н К - и
РНК-полимераз, полинуклеотидфосфорилазы, синтетаз
пуриновых и пиримидиновых оснований и др. При рас­
паде пуриновых оснований образуется глиоксиловая
кислота, из которой образуется глицин. При распаде
пиримидиновых оснований возникает 3-аланин - источ­
ник образования пантотеновой кислоты и коэнзим а А.
Глицин и Э-аланин могут служить материалом для био­
синтеза белков.
Существует связь между обменом нуклеиновых кис­
лот и углеводов. Так, D- рибоза и £>-дезоксирибоза
используются для биосинтеза нуклеозидов, нуклеоти­
дов и нуклеиновых кислот. Биосинтез углеводов зави­
сит от биосинтеза нуклеиновых кислот. Т ак, часть
УТФ используется для образования уридиндифосфоглюкозы - основы для биосинтеза полиглюканов.
3-Окисление высших жирных кислот дает клетке
макроэргические соединения - нуклеозидди- и нуклеозидтрифосфаты, которые являются источниками химиче­
ской энергии для образования многих веществ. Био­
синтез некоторых фосфолипидов зависит от Ц Т Ф .
Образование нейтральных жиров из углеводов. Уг­
леводы служат источником образования жиров. Т ак ,
при откорме свиньи в течение 3 мес за счет углево­
дов может образоваться до 22 кг жира. Связующим
звеном перехода углеводов в жиры и обратно служит
ацетил-КоА. Глицерин образуется за счет восстанов­
ления 3-фосфоглицеринового альдегида или фосфодиоксиацетона. Высшие жирные кислоты (ВЖК) синтезируют­
ся из ацетил-КоА. В дальнейшем из глицерина и ВЖ К
синтезируется молекула нейтрального жира.
Образование углеводов из жиров. Углеводы в орга­
низме могут синтезироваться из жиров. Этот процесс
имеет особое значение для животных, которые впадают
в зимнюю спячку. Запасы жира у них к моменту спячки
достигают 50% общей массы, дыхательный коэффициент
зимой низок - 0,4-0,6. Под влиянием клеточных липаз
жир гидролизируется. Глицерин окисляется в глицери­
новый альдегид, который фосфорилируется и может
служить источником образования глюкозы и гликогена.
Из высших жирных кислот при 3-окислении образуется
ацетил-КоА, из него —другие вещества. Из глюкозы
образуется гликоген.
397
О бразование белков из углеводов. Между углевод­
ным и белковым обменами существует взаимосвязь че­
рез общие метаболические пути превращения.
Липиды 1
I
Жирные
Глюкоза
+ Глицерин
\
КИСЛ01Ы
12Н \
ф о сф о гл и ц е р и н о в ы й
альдегид
\
фосфоглицериновая
кислота
Ацил-КоА
±2Н
А ц е т и л -К о А
(Серии, треонин,
цистеин, вали!
аланин
П ировиногр а д н а я
"
кислота
СО,
(Лейцин, тирозин, фенил­
аланин) глйции
А ц е т и л -К о А
Щ авелево-
—2Н
уксусная
кислота
---------------------- '
X
Лимонная.
N
ц икл
Цис-Аконитовая
рикарбоновых
|
кислот
Иэолимонная
Щавелеаоянтарная
O t- К е т о г л у т а р о в а я
(Тирозин, фенилаланин)
аспарагиновая кислота
(Аргинин, пролин, оксипролин,
гистидин, орнитин)
Глутаминовая
кислота
±NH.
±со,
И в данном случае ключевым продуктом обмена яв­
ляется ацетил-КоА, из которого могут образоваться
аланин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин и
др. Кроме того, из него образуется щавелевоуксусная
кислота, которая дает аспарагиновую. В ходе ф унк­
ционирования цикла трикарбоновых кислот возникает
а-кетоглутаровая кислота, которая дает глутамино­
вую, и т. д. Процессы превращения углеводов в белки
и белков в углеводы регулируются глюкокортикоидами.
398
Рис. 48. Строение нейрона:
1 - ядро
с
ядрышком;
2 - аксон;
3 —дендриты;
4 - миелиновая
оболочка;
5 - нервные окончания
Белки. В нервной
ткани имеется от 5-7
до 16 индивидуальных
белков (в т. ч. в
митохондриях - до
8),
представляющих около
100 различных раство­
римых белковых фрак­
ций. Они относятся к
двум
группам - про­
теинам и протеидам.
Протеины представлены:
нейроальбуминами (они
являеются
основным
белковым компонентом
фосфопротеидов и со­
ставляют основную мас­
су растворимых бел­
к о в -8 9 -9 0 % ),
нейро­
глобулинами (около 5%
всех растворимых бел­
ков), гистонами (пять фракций катионных белков) и
нейросклеропротеидами (структурно-опорные белки нейроколлагены, нейроэластины, нейростромины и др.,
составляют 8-10% от всех простых белков, ими богаты
белое вещество мозга и периферическая нервная
система).
Протеиды нервной ткани представлены следующими
подгруппами: нуклеопротеидами (ДНП и РНП), липопротеидами (липидный компонент состоит в основном из
фосфатидов и холестерина), протеолипидами (их боль­
ше всего имеется в миелине), фосфопротеидами (около
2% всех сложных белков), гликопротеидами (гликопро­
теиды, содержащие до 40% углеводов и их производных
в молекуле, белковая часть чаще всего представлена
альбуминами и глобулинами; гликопротеиды, содержа­
щие 40-85% углеводов и нередко липидный компонент,
26— 1281
401
А. В. Палладии (1885-1972)
гликолипопротеиды). В нервной ткани обнаружено два
специфических белка -S-100, или белок Мура (его
иногда называли «белком памяти», 85-90% белка со­
средоточено в нейроглии, 10-15% - в нейронах), и
белок 14-3-2 (как предыдущий, он относится к кислым
белкам). В нервной ткани содержатся ферменты всех
шести классов, катализирующих все стороны обмена
веществ, восприятие, анализ и передачу нервных им­
пульсов.
Содержание углеводов. Нервная ткань бедна угле­
водами, хотя потребность в них здесь велика (напри­
мер, в мозгу имеется 1,0-1,5 г/кг гликогена, в мыш­
цах-10-20 г/кг). Основными углеводами здесь яв­
ляются глюкоза (1-4 мкмоля на 1 г ткани) и гликоген
(2,5-4,5 мкмоля на 1 г). У новорожденных животных
содержание гликогена в мозгу в 3 раза выше, чем у
взрослых. Большая часть гликогена (около 80%) свя­
зана с белками и липидами, меньшая (до 20%) нахо­
дится в свободном состоянии. Нервная ткань содержит
промежуточные продукты углеводного обмена —гексозо- и триозофосфаты, молочную, пировиноградную и
другие кислоты-.
Содержание липидов. Нервная ткань богата липи402
дами, часть из которых специфична для нее. Так, в
расчете на сухой остаток серое вещество мозга круп­
ного рогатого скота содержит 43,1 % и белое вещест­
в о -7 4 ,6 % липидов. Из них фосфатиды соответственно
составляют 16,3 и 27,5% , в том числе лецитины —3,2
и 3,3; к е ф ал и н ы -9 ,4 и 19,2; сфингомиелины - 3,7 и
5,0; холестерин - 3,2 и 10,9; цереброзиды - 4,3 и
14,1%. В нервной ткани мало жиров. ВЖК, входящие в
состав молекул липидов, содержат одну и несколько
(4 - арахидоновая и даже 5 - клупанодоновая кисло­
ты) двойных связей. Они могут быть представлены
лигноцериновой
[СНз^Н гЬгСО ОН),
цереброновой
[СНз(СН 2) 21СН(ОН)СООН] и другими характерными для
нервной ткани кислотами и оксикислотами. Из нервной
ткани выделены страндин и другие сложные гликоли­
пиды.
Содержание нуклеотидов и креатинфосфата. Из
свободных нуклеотидов адениловые нуклеотиды составляютс 84% . В головном мозгу крыс содержание нук­
леотидов и КрФ (в мкмолях на 1 г сырой ткани) сле­
дующее: АТФ —2,30-2,90; АДФ - 0,30-0,50; АМФ 0 ,0 3 -0 ,0 5 ;
ГТФ - 0,20-0,30;
ГДФ - 0,15-0,20;
УТФ - 0,17-0,25; КрФ - 3,50-4,75. Это свидетельст­
вует о высоком уровне энергетического обмена в тка­
ни. Для нервной ткани характерно высокое содержание
цАМФ (1-2 нмоль/г) и цГМФ (0,2 нмоль/г).
Содержание минеральных веществ. Нервная ткань
содержит различные минеральные вещества, сравни­
тельно равномерно распределенные в отдельных участ­
ках нервной системы млекопитающих (в % влажного
вещества), по Д. Л. Фердману
Мине­
ральное
вещест­
во
Серое вещес­ Белое вещес­
тво головно­ тво
го мозга
Зола
Na
К
Са
Mg
С
N
Р
1 ,0 - 2,2
0 , 11- 0,21
0 , 10 - 0,20
0,20-0,35
0,01-0,013
0,02-0,023
0 , 11- 0,22
0,056-0,08
0,019-0,29
83-87
0,18-0,38
0,010-0,013
0,026-0,040
0,09-0,18
0,09-0,015
0,33-0,48
70-74
н2о
26*
0,7-0,25
Спинной мозг Перифери
ческие
нервы
1,2-1,9
0,13-0,20
0,26-0,34
0,018-0,032
0,038-0,048
0,12-0,15
0,08-0,10
0,52-0,55
65-75
1, 0 - 1,1
0,17-0,4
0 , 12- 0,2 0
0,17-0,28
0,07-0,12
0,20-0,48
60-70
403
Обмен веществ в нервной ткани
Изучение обмена веществ в нервной ткани сопряже­
но с рядом трудностей. Прежде всего, нервная ткань
обладает сложным строением, химическим составом,
многообразием функций и реакций обмена веществ.
В организме человека имеется 10'° нейронов (см.
рис. 48), в коре больших полушарий - около 14 млрд.
Каждый нейрон в среднем связан с 5 тыс. клеток.
Синтез белков в нейроне больше, чем в другой клет­
ке, предельно совершенен, что обеспечивает полно­
ценное функционирование нейрона в течение всей жиз­
ни организма. Головной мозг заключен в черепную
коробку, спинной - в позвоночный канал. Малейшее
вмешательство в структуру нервной ткани грозит па­
тологией. Многие реакции протекают в ней в течение
десятых, сотых и даже тысячных долей секунды. Все
это требует особого подхода к изучению обмена ве­
ществ в нервной ткани.
Дыхание нервной ткани. Мозг потребляет 20-25%
всего кислорода, поступающего в организм. Газообмен
мозга в 20 раз больше газообмена покоящихся мышц.
Так, нервная ткань за 10 с способна использовать
весь кислород, который в ней содержится. У молодых
животных нервная система потребляет 40-50% кислоро­
да, поступившего в организм, причем 80% расходуют
нейроны. Больше всего кислорода поглощает сетчатка
глаза крыс (470 мм3 на 1 г сухой массы), меньше —
кора больших полушарий (185 мм3), симпатические
узлы (112 мм3) и нервные стволы (11-33 мм3). При
возбуждении потребление кислорода нервной тканью
возрастает примерно на 50%.
Обмен углеводов. Основной источник химической
энергии для нервной ткани - глюкоза. Нервная ткань
вдвое больше потребляет глюкозы, чем мышечная, и
втрое больше, чем почки. Предполагается, что глюко­
за, прежде чем используется клетками нервной систе­
мы, проходит стадию биосинтеза гликогена. Гликоген
может расщепляться гидролитическим и фосфоролитическим путями. В головном мозгу преобладает первый
путь.
Серое вещество мозга вчетверо больше потребляет
глюкозы, чем белое. Химическая энергия, заключенная
в глюкозе, освобождается анаэробным и аэробным
404
путями. Около 85% глюкозы окисляется до СОг и
НгО.
Обмен углеводов в нервной ткани зависит от обес­
печения ее витамином Bi - его пирофосфат является
коферментом пируватдекарбоксилазы, превращающей
пировиноградную кислоту в ацетил-КоА (см. с. 259).
Обмен белков. Для белков характерна высокая сте­
пень метаболизма. Так, за время превращения нейробласта в нейрон содержание белка в клетке возраста­
ет более чем в 2000 раз. Период полужизни молекул
белков составляет 2,8-15,2 сут. Обмен белков быст­
рее происходит в сером веществе мозга, медленнее в белом, медленно - в периферических нервах. Интен­
сивность обмена белков в нервных клетках в 53-70
раз большая, чем в глиоцитах. Глиоциты составляют
около 40% объема мозга. В центральной нервной сис­
теме млекопитающих содержится около 140 млрд глиоцитов.
Нервная ткань богата аминокислотами. Так, если в
крови в среднем содержится аминокислот 0,064 г/л,
то в тканях мозга —0,36 г на 1 кг. Среди них осо­
бое место принадлежит глутаминовой кислоте, из ко­
торой образуется глутамин и далее после транспор­
тировки в печень - мочевина. На его долю приходится
80% аминного азота. Часть кислоты декарбоксилируется, образуется у-аминомасляная кислота, которая
через янтарный полуальдегид превращается в янтарную
кислоту. Она включается в цикл трикарбоновых кис­
лот, что приводит к образованию макроэргических
соединений, COi и НгО.
Глутаминовая кислота под влиянием ГДГ может де­
заминироваться и превращаться в а-кетоглутаровую
кислоту:
Глутаминовая кислота+НАД- 1* Иминоглутаровая кислота+НАД -Нг,
Иминоглутаровая кислота+НОН
* а-Кетоглутаровая кислота+NHj.
а-Кетоглутаровая кислота идет в цикл трикарбоно­
вых кислот. Аммиак - на образование глутамина, а
затем —на синтез мочевины в печени. Некоторое ко­
личество мочевины может синтезироваться в нервной
ткани и другими путями.
405
В нервной ткани образуются некоторые аминокисло­
ты: глутаминовая, аспарагиновая, аланин, серии,
цистин, глицин и аргинин.
Обмен липидов. В тканях головного мозга превра­
щения жиров не имеют существенного значения. Здесь
синтезируется холестерин из ацетил-КоА. Количество
холестерина возрастает при абсцессах мозга, менингоэнцефалитах и др. Состав липидов нервной ткани
сравнительно стабилен. Так, если в тканях печени в
течение суток обновляется 50% всех жирных кислот,
то в нервной системе за неделю обновляется лишь
20%.
Быстрее всего обновляются фосфатиды, особенно
инозитфосфатиды. При возбуждении в нервной ткани
задерживается холестерин и выделяется в кровеносное
русло лецитин.
Химизм передачи нервного импульса. Нервная сис­
тема выполняет ряд специфических функций: восприя­
тие и передачу информации об изменениях внешней и
внутренней среды в соответствующие центры, перера­
ботку этой информации, передачу эффекторных импуль­
сов к исполнительным органам и тканям, регуляцию
деятельности последних и др. Механизм передачи
нервных импульсов - электрический, химический и
смешанного типа.
Нервная система состоит из нейронов, нейрон - из
тела нервной клетки, аксона (аксонов), дендритов и
нервных окончаний (см. рис. 48). Нейрон имеет на­
ружную плазматическую мембрану. Согласно ионной
теории передачи нервного импульса внутренняя по­
верхность мембраны во время покоя заряжена отрица­
тельно, наружная - положительно (рис. 49). Эти за­
ряды возникают в результате функционирования нат-К+К+К+5 5 5
:tн m
t :::
; j \ ■■f t--К+К+ Na+Na+
б
Рис. 49. Ионный механизм передачи нервного импульса:
а —мембрана нейрона в состоянии покоя; б —мембрана нейрона
при возбуждении
406
рий-калиевого насоса. В нейроне ионов К* содержится
в 30 раз больше, чем во внеклеточном пространстве.
Величина потенциала покоя в аксоне достигает 6 0 70 мВ. Под влиянием различных факторов нейрон воз­
буждается, изменяется проницаемость мембраны и ионы
N a+ устремляются в клетку.
Внутренняя часть мембраны приобретает положи­
тельный заряд, наружная - отрицательный. Возникает
потенциал действия. Нервный импульс с помощью нерв­
ных окончаний передается на соответствующий объект.
После прекращения раздражения в нейроне восстанав­
ливается динамическое равновесие между содержанием
ионов К* и N a+, так как натрий-калиевый насос уда­
ляет избыток ионов Na* из клетки.
Согласно химической теории, нервный импульс от
нейрона к нейрону или на соответствующий орган пе­
редается с помощью специальных веществ —медиато­
ров. В передаче импульсов участвуют нервные оконча­
ния, входящие в состав синапса. Число синапсов на
отдельных нейронах в е л и к о -д о 10-20 тыс. и больше.
Синапс состоит из пресинаптической части (синапти­
ческого окончания нейрона), синаптической щели и
постсинаптической части.
Медиаторы синтезируются в теле нервной клетки и
ее отростках, связываются с белками и накапливаются
в виде синаптических пузырьков. Под влиянием раз­
дражителя пресинаптическая мембрана деполяризуется,
увеличивается ее проницаемость к ионам Са2+ - они
проникают в пресинаптические окончания и вызывают
расщепление комплекса белок —медиатор. Медиатор
диффундирует через поры мембраны в синаптическую
щель, взаимодействует с рецепторами постсинаптичес­
кой мембраны и вызывает потенциал действия.
Функциями медиаторов обладают ацетилхолин, кате­
холамины, серот'онин, гистамин, у-аминомасляная кис­
лота и др.
А ц е т и л х о л и н - медиатор
в синапсах цен­
тральной, парасимпатической и симпатической нервной
системы. Синтезируется из ацетил-КоА и холина под
влиянием холинацетилтрансферазы и ионов Mg2*, К+,
Са2*. Образуется в эндоплазматической сети нейрона,
поступает в синапсы, связывается с белками, пред­
охраняющими от воздействия АХЭ, и накапливается в
виде синаптических пузырьков. После возникновения
407
нервного импульса комплекс ацетилхолин - белок рас­
щепляется, медиатор через поры преси на пти ческой
мембраны проникает в синаптическую щель и взаимо­
действует с холинорецепторами постсинаптической
мембраны. Возникает потенциал действия, и возбужде­
ние передается от нейрона к нейрону или к эффекторной клетке. Ацетилхолин разрушается АХЭ, синтезиро­
ванной в той же клетке и сконцентрированной в си­
наптических пузырьках. Холин используется для ре­
синтеза медиатора и других веществ.
Катехоламины
(симпатины)медиаторм симпатической нервной системы, хромаффинной ткани мозгового вещества надпочечников и скоп­
лений хромаффинных клеток. К ним относятся дофамин,
норадреналин и адреналин. Медиаторы синтезируются в
теле нервной клетки и в виде гранул откладываются в
нервных окончаниях. После возбуждения нервной клет­
ки медиаторы выделяются в синаптическую щель, где
взаимодействуют с а-адрено- и 0-адренорецепторами
постсинаптической мембраны. Медиаторы инактиви­
руются под воздействием двух ферментов: катехолметилтрансферазы и МАО. Образующиеся 3-метоксиадреналин и З-метокси-4-гидроксиминдальная кислота
обезвреживаются в печени и в виде парных соединений
с глюкуроновой и серной кислотами выделяются с
мочой.
Серотонин
(5-о к с и т р и п т а м и н ) медиатор нервной системы, образуется из аминокисло­
ты триптофана. После оказания биологического дейст­
вия в синапсе дезаминируется, образовавшаяся 5оксииндолилуксусная кислота выделяется из организма
с мочой.
Г и с т а м и н образуется из гистидина под вли­
янием гистидиндекарбоксилазы. Принцип действия
гистамина такой же, как и остальных медиаторов.
После оказания своего действия инактивируется деза­
минированием гистаминазой или путем соединения с
клеточными белками.
у-Аминомасляная кислота (ГАМ К) - промежуточный
продукт обмена веществ в нервной ткани. Образуется
из глутаминовой кислоты под влиянием глутаматдекарбоксилазы. Оказывает тормозящее действие на функции
дендритов нейронов головного и спинного мозга и
деятельность мионевральных бляшек. После оказания
408
биологического действия инактивируется переаминированием с а-кетоглутаровой кислотой.
CH,NH,
I
1
СН,
|
сн,
t
соон
СООН
I
C=0
-+-
I
i
сн,
сн,
I
CZ
соон
|^Н
СН,
I
CHNH,
I *
l
сн,
соон
I
-fl
соон
ГА М Н
01 -К е т о г л у т а р о в а я
кислота
сн,
сн,
I
I
соон
Я нтарны й
Г лутам ин ова я
п о л у а л ь д е ги д
кислота
Связь между отдельными группами нейронов мозга
осуществляется и с помощью опиоидных пептидов —эндорфинов и энкефалинов, которые являются нейроме­
диаторами и нейромодуляторами.
Связь между функциональным состоянием головного
мозга и процессами обмена веществ в организме.
Нервная система оказывает регулирующее действие на
реакции обмена веществ. При возбуждении отдельных
центров нервной системы реакции обмена веществ уси­
ливаются, в состоянии покоя устанавливается динами­
ческое равновесие между реакциями анаболизма и ка­
таболизма, а при торможении реакции обмена веществ
замедляются.
Лнквор (спинномозговая жидкость) циркулирует в
полости желудочков головного мозга, спинномозгового
канала и субарахноидальном пространстве головного и
спинного мозга. Он предохраняет мозг от вредных
внешних воздействий, участвует в регуляции внутри­
черепного давления и отдельных сторон тканевого
обмена в нервной системе. Количество ликвора у ло­
шади и крупного рогатого скота достигает 300-320
мл, у овец и к о з -1 5 -2 0 , у кроликов-0 ,8 -1 ,5 мл.
Плотность ликвора -1 ,007-1,009, pH 7,4-7,8. По
химическому составу ликвор сходен с сывороткой кро­
ви. Так, он содержит белки и другие азотистые ве­
щества, углеводы, хлорид-ноны, К+ и Саг\ Хими­
ческий состав ликвора изменяется при нервных болез­
нях. В клинике проводится пункция ликвора и введе­
ние некоторых лекарственных веществ в ликвор для
облегчения их контакта с нейронами.
409
Контрольные вопросы
1. Какие особенности химического состава нервной ткани вы
знаете?
2. Чем отличается обмен веществ в нервной системе?
3. Каков химизм передачи нервного возбуждения? Напишите
формулы известных вам медиаторов.
ГЛАВА 2
БИОХИМИЯ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ
Общая характеристика мышечной ткани
Мышечная ткань составляет более 40% общей массы
животного. Различают три основных типа мышечной
ткани: поперечнополосатую, сердечную и гладкую.
Основной функцией мышечной ткани является сокраще­
ние и расслабление. Структурная и функциональная
единица мышечной ткани - мышечное волокно. Мышеч­
ные волокна, объединяясь, образуют мышечные пучки,
последние - индивидуальные мышцы. С деятельностью
мышц связаны все основные физиологические отправле­
ния организма - движение, дыхание, пищеварение,
кровообращение, выделение, размножение и др.
Каждое волокно окружено оболочкой - сарколеммой,
в которой располагаются нервные окончания. Под сар­
колеммой находится саркоплазма, где сосредоточены
саркоплазматическая сеть, митохондрии, рибосомы,
лизосомы, миофибриллы и др. Сарколемма имеет белко­
во-липидную природу. Она регулирует проникновение
различных веществ в симпласт и из него в межклеточ­
ное пространство, а также выполняет роль диэлектри­
ка, изолируя два «ионных бассейна»: внутри симпласта и вне его.
Сократительный компонент мышечного волокна —
миофибриллы - размещаются в саркоплазме равномерно
или в виде скоплений. Основой каждой миофибриллы
являются протофибриллы —белковые нити двух типов:
толстые и тонкие (рис. 50). Толстые протофибриллы
состоят главным образом из белка миозина, имеют
длину около 1500 нм и диаметр 10-15 нм. Тонкие про­
тофибриллы - в основном из белка актина, имеют дли­
ну 1000-1100 нм и диаметр 5-8 нм. Тонкие протофиб­
риллы прикрепляются к сложному переплетению белко­
вых нитей в миофибрилле - полоске Z. Участок мио410
в
Рис. 50. Ультраструктура миофибриллы в оптическом (а) и элект­
ронном (б) микроскопах:
/-п о л о с к а М; 2 -полоска Z; i -д и с к Н; 4 - диск А; 5 - д и с к
Г;
б —толстая
протофибрилла;
7 —тонкая
протофибрилла;
8 - субдиск Н; 9 —мостики
фибриллы между двумя полосками Z называют саркомером. Каждая миофибрилла имеет несколько сот таких
саркомеров. Каждый саркомер состоит из двух участ­
ков - дисков с неодинаковой оптической плотностью:
темных А (анизотропных) и светлых I (изотропных).
Центральная зона диска А, лишенная тонких протофиб­
рилл, называется субдиском Н. В центре субдиска Н
есть полоска М, образованная сплетением коротких
белковых М-нитей. В гладких мышечных волокнах про­
тофибриллы не объединены в миофибриллы и диффузно
заполняют все пространство саркоплазмы:
Химический состав скелетных мышц
В скелетных мышцах теплокровных животных содер­
жится 72-80% воды и 20-28% сухого остатка. Сухой
остаток в основном состоит из белков. При утомлении
содержание воды в мышцах достигает 80—383%, так как
ее отток затруднен.
411
Белки мышечной ткани. Белки делятся на три груп­
пы: саркоплазмы, миофибрилл и мышечной стромы.
К белкам саркоплазмы относятся миоген, миоглобин, глобулин X и миоальбумин.
Миоген
представляет
собой
гетерогенную
фракцию белков мышц, составляет в среднем около 30%
их общей массы. Состоит из миогена А и миогена В.
Миоген А обладает свойствами фермента альдолазы.
Миоген В ферментативно неактивен.
М и о г л о б и н - красный
дыхательный
пигмент
мышечной ткани, осуществляет перенос кислорода к
окислительным системам клеток. В мышцах содержится
около 2% миоглобина в пересчете на сухой остаток.
У морских животных его содержание может достигать
20%. Молекула миоглобина состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 153 остатка аминокислот
(см. рис. 20). Молекулярная масса белка составляет
17 тыс. Активной частью молекулы миоглобина являет­
ся гем. Миоглобин с кислородом образует оксимиоглобин. У человека и наземных позвоночных с миоглобином связывается около 14% всего кислорода.
Глобулин
X - гетерогенный белок, который
остается в мышечной ткани после выделения миогеновой фракции. По химическим свойствам напоминает
глобулины. Обладает ферментативными свойствами.
Составляет в среднем 20% общего количества белков
ткани.
Миоальбумин
по
химическим
свойствам
сходен с альбуминами крови. Им богаты мышцы эмбрио­
нов и гладкие мышцы.
К белкам миофибрилл относятся миозин, актин,
актомиозин и тропомиозин.
М и о з и н составляет около 40% всех белков
мышечного волокна. По химической природе - глобу­
лин. Молекулярная масса достигает 500 тыс. Молекула
миозина состоит из 5 тыс. остатков 18 аминокислот.
Обладает АТФ-азной активностью, что дает возмож­
ность энергию АТФ превращать в механическую работу
мышечного сокращения. АТФ влияет на физические
свойства миозиновых нитей. Миозин обладает свойст­
вами АМФ-аминогидролазы.
А к т и н существует в глобулярной (Г-актин) и
фибриллярной (Ф-актин) форме. Составляет около 14%
общего количества белков мышц. Молекулярная масса
412
Г-актина около 70 тыс. Ф-Актин - продукт полимери­
зации Г-актина. При переходе Г-актина в Ф-актин
изменяются форма, вязкость, химическое строение и
ивность оелка.
А к то м и о з и н - комплекс, который
образуется
dKiином и миозином, основной сократительный белок
мышечной ткани. Молекулярная масса - около 5 млн.
Обладает свойствами АТФ-азы. Главной особенностью
белка является его способность сжиматься под влия­
нием АТФ и при наличии ионов К* и Mg2*. П ои этом
вытесняется вода, уменьшается частица белка после
•не а ™ м 1 ^ Г с 7 т Г “
амыМше0чИН' ВзаИМ’0дейст. Тр Оп о м И Оа и и
“ щ ^ Ву“ ШеЧ" 0ГО сокРащ ения.
Форм: водорастворимой и ™
виде
Д вух
" Я -*-11% общего ко л и ч е та й?лаСТВОрИМОЙ- С оставлярнаа масса-5 0 тыс R
елков МЫШЧ- М а д е кутатки глутаминовой кислоты
уле "^о б л а д а ю т м -
S
“Г
с- ~ м . ’ ЛИЗИНа « П а н и н а . По
в мышечной tv ЧНОи с т Р °м ы ~ белки
МЫ и миофибоилп" после экстракции fi.
орые остаю тся
К
Ж
« Р коп лаз*илий, стенок ?°исх°*дение (из " Имеют соедини№ло*°» с I f e f c B , оболочек „сарк°лем м ы , Cv™
количества / нчаниями)
ек нервов »
сУ*отУРные (колл^К°В МЫщЦ. В^ ВЛЯЮТ 15~20У Н! £ ВНЫх
тативные (АТл
Эластин J * СОстав вхпп
^ его
Липидь, 1 ® 'аза-АХЭ А М л ИрокеРати»»
т стР у к -
чыщечи^- олипидц р
’ стерИН1° ставе л и п и д о . е л к и -
°<3Sr\i Яг?
0 ^ > ' < С Н' РальныеНИ- П Редстав
л„ и > ^ Г т и с ^ НеИч^ Ие ^
из и з м е н и , '
Ж
I К Я Ш в!
^
и
С
- ь
Ч е н н Я.
Ч>*»ПВ1 . т*ани ? аиие и ян>г п
41з
нитин и ансерин, пуриновые и пиримидиновые соедине­
ния, полипептиды и аминокислоты и другие азотистые
вещества. Большинство этих веществ находятся в фосфорилированном состоянии, составляя кислотораство­
римую и кислотонерастворимую фракции.
К р е а т и н и к р е а т и н и н . Азот креатина
составляет около 60% небелкового азота мышц. Его
содержание в мышцах колеблется в пределах 0,2-0,6%.
Больше 50% креатина находится в виде креатинфосфата
(КрФ) или фосфагена. Креатин образуется из трех
аминокислот: глицина, аргинина и метионина. Так, в
почках из глицина и аргинина под влиянием соответ­
ствующих ферментных систем образуется гуанидинуксусная кислота, а из нее и метионина в тканях пече­
ни возникает креатин.
Креатин с током крови поступает в мышечную
ткань, где фосфорилируется под влиянием фермента
креатинкиназы.
^ он
H ,N - C = N H
Н -Н ~ Р = 0
I
I ^он
N -C H j
C=MH
+
I
A I.
>
I
+
ЛДФ
I
CHj
I
COOH
COOH
Креатин
Креатинфосфат
КрФ является временным депо фосфора и энергии
для биосинтеза АТФ. При расходовании АТФ в мышцах
происходит регенерация АТФ за счет КрФ.
^он
Н - N—’ Р = 0
I
^ ОН
С—NH
I
I
сн,
I
N -C H j
COOH
Креатинфосфат
Н—Н ---------------
,
+
C=NH
АДФ
I
I
сн,
I
------►
N -C H 3
-4-
АТФ
C?-----------------
^o
Креатинин
В мышечной ткани креатина содержится 3-7 мг%.
Избыток его выделяется из организма с мочой.
414
Карнозин,
ансерин
и
карнитин.
В мы ш цах млекопитающих (в расчете на сырую массу)
содержится 0,2-0,3% карнозина, 0,09-0,15% ансерина
и 0,02-0,5% карнитина.
Пуриновые
вещества.
В
мышечной
ткани содержатся АМФ, АДФ, АТФ, НАД, НАДФ, ГТФ,
УТФ, ИТФ и др.
Аминокислоты.
Мышечная ткань богата
глутаминовой кислотой и глутамином, составляющими
около 75% всех аминокислот и их амидов. Связанный
аммиак в виде глутамина используется тканью для
аминирования пуриновых и пиримидиновых оснований,
карбоновых кислот, а его избыток с током крови по­
ступает в печень, где из него синтезируется моче­
вина.
Ткань содержит мочевину, спермин, таурин, гипо­
ксантин, инозитовую и мочевую кислоты, ксантин,
тиамин и др.
Безазотистые экстрактивные вещества представляют
собой прежде всего гликоген (3—4%) и продукты ана­
эробного и аэробного обмена углеводов: молочная
кислота, гексозофосфаты, глюкоза, янтарная кислота,
витамин С, инозит и др.
Минеральные вещества мышечной ткани. После сжи­
гания мышечной ткани образуется зола (1-1,5% общей
массы). Мышечная ткань богата ионами К+, Na*. Ионы
Са2+ и Mg2 4 в основном сконцентрированы внутри мы­
шечных волокон. Ионы Fe3+ входят в состав миоглоби­
на. Мышечная ткань содержит ионы Со2*, В3+, Hg2+,
СГ, свободный и связанный фосфор.
Особенности химического состава сердечной и
гладкой мышц. Эти мышцы содержат те же вещества,
что и поперечнополосатые: воду (78-79%) и плотный
остаток. Плотный остаток на 80% состоит из белков.
Сердечная мышца вдвое беднее креатином и АТФ, имеет
более стабильное содержание гликогена, несколько
больше фосфатидов, глутаминовой кислоты и глута­
мина.
Гладкие мышцы содержат около 75% воды. Основой
сухого остатка являются белки. В них много актомиозина, креатина, АТФ, есть следы ансерина и карнози­
на, беднее фосфатидами, богаче холестерином, тропомиозином, миоальбумином и белками стромы.
415
Обмен веществ в мышечной ткани
Мышечная ткань характеризуется высокой степенью
метаболизма. Источник энергии - реакции анаэробного
гликогенолиза и цикла трикарбоновых кислот. Во вре­
мя работы в ткани резко возрастает содержание мо­
лочной кислоты, уменьшается содержание гликогена,
макроэргических соединений и др. При этом накапли­
ваются многие продукты обмена, некоторые из них ядовиты.
Химизм мышечного сокращения. Обмен веществ в
ткани регулируется нервной системой. Сокращение
мышцы начинается сокращением отдельных мышечных
волокон. Каждое мышечное волокно имеет нервное
окончание мотонейрона. Оно вместе с контактирующей
частью мышечного волокна образует моторную бляш­
ку - синапс. Пресинаптической мембраной служит ци­
томембрана нервного окончания, постсинаптической сарколемма, образующая впячивание.
Под влиянием нервного импульса из пор пресинап­
тической мембраны выделяется ацетилхолин. Он посту­
пает в синаптическую щель, где взаимодействует с
холинорецепторами цитомембраны мышечного волокна.
Комплекс миоген - К+ распадается на миоген и ионы
К+. Повышается проницаемость сарколеммы для ионов
Na+ и К+, что приводит к ее деполяризации и возник­
новению постсинаптического потенциала. Появляется
волна возбуждения, которая охватывает все волокно,
его сарколемму, саркоплазму и миофибриллы.
Во время прохождения нервного импульса из струк­
тур саркоплазматической сети мышечного волокна в
гиалоплазму выделяются ионы Са2+, которые и акти­
вируют АТФ-азную функцию миозина. Молекула миози­
на до возбуждения связывает некоторое количество
АТФ. При возбуждении происходит реакция:
Миозин-АТФ
* . Миозин+АТФ.
В дальнейшем миозин фосфорилируется с участием
АТФ-азной части его молекулы. В булавовидных рас­
ширениях миозиновых протофибрилл возникает макроэргическая связь:
АТФ+Миозин
416
* АДФ+Миозин~Фосфат.
Фосфорилированный миозин связывается с актином:
Миозин~Фосфаг*-Актин
* Фосфат*Актин—Миозин (актомиозин).
Энергия макроэргической связи используется мыш­
цей для работы, а комплекс актин - миозин расщеп­
ляется до исходных веществ:
Актин-Миозин+НгО
* Актин+Миозин.
Тонкие актиновые нити обеих половин саркомера
проникают между толстыми миозиновыми нитями, что
приводит к укорачиванию саркомера, миофибрилл, мы­
шечного волокна, пучков мышечных волокон и мышцы в
целом (цвет. табл. VII). Скольжение тонких актиновых нитей вдоль толстых миозиновых обеспечивается
перемещением поперечных мостиков частицы миозина по
углублениям тонких нитей, как движение цепи с по­
мощью зубчатого колеса (рис. 51).
Мышечная ткань имеет небольшие запасы АТФ, кото­
рые быстро расходуются. Реакции гликолиза (гликогенолиза) и клеточного дыхания приводят к восстанов­
лению запаса АТФ в мышечной ткани. Так, при глико­
лизе из одной молекулы глюкозы получаются две моле­
кулы АТФ:
С6Н 120 6+2АДФ+2 НзР04 ~ * 2АТФ+2Н20+2СзН60з.
Если источником глюкозы является гликоген, то
при гликогенолизе из одной молекулы глюкозы обра­
зуются три молекулы АТФ. 80-85% молочной кислоты
идет на ресинтез гликогена, остальная часть являетУчасток, в котором мостики
отсутствуют
t--- ---->
Нить
актина
Поперечные
мостики
Нить
миозина
Рис. 51. Схема контакта между актином и миозином
(по Г. Хаксли)
27— 1281
417
ся источником энергии в цикле трикарбоновых кислот.
Из суммарного уравнения клеточного дыхания видно:
2С3Н0О3+6О2+6Н2О+З6ЛДФ+З6Н3РО4 * = * 36ЛТФ+6С 0 2+ 12Н 20 .
Постоянное содержание АТФ в мышечной ткани свя­
зано с образованием и расщеплением креатинфосфорной
кислоты (КрФ). Так, при избытке в ткани АТФ она под
влиянием креатинкиназы взаимодействует с креатином
(Кр):
Кр+АТФ —* КрФ + АДФ.
При недостатке АТФ, например в работающей мышеч­
ной ткани, осуществляется регенерация АТФ:
КрФ+АДФ ~ * Кр+АТФ.
Часть АТФ синтезируется из 1,3-дифосфоглицериновой и фосфопировиноградной кислот.
Некоторые данные по биохимии расслабления мышц.
Основной функцией мышц является их сокращение и
расслабление. После сокращения комплекс актин миозин расщепляется до актина и миозина. Саркомер и
миофибрилла восстанавливаются до исходного состоя­
ния. В гиалоплазме мышечного волокна резко умень­
шается содержание ионов Са2+. Тормозится деятель­
ность миозиновой АТФ-азы. Мышечное волокно восста­
навливает прежние запасы АТФ и КрФ.
Биохимические процессы в мышцах при тренировке и
утомлении. При интенсивной работе мышц расходуются
гликоген, глюкоза, АТФ. Затрудняется доступ ве­
ществ, необходимых для физиологической регенерации.
Замедляется клеточное дыхание, накапливаются молоч­
ная кислота, аммиак, производные пурина и другие
продукты обмена. Нарушается ритм нейрогуморальной
регуляции. Наступает утомление мышц.
Тренированный организм обладает большей работо­
способностью. При тренировке в ткани улучшаются
кровообращение и газообмен, биосинтез белков и фос­
фатидов, гликогена и макроэргов, интенсивнее уда­
ляются конечные продукты обмена веществ, совершен­
ствуется деятельность различных ферментов, умень418
шается содержание жира. Тренированные животные мед­
леннее утомляются, быстрее восстанавливают работо­
способность и лучше переносят большие функциональ­
ные нагрузки. Эффективность тренировки зависит от
полноценности рациона.
Особенности обмена веществ в сердечной мышце.
Сердечная мышца функционирует непрерывно. От ске­
летных мышц отличается структурой мышечных волокон,
ритмом работы и некоторыми сторонами обмена ве­
ществ. Миокард взрослого человека за одно сокраще­
ние направляет в аорту 60 мл крови, за 1 мин —5 л,
за 1 ч - 3 ц, за сутки - 7,2 т. Миокард беден гликолитическими ферментами, АТФ и КрФ. Для сердечной
мышцы характерен аэробный путь расщепления углево­
дов. Она богата миоглобином, что обеспечивает боль­
шой запас кислорода. Окислительные процессы проте­
кают в митохондриях мышечных волокон. Часть энергии
в виде АТФ сердечная мышца получает вследствие
окисления жирных кислот и оксикислот, а также реак­
ций пентозного пути.
Биохимические изменения в мышцах при патологии.
Химическая статика и динамика ткани нарушаются при
многих заболеваниях общего и местного характера:
прогрессивной мышечной атрофии, полиомиелите, кост­
но-суставных поражениях, авитаминозах и генетичес­
ких болезнях и пр. В мышечной ткани уменьшается
содержание белков, гликогена, АТФ, возрастает со­
держание коллагена, происходит переход некоторых
ферментов в плазму крови. Это явление используется
при диагностике и прогнозе болезней, например, при
диагностике инфаркта миокарда изучается спектр изо­
ферментов ЛДГ.
Окоченение мышц
После смерти прекращается кровообращение и мы­
шечная ткань лишается питательных веществ. Замед­
ляется, а затем прекращается удаление продуктов
распада, реакция среды становится кислой, мышцы
затвердевают и укорачиваются. Развивается трупное
окоченение —посмертное затвердевание мышц и свя­
занная с ним неподвижность суставов. Оно может на­
ступить через несколько минут или часов после кли27*
419
нической смерти. Его скорость зависит от наличия в
ткани гликогена, молочной кислоты, pH и окружающей
температуры. В ткани резко уменьшаются запасы гли­
когена, АТФ, КрФ, глюкозы и др. Вскоре они исчезают
совсем. Возрастает содержание молочной кислоты и
фосфатов, происходит коагуляция белков и увеличи­
вается кислотность. Эти процессы быстрее наступают
в скелетных, медленнее - в гладких мышцах. Через
некоторое время окоченение мышц прекращается и они
снова становятся мягкими.
Контрольные вопросы
1. Охарактеризуйте химический состав скелетной, сердечной
и гладкой мышц.
2. Составьте схему (с химизмом реакций) мышечного сокра­
щения.
3. Какие биохимические нарушения лежат в основе известных
вам заболеваний мышечной системы?
ГЛАВА 3
БИОХИМИЯ КРОВИ
Физико-химические свойства крови
Кровь - это биологическая жидкость, обеспечи­
вающая органы и ткани питательными веществами и
кислородом. Вместе с лимфой она образует систему
циркулирующих жидкостей в организме, которая осу­
ществляет связь между химическими превращениями
веществ в различных органах и тканях.
Кровь в организме выполняет ряд жизненно важных
функций: питательную, дыхательную, выделительную,
защитную, регуляторную, поддержания водного равно­
весия в тканях, регуляции температуры тела, меха­
ническую и др.
Количество крови у млекопитающих и птиц состав­
ляет 8-15% массы, у взрослого человека - 1/13 (5-6 л).
Кровь состоит из жидкой части - плазмы и формен­
ных элементов - эритроцитов (от них зависит цвет
крови), лейкоцитов, тромбоцитов. Плазма крови, ли­
ш енная белка фибриногена, называется сывороткой
крови.
Плотность крови равна 1,050-1,060, осмотическое
давление - 686,8-737,3 Па. Осмотическое давление
420
крови на 75% зависит от содержания в ней минераль­
ных веществ. Осмотическое давление, обусловленное
наличием в крови белков и других коллоидов, назы­
вают онкотическим давлением.
Вязкость крови животных в 4,5-6 раз больше, чем
у воды, сыворотки крови - в 1,5-2 раза. Она возра­
стает при многих болезнях, недостатке воды, тяжелой
работе и т. д.
Поверхностное натяжение сыворотки крови колеб­
лется в пределах 55-75 *10'3 Н /м
(у лошади 7 3 ,5 -Ю’3 Н /м , коровы - 70,2 *10 "3 Н /м ). Уменьшается
при заболеваниях печени, почек и других органов,
возрастает при некоторых отравлениях.
Кровь имеет слабощелочную реакцию. Ее pH колеб­
лется в очень узких пределах. Так, у лошади pH кро­
ви равен 7,2-7,6; у коровы - 7,36—7,50; у овцы 7,4—7,58; у козы - 7,4-7,58; у свиньи - 7,85-7,95.
В эмбриональный период pH крови близок к 6, в пос­
ледние дни эмбриогенеза он равен 6,5-6,8, в первые
дни постнатальной жизни - 7,0. Постоянство pH крови
тонко регулируется буферными системами организма
как один из важнейших показателей его гомеостаза.
Основные буферные системы крови: гидрокарбонат­
ная (7% общей массы), фосфатная (1% ), белковая
(10% ), гемоглобиновая и оксигемоглобиновая (до 81%)
и кислотная (около 1%). В плазме крови преобладают
гидрокарбонатная, фосфатная, белковая и кислотная
буферные системы, в эритроцитах —гидрокарбонатная,
фосфатная, гемоглобиновая, оксигемоглобиновая и
кислотная. Кислотная буферная система образована
органическими кислотами (уксусной, молочной, пировиноградной и др.) и их солями с сильными основа­
ниями. Если катионы Na* и К* обозначить В, а гемо­
глобин - НЬ, то буферные системы будут выглядеть
так:
Н 1СОз
ВН 2 РО4
Н-белок
ННЬ
ВНСОз ’ В 2 НРО4 ’ В-белок ’ ВНЬ ’
ННЬОг
О рганическая
кислота
ВНЬОг ’ С оль орган и ­
ч еско й кислоты
421
Наибольшее значение имеют гидрокарбонатная и
гемоглобиновая буферные системы. В плазме крови
содержание гидрокарбонатов в 20 раз больше содержа­
ния угольной кислоты. Запас гидрокарбонатов в крови
характеризуется резервной щелочностью, т. е. коли­
чеством щелочи, способной связывать угольную и дру­
гие кислоты, возникающие при обмене веществ.
Механизм действия буферных систем рассмотрим на
примере гидрокарбонатного буфера. При поступлении в
кровь избытка кислот, которые могут сдвинуть pH в
сторону ацидоза, часть гидрокарбонатов буферной
системы расходуется на нейтрализацию этих кислот:
HCl+NaHC03-H2C03+NaCI.
Образовавшаяся угольная кислота может входить в
состав буферной системы или как нестойкое соедине­
ние разлагаться на СОг и Н20. Повышенная концентра­
ция СОг в крови раздражает дыхательный центр голов­
ного мозга, деятельность легких усиливается и избы­
ток С 02 выделяется в окружающую среду. NaCl уда­
ляется с мочой.
Если в кровь поступает избыток основных продук­
тов, способных сдвинуть pH в сторону алкалоза, они
нейтрализуются угольной кислотой и сдвиг pH крови
не происходит:
Na0H+H2C03-NaHC0j+H20 .
Гидрокарбонат идет на пополнение нижней части
буферной системы, его избыток удаляется почками, а
вода выделяется обычным путем: через кожу, почки,
легкие.
Химический состав крови
А. Химический состав плазмы крови
Кровь характеризуется постоянством химического
состава. Плазма крови составляет 55-60% общего объ­
ема крови и на 90% состоит из воды. Сухой остаток
составляют органические (9%) и минеральные (1%)
вещества. Основой органических веществ являются
белки, большинство которых синтезируется в печени.
422
Белки плазмы крови. Общее содержание белков мле­
копитающих колеблется в пределах 6-8%. Известно
около 100 белковых компонентов плазмы. Условно их
можно разделить на три группы: альбумины, глобулины
и фибриноген. Белки плазмы, которые остались после
удаления фибриногена, называют сывороточными белка­
ми крови (табл. 9).
Соотношение между содержанием альбуминов и гло­
булинов определяется альбуминово-глобулиновым коэф­
фициентом - А/Г. У лошади в норме А/Г равен 0,6, у
крупного рогатого скота-0 ,7 -1 , у овцы - 0,7-0,9,
у свиньи - 0,7-1. А/Г изменяется в онтогенезе, при
интенсивной работе и при патологии.
Альбумины участвуют в транспортировании многих
веществ: углеводов, жирных кислот, витаминов, неор­
ганических ионов, билирубина и др. Они также обус­
ловливают около 80% онкотического давления, участ­
вуют в регуляции pH, водного и минерального об­
менов.
Глобулины сыворотки крови делятся на три фрак­
ции: а-, Э-, у-глобулины. Каждая фракция, в свою
очередь, делится на подфракции (рис. 52). Разделе­
ние основано на их различной электрофоретической
подвижности. Глобулины сыворотки крови выполняют
ряд жизненно важных функций. Так, а - и Э-глобулины
участвуют в траспортировании к клеткам нераствори­
мых в воде липидов, стероидных гормонов, витаминов
A, D, Е и К. Они связывают свыше 2/з холестерина
крови. В состав а-глобулинов входят некоторые фер­
менты, мукопротеины, протромбин и др. Фракция
/3-глобулинов включает трансферрины, антигемофильный
глобулин и др.
7 -Глобулины - белковая фракция сыворотки крови,
обладающая наименьшей электрофоретической подвиж9. Содержание белков в сыворотке крови животных, %
Животное
Крупный рогатый
скот
Лошадь
Овца
Свинья
Кролик
Курица
Общий белок
Альбумины
Глобулины
6,8
8,0
6,2
3,3
2,7
2,7
3,5
4,4
4,1
4,6
4,1
4,5
4,1
1.2
2,9
7,4
7,3
1,8
423
ностью. у-Глобулины со­
держат специфические бел­
ки - антитела. Имеют не­
высокую молекулярную мас­
су (160-300 тыс.), их
изоэлектрические
точки
находятся в пределах pH
6,8-7,3. По химической
природе антитела можно
отнести к гликопротеидам.
Антитела появляются в
Рис. 52. Электрофоретическое КР°ВИ В „пеРВЫе Д" И П0СТразделеиие сыворотки крови на натЭЛЬНОЙ ЖИЗНИ. По^иммуфракции и подфракции
нологическому
действию
могут быть лизинами (рас­
творять чужеродные клет­
ки) , антитоксинами (нейтрализовывать токсины), аг­
глютининами (связывать чужеродные белки), преципитинами (образовывать осадки с антигенами) и др.
Содержание антител возрастает при многих инфекцион­
ных и инвазионных заболеваниях. у-Глобулины, полу­
ченные из сыворотки здоровых или иммунизированных
животных, применяют с профилактической и лечебной
целями. К у-глобулинам иногда относят комплекс пропердин, способный уничтожать вирусы и бактерии.
Кроме рассмотренных белков, в состав плазмы и
сыворотки крови входят свыше 50 ферментов, белковые
гормоны и др.
Биосинтез альбуминов в основном протекает в тка­
нях печени. Большинство у-глобулинов образуется в
лимфоидных и плазматических клетках ретикулоэндотелиальной системы, особенно в селезенке, лимфоузлах
и костном мозгу. Часть а- и 0-глобулинов синтези­
руется в печени, часть - в клетках ретикулоэндотелиальной системы.
Небелковые азотистые вещества плазмы и сыворотки
крови. Эти вещества называют остаточным азотом. Их
содержание в плазме и сыворотке крови составляет
0,02-0,06%, возрастает при тяжелой работе, заболе­
ваниях почек, профузных кровотечениях, инфекционных
болезнях и др. В состав остаточного азота входят
мочевина, аминокислоты, эрготионеин, мочевая кисло­
та, креатин и др. Остаточный азот содержит также
полипептиды, образующие кининовую систему, которая
424
регулирует кровоток, проницаемость стенок сосудов и
свертываемость крови.
Безазотистые вещества плазмы и сыворотки крови.
К этой группе веществ относятся многие органические
соединения.
У г л е в о д ы . В плазме крови содержатся глю­
коза, фруктоза, гликоген, глюкозамин, фосфаты моноз
и другие продукты промежуточного обмена углеводов.
Основа углеводов представлена глюкозой. Ее содержа­
ние выражается в микромолях. Вместе в глюкозой при
этом определяются «примеси» - фруктоза, галактоза,
манноза.
Глюкоза и другие монозы в плазме крови находятся
в свободной и связанном с белками состоянии. Содер­
жание связанной глюкозы достигает 40-50% общего
содержания углеводов.
Среди продуктов промежуточного обмена углеводов
выделяется молочная кислота, содержание которой в
плазме крови резко возрастает после тяжелой физиче­
ской нагрузки (например, у лошади с 0,01 до 0,1%).
Содержание глюкозы в плазме крови может изме­
няться при многих патологических состояниях. Явле­
ние гипергликемии характерно для сахарного диабета,
гипертиреоза, шока, наркоза, лихорадочных заболева­
ний. Гипогликемия возникает при голодании, избы­
точном поступлении в кровь инсулина и др.
Л и п и д ы . В плазме крови содержится до 0,7% и
больше липидов. Липиды находятся в свободном и свя­
занном с белками состоянии. Содержание общих липи­
дов у животных различных видов колеблется в широких
пределах, например, у коровы-0 ,8 % , у кролика0,24%. В плазме крови лактирующих коров содержится
0,16% холестеридов, 0 ,0 2 - холестерина, 0,15-ф о с ­
фолипидов и 0,03% триглицеридов.
Содержание липидов в плазме крови изменяется при
патологии. Так, при туберкулезе оно достигает
3-10%.
А ц е т о н о в ы е т е л а . Содержание в плазме
крови крупного рогатого скота ацетоновых тел
(Э-оксимасляной и ацетоуксусной кислот, ацетона)
колеблется от 0,001 до 0,005%. Оно возрастает при
кетозах, родильном парезе, сахарном диабете, гепа­
титах и других болезнях. Возникают ацетонемия, ток­
сикозы, ацетонурия.
425
10. Содержание химических элементов в сыворотке крови
животных, мг на 100 г (по П. А. Коржуеву)
Животное
Натрий Калий Каль­
ций
Лошадь
Крупный
рогатый
скот
Овца
Свинья
Курица
320,0
330,0
18,0
19,0
325,0
335,0
375,0
Магний Фосфор Фосфор Хлор
общий неор­
гани­
ческий
12,0
11,0
2,5
3,5
19,0
11,5
20,0
0,22
12,0
20,0
2,5
3,0
2,3
4,8
5,0
360,0
370,0
11,5
6,0
10,0
5,0
4,2
370,0
370,0
470,0
12,5
11,0
33,0
Безазотистые
витамины.
В
плаз­
ме крови содержатся многие провитамины и витамины
(каротин, ретинол, витамин С и др.).
Минеральные вещества плазмы и сыворотки крови.
В крови содержатся различные минеральные вещества.
Их биологическое значение разнообразно. Они участ­
вуют в поддержании осмотического давления и посто­
янства pH среды, служат активаторами и ингибиторами
ферментов, являются строительным материалом для
органов и тканей, участвуют в защитных реакциях
организма. Так, кальций участвует в процессах свер­
тывания крови, магний является составной частью
пропердиновой системы.
Содержание отдельных минеральных веществ изме­
няется в зависимости от зоны обитания, состава кор­
мов, возраста, вида животного (табл. 10), уровня
продуктивности, а также при патологии, что исполь­
зуется для контроля минерального питания организма
животного и в ветеринарной диагностике.
Б. Химический состав форменных
элементов крови
Эритроциты. Эритроциты составляют основную массу
крови. В 1 мм3 крови лошади, например, содержится
6—10 млн эритроцитов, крупного рогатого скота —
5,5-10,
овцы —8—16,
козы -1 5 -1 9 ,
свиньи- 5 , 9 9 млн. Размеры эритроцитов млекопитающих составляют
около 50 мкм2. Небольшие размеры эритроцитов и
426
большое их количество создают огромную поверхность,
что очень важно для процессов дыхания. Образуются в
красном костном мозгу. Каждый эритроцит имеет свой
жизненный цикл. За это время он осуществляет около
300 тыс. оборотов в сосудистом русле. За сутки раз­
рушается 1% эритроцитов. Средняя продолжительность
жизни эритроцита в организме человека составляет
100-120 сут, у собаки -1 0 7 , у кролика и кошки68. Химический состав эритроцитов у различных видов
животных неодинаков (табл. 11).
Эритроциты отличаются высоким содержанием фос­
форных эфиров тиамина - 0,00001 %. Главные функции
эритроцитов—дыхательная, регуляторная и транс­
портная.
У человека и млекопитающих они не имеют ядер,
обладают ничтожно малым клеточным дыханием и хорошо
выраженным гликолизом (на 1 мл клеток в течение 1 ч
образуется 300-700 мг молочной кислоты).
Основной белок эритроцитов - гемоглобин. Каждый
эритроцит содержит до 280 млн молекул гемоглобина.
До 97% белка сосредоточено внутри клетки. Благодаря
гемоглобину эритроциты в 70 раз быстрее насыщаются
кислородом, чем плазма. Кровь поэтому имеет высокую
кислородную емкость. У взрослых животных в эритро­
цитах содержится гемоглобин А. У новорожденных в
крови преобладает гемоглобин F. С возрастом его
содержание в крови уменьшается и исчезает.
Биосинтез гемоглобина происходит в красном кост­
ном мозгу, частично - в печени и селезенке, причем
глобин и гем синтезируются отдельно. Вначале из
глицина и янтарной кислоты образуется порфобилиноген, затем - порфин и, наконец, гем. Источник для
биосинтеза гема - железо ферритинов. Известно 24
формы гемоглобина, из которых 3 имеются у здоровых
и 21 - у больных животных.
Кроме гемоглобина, эритроциты содержат стромин,
образующий вместе с фосфатидами мембранную основу
клетки, ферменты карбоангидразу, каталазу, АХЭ,
пептид гидролазы и др.
Лейкоциты. Общая масса их - десятые доли процен­
та по отношению к общему количеству форменных эле­
ментов крови. В норме содержится 4-10 тыс. лейкоци­
тов в 1 мм3. Лейкоциты делятся на две группы: гранулоциты (эозинофилы, баэофилы, нейтрофилы) и агра427
11. Химический состав эритроцитов, % (по Э. Абдергальдену)
Химическое вещество
Вода
Сухой остаток
Гемоглобин
Другие белки
Холестерин
Лецитин
Собака
Кошка
Свинья
Кролик
Бык
Лошадь
Овца
Коза
64,44
35,38
32,75
0,99
62,12
37,58
33,00
62,56
37,44
32,68
1,92
0,05
0,35
63,35
36,65
33,19
59,19
40,81
31,67
6,42
0,34
0,37
61,32
38,68
31,51
5,68
0,04
0,40
60,43
39,52
30,33
7,85
0,24
0,34
60,87
39,13
32,40
5,40
0,17
0,39
0 ,2 2
0,26
2 ,6 8
0,13
0,31
1 ,2 2
0,07
0,46
12. Обмен газов крови животных, об. % (по С. И. Афонскому)
Животное
Лошадь
Овца
Коза
Собака
Курица
1 0 0
мл артериальной крови
содержит
о2
С 02
N2
14,0
10,7
14,1
22,4
10,7
49,4
45,1
42-45
44,2
48,1
—
1 ,8
1 .2
—
Животное
Лошадь
Овца
Коза
Собака
Курица
1 0 0
мл венозной
крови содержит
о2
С02
6,7
6,5
9,15
14,5
4,7
55,9
48,3
55,9
50,1
47,5
1 0 0
мл крови в
капиллярах
воспринимают
0 2
7,3
6,3
5,0
7,9
6 ,6
С02
6,5
8,7
1 2 ,0
5,9
9,4
нулоциты (лимфоциты, моноциты). Гранулоциты обра­
зуются в красном костном мозгу, лимфоциты - в лим­
фоузлах, селезенке и других органах, моноциты - в
красном костном мозгу, селезенке и лимфоузлах. Лей­
коциты в 2-3 раза крупнее эритроцитов. Время созре­
вания гранулоцитов длится 8—10 сут, длительность
пребывания в со судах-от 10 ч до 15 сут. Лимфоциты
находятся в крови 2-10 ч, затем несколько месяцев
мигрируют в другие ткани, превращаясь в макрофаги и
плазматические клетки, которые участвуют в иммуно­
логических реакциях.
Химический состав лейкоцитов изучен мало из-за
трудностей выделения достаточного количества клеток
для химического анализа. Сухой остаток содержит
белки (нуклеопротеиды, альбумины и глобулины),
частично-липиды , азотистые экстрактивные вещества
и минеральные соединения. Химический состав лейко­
цитов (по Н. Б. Черняку) следующий, мг на 10’ кле­
ток:
Азот общий
Азот белка
Азот остаточный
Креатин
Фосфор общий
20,38
16,32
4,06
1,01
5,71
Мочевая кислота
Креатинин общий
Креатинин
Азот аминокислот
Сахар
0,60
3,69
2,68
1,66
0,00
Для лейкоцитов характерна высокая активность
ферментов, связанных с деятельностью лизосом: кис­
лой и щелочной фосфатаз, карбоксилэстеразы, липазы,
фосфолипаз А и В и др. В лейкоцитах выявлены ЦХО и
цитохромпероксидаза, витамины, многие макро- и
микроэлементы. Содержание всех этих веществ изме­
няется при патологии, особенно лейкозах.
Тромбоциты. Тромбоциты, или кровяные пластинки,
участвуют в процессах свертывания крови. Образуются
в красном костном мозгу. Их форма удлиненно­
овальная, размер 2-5 мкм2. У млекопитающих тромбо­
циты не имеют ядер. Продолжительность жизни 8-11
сут.
При травмировании кровеносных сосудов происходит
агрегация и агглютинация тромбоцитов, образуется
пластинчатый осадок, вокруг котороговыпадают нити
фибрина, оседают эритроциты и лейкоциты. Тромбоциты
богаты белком, липидами, они содержат также фосфа­
тиды, холестерин, гликоген и около 11 факторов
429
свертывания крови. В сухом остатке тромбоцитов со­
держатся натрий, калий, кальций, магний, медь, же­
лезо и марганец. Тромбоциты отличаются высоким со­
держанием АТФ, высокой активностью АТФ-азы, АХЭ и
др.
Газы крови. В крови содержатся кислород, угле­
кислый газ и азот в свободном и связанном состоя­
ниях. Так, 99,5-99,7% кислорода связано с гемогло­
бином, 0,3-0,5% находится в свободном состоянии.
Газы крови характеризуются постоянным обменом
(табл. 12).
Из таблицы 12 следует, что ткани организма из
каждых 100 мл артериальной крови извлекают в сред­
нем 5-8% Ог и отдают в кровь 6—12% СОг. Эти процес­
сы протекают благодаря разности парциального давле­
ния р газов крови:
Кровь
р Ог, кПа
р СОг, кПа
Артериальная
Венозная
Капиллярная
13,3
5,3-6,7
2,7-5,3
5,3
6,1
6,7
При уменьшении содержания кислорода в крови на
20-25% наступает кислородное голодание. Причинами
могут быть горная болезнь, эмфизема легких, пери- и
эндокардиты, отравление инертными, ядовитыми газами
идр.
Дыхательная функция крови
Главной функцией эритроцитов является перенос
кислорода от легких к тканям и удаление из тканей в
окружающую среду углекислого газа. Вдыхаемый воздух
содержит 20,9% Ог и 0,03% СОг, выдыхаемый —15,5—
16,3% Ог и 4,1% СОг.
Легкие имеют огромную поверхность соприкоснове­
ния с атмосферным воздухом. У обезьяны она дости­
гает 90 м2. Стенки альвеол, альвеолярных мешочков и
ходов тканей легкого построены из респираторного
эпителия, толщина которого едва достигает 0,004 мм.
Через них газы диффундируют в кровь. Процессу диф­
фузии способствует разница между парциальным дав430
лением кислорода и углекислого газа. Так, давление
кислорода в окружающем воздухе равно 20,3 кПа, в
альвеолярном —14,7,
в
венозной
крови - 5,3—6,7
кПа. Это и создает оптимальные условия для перехода
кислорода из альвеолярного воздуха в кровь, а также
выделения углекислого газа из крови в окружающую
среду.
Диффундировавший через стенки респираторного
эпителия кислород соединяется с гемоглобином, обра­
зуя оксигемоглобин (НЬОг). В составе артериальной
крови НЬОг поступает в органы и ткани. Здесь созда­
ются оптимальные условия для газообмена. В артериях
парциальное давление равно 13,3 кПа, в тканях оно
уменьшается до 5,3, в межклеточной жидкости —до
0,7-2,7 кПа. Оксигемоглобин распадается на гемогло­
бин и кислород. Кислород диффундирует в клетки и
используется для клеточного дыхания. Под влиянием
ЦХО он вступает во взаимодействие с водородом, об­
разуя воду. В ходе клеточного дыхания изменяются
свойства гемоглобина. Так, кислотные свойства НЬОг
в 70 раз больше, чем НЬ. Поэтому в тканях он легко
присоединяет углекислый газ, который затем выде­
ляется в окружающую среду в результате перехода в
капиллярах легких НЬСОг в НЬ.
Углекислый газ связывается двумя путями: обра­
зованием карбогемоглобина и гидрокарбонатов. В пер­
вом случае он присоединяется к свободной аминогруп­
пе НЬ:
H b— NHH+HO — С — ОН -*• НЬ — NH — С
II
о
ОН+ЩО.
II
о
Карбогемоглобин - нестойкое соединение и в тка­
нях легких распадается с отщеплением СОг, который
удаляется с выдыхаемым воздухом.
Предполагается, что реакция присоединения и от­
щепления СОг к НЬ протекает без участия ферментов.
Во втором случае СОг связывается натриевыми и
калиевыми солями белков крови:
Эритроциты: КНЬ+НСОз+Н+ ?
Плазма: Na-Белок+НСОз+Н* <
*■КНСОз+ННЬ;
* NaHCOj+H-Белок.
431
Эти реакции обратимы. Чем больше парциальное
давление СОг, тем больше образуется гидрокарбона­
тов, и наоборот. В капиллярах легких ННЬОг вытес­
няет угольную кислоту из гидрокарбонатов:
КНСОз+ИНЬОг * КНЬОг+НгСОз-
Под влиянием карбоангидразы угольная кислота
распадается на углекислый газ и воду. Углекислый
газ удаляется из легких вместе с выдыхаемым возду­
хом. Участие гемоглобина в газообмене связано с его
способностью удерживать pH крови на определенном
уровне. Это достигается в результате обмена ионами
между плазмой и эритроцитами в тканях организма и в
легких (рис. 53). Мембрана эритроцитов пропускает
внутрь анионы плазмы (СИ и почти непроницаема для
катионов (Na+ и К+). Согласно уравнению Доннана, с
увеличением парциального давления углекислого газа
в капиллярах тканей анионы СГ переходят в эритро­
циты, образуя соли с катионами К*гемоглобина. Ка­
тионы Na+ плазмы вступают в реакцию с анионами
НСОз', образуя гидрокарбонаты:
Э ритроциты:
СГ+К+ *. KC I;
Плазма: НСОз+Na* —»• NaHC03.
Рис. 53. Роль эритроцитов
тканями и легкими
432
в обмене
газов
между
В капиллярах легких под влиянием НЪОг реакция
идет в обратном направлении, что приводит к выделе­
нию СОг.
Артериальная кровь различных животных в среднем
содержит 0,21 л /л кислорода, венозная-0 ,1 5 л /л .
Следовательно, при прохождении артериальной крови
через органы и ткани в них задерживается 0,06 л /л
кислорода и используется для окисления органических
веществ.
Организм массой 70 кг ежесуточно потребляет в
среднем 600 л Ог и выделяет 450 л СОг.
Содержание в крови НЬОг зависит от парциального
давления кислорода. При его снижении уменьшается
содержание НЬОг в крови, что приводит к гипоксемии.
При уменьшении содержания кислорода в тканях насту­
пает гипоксия и даже аноксия - прекращение дыхания.
Часто причиной аноксии могут быть различные отрав­
ления (оксидами азота, мышьяковистыми соединениями,
угарным газом и др.), что приводит к образованию
стойких форм производных гемоглобина - мет гемогло­
бина или карбоксигемоглобина.
Свертывание
крови
Защитная реакция организма, предохраняющая его
от кровопотерь при ранении кровеносных сосудов,
проявляется в свертывании крови. При этом, образует­
ся эластический сгусток, который закрывает просвет
сосуда, и прекращается кровотечение. Скорость свер­
тывания крови уменьшается при понижении температу­
ры. Так, у коровы при 25° С кровь свертывается че­
рез 6,6-10 мин, при 10° С -ч е р е з 20 мин.
Номенклатура факторов свертывания крови. В про­
цессе свертывания крови принимают участие плазмен­
ные и тромбоцитарные факторы. Плазменные факторы
обозначаются римскими цифрами:
Фибриноген
Протромбин
Т ромбопласти н
Кальций
Ас-глобулин
плазмы
Ас-глобулин
сыворотки
28— 1281
I
11
III
IV
V
VI
Проконвертин
(конвертам)
Глобулин А
Кристмас-фактор
(антигемофнльный
глобулин В
Стюарт-проуверфактор
VII
VIII
IX
X
433
Предшественники плаз­
менного тромбопластина
XI
(РТА)
XII
Хагеман-фактор
Фибриистабилизирующий
XIII
фактор (фибриназа)
Плазминоген
Профибринолизин
Плазмии
Фибринолизин
Амтиплазмин
Антифибринолизин
Тромбоцитарные факторы обозначаются арабскими
цифрами:
фактор 1 - вещество, превращающее протромбин в
тромбин, по химической природе близкое к фактору V;
фактор 2 - вещество, ускоряющее превращение фиб­
риногена в фибрин в присутствии тромбина;
фактор 3 - имеет фосфолипидную природу и обла­
дает тромбопластической активностью;
фактор 4 - выделен как фракция фактора 3, обла­
дает антигепариновой активностью. В процессе участ­
вуют вещества типа антифибринолизина, фибриназы,
ретрактоэнзим (тромбостенин) и некоторые другие
агенты (например, гепарин).
Химическая природа основных факторов
свертывания крови
Ф и б р и н о г е н - белок плазмы крови. Отно­
сится к глобулинам. Молекулярная масса - 340-400
тыс. Синтезируется в печени. Содержание в плазме4-7,5 г/л. Под влиянием тромбина превращается в
фибрин. Препараты фибрина применяют как кровооста­
навливающее средство в виде гемостатической губки и
пленки.
П р о т р о м б и н - белок плазмы крови, глюко­
протеид. Молекулярная масса протромбина лошади —
130 тыс., быка -6 8 500. Предшественник тромбина.
Синтезируется в печени при наличии витамина К. Пре­
вращается в тромбин под влиянием тромбопластина.
Молекула тромбина состоит из двух полипептидных
цепей: А и Б. В Б-цепи локализирован активный центр
и размещена углеводная часть. Кроме превращения
фибриногена в фибрин, фермент осуществляет сжатие
(ретракцию) кровяного сгустка.
Т р о м б о п л а с т и н - белково-липидный
комп­
лекс, вызывающий превращение протромбина в тромбин
в присутствии ионов Са2\ Молекулярная масса 434
170 тыс. В неактивном состоянии входит в состав
тромбоцитов. Тромбопластином богаты клетки костного
мозга, легких и селезенки. После ранения из разру­
шенных тромбоцитов и других клеток поступает в
кровь и превращается в активную форму.
Глобулины,
ускоряющие
свер­
тывание
к р о в и . К ним относятся факторы
свертывания крови: V, VI, VII, VIII, IX, X, XI и
XII. Принадлежат к отдельным фракциям и подфракциям
глобулинов. Образуются в печени и клетках ретикулоэндотелиальной системы. Обладают высокой биологи­
ческой активностью: период полураспада их молекулы
составляет от 50-70 ч до 4 ч.
Фактор X III-фермент плазмы, способствующий
полимеризации фибрин-мономеров в фибрин-полимер.
Влияет на образование пептидных связей между остат­
ками аминокислот - растворимый фибрин переходит в
нерастворимый. Стабилизируется сгусток фибрина.
Реакция протекает в присутствии ионов Са2+.
Пла змин
(фибринолизин,
фибринокиназа) —
фермент плазмы, предохраняющий организм от тромбо­
зов. Осуществляет расщепление фибриногена и фибри­
на. Находится в плазме в виде профибринолизина.
Молекулярная масса - 90 500. Антагонистами являются
<хг, 0 .2- и 0-глобулины крови. Вместе с гепарином
используется при лечении тромбозов. Ингибируется
антифибринолизинами.
Гепарин
(антитромбин) —гл ик оза мяногл ика н,
построенный из остатков глюкуроновой кислоты, глюкозамина и серной кислоты. Молекулярная масса 15-20 тыс. Замедляет свертываемость крови. Анти­
коагулянт.
Химизм свертывания крови. В процессе сверты­
вания крови различают три фазы и одну послефазу
(рис. 54).
Первая
фаза.
При травме разрушаются
тромбоциты и другие клетки. Фактор XII активируется
и превращается в фактор ХПа. Под его влиянием про­
исходит ряд последовательных реакций, в которые
вовлекаются все присутствующие в крови факторы,
начиная от XI до V. Возникают тромбопластины.
В т о р а я ф а з а . Под влиянием плазменного и
тканевого тромбопластинов и ионов Са2* протромбин
(фактор II) превращается в тромбин (фактор Па).
435
Контакт
[поврежденный сосуд]
Разрушенные ткан»
I
Тканевом фактор
Фактор 3 \ & fr t
0 Н № № № № } пластинок
Плазменный тромбопяастии
н
=
ВВВ0^
Тканевой
тромСоппслм
Протромбин
Тромбин
0 , 2+
XII
li-o
Фибриноген
Фибрин ~
1ЫЙ)
(нерастворимый)
Н
РетРа^оэнзйм тромбоцктов|
Ретракция сгустка
Рис. 54. Схема свертывания крови (по Л. М. Ишимовой)
Т р е т ь я ф а з а . Под влиянием тромбина фиб­
риноген вначале превращается в растворимый фибринмономер, затем, при действии фибринстабилизирующего
фактора XIII и ионов Са2*, - в нерастворимый фиб­
рин-полимер. В сложно переплетенных нитях фибрина
оседают форменные элементы крови. Возникает кровя­
ной сгусток, закрывающий просвет травмированного
сосуда.
Послефаза.
Образовавшийся кровяной сгу­
сток уплотняется (ретрактирует). При этом выделяет­
ся сыворотка крови. Тромбин адсорбируется на нитях
фибрина. Тромб становится основой для регенерации
стенки сосуда. К ней мигрируют соединительно­
тканные клетки, возникают соединительнотканные во­
локна, восстанавливаются эндотелий, мышечная и
внешняя оболочки сосуда.
В регуляции свертывания крови участвуют двига­
тельная область коры больших полушарий головного
мозга, симпатические и парасимпатические участки
вегетативной нервной системы, гипоталамус, гипофиз,
корковое и мозговое вещество надпочечников, щито­
видная железа, половые железы. Так, адреналин, кор436
тизон, соматотропин, вазопрессин, оцитоцин, тесто­
стерон, прогестерон и некоторые другие гормоны ус­
коряют этот процесс, тироксин замедляет.
В клинической практике часто применяют перелива­
ние крови. Из крови готовят лечебные препараты иммунные сыворотки, плазму, эритроцитарную и лей­
коцитарную массу, фибринные губки и пленки, тромбин
и др.
Лимфа
Лимфа вместе с кровью составляет систему цирку­
лирующих жидкостей в организме, которые омывают все
органы и ткани, обеспечивая доставку питательных
веществ и удаление продуктов распада. Лимфа - про­
зрачная или слабоопалесцирующая жидкость, с притор­
ным запахом, соленая на вкус. Во время пищеварения
лимфа, оттекающая от кишок, приобретает молочный
цвет из-за наличия в ней жировых капелек. Ее назы­
вают млечным соком, или хилусом.
Плотность лимфы составляет 1,012-1,026, относи­
тельная вязкость - 1,0-1,5, pH 7,4-9, поверхностное
натяжение - 1,0-1,02. Общее содержание лимфы дости­
гает уровня содержания крови. Химический состав
лимфы и плазмы крови сходен (табл. 13).
13. Химический состав лимфы и плазмы крови, мг на 100 г
(по Д. Л. Фердману)
Вещество
Вода
Белки
Фибриноген
Глюкоза
Натрий
Калий
Кальций
Магний
Хлор
Фосфор неорганический
Примечание.
в процентах.
Лимфа
шейного
ствола
Лимфа груд­
ного прото­
ка
95
2
100
330
23
10
3
420
3
94
4
40
110
330
24
11
3
410
4
Содержание
воды
и
Плазма крови
90
7
300
100
320
20
10
1,8
370
3,7
белков
приводится
437
В общий белок лимфы крупного рогатого скота вхо­
дят альбумины, а-, £-, у-глобулины. Фибриногена в
лимфе в 4-5 раз меньше, чем в крови. Остаточного
азота всего лишь 0,03%. Лимфа богата лейкоцитами.
Так, в лимфе крупного рогатого скота содержится в
среднем 7100 лейкоцитов на 1 мм3. Из них лимфоциты
составляют 86%; моноциты - 5,1; нейтрофилы - 1,2;
эозинофилы - 2,5; переходные элементы - 0,3; неоп­
ределенные - 2,9% . Состав лимфы изменяется при па­
тологии.
Контрольны* вопросы
1. Охарактеризуйте основные физико-химические свойства
крови различных видов животных.
2. Каков химический состав крови (плазмы, сыворотки и
форменных элементов) у различных видов животных?
3. Как происходит свертывание крови и какие вещества в
нем участвуют?
4.. Что общего и чем различается химический состав лимфы и
крови?
ГЛАВА 4
БИОХИМИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ
Соединительная ткань составляет более 50% общей
массы животного организма. Она выполняет ряд жиз­
ненно важных функций - структурную, метаболическую,
защитную и репаративную. Существует несколько типов
и видов соединительной ткани. Так, различают рыхлую
и плотную волокнистую неоформленную соединительную
ткань, плотную оформленную волокнистую соединитель­
ную ткань и соединительную ткань со специализиро­
ванными свойствами (жировую, пигментную, ретикуляр­
ную) . Некоторые виды соединительной ткани имеют
самостоятельное значение —кровь, костная, хрящевая
ткани и др. Первые две рассматриваются в отдельных
главах. Из всех типов и видов ткани наиболее рас­
пространена в организме рыхлая неоформленная соеди­
нительная ткань, содержащая все виды клеток и меж­
клеточных структур, характерных для соединительной
ткани в целом.
Соединительная ткань состоит из клеток, основно­
го вещества, или субстанции, и волокон (коллагеновых, эластических, ретикулярных). Для клеток (фибробластов и фиброцитов, гистиоцитов и тучных) ха­
рактерен хорошо развитый аппарат биосинтеза белков
438
Рис. 55. Строение коллагенового
волокна:
Л-схем а:
I - полипептидная
це­
почкам
Н " молекулы
коллагена
(тропоколлаген);
III —протофибриллы; IV - фибрилла минимальной
толщины, у которой становится
видимой поперечная исчерченность;
V - колл а гено вое
волокно;
Б—
спиральная структура макромолеку­
лы коллагена (по Ричу) ; мелкие
светлые кружки - глицин, крупные
светлые круж ки - пролин, заш три­
хованные кружки - гидроксипролин;
В —коллагеновая
фибрилла
под
(S o o o o m IM r
микроскопом
(Х200 000). В темных и светлых
дисках видны внутренние, вторич­
ные полосы (препарат М. Н. Павло-
(высокое содержание РНК, наличие ферментных систем
энергетического обмена, многих синтетаз и др.). В
клетки из крови и межклеточной жидкости поступают
различные вещества (аминокислоты, моносахариды,
жирные кислоты, соли и др.). В клетках образуются
оксипролин и оксилизин. Из аминокислот на рибосомах
Рис. 56.
Образование межклеточного
вещества:
I - фибробласт;
2 - полипептидные
це­
почки;
3 —молекулы
тропоколлагена;
4 —гликозаминогликаны;
3 —.полимери­
зация молекул тропоколлагена, 6 —про­
тофибрилла; 7. - пучок протофибрилл
(коллагеновая фибрилла); 8 - молекула
эластина; 9 - эластическая фибрилла (по
Кристину с изменением)
440
клеток (например, фибробластов) синтезируются полипептидные а-цепочки (рис. 55 и 56). Три такие це­
почки обвивают друг друга и образуют молекулу про­
коллагена или тропоколлагена. Через поры наружной
плазматической мембраны молекулы тропоколлагена
выделяются в межклеточное пространство, участвуя в
формировании основного вещества соединительной тка­
ни. Здесь происходит их полимеризация, что приводит
к образованию длинных (4-12 нм) протофибрилл. Одно­
временно в клетках (в комплексе Голъджи) синтези­
руются молекулы гликозаминогликанов, которые таким
же путем выделяются в межклеточное вещество. Поли­
мерные цепочки протофибрилл, используя энергию АТФ,
с помощью водородных связей соединяются между собой
и при участии молекул гликозаминогликанов образуют
пучки фибрилл (12-30 нм). Они и формируют коллагеновые волокна. Аналогично образуются и другие во­
локна, в частности эластические (клетками типа фиб­
робластов, гладкомышечными) и ретикулярные (ретикулоцитами, тучными клетками, звездчатыми клетками
печени). Часть секрета клеток идет ‘на образование
основного вещества соединительной ткани вместе с
соединениями, которые сюда поступают с током крови.
Основное вещество соединительной ткани составляет
около 2 0 % массы животного организма и в зависимости
от типа и вида ткани имеет неодинаковый химический
состав (костная и хрящевая ткань, дентин и др.).
Химический состав соединительной ткани
Как и другие ткани, соединительная ткань состоит
из воды и сухого остатка. В сухой остаток входят
органические и минеральные вещества (табл. 14).
Из таблицы 14 видно, что главный белок ткани коллаген. Он составляет 25-33% всех белков организ­
ма и 6% общей массы тела. Его молекулярная масса —
120 тыс. Каждая молекула состоит в среднем из 1000
аминокислотных остатков, треть из которых представ­
лена глицином, 1 1 % - пролином, 3- и 4-оксипролинами, 11 % - аргинином. Коллаген здесь синтезируется
фибробластами, в других типах ткани - их аналогами:
в костной - остеобластами, в хрящевой — хондроблле­
тами. Поэтому и волокна называют коллагеновыми,
441
14. Химический состав соединительной ткани быка
(по С. И. Афонскому)
Вещество
Вода
Плотные вещества
В том числе:
липидов
коллагена
эластина
протеогликанов
альбумина и глобулина
экстрактивных веществ
неорганических веществ
Ахиллово сухо­
жилие, %
Выйная связка,
%
63,0
37,0
57,6
42,4
2,8
2,7
17,0
75,0
85,1
4,39
3,46
0,59
3,20
0,46
1>2
1,4
2,3
0,40
оссеиновыми и хондриновыми. У животных имеется че­
тыре типа коллагена: I - кожи, костей и сухожилий;
II-хрящ а; III-стенок кровеносных сосудов и кожи
эмбрионов; IV - соединительных мембран. Они отлича­
ются аминокислотным составом и строением молекул.
Второй белок соединительной ткани - эластин.
Фибриллярный белок, придающий упругость кожи, ле­
гочной ткани, связкам, кровеносным сосудам. Его
предшественник - тропоэластин, секретируется фибробластами и гладкомышечными клетками в виде полипептидной цепи. Молекулярная масса -1 0 0 тыс. Богат
остатками глицина, аланина и валина, беден - остат­
ками полярных аминокислот. После синтеза подвер­
гается посттрансляционной модификации, которая за­
ключается в ограниченном протеолизе и образовании
поперечных связей. Последние возникают между полипептидными цепочками после окисления боковых цепей
лизина и конденсации альдегидных групп. Образуется
сложная полипептидная сеть, обусловливающая упру­
гость белковой молекулы и ее нерастворимость в
воде.
В составе основного вещества имеются белки и
полисахариды, образующие между собой комплексные
соединения различной молекулярной структуры и проч­
ности. Они представлены двумя группами —протеогликанами и гликопротеидами. Протеогликаны составляют
около 30% сухой массы ткани. В их молекуле на угле­
водную часть приходится 95% общей массы, на белко­
вую-5 % . Обе части связаны друг с другом пептидны­
ми связями. Углеводы здесь представлены гиалуроно442
вой кислотой, хондроитинсульфатами А, В и С, кератан-сульфатом, гепараи-сульфатом или гепарином.
Значительная часть основного вещества ткани яв­
ляется гликопротеидами (гликопротеинами) - сложными
белками, молекула которых состоит из простого белка
(до 96% общей массы) и углеводной группы (до 4% ).
Последняя состоит из 2-15 мономерных единиц (гексозаминов, гексоз, сиаловых кислот, фукозы) и присое­
динена к белку ковалентно. Молекулярная масса гли­
копротеидов-15 тыс. - 1
млн. Углеводная часть
обеспечивает для гликопротеидной молекулы необходи­
мую конфигурацию, защищает от протеолиза, обеспе­
чивает беспрепятственное транспортирование и при­
дает ей иммунологические свойства. Существует не­
сколько групп гликопротеидов, различных по хими­
ческой структуре молекул, свойствам и значению.
Обмен веществ в соединительной ткани
Для соединительной ткани характерна высокая сте­
пень метаболизма. Так, период полураспада молекулы
гиалуроновой кислоты - около 2 сут, хондроитинсульфатов основного вещества кож и- 2 , х р я щ а - 16 сут.
Химический состав ткани изменяется в онтогенезе,
при функциональных нагрузках и в патологии. Напри­
мер, основа кожи свиного эмбриона содержит большие
количества гиалуроновой кислоты и следы хондроитинсульфатов. У взрослых свиней здесь уже преобладают
хондроитинсульфаты. В ходе развития и с наступле­
нием старости в ткани постепенно уменьшается содер­
жание гликозаминогликанов и возрастает содержание
коллагена и эластина.
Обмен веществ в ткани регулируется нейрогуморально. Прежде всего, такая регуляция осуществляет­
ся корой больших полушарий мозга, симпатическими и
парасимпатическими нервными окончаниями, медиатора­
ми. Соматотропин стимулирует включение пролина в
полипептидную цепь тропоколлагена и превращению его
в коллаген. Минералокортикоиды способствуют проли­
ферации фибробластов, превращению их в фиброциты и
биосинтезу ими основного вещества ткани. Тироксин
активирует ферментные системы, деполимеризующие
443
гиалуроновую кислоту. Глюкокортикоиды тормозят био­
синтез коллагена и гликозаминогликаиов.
Биохимически* изменения
соединительной ткани при патологии
Обмен веществ в соединительной ткани нарушается
при многих заболеваниях, и прежде всего при коллагенезах. К последним относятся ревматизм, ревмати­
ческий артрит, системная красная волчанка, склеро­
дермия, дерматомиозит, узелковый полиартрит и др.
При многих из них набухают и дегенерируют коллагеновые волокна, происходит замена коллагена фибриноидом, прогрессирует деполимеризация гликозаминогликанов до мономеров, особенно гиалуроновой кис­
лоты, активируются ферменты лизосом, происходит
распад и даже разложение соединительнотканных
структур. Коллагенозы могут возникать и на животно­
водческих комплексах, где животные подвержены вы­
нужденной гипокинезии и не получают нужных моцио­
нов.
Контрольные вопросы
1. Что вам известно о соединительной ткани, ее отдельных
видах, биологическом значении и биосинтезе ее составных час­
тей?
2. Охарактеризуйте химический состав соединительной ткани,
обмен веществ в ней у клинически здорового организма и при
патологии.
ГЛАВА 5
БИОХИМИЯ КОСТНОЙ ТКАНИ
Костная ткань представляет собой специализиро­
ванный вид соединительной ткани. Составляет 6-13%
общей массы организма. Различают компактную и губ­
чатую костные ткани. Примером компактной ткани мо­
жет быть ткань диафизов трубчатых костей, примером
губчатой - ткань эпифизов трубчатых костей.
Костная ткань состоит из межклеточного вещества
и клеток. Межклеточное вещество ботато минеральными
соединениями, которые придают костям необходимую
прочность и стойкость к внешним воздействиям. В нем
размещаются в виде плотных пучков оссеиновые волок444
на и клетки - остеоциты и остеокласты. Межклеточное
вещество имеет пластинчатую или волокнистую струк­
туру.
При пластинчатой структуре оно располагается в
виде пластинок вокруг кровеносных сосудов - остеонов. Каждый остеон состоит из 5-10 и больше пласти­
нок. В остеоне волокна идут в определенном направ­
лении. В волокнистой костной ткани оссеиновые во­
локна размещены беспорядочно. Межклеточное вещество
возникает
вследствие
деятельности
остеобластов,
которые по мере образования костной ткани «замуро­
вываются» в ней, превращаясь в остеоциты. Кроме
того, в костной ткани функционируют остеокласты,
осуществляющие ее резорбцию.
Химический состав костной ткани
Костная ткань животных состоит из твердых ве­
ществ (75-80%) и воды (20-25%). Из общей массы
твердых веществ в среднем 60% приходится на неорга­
нические и 40% - на органические соединения. Меж­
клеточное вещество компактной ткани на 2 0 % состоит
из органических и на 80% - из неорганических ве­
ществ. Губчатая ткань содержит 50% органических
компонентов, 35-40% - минеральных веществ и 1015% - воды.
Органические вещества костной ткани. Органичес­
кие вещества костной ткани - это нуклеиновые кисло­
ты, белки, липиды, углеводы, различные другие сое­
динения и продукты обмена. 95% этих веществ состав­
ляет коллаген. Коллаген костной ткани имеет такую
же структуру молекулы, что и в других тканях. Для
него характерно высокое содержание остатков глици­
на, оксипролина, оксилизина, он беден остатками
тирозина, гистидина, метионина, не содержит трипто­
фана и цистеина. Алании составляет Ve общего числа
аминокислот, пролин и оксипролин - 2/ 9 . Ткань со­
держит ферменты шести классов и ряд изоферментов
(ЛДГ).
В костной ткани в среднем содержится около 3,2%
гликозаминогликанов, которые находятся в свободном
и * связанном состоянии. Это хондроитин-4-сульфат,
хондроитин-6 -сульфат, гиалуроновая кислота, керата445
носульфаты. Гликозаминогликаны участвуют в формиро­
вании тканевого каркаса, образовании фибрилл кол­
лагена, регуляции водного обмена и др. В костной
ткани содержится 50-80 мкг/г влажной ткани гликоге­
на, которым насыщена цитоплазма остеобластов.
Остеоциты не содержат углевода.
В компактной ткани трубчатых костей содержится
0,1-0,7% липидов. Костная ткань содержит большие
концентрации лимонной кислоты: до 1% общей массы важного фактора регуляции кальциевого обмена в ор­
ганизме животного.
Минеральные вещества костной ткани. В костной
ткани откладываются многие макро- и микроэлементы.
В ней сосредоточено около 99% Са, 87% Р и 58% Mg.
Здесь содержится свыше 30 микроэлементов: Си, Sr,
Ва, Zn, Al, Be, Si, F, Pb и др. В золе костей есть
фосфаты и карбонаты кальция, фосфаты магния, фтори­
ды кальция и другие соли.
Минеральные вещества образуют кристаллы размером
от 20 х 3 до 20 х 7 нм. Структура кристаллов и их
размеры обеспечивают максимальный обмен между кост­
ной тканью и межклеточной жидкостью. Активная по­
верхность 1 г костей ткани составляет 130-260 м .
Кристаллы откладываются в основном веществе и в
коллагеновых волокнах. В. Ньюман и М. Ньюман (1961)
предложили такой химический состав кристаллов:
1СаЗ+(НзО+) 2(РОЬб(ОН') 2] ЧСа2* -Mg^ 3 -Na^ COl" -Цитраты^»!.
Основой аморфных соединений костной ткани служит
аморфный фосфат кальция, содержание которого умень­
шается с возрастом. Так, в ткани бедренной кости
восьмидневной крысы содержится аморфного фосфата
кальция 69,5%, у 264-дневной - 35,5%.
Процессы минерализации костной ткани
Процессы образования костной ткани в эмбриогене­
зе и в постнатальной жизни протекают в основном
однотипно. В остеобласты поступает «сырье» для био­
синтеза нуклеиновых кислот, белков, липидов, угле­
водов, минеральных соединений и других веществ. Из
глюкозы образуется гликоген. Гликоген и глюкоза
подвергаются анаэробному расщеплению.Образовавшиеся
446
при этом лактат и пируват поступают в цикл трикарбоновых кислот. Ткань получает АТФ, АДФ, гексофосфорные эфиры и другие соединения. Гексозофосфаты
расщепляются гидролазами:
Л -0 -Р 0 зН 2“
^
Л-ОН+Н 3РО4.
Образовавшаяся ортофосфорная кислота может вза­
имодействовать с хлоридом кальция, который посту­
пает с током крови:
6СаС12+4НзР04 * 2Са3(Р 04)2+12НС1.
Одновременно остеобласты синтезируют коллаген и
гликозаминогликаны. Частицы коллагена проникают во
внеклеточное пространство, образуя межклеточное
вещество. Часть из них уплотняется, формируя протофибриллы, фибриллы и оссеиновые волокна. В межкле­
точное вещество из остеобластов выделяются частицы
гликозаминогликанов, которые адсорбируют ионы Са2+
и фосфат-ионы, частично - соли. Активируются кислые
гидролазы лнзосом. Возрастает проницаемость мембран
остеобластов. Ферменты проникают во внеклеточное
пространство и активируют реактивные группы колла­
гена (-NHj, -СООН, -SH). Эти группы взаимодействуют
с фосфатами. Возникают ядра кристаллизации. Ионы
Са
и фосфат-ионы, адсорбированные ранее гликозаминогликанами, освобождаются и концентрируются
вокруг ядер, образуя первые микрокристаллы, костных
солей. Далее формируется типичная костная ткань.
Процессы образования костной ткани регулируются
центральной нервной системой, гормонами, многими
ферментами. Процесс образования костей зависит от
состава корма, а именно: наличия в нем нужных мине­
ральных веществ, витаминов, особенно A, D, С и др.
Обмен веществ в костной ткани
Для костной ткани характерна высокая степень
метаболизма. Это связано с выполнением ею ряда жиз­
ненно важных функций, к которым в первую очередь
следует отнести участие в регуляции минерального
гомеостаза, кроветворении, функции опоры и защиты.
447
Как и весь организм, кости вначале растут, затем
находятся в состоянии динамического равновесия,
потом наступает старение. С возрастом в костной
ткани уменьшается содержание общего азота и гликозаминогликанов, снижается активность многих фермен­
тов, возрастает прочность коллагена.
Костная ткань-это подвижный резерв минеральных
веществ. Так, скорость протекания крови по сосудам
кости собаки и кролика составляет 10 мл/мин на 100
г сырой массы. Количество кальция з костной ткани
может уменьшаться или увеличиваться в зависимости
от его содержания в плазме крози. Высвобождение
кальция осуществляется разрушением ткани остеоклас­
тами, а его связывание —новообразованием костной
ткани остеобластами и остеоцитами. Костная ткань
скелета человека практически полностью обновляется
через каждые 10 лет. При недостатке кальция в плаз­
ме крови в костной ткани под влиянием паратгормона
возрастает концентрация лимонной и молочной кислот.
Увеличивается сН, что способствует растворению
кристаллов, деполимеризации гликозаминогликанов и
активизации остеокластов. У растущих животных за
сутки в костях откладывается 6,2% кальция и выде­
ляется 4,7%.
Скорость обмена костного коллагена у взрослых
животных в 3—10 раз выше, чем в сухожилиях и соеди­
нительной основе кожи. Для костной ткани характерна
высокая активность а-амилазы, осуществляющей гидро­
литическое расщепление гликогена, концентрация ко­
торого уменьшается в период минерализации. Содержа­
ние стеридов возрастает по мере увеличения скорости
минерализации, а триглицеридов - уменьшается.
Обмен веществ в костной ткани зависит от состава
рациона и физиологической нагрузки животного. Так,
недостаток кальция в рационе приводит к нарушениям
процессов костеобразования у молодняка и у взрослых
животных. Недостаток витамина D в рационе и содер­
жание животных в темных неосвещенных помещениях
приводит к возникновению рахита у молодняка. У жи­
вотных, которые содержатся на бедном белковом ра­
ционе, содержание кальция в организме уменьшается
на 10—12%. Избыток жиров в рационе отрицательно
сказывается на усвоении кальция организмом. Усвое­
ние кальция нарушается при избытке в рационе фосфо­
448
ра, стронция, свинца, серебра, цинка и др., а также
при гипокинезии в промышленных животноводческих
комплексах.
Зубы
Различают коронку, шейку и корень зуба. Основная
масса его - дентин,
в области коронки покрыт
эмалью, в области шейки и корня - цементом.
Эмаль - самая твердая ткань организма. Минераль­
ная основа эмали - кристаллы гидроксиапатита разме­
ром 40x 160 нм. Эмаль богата цитратом (0,1%).
Очень твердая она у бобра. Минеральной основой
дентина являются кристаллы гидроксиапатита размером
32 нм. Дентин содержит коллаген, гликозаминогликаны, цитрат.
Цемент - разновидность соединительной ткани. По
химическому составу напоминает костную ткань. Богат
минеральными веществами и коллагеном.
Пульпа состоит из рыхлой соединительной ткани. В
наружном слое размещены одонтобласты, участвующие в
образовании дентина и эмали.
Обмен веществ в зубной ткани протекает медленно.
Он регулируется гормонами паращитовидной и щито­
видной желез, передней доли гипофиза и центральной
нервной системой.
Зубная ткань поражается при кариесе. Кариес зу­
бов характеризуется нарушениями кальциевого и фос­
форного обменов, разрушением плотных тканей зубов и
образованием полостей. Причиной заболевания являет­
ся недостаточное количество в кормах и воде йода,
фтора, железа, молибдена, цинка, кальция, витаминов
Bi, В4, В12 и С. Кариес может быть вызван механи­
ческими повреждениями.
Контрольны* вопросы
1. Какие особенности химического состава костной ткани вы
знаете?
2. Как протекает обмен веществ в костной ткани у клини­
чески здоровых и больных животных?
29— 1281
449
ГЛАВА 6
БИОХИМИЯ ПЕЧЕНИ
Печень - крупнейшая дольчатая железа, выполняю­
щая одновременно функции органа пищеварения, обез­
вреживания ядовитых продуктов, кровообращения и
обмена многих жизненно важных веществ. Печень сос­
тавляет 1,1-2,5% общей массы организма животного.
Основной структурной и функциональной единицей
печени является печеночная долька (рис. 57). Она
состоит из гепатоцитов, образующих печеночные бал­
ки. Между дольками размещается междольковая соеди­
нительная ткань с триадой - междольковыми артерией,
веной и желчным протоком, в центре дольки проходит
центральная вена. Между печеночными балками разме­
щены печеночные синусоиды, построенные из купферо-
Рис. 57. Схема васкуляризации печеночной дольки (по У. Грау и
В. Вальтеру):
У—ветвь воротной вены; 2 —ветвь печеночной артерии; 3 —
желчный проток; 4. -пучки соединительной ткани; 5 —цент­
ральная вена; б - виутридольковая капиллярная система
450
вых клеток. Гепатоциты составляют 70% клеток доль
ки, купферовы клетки - 3 0 % . В них осуществляются
основные биохимические процессы, характерные для
печени.
Химический состав тканей печени
Ткань печени содержит 70-75% воды, 25-30% сухого
остатка, который состоит из органических и мине­
ральных веществ. Основой сухого остатка являются
белки, липиды и углеводы. Минеральные вещества в
ткани не превышают 1%.
Химический состав печени сельскохозяйственных
животных (по С. И. Афонскому) следующий:
Веш/естло
Содержание, °&
Вода
Твердые вещества
Белки
Глобулины
Альбумины
Гликоген
Глюкоза
Жиры
Фосфатиды
70
30
13
10
2
1,5-2
0,1
2
2-3
Вещество
Холестерин
Натрий
Калий
Хлор
Кальций
Магний
Железо
Цинк, медь,
марганец и др.
Содержание,
0,3-0,5
0,2
0,3
0,15
0,012
0,023
0,010
0,1-0,006
Обмен веществ и тканях печени
Для печени характерна высокая степень метаболиз­
ма. Так, капиллярная сеть печени человекообразных
обезьян имеет поверхность до 400 м2, что обеспечи­
вает прохождение через орган в течение суток до
2100 л крови. При прохождении крови печень погло­
щает около 15% всей энергии. Ткани печени обладают
высокой степенью регенерации. Так, после хирурги­
ческого удаления 3/< органа у собак и кошек восста­
новление в прежних размерах происходит через 3040 сут. Все виды обмена веществ в той или иной мере
связаны с деятельностью печени.
Значение печени в азотистом обмене. На долю пе­
чени приходится около 13% всего белкового обмена.
В печени синтезируется половина всех белков орга­
низма: 100% альбуминов и 80% глобулинов крови, весь
29»
451
фибриноген, протромбин и другие белки. Здесь обра­
зуется ферритин. Белки печени полностью обновляются
в течение” недели (в других органах-за 17 сут и
больше). Материалом для образования белков служат
аминокислоты и другие соединения, поступающие с
током крови из пищевого канала и других органов.
В печени происходит синтез многих аминокислот и их
обмен.
Печень - основной орган, в котором происходит
обезвреживание аммиака и других ядовитых азотистых
соединений.
Значение печени в углеводном обмене. В печени
происходит биосинтез и расщепление различных угле­
водов. Прежде всего, печень поддерживает в организ­
ме определенное содержание глюкозы, поступающей
сюда из тонкой кишки с током крови. В среднем 3%
глюкозы превращается в гликоген, до 30% - в жирные
кислоты, 50% служит источником энергии. Эти процес­
сы регулируются нейрогуморальными путями и самой
тканью печени через активирование и ингибирование
соответствующих ферментных систем. Инсулин способ­
ствует биосинтезу гликогена из моноз, адреналин и
глюкагон - его распаду. В печени около 80% молочной
кислоты, образовавшейся при анаэробном распаде
углеводов, идет на ресинтез гликогена. Содержание
гликогена в печени колеблется в пределах 1,5-20%
общей массы органа.
При недостатке глюкозы в крови и тканях печени
происходит гликонеогенез. На уровень сахара в крови
оказывают влияние натрий и калий. Ионы К* способст­
вуют синтезу гликогена, ионы Na+—распаду. Их со­
держание в крови регулируется гормоном альдостероном. Химическая энергия углеводов освобождается при
анаэробном гликогенолизе или гликолизе, в цикле
трикарбоновых кислот и пентозофосфатном пути.
Значение печени в липидном обмене. Из тонкой
кишки через воротную вену в печень поступают липи­
ды, синтезированные в кишечной стенке и частично за
счет кормов. Содержание липидов здесь колеблется от
3 до 8%, а в отдельных случаях-до 30% сухого
остатка. Основную массу составляют фосфатиды (около
90%).
В печени происходит распад и синтез жиров. Жир­
ные кислоты подвергаются различным превращениям:
452
удлинению или укорочению углеродных цепей, дегид­
рированию, 0-окислению, использованию в качестве
материала для биосинтеза молекул других липидов.
Образуются жиры, свойственные для данного вида
животного. Распад высших жирных кислот начинается
в печени и завершается в других органах и тканях.
При болезнях печени в моче появляются ацетоновые
тела.
Печень - главный орган биосинтеза фосфатидов.
Часть их используется самой печенью для процессов
физиологической регенерации, основная же масса с
током крови доставляется к различным органам и тка­
ням. Для образования молекулы фосфатида используют­
ся вещества, синтезированные в гепатоцитах (глице­
рин, высшие жирные кислоты), и соединения, посту­
пившие из кормов (холин, инозит, метионин). Особен­
но много фосфатидов расходуется у коров во время
лактации, у домашней птицы -во время яйцекладки.
Печень - орган, где активно протекает обмен стеринов и стеридов. Источник для биосинтеза холесте­
рина - ацетил-КоА. Так, после прохождения через
ткани печени жидкостей (например, крови), богатых
ацетил-КоА, содержание в них холестерина возрастает
до 30%. В печени из холестерина и высших жирных
кислот образуются стериды и желчные кислоты. Холес­
терин и стериды откладываются в купферовых клетках,
после чего используются для различных нужд организ­
ма, 40% всего холестерина превращается в желчные
кислоты. Избыток холестерина выделяется с мочой.
Значение печени в обмене минеральных веществ.
В печени протекает активный водно-солевой обмен.
Так, избыток воды, поступающей из крови, использу­
ется для образования лимфы и желчи. В печени обра­
зуется Vr~Vз всей лимфы организма. Печень участ­
вует в поддержании кислотно-щелочного равновесия
организма. Она - депо для многих минеральных ве­
ществ. Минеральные вещества здесь находятся в виде
солей, кислот, ионов, биокомплексных соединений.
В печени депонируется в виде ферритина около 25%
всего железа. Ткани печени богаты натрием, калием,
кальцием, хлором, магнием и другими макро- и микро­
элементами. Многие катионы являются активаторами
ферментов. Некоторые металлы (Mg, Mn, Fe, Си, Zn)
входят в состав молекул металлоферментов печени.
453
Печень и обмен витаминов. Печени принадлежит
важная роль в обмене витаминов. Так, жирораствори­
мые витамины всасываются после эмульгирования их
частиц желчью. Каротины корма в печени расщепляются
ферментом каротиназой с образованием витаминов
группы А. В тканях печени откладываются витамины А,
Е, С, Bi, В2, Во, РР, пантотеновая кислота, биотин,
D, К и Ви. Они (кроме первых двух и D) используют­
ся для биосинтеза многих ферментов.
Печень и обмен гормонов. Печень регулирует опти­
мальную активность многих гормонов. При прохождении
через ткани печени вместе с кровью активность гор­
монов снижается, а их избыток разрушается фермента­
ми. В частности, гормоны пептидного и белкового
происхождения расщепляются здесь до аминокислот
пептид-гидролазами. Тироксин инактивируется, обра­
зуя с глюкуроновой кислотой парное соединение, ко­
торое выделяется с желчью. В печени происходит
инактивация андрогенов, эстрогенов и кортикосте­
роидов с образованием глюкуронидов и эфиров с сер­
ной кислотой.
Выделительная функция печени
и состав желчи
В печени образуется желчь: за сутки у лошади до
5-6 л, у коровы - 2-6, у овцы - 0,3-0,4, у свиньи 0,03-0,05 л. В желчный пузырь поступает желчь, со­
держащая 97,5% воды и 2,5% сухого остатка. Наиболее
важные составные части ее -ж е л ч н ы е кислоты, желч­
ные пигменты и холестерин. Более подробно химичес­
кий состав желчи рассмотрен на с. 86.
Обезвреживающая функция печени
В печени обезвреживаются различные ядовитые ве­
щества экзо- и эндогенного происхождения. Ядовитые
вещества поступают с кровью в купферовы клетки.
Здесь они образуют парные соединения с глюкуроно­
вой, серной кислотами и другими продуктами обмена
(глицином, ацетил-КоА, метионином, серином и
т. д.). Если ядовитое вещество сразу не может обра454
зовать парное соединение, то оно подвергается пред­
варительной обработке: окислению, восстановлению,
гидролизу и т. д. Например, индол вначале превраща­
ется в индоксил, затем - в индоксилсерную кислоту.
Серная кислота активируется за счет энергии АТФ с
образованием фосфоаденилата. Фосфоаденилат серной
кислоты затем переносится на ОН-группу различных
ядовитых веществ (фенола, крезола, индоксила, скатоксила) с образованием парных соединений.
Обезвреживание ядовитых веществ с помощью глюкуроновой кислоты осуществляется превращением ее в
уридиндифосфоглюконовую кислоту, которая затем
вступает в реакцию с ОН-группами аналогично фосфоаденилату серной кислоты.
Некоторые ядовитые вещества, имеющие карбоксиль­
ную группу, могут обезвреживаться глицином (у мле­
копитающих), орнитином (у птиц), глутаминовой кис­
лотой (у человека и обезьян) с образованием пептид­
ных связей за счет энергии АТФ.
Аммиак в печени обезвреживается вследствие обра­
зования мочевины, пуриновые основания - мочевой
кислоты, гипоксантина, ксантина и аллантоина.
Значение изучения функционального
состояния печени
Деятельность печени оценивается в клинической
диагностке и терапии. Печень поражается при многих
болезнях. При этом в сыворотке крови уменьшается
содержание альбуминов и увеличивается количество
глобулинов, особенно у-глобулинов. Для изучения
участия печени в углеводном обмене производится галактозная проба. При печеночной форме желтухи в
крови и моче возрастает содержание «прямого», при
гемолитической - «непрямого» билирубина. При парен­
химатозной и механической желтухах в крови и моче
увеличивается количество желчных кислот. Защитная
функция печени определяется введением в организм
бензойной кислоты (проба Квика). Если в печени про­
текает тот или иной патологический процесс, содер­
жание гиппуровой кислоты в моче уменьшается. Выде­
лительную функцию печени оценивают бромсульфофталеиновой пробой. При гепатитах и некоторых других
455
болезнях печени в крови задерживается 15-100% крас­
ки. При жировой дистрофии в крови возрастает кон­
центрация пирувата.
Контрольные вопросы
1, Каковы роль печени в обмене веществ организма и особен­
ности химического состава ее?
2. Что дает изучение функционального состояния печени жи­
вотных для ветеринарной диагностики?
ГЛАВА 7
БИОХИМИЯ ПОЧЕК И МОЧИ
Почки - орган выделительной системы. В среднем
они составляют 0,5% от общей массы животного. Ос­
новные функции почек - выделение конечных продуктов
обмена веществ и поддержание постоянства состава
жидкостей организма.
Химический состав почек
Состав почек: 83% воды, 1 7 % -су х о й остаток.
В сухой остаток входят органические (до 16%) и не­
органические (1%) вещества. Основа органических
веществ - белки (12,3%), состоящие из 5-8 белковых
фракций. Около 40% растворимых белков по электрофо­
ретической подвижности близки к а-глобулинам сыво­
ротки крови, 2 0 % - к
/3-глобулинам,
1 0-20% - к
у-глобулинам, 3 -8 % - к альбуминам, 11-16% составля­
ют малоподвижную фракцию. В тканях почек крупного
рогатого скота находят аминокислоты: тирозин, трип­
тофан, фенилаланин, серии, треонин, оксипролин,
аргинин, гистидин, лизин, цистин и метионин. Имеют­
ся ферменты всех шести классов, нуклеиновые кисло­
ты, липиды (2-5% от сухой массы), углеводы (1,1—
1,2%) и др. Липиды.представлены в основном фосфатидами, сфингомиелинами, жирами и сульфатидами, угле­
воды - гликозаминогликанами (в виде протеогликанов), гликогеном, частично глюкозой. Минеральные
вещества составляют 1,1-1,2% сухой массы. В 100 г
свежей ткани почек калия содержится 165-510 мг,
456
натрия - 165-390,
хлора - 40-210,
кремния - 15-20,
кальция - 6-19,
брома-0 ,5 -1 , йода-0 ,0 2 мг.
фосфора —40-43,
магния - 5-20,
Обмен веществ в почках
Около 7з работы сердца затрачивается на крово­
обращение в почках. 8 - 1 0 % всего кислорода, посту­
пающего в организм, поглощается ими; 90% энергети­
ческих веществ расходуется на выделительную функ­
цию, остальные 1 0 % —для других потребностей почек.
Ежесуточно через почки человека протекает 7001500 л крови. Основной источник химической энергии
в почках - углеводы. В освобождении энергии преоб­
ладают аэробный путь и связанное с ним окислитель­
ное фосфорилирование. Часть энергии почки получают
за счет распада липидов и особенно жиров.
В тканях почек интенсивно протекает обмен белков
и других азотистых соединений. Здесь проходят реак­
ции дезаминирования, особенно глутамина, несколько
меньше - аминокислот и пуриновых производных. Часть
аммиака идет на нейтрализацию неорганических и ор­
ганических кислот. Из аммиака образуется гуанидинуксусная кислота —источник креатина.
Химизм образования мочи
Главная функция почек - выделение мочи, чем и
достигается постоянство «внутренней среды* организ­
ма. Это дает возможность сохранять необходимый вод­
ный состав и осмотическое давление жидкостей орга­
низма, регулировать концентацию различных ионов в
частности и pH в целом, обеспечивать кислотно­
щелочное равновесие, удалять конечные продукты об­
мена.
Образование мочи тесно связано с деятельностью
сердечно-сосудистой системы. 25% артериальной крови
поступает в почечные артерии. Конечные разветвления
почечных артерий тесно связаны с секреторными отде­
лами почки (рис. 58). Так, каждая почечная артерия
разделяется на междолевые, а эти, в свою оче­
редь, —на более мелкие сосуды, которые заканчи­
ваются мальпигиевыми клубочками. Мальпигиев клубов
457
58. Схематическое изобра­
жение двух нефромов и их крово­
снабжение (по Кешни):
1 - междольковая
артерия;
2междольковая вена; 3 —отводящая
артериола; 4 - мальпигиев клубо­
чек; 5 - проксимальный каналец;
6 - петля Генле; 7. - нисходящее
колено;
8 - восходящее колено;
9 - собирательная трубка
Рис»
чек и капсула Боумена об­
разуют совместно с почеч­
ным
канальцем
нефрон.
В почке собаки, например,
от 186 000 до 370 000 не­
фрон ов. Протяженность ка­
пиллярной
сети
около
25 км, площадь ее в одной
п о ч к е-д о 1,5 м2.
Мочеобразование (цвет,
табл. VIII) заключается в:
1 ) филыМции плазмы крови
в почечные канальцы; 2 ) реабсороции части веществ
из фильтрата; 3) секреции мочи в клетках почечных
канальцев.
На первом этапе в верхние отделы почечного ка­
нальца из мальпигиевого клубочка фильтруется пер­
вичная моча. Она состоит из аминокислот, белка
(иногда до 0 ,0 0 1 %), глюкозы, мочевины, многих про­
дуктов метаболизма, минеральных веществ. Около 20%
плазмы крови фильтруется в виде первичной мочи.
Интенсивность фильтрации определяется клиренсом,
или коэффициентом очищения, который равен
Конц. вещества в моче, ммоль/лхКол-во мочи, мл
Конц. вещества в плазме, ммоль/л
Например, в организме за сутки образуется около
180 л первичной мочи, за 1 мин —до 125 мл фильтра­
та. Если вещество в проксимальных почечных каналь­
цах полностью всасывается, то величина клиренса
458
равна нулю. Если вещество не всасывается и пол­
ностью входит в состав вторичной мочи, то клиренс
приближается к величине фильтрата (в нашем приме­
р е - 1 2 5 м л).
Второй этап образования мочи - реабсорбция от­
дельных составных частей первичной мочи в прокси­
мальных отделах почечных канальцев. Она происходит
против градиента концентрации, так как концентра­
ция веществ в жидкости канальцев небольшая по срав­
нению с концентрацией их в крови. Процесс осущест­
вляется белковыми переносчиками, которые соединяют­
ся с глюкозой
и транспортируют ее к капиллярам
через эндоплазматическую сеть клетки (см. цвет,
табл. VIII). Если в крови и в первичной моче глюко­
за в избытке, она не успевает соединиться с пере­
носчиком и прямо диффундирует во вторичную мочу.
У собаки величина реабсорбции глюкозы достигает
303 мг/мин.
Для аминокислот существует несколько систем пе­
реносчиков. Так, одна из них участвует в транспор­
тировании лейцина и изолейцина; вторая - лизина,
аргинина, цистина, орнитина и гистидина; третья глицина, аланина и креатина. Избыток в крови и пер­
вичной моче гистидина конкурентно угнетает реаб­
сорбцию остальных аминокислот второй группы.
В проксимальных отделах почечных канальцев реабсорбируется около 96% воды и 80% ионов N a+ и СГ
первичной мочи, а также многие катионы и. анионы.
Процессы реабсорбции регулируются нейрогуморально.
Так, вазопрессин активирует гиалуронидазу и способ­
ствует обратному всасыванию воды в почечных каналь­
цах. Альдостерон регулирует содержание в моче ионов
Na* и К*. Под влиянием ренина от а 2-глобулина от­
щепляется декапептид ангиотензин I, из него обра­
зуется ангиотензин II, который поддерживает тонус
артериол клубочка и регулирует реабсорбцию многих
веществ. В организм возвращается около 99% объема
ультрафильтрата (В. В. Рудаков, 1969).
Третий этап образования мочи - секреция клетками
почечных канальцев во вторичную мочу продуктов об­
мена веществ: парааминогиппуровой кислоты, мочеви­
ны, креатина и др. Этот процесс становится интен­
сивнее по мере приближения мочи к лоханке. Из нее
моча поступает в мочеточники и мочевой пузырь.
459
В ходе секреции в мочу выделяются чужеродные для
организма вещества, поступившие вместе с кормом,
водой, воздухом, многие лекарственные средства и
ядовитые продукты.
I
Общая характеристика мочи
Исследование мочи дает информацию об общем со­
стоянии организма, работе его отдельных систем и
органов.
Физико-химические свойства мочи.
За сутки у
лошади в среднем выделяется 3-6 л мочи, у крупного
рогатого скота-6 - 1 2 , у свиньи- 2 - 4 , у верблю­
д а - 8 - 1 5 , у овцы и козы -0 ,5 -2 , у кролика0,04-0,1 л.
Выделение мочи уменьшается при многих болезнях и
называется олигурией. В некоторых случаях моча не
выделяется совсем, например при опухолях, тогда
наступает анурия. При сахарном диабете ее количество
резко возрастает, наступает полиурия.
У большинства видов животных моча прозрачная.
У лошади, мула и осла первые порции мочи мутные
из-за присутствия муцина и высокого содержания со­
лей - уратов, фосфатов, карбонатов. При стоянии
моча некоторых животных (например, собак) мутнеет.
Мутная моча бывает при наличии в ней гноя.
Моча многих видов животных - водянистая жид­
кость, у лошадей, мулов и ослов несколько тягучая
из-за муцина и нуклеоальбумина, вырабатываемых же­
лезами почечной лоханки. При воспалительных процес­
сах в почках и мочевыводящих путях в моче появляет­
ся много слизи.
Цвет мочи у лошади и крупного рогатого скота от
светло-желтого до темно-коричневого, у свиньи, козы
и собаки - от светло-желтого до насыщенного жел­
того.
Изменение окраски возникает при наличии в моче
крови и гемоглобина (красная), желчных пигментов,
что бывает при гепатитах и фасциолезе (желтая и
зелено-желтая). Меняется она и на воздухе.
Свежая моча специфического запаха: у лошади аммиака, у собак - чеснока. При родильном парезе и
ацетонемии приобретает запах ацетона. Гнилостный
460
запах появляется при гнойных воспалительных процес­
сах в мочеполовой системе.
Плотность мочи у лошади - 1,025-1,055; у крупно­
го
рогатого скота - 1,025-1,050;
у
овцы -1 ,0 1 5 1,070; у верблюда -1 ,030-1,060;
у козы -1 ,0 1 5 1,065; у свиньи -1 ,0 1 8 -1 ,0 2 2 . Эти величины умень­
шаются при полиурии и гнойных воспалительных про­
цессах.
Осмотическое давление мочи определяют термомет­
ром Бекмана и выражают депрессией Д. Так, у лошади
Д равна 1,6-1,7, у крупного рогатого скота- 1 ,2 , у
свиньи - 1 ,0 -1 ,5 . Величина осмотического давления
зависит от наличия в моче неорганических (хлоридов,
сульфатов, фосфатов) и в меньшей мере - органи­
ческих (мочевины, оксалатов, креатина и др.) соеди­
нений и колеблется от 606 до 11 312 кПа. Осмоти­
ческое давление изменяется при многих болезнях,
особенно при нефритах и циститах.
Моча травоядных животных щелочной реакции, все­
ядных - близка к нейтральной, плотоядных - кислой.
Так, у лошади pH мочи 7,2-8,7, у крупного рогатого
скота - 7,7-8,7, у свиньи - 6,5-7,8, у козы - 8 , 0 8,5. Сдвиг pH в кислую сторону наблюдается при
нефритах, гепатитах, в щелочную - при циститах и
др. Реакция мочи у молодых животных более кислая,
чем у взрослых.
Химический состав мочи. Моча содержит свыше 200
веществ. Иногда в ней встречаются нетипичные ве­
щества в зависимости от природы кормов, состава
воды, воздуха, употребления лекарств и др. Моча
состоит из воды (96%) и сухого остатка (4% ). В су­
хой остаток входят неорганические (1,5%) и органи­
ческие (2,5% ) вещества.
Неорганические
составные
части
м о ч и . В моче содержатся соли натрия, калия,
кальция, магния, аммония и других катионов с соля­
ной, фосфорной, серной и другими минеральными кис­
лотами. Количество солей подвержено суточным коле­
баниям. Часть катионов находится в составе органи­
ческих соединений. Минеральный состав мочи изменя­
ется при патологии. Так, кальция в моче больше при
остеомаляции и аденоме паращитовидной железы,
желёза - при фасциолезе, аммонийных солей - при
диабете.
461
В моче рогатого скота он составляет 92,5% общего
количества
пуринов,
лошади - 87,5,
овцы - 64,
свиньи —97,1 %.
Креатин и креатинин - основные части мочи. Креа­
тина в моче мало, иногда лишь следы. Креатинин у
лошади составляет в среднем 0,0032% общего коли­
чества мочи, у коровы - 0,09, у свиньи-0 ,0 1 , у
козы - 0,005. Для характеристики мышечной деятель­
ности введен креатининовый коэффициент - количество
креатина и креатинина в суточной моче животного.
У лошади он равен 6 ,8-7,5; у собаки-8 ,4 ; у птиц3,4. Увеличение содержания креатина в моче приводит
к креатинурии. Она возникает при диабете, миозитах
и т. д.
Гиппуровая кислота - продукт нейтрализации бен­
зойной кислоты глицином. Ее количество в суточной
моче лошади достигает 160 г, коровы-1 5 0 , овцы30 г. Синтезируется в печени, частично - в почках
при участии КоА. Содержание этой кислоты возрастает
при гепатитах и многих отравлениях.
Фенацетуровая кислота - продукт нейтрализации
фенилуксусной кислоты глицином. Ее содержание в
моче лошади составляет 0 ,8 - 1 , 0 г, коровы - до 2 г
на 1 л мочи.
Содержание аминокислот в моче невелико - до 1 г
за сутки. Глутаминовая кислота и глутамин составля­
ют около 35% всех аминокислот, гистидин-2 0 , аспа­
рагиновая кислота - 15, остальные-до 30%. Коли­
чество их возрастает при гепатитах и нефритах.
Концентрация индоксилсерной и скатоксилсерной
кислот в моче невелика. Она возрастает при запорах,
атониях преджелудков, гнилостных процессах в пище­
вом канале.
В состав мочи входит индикан, например, в моче
лошади его до 2 2 0 мг/л.
Кроме того, в моче содержится некоторое коли­
чество других азотсодержащих веществ: витаминов,
гормонов, ферментов, пигментов (урохром, урохромоген, уроэритрин, уробилиноген) и др.
Безазотистые вещества мочи - щавелевая, глюкуроновая, янтарная кислоты и их производные, фенолы и
их эфиры, ароматические оксикислоты, нейтральная
сера, безазотистые витамины и др. Их содержание не
превышает десятых долей процента.
463
Шавелевая кислота выделяется в виде оксалатов.
Кристаллы имеют форму почтовых конвертов. Их содер­
жание возрастает при нефритах, гепатитах, мочека­
менной болезни.
Глюкуроновая кислота вырабатывается в печени и
участвует в нейтрализации ядовитых продуктов, обра­
зуя парные соединения.
В моче содержатся некоторые количества янтарной,
муравьиной, уксусной, пропионовой, валериановой и
других жирных кислот в свободном и связанном со­
стояниях.
Моча содержит фенолы. У лошади и крупного рога­
того скота их 0,9-1,2 г/л. Они образуют с серной
кислотой парные соединения - фенолсерную и крезолсерную кислоты, концентрация которых в моче возра­
стает при запорах, энтеритах, нефритах, перитонитах
и др.
Нейтральная сера в моче находится в виде цистина, таурина и других соединений. Нейтральная сера
составляет 50%, эфиры-3 0 , сульфаты-2 0 % ее общей
массы. Количество серы возрастает при ожогах и за­
болеваниях кожи.
В моче содержатся безазотистые витамины (особен­
но С), гормоны (эстрадиол, эстриол, андростерон и
др.).
Осадок мочи. В осадке кислой мочи есть гидроураты натрия и калия, оксалат кальция, щелочной ортофосфаты кальция,
магния и аммония, урат
аммония,
карбонат
кальция, оксалат каль­
ция (рис. 59) и др.
В осадок могут по­
падать клетки эпите­
лия,
мочевыводящих
путей, форменные эле­
менты крови, микробы и
др.
Состав
осадков
изменяется при патоло­
гических состояниях.
Патологические со­
ставные части мочи.
Рис. 59. Кристаллы оксвлата
При патологических изкальция в осадках мочи
менениях
появляются
464
вещества, которых обычно нет в моче здоровых жи­
вотных. Часто изменяется типичное соотношение со­
ставных частей мочи между собой. Интерес для диаг­
ностики представляет выявление в моче белков, угле­
водов, ацетоновых тел, желчных и кровяных пигментов
и др.
Появление в моче белка называется протеинурисй
или альбуминурией. Различают почечную и внепочечную
протеинурию. Нарушение фильтрационных свойств маль­
пигиевых клубочков приводит к почечной протеинурии.
Она может быть физиологической (при переохлаждении,
повышенной физической нагрузке, кормлении богатыми
белками кормами) и патологической (при нефритах,
отравлении заплесневелыми кормами, ядами, при мно­
гих болезнях). При почечной протеинурии содержание
белка в моче не превышает 1%. Внепочечная протеинурия возникает при заболеваниях почечных лоханок,
мочеточников, мочевого пузыря, мочеиспускательного
канала.
Появление в моче крови или гемоглобина приводит
к явлениям гематурии и гемоглобинурии. Кровь в моче
может появиться при мочекаменной болезни, чуме,
кровопятнистом тифе, сибирской язве и др. Причиной
пемоглобинурии могут быть различные отравления.
Появление в моче глюкозы называется глюкозурией.
Различают физиологическую и патологическую глюкозурию. Физиологическая наблюдается у животных при
обильном кормлении кормами, богатыми углеводами,
перевозбуждении, во время беременности,. патологи­
ческая - при сахарном диабете (содержание сахара в
моче доходит до 5—8%), нервной форме чумы, бешенст­
ве, токсикозах и др.
Кетонурия (ацетонурия) возникает при повышенном
содержании в моче кетоновых тел (ацетона, ацетоуксусной и Э-океимасляной кислот). В моче коровы
обычно содержится 0,001-0,018% кетоновых тел, при
кетозах количество их повышается. Кетонурия возни­
кает при нарушениях липидного и белкового обменов,
кетозах различного происхождения, родильном парезе,
болезнях печени, у жвачных - при болезнях преджелудков, сахарном диабете, голодании и др.
Билирубинурия - повышенное выделение билирубина
с мочой. В моче клинически здоровых животных содер­
жатся следы желчных пигментов. При закупорке желч­
30—1281
465
ных протоков (при желчнокаменной болезни, фасциолезе) возникает механическая желтуха. При этом желч­
ные пигменты и желчные кислоты попадают в кровь и
мочу. Билирубин появляется в моче при паренхиматоз­
ных желтухах.
К патологическим составным частям мочи относятся
мочевые камни и песок. У клинически здоровых живот­
ных соли обычно находятся в растворенном состоянии.
При мочекаменной болезни нарушается синтез мукопротеидов слизистой оболочкой мочевыводящих путей,
в результате чего появляется мочевой песок. Он за­
держивается в мочевыводящих путях и агрегатируется - возникают мочевые камни. Величина их может
достигать размеров гусиного яйца. По химической
природе они делятся на ураты, оксалаты, фосфаты.
Встречаются камни смешанного состава. Иногда бывают
цистиновые камни и сростки, образованные карбонатом
кальция.
Половина мочевых камней состоит из оксалата
кальция или из смеси различных солей, треть - пред­
ставлена солями Саз(Р04>2, СаСОэ, MgNH.»PO« или их
смесями. У больных подагрой камни состоят из уратов. Возникновению камней способствуют различные
инфекции, хроническое защелачивание мочи, избыточ­
ное выделение с мочой ионов Са2*, гиподинамия, на­
рушения обмена глицина и др.
Особенности свойств
и химического состава мочи птиц
У птиц моча выделяется непосредственно в клоаку,
где вместе с калом образует сплошную массу. Ее ко­
личество у кур достигает 120 мл в сутки, у уток 275 мг.
Моча птиц —водянистая жидкость, тяжелее воды
(плотность у кур 1,005, у уток-1,0018, у гусей1,004), с нейтральным или слабокислым pH. Состоит
из воды (97,6%) и сухого остатка (2,4%). Основа
сухого вещества
мочи
птиц —мочевая
кислота
(77,08%), мочевина (4,2%) аммиак (3,2%) и др. Спе­
цифической составной частью мочи птиц является орнитуровая кислота, которая образуется из орнитина и
бензойной кислоты.
466
соон
соон
Орнитин
°
Орнитуровая кислота
Бензойная кислота
Моча содержит соли Са, Na, К, Mg, Р, Cl, S и др.
Химический состав ее зависит от вида птицы, ее
кормления, зоны обитания и др.
Контрольные вопросы
об-«1/«^т^т^„и
зГ,^образования
и“и’,ес,'огсоставных
о состаюiчастей
t.
мочи.
и химизма
сп„,ос43‘ Назовите патологические
» а д о Г ж т ™ « КГ т “ ойс™ " “ ■“ « * * *
г п т - чиспе птицы.
Р“ “ “ “
„„„ ЮИ1^
“ НЫ'
мочи „ укажите.
ЧАСТЬ 111
БИОХИМИЯ НЕКОТОРЫХ ПРОДУКТОВ
ЖИВОТНОВОДСТВА
Животноводство - важнейшая
отрасль
сельского
хозяйства, обеспечивающая население продуктами пи­
тания, а легкую промышленность - сырьем. Из продук­
тов животноводства готовят иммунные сыворотки, гор­
мональные препараты и др. Некоторые отходы животно­
водства используют в качестве кормов.
Задачи зоотехнической и ветеринарной науки - уп­
равление качественными и количественными процессами
продуктивности сельскохозяйственных животных.
ГЛ А В А 1
БИОХИМИЯ МЯСА
О бщ ая характеристика м яса
Мясо - один из важнейших продуктов питания. Оно
содержит полноценные белки, липиды, углеводы, вита­
мины, минеральные вещества и другие соединения.
Мясом обычно называют скелетные мышцы животных.
В зависимости от вида животного различают говядину,
телятину, свинину, оленину, баранину и т. д.
Кроме мяса от животных получают жиры - ценный
продукт питания. В зависимости от источника полу­
чения и качества жиры делят на пищевые и техничес­
кие. К пищевым относят говяжий, бараний и свиной
жиры. Источник пищевых жиров —жировая ткань убой­
ных животных. Технические жиры-продукт вытаплива­
ния, экстрагирования или прессования жиросодержаще­
го сырья убойных животных. Они непригодны для пищи
и используются для других целей, например для при­
готовления мыла, смазочных средств и др.
К субпродуктам относят внутренние органы, голо­
ву, вымя, мясо-костный хвост, путовый сустав, поло­
вые органы, мясную обрезь. Они составляют 20% массы
мяса. Субпродукты птицы - сердце, желудок, печень,
шейка, крылья, ножки —называют потрохами.
468
Б иосинтез составны х частей м яса
На мясо туши крупного рогатого скота приходится
48-68%, овцы - 46-65, свиньи - 36-64%. В состав
мяса входят мышечная, жировая, костная, соедини­
тельная и нервная ткани.
Биосинтез химических составных частей каждой
ткани протекает типично. Так, из аминокислот синте­
зируются белки сарколеммы, саркоплазмы и миофибрилл. Из поступившей в мышцы глюкозы образуется
гликоген, содержание которого достигает 1 % и боль­
ше. Ацетил-КоА служит источником образования высших
жирных кислот, нейтрального жира, стеринов, стеридов и других липидов. В мышечной ткани образуются
различные соединения, которые входят в состав мяса,
определяя его качество. К ним прежде всего следует
отнести макроэргические соединения (АТФ, КрФ) и
молочную кислоту.
Х им ический с о с т а в м я с а
Химический состав мяса зависит от вида, возрас­
та, породы, упитанности, рациона и функционального
состояния животного в момент убоя. Содержание ос­
новных веществ в мясе различных животных следующее
(табл. 16).
16. Химический состав мяса убойных животных, %
(по И. А. Смородинцеву)
Калорийность,
ккал/100 г
мяса
Продукт
Вода
Белки Жиры Зола
Говядина 1 категории
»
II категории
Баранина I категории
*
II
*
Свинина жирная
*
мясная
Телятина жирная
»
тощая
Конина средней упи­
танности
Оленина средней упи­
танности
Мясо яка
Мясо кролика
70,5
74.1
65,8
69,4
47,5
60,9
72,8
78,2
18,0
21,0
16,4
20,8
14,5
16,5
19,0
20,0
10,5
э;в
17,0
9,0
37,3
21,5
7,5
0,5
1,0
1.1
0.8
0,8
0,7
1,1
0,7
1.3
171
121
225
169
406
268
147
87
66,3
21,5
10,0
1,7
183
72,9
75,1
69,3
19,0
20,0
21,5
6.0
3.5
8,0
1.1
1,2
1,2
138
115
162
469
Особой питательной ценностью отличается мясо
сельскохозяйственной птицы (табл. 17).
Вода. Вода в мясе находится в связанном и сво­
бодном состояниях. Связанная вода в среднем состав­
ляет 4% общей массы мяса. Считают, что связь осу­
ществляется в результате взаимодействия полярных
групп молекул белков (-СООН, -NH 2 и др.) с диполями
воды. Кроме того, молекулы воды входят в состав
цитоплазмы (иммобильная вода) и связаны с неорга­
ническими ионами (гидратационная вода). Основная
масса воды в мясе находится в свободном состоянии и
удерживается мицеллярной структурой белков. Присут­
ствие в мясе необходимого количества воды опреде­
ляет его качество. В жировой ткани содержание воды
колеблется от 4 до 40% общей массы.
Белки. Белки мяса содержат все незаменимые ами­
нокислоты. По биологической ценности мясо как про­
дукт питания стоит после молока и яйца. Оно состоит
из белков миофибрилл (60%), саркоплазмы (30%) и
соединительнотканной стромы (10%). Белки миофибрилл
содержат миоген, глобулин, а-миозин, тропомиозин,
актин и актомиозин, миоглобин. Белки соединительно­
тканной стромы состоят из коллагена и эластина,
17. Средний химический состав и калорийность мяса
сельскохозяйственной птицы, % (по данным ВНИИПП)
Вид и воз­
раст птицы
Куры
Цыплята
Индейки
Индюшата
Цесарки
Утки
Утята
Гуси
Гусята
470
Категория
упитан­
ности
Вода
Жир
Бе­
лок
Зола
Калорийность,
ккал/100 г
мяса
I
II
I
П
I
II
I
II
I
П
I
II
I
II
I
II
I
П
65,5
70,9
67,5
72,1
60,0
66,8
68,4
70,6
61,1
71,4
49,4
58,7
56,6
63,0
48,9
59,4
52,9
67,6
13,7
6,8
11,5
4,0
19,1
8,0
8,2
3,3
21,1
7,1
37,0
22,9
26,8
19,2
38,1
22,8
29,8
11.4
19,8
21,4
19,8
22,8
19,9
24,0
22,5
25,1
16,9
20,5
13,0
17,5
15,8
16,9
12,2
16,9
16,8
20,3
1,0
0,9
1,2
1.1
1,1
1.2
0,9
1,0
0,9
1,0
0,6
0,9
0,8
0,9
0,8
0,9
0,5
0,7
200
155
185
140
250
175
176
147
254
155
365
270
294
236
369
266
323
176
частично - из ретикулина, белков нервной ткани и
некоторых других. Это неполноценные белки. Чем
больше в мясе соединительной ткани (особенно у ста­
рых животных), тем меньше его питательная ценность.
Типичный состав незаменимых аминокислот в мясе
следующий, % к белку:
Лизин
Лейцин
Треонин
Валин
7,8
7,5
5,1
5,0
Изолейцин
Фенилаланин
Метионин
Триптофан
4,9
4,1
2,5
1,4
В тушах крупного рогатого скота наиболее полно­
ценное мясо находится в спинной части (содержит 2%
коллагена), наименее полноценное - в области голяш­
ки (содержит 14% коллагена).
Липиды. В мышечной ткани в среднем содержится
1-3% липидов. В липидах мяса преобладают жиры. Их
содержание колеблется в широких пределах. В тощем
мясе уровень фосфатидов сравнительно стабилен:
0,5-0,8%. В липидах мяса преобладают высшие жирные
кислоты нормального строения с четным числом атомов
углерода. Олеиновая кислота составляет 33-47% всех
ненасыщенных жирных кислот мяса. Состав жирных кис­
лот говядины, свинины, баранины, конины, оленины и
других видов мяса различен. Так, жиры мяса птиц
больше содержат ненасыщенных жирных кислот, что
сказывается на многих физико-химических показа­
телях.
Углеводы. Они содержатся во всех тканях мяса.
Особенно много их в мышечной и соединительной тка­
нях. Из моносахаридов преобладает глюкоза, из поли­
сахаридов - гликоген, гиалуроновая кислота и хондроитинсульфаты. Работающие мышцы содержат в среднем
3,6% гликогена. В телятине -0,37-0,45% моносахари­
дов,
в
говядине - 0,26-0,77,
в свинине - 0,121,194%.
Азотистые экстрактивные вещества. Это аминокис­
лоты и пептиды (до 2% общей массы), карнозин, ансерин, карнитин. В мясе содержатся фосфаген, АТФ,
АДФ, АМФ, ИМФ и др. При гниении мяса из орнитина
образуется путресцин, из лизина - кадаверин, труп­
ные яды.
Безазотистые экстрактивные вещества. В эту груп­
пу веществ входят углеводы, их производные и ор471
ганические кислоты: молочная, гликолевая, янтарная
и др.
Витамины. Мясо содержит различные витамины: А,
Bi, В2, РР, В3, С. Больше всего в нем витамина А:
в говядине- 6 0 ИЕ, в телятине- 2 0 , в баранине 200,
свинине - 20,
в
печени
лошади - 5,750,
свиньи - 8240,
теленка - 9720,
коровы - 9720,
ов­
цы - 18 640 ИЕ на 100 г. В мясе кур много витаминов
Bi, В6, РР, Вз, Н, фолиевой кислоты, В12 и др.
Минеральные вещества. В тощем мясе содержится
1,0-1,5% минеральных веществ. Количественный состав
их следующий, % в сырой ткани: К —0,254-0,398;
Na - 0,065-0,156;
Са - 0,003-0,009;
Mg - 0,0220,028;
Р -0,150-0,200;
СИ),07;
Fe-0,002-0,003;
Zn-0,003-0,005. В небольших концентрациях есть так­
же Си, Ва, В, Si, Pb, Sb, Со, Mn, Mo, Р, Ni, I, А1,
Ag и др.
Б иохим ические п р о ц ес сы в м я с е п о сл е
у б о я ж и вотного
Все биохимические процессы, происходящие в мясе
после убоя животного, условно делят на три последо­
вательные фазы: окоченение, созревание и глубокий
автолиз.
Окоченение. После убоя животного расслабленная
туша начинает затвердевать. Это состояние называет­
ся посмертным окоченением. Оно сохраняется в тече­
ние 1 - 2 сут, после чего мышцы расслабляются и при­
нимают свой первоначальный вид. Окоченение начи­
нается с жевательных мышц и распространяется к та­
зовым конечностям. Исчезает оно в той же последова­
тельности, как и наступило. Отдельные стороны хи­
мизма окоченения не изучены. Его степень зависит от
наличия в мясе гликогена и АТФ. В мышцах больных
животных содержание гликогена нарушено, что приво­
дит к замедлению процессов окоченения. В ходе око­
ченения изменяется pH. Так, в живой мышце он равен
7,3-7,5, после убоя становится нейтральным, а через
несколько часов достигает максимума - 5,3-5,5. При­
чиной изменения pH является распад гликогена и глю­
козы до молочной кислоты в ходе гликолиза.
472
В первые 20-50 мин после убоя наблюдается повы­
шение температуры мяса на 0,9-2,0° С, это результат
нарушения сопряжения между клеточным дыханием и
окислительным фосфорилированием, а также затухания
последнего после смерти животного.
После окоченения в мясе резко уменьшается содер­
жание органического фосфора и увеличивается концен­
трация неорганического, постепенно уменьшается и
исчезает запас АТФ и креатинфосфата, накапливаются
продукты, не свойственные живым мышцам.
Созревание мяса. Это процесс, протекающий после
окоченения и приводящий к улучшению вкусовых ка­
честв мяса, способствует появлению специфически
приятного вкуса и аромата, сочности и нежности. При
температуре 2-3° С созревание мяса завершается че­
рез 12-15 сут, при 12° С -н а пятые, при 18° С -н а
вторые сутки, при 29° С - через несколько часов.
Наилучшие результаты созревания достигаются при
0-4° С в камерах охлаждения. При созревании до
10 сут аромат, вкус и нежная консистенция мяса по­
степенно увеличиваются, достигая максимума.
Созревание мяса прежде всего связано с явлениями
гликогенализа. Эти процессы активируются после убоя
животного и приводят к увеличению в мясе содержания
молочной кислоты. В динамике количества гликогена
мяса различают четыре периода: уменьшение содержа­
ния, сохранение концентрации на определенном уров­
не, вторичное небольшое увеличение количества гли­
когена и окончательный необратимый гликогейолиз.
При созревании происходит дефосфорилирование
нуклеотидов, креатинфосфата и гексозофосфатов, что
приводит к увеличению содержания неорганического
фосфора. В мясе возрастает содержание молочной и
ортофосфорной кислот, в результате этого среда ста­
новится кислой (у хорошо откормленных животных pH
5,6-5,8, у жирных pH 6,2-6,4). Нежная консистенция
мяса достигается за счет кислот, «разрыхляющих»
соединительнотканные прослойки.
Изменяются физико-химические свойства белков.
Этот процесс происходит по стадиям: вначале меняют­
ся гидрофильные свойства белков, затем распадаются
пептидные связи и белки теряют способность к коагу­
ляции. Так, в первые часы после убоя животного вла­
госвязывающая способность мяса равна 100%, через
473
Рис. 60. Изменение содержа*
ния свободных аминокислот в
говяжьем мясе после убоя
животного (по В. Пезацки):
1 - аланин; 2 - глицин; 3 глутаминовая
кислота;
4 - аспарагиновая кислота
24 ч - 74, через 48
ч -7 8 % и т. д. Под
катепсинов
влиянием
происходит
гидролиз
белков до аминокислот
и
простетических
групп. Содержание сво­
бодных аминокислот в
мясе постепенно возра­
стает, достигая макси­
мума (рис. 60). Так,
содержание аланина и
Продолжительность хранения мяса, сутки
глицина увеличивается
наполовину, аспараги­
новой и глутаминовой кислот вместе с метионином к
концу 18-х сут в - 6 - 1 0 раз. Изменяются и другие
свойства мышечных белков. В живых мышцах часть бел­
ков ведет себя, как кислоты, образуя соли. При
уменьшении pH эти соли распадаются И катионы пере­
ходят в раствор. Белки теряют гидрофильные свой­
ства.
В дальнейшем образуется жидкая фракция - мясной
сок, который равномерно пропитывает ткани мяса. Он
содержит 89,4% воды, 6 ,4 -белков, 3 - экстрактив­
ных веществ и 1,2% минеральных соединений. Мясной
сок в значительной степени определяет вкус мяса,
так как содержит экстрактивные вещества - глутами­
новую и инозитовую кислоты, аминокислоты и другие
низкомолекулярные соединения. Специфические вкус и
запах говядины, свинины, конины, баранины и других
видов мяса связаны частично с их липидным составом.
Глубокий автолиз. При долгом хранении мяса изме­
няются его запах, вкус, цвет и другие показатели.
Здесь следует различать два явления - загар и гние­
ние мяса.
Загар
м я с а - изменения,
возникающие
в
мясе в процессе автолиза и приводящие к уменьшению
474
или потере пригодности его для пищевых целей. Цвет
мяса становится серо-красным или серо-коричневым,
запах - удушливо-кислым,
консистенция - рыхлой,
реакция - кислой. Возникает при прекращении доступа
к мясу кислорода, повышенной температуре хранения
(15° С и больше) и высокой влажности среды. В мясе
повышается температура (больше 37° С), расщепляется
гликоген, накапливаются продукты гликолиза и гликогенолиза, разлагаются белки с выделением серосодер­
жащих аминокислот, из которых образуется H2S. Для
предупреждения загара мясо хранят в прохладном по­
мещении с хорошей вентиляцией.
Гниение
м я с а - это разложение органиче­
ских веществ мяса под влиянием ферментов микрофло­
ры. При этом разлагаются белки, образуются путресцин, кадаверин, индол, скатол, меркаптаны, фенолы,
аммиак и др. При разложении жиров образуются НЖК
(масляная, капроновая и др.), альдегиды, оксикислоты, обладающие неприятным запахом, что ухудшает
качество мяса и делает его непригодным для питания.
Для предупреждения процессов гниения нужно соблю­
дать следущие условия: для убоя брать клинически
здоровых животных, перед убоем животным обеспечить
достаточный отдых, хорошо очищать шкуры и копытца,
правильно обескровливать тушу, применять быстрое
охлаждение, соблюдать правила созревания и хранения
мяса. Полноценная сохранность мяса достигается кон­
сервированием, охлаждением, замораживанием, посо­
лом, добавлением ингибиторов, ультрафиолетовым об­
лучением, обработкой озоном и др.
Вопросы регуляции
мясной продуитивности
При регуляции мясной продуктивности учитываются
многие факторы, и прежде всего генетический. Гене­
тический фактор предполагает при разведении живот­
ных с определенным уклоном (на мясо или на жир)
использование соответствующих пород. На количество
мяса и жира в туше влияют условия кормления и со­
держания животных, а также их возраст. Высокий уро­
вень кормления и раннее созревание ускоряют разви­
тие всех частей тела. При плохом кормлении рост и
развитие животных замедляются.
475
Д ля увеличения мясной продуктивности применяют
гормональные препараты, например инсулин. Д ля пере­
ориентации обмена веществ на биосинтез жира живот­
ных кастрируют.
Контрольные вопросы
1. Какие виды мяса имеются и в чем их питательная цен­
ность?
2. Какие биохимические процессы после убоя животного про­
текают в мясе и как они влияют на его качественную характери­
стику?
ГЛАВА 2
БИОХИМИЯ МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ И МОЛОКА
Общая характеристика
Молочная железа - важнейший орган самок млекопи­
тающих, синтезирующий молоко, которое- является
единственным продуктом питания для их детенышей на
первых этапах постнатальной жизни. Наиболее развита
она во время беременности и в послеродовой период.
Молочную железу часто
называют выменем. Вымя
коровы состоит из четырех
самостоятельных
желез.
Каждая железа разделена
на доли (их у коровы —
5-2 0 ), каждая доля - на
дольки. Основной струк­
турной и функциональной
единицей железы является
альвеола, окутанная гус­
той
сетью
капилляров
(рис; 61).
Рис. 61. Схема строения мо­
лочной альвеолы и ее кровооб­
ращения (по С. Поттону):
1 —артериола;
2 —миоэпителиальная клетка; 3 —лактирующая
клетка; 4. —капилляр; 5 —венула; б-вывод- ной проток
476
Молоко синтезируется в альвеолах, частично - в
мелких и средних выводных протоках. Из них оно по­
ступает в крупные выводные протоки, после чего
скапливается в молочной цистерне, а из нее через
сосковый канал выделяется во внешнюю среду. Молоч­
ная железа функционирует в лактационный период,
который у коровы длится в среднем 300 дней.
Физико-химические свойства молока
Молоко - ценнейший продукт питания человека и
животных. В него входят белки, липиды, углеводы.
Белки молока коровы усваиваются на 96-99% , липи­
д ы - н а 95, углеводы -на 98%. Для питания людей
обычно используется молоко коров, меньше - коз,
овец, кобылиц, верблюдиц, ослиц, буйволиц, самок
оленя, зебу, яка.
Молоко - полидисперсная система, состоящая из
истинных и коллоидных растворов, суспензий и эмуль­
сии. Молоко коровы представляет собой жидкость бе­
лого цвета с желтоватым оттенком сладковатого вкуса
и своеобразного запаха.
Плотность молока 1,027-1,033, температура замер­
зания 0,54-0,57 °С, температура кипения 100,2 °С,
осмотическое давление 6,66-6,76 кПа. Реакция среды
кислая или близка к нейтральной: pH 6 ,5-7,0. Тит­
руемая кислотность 12-20 °Т. Буферная емкость по
кислоте 2,5, по щелочи 1,4.
Химический состав молока
В молоке около 200 индивидуальных веществ, кото­
рые условно можно разделить на пять основных групп
(табл. 18).
Химический состав молока одного и того же вида
животного зависит от породы и возраста самки,
периода лактации, условий кормления и т. д. Для
молока часто выделяют понятие СОМО - сухой обезжи­
ренный молока остаток. Установлена закономерность
между содержанием в молоке СОМО и интенсивностью
роста молодняка. Если в молоке кобылы содержится
9,7% СОМО масса новорожденного жеребенка удваи477
18. Химический состав молока, % (по А. И. Ивашуре)
Животное
Корова
Коза
Овца
Буйволица
Як
Лошадь
Верблюд
Мул
Осел
Зебу
Лама
Олень
Вода
Белки
88,0
86,9
83,6
82,9
84,0
90,3
80,5
89,2
90,0
86,2
86,5
67,7
3,2
3,8
5,1
4,6
5,0
1,9
4,0
2,6
1,9
3,0
3,9
0,9
Липиды Углеводы
Соли
3,5
4,1
6,2
7,5
6,5
1,0
3,0
1,9
1,4
4,8
3,2
17,1
0,8
0,8
0,9
0,8
0,9
0,3
0,8
0,6
0,5
0,7
0,8
1,5
4,9
4,4
4,2
4,2
5,6
6,5
5,7
5,7
6,2
5,3
5,6
2,8
вается через 60 сут; при наличии в молоке коровы
12,7% СОМО масса теленка удваивается через 47 сут
и т. д.
Вода. В молоке вода находится в свободном и свя­
занном состояниях. Свободная вода легко удаляется
при сгущении, высушивании и других обработках. Свя­
занная вода входит в состав сольватных оболочек
коллоидов. В свежем молоке содержится 2,0-3,5% свя­
занной воды, в обезжиренном - 2,13-2,59, в сливках
20%-ной жирности - 2,5-3,42%, в сгущенном молоке11,62%.
Белки. Содержание белков в коровьем молоке дос­
тигает 2,9-4,0%. В обезжиренном молоке 45-55% бел­
ков составляет а-казеин. Его молекулярная масса —
19-100 тыс. В молоке он образует казеинат-кальцийфосфатный комплекс, участвующий в формировании обо­
лочки жировых шариков.
а-Лактальбумин имеет молекулярную массу 14 437,
устойчив к нагреванию, участвует в биосинтезе лак­
тозы из галактозы и глюкозы. /З-Лактоглобулин имеет
молекулярную массу 36 тыс., денатурирует при pH 7 и
нагревании до 70 °С; его кристаллы не растворяются
в воде и растворяются в разбавленных растворах
солей.
Глобулины молока имеют высокую молекулярную мас­
су (150 тыс. - 1 млн), их молекула содержит угле­
водный компонент, обладают свойствами липооксидаз.
Протеозо-пептонную фракцию представляют простые
белки, связанные с углеводными компонентами: гексо478
зами, сиаловыми кислотами и гексозаминами. Фракция
содержится в сыворотке молока (образуется после
осаждения казеина) и мицеллах.
Кроме этого, в молоке имеются и другие белки ферменты всех шести классов, красный протеин, лактолин и т. д.
Небелковые азотистые вещества. Из содержание
составляет 0,021-0,036%. Около половины небелкового
азота приходится на мочевину, меньше - на аминокис­
лоты, пуриновые основания, креатин и др.
Углеводы. Они находятся в свободной и связанной
с белками формах. Свободные углеводы представлены
лактозой (в среднем 4,7%), галактозой, глюкозой,
фосфорными эфирами моноз, аминосахарами. Связанные
углеводы составляют 0,3% молока. Это моносахариды,
гексозамины, сиаловые кислоты, лактоза. Больше все­
го лактозы содержится в молоке носорога-до 36%
общей массы.
Липиды. В молоке они представляют собой смесь
нейтрального жира, стеринов, стеридов, фосфатидов,
гликолипидов и их производных. Содержание их в мо­
локе животных различных видов неодинаково (см.
табл. 18).
Основу липидов молока составляют триглицериды
(98-99% общей массы). В молочном жире больше всего
остатков пальмитиновой, олеиновой, стеариновой и
миристиновой кислот.
В молочном жире обнаружены 60-64 жирные кислоты
от С« до С». Общее содержание ненасыщенных жирных
кислот в жире летом достигает 34,45-42%, зимой25,40-33,78%.
Холестерина в молоке 0,012-0,013%. Стерины и
стериды концентрируются в оболочках жировых ша­
риков.
Фосфатидов и гликолипидов в молоке 0,032-0,050%.
Оболочки жировых шариков на 60% состоят из фосфа­
тидов.
Основные кислоты - олеиновая,, стеариновая и
пальмитиновая. Молекулы сфингомиелинов и цереброзидов содержат остатки лигноцериновой, бегановой и
трикозановой кислот-до 80% общей массы жирных
кислот.
Витамины. Коровье молоко богато витаминами,
мг/100 п B i-0,04, Bj -0,15, Р Р -0 ,1 , С - 1,5,
479
А -0,025,
D - 0 ,0 5 -1 0 '3,
Е -0 ,0 9 .
Иногда
его
обогащают витаминами. С этой целью животных кормят
кормами, богатыми витаминами, вводят концентраты
витаминов А и D или же Е. Молоко обогащают витами­
нами биологическим путем, вводя микробы, способные
синтезировать определенные витамины. Так, внесение
в молоко штаммов молочнокислых бактерий дает воз­
можность повысить в простокваше и кефире содержание
витамина С в 2-4 раза, Р Р - в 5-10, В ц - в 20-50,
В2- в 1,5-2 раза.
Пигменты. Молоко содержит каротины (летом 0,3-0 ,6 мг/кг, зимой - 0,05-0,2 мг/кг), лактофла­
вин, небольшое количество хлорофиллов. От них зави­
сит окраска молока.
Минеральные вещества. Содержание их в молоке
составляет 0,7-1%. Они находятся в свободном и свя­
занном состояниях. Молоко коровы содержит следующие
основные минеральные вещества, г/кг: хлориды2,01; фосфаты - 3,32; цитраты - 3,21; гидрокарбонат
натрия-0 ,25; сульфат натрия —0,18. Молоко богато
кальцием (11,2-12,8 мг). 78% е г о - в фосфатах и
цитратах, 22% связано с казеином. Кроме этого, мо­
локо содержит многие микроэлементы - Fe, Си, Zn,
Мп.
Минеральные вещества находятся в виде солей,
кислот, ионов, биокомплексов, входят в состав металлоэнзимов и др.
Газы. В свежем молоке содержание газов, находя­
щихся в растворенном состоянии, доходит до 70 мл на
1 л. Больше всего в нем СОг (50-70% общей массы
газов), азота (20-30%) и Ог (20-30%). В молоке,
полученном в плохо вентирируемых помещениях, может
быть NH3. В процессе хранения содержание газов в
молоке уменьшается, а затем остается на одном
уровне.
О бразование составных частей м олок а
Между деятельностью молочной железы и кровообра­
щением существует тесная связь. Так, для образова­
ния 1 л молока через железу должно проциркулировать
около 650 л крови. В начале лактационного периода
это соотношение равно 1 :400, несколько позже 480
1: 450, в середине - 1 :650 и в конце - 1 : 1000
и больше. У высокопродуктивных коров такое соотно­
шение более низкое. На функционирование железы рас­
ходуется 10% энергии питательных веществ, посту­
пивших с кровью.
Процесс образования молока следующий. Исходные
вещества с током крови по наружной срамной и час­
тично промежностной артериям поступают в капилляр­
ную сеть альвеол, из них - в эпителиальный слой. Он
обладает избирательной способностью: пропускает
через поры лишь те вещества, которые необходимы для
образования молока. Часть веществ крови без измене­
ний поступает в альвеолярную полость. Это некоторые
белки (иммунные глобулины), небелковые азотистые
вещества, глюкоза, жирные кислоты, витамины, гормо­
ны, минеральные соли и др. Большинство составных
частей молока (белки, липиды, углеводы) синтезиру­
ются из «сырья», которое проникает через базальные
мембраны в клетки альвеолярного эпителия.
Химический состав плазмы крови и молока различ­
ный, %:
Химическое вещество
Вода
Глюкоза
Лактоза
Альбумины
Глобулины
Свободные аминокислоты
Казеин
Жир
Фосфолипиды
Холестерин
Кальций
Фосфор
Натрий
Калий
Хлор
Лимонная кислота
Плазма крови
Молоко
91,0
0,05
Следы
87,0-88,0
Следы
4,8
3,2
4,4
0,003
Следы
0,09
0,20
0,17
0,009
0,01
0,34
0,03
0,34
Следы
0,5
0,05
Следы
2,9
3.8
0,04
Следы
0 ,12
0,10
0,05
0,15
0,11
0,20
Клетки альвеолярного эпителия обладают хорошо
развитым ядром и цитоплазмой, эндоплазматической
сетью и комплексом Гольджи, митохондриями и лизосомами (рис. 62). Основной фрагмент молока —жировой
шарик. В секреторном цикле клеток альвеолярного
эпителия различают пять фаз:
31—1281
481
Рис. 62. Электронофотограмма секреторной клетки молочной желе­
зы коровы (по П. 3. Лагодюку и Г. В. Дронику):
я -яд р о ;
м - митохондрии;
эс —эндоплазматическая
сеть;
жг-жировая глобула; б г - белковая гранула (х16 150)
1) поглощение клеткой предшественников молока,
поступающих в нее из крови и тканевой жидкости;
2) внутриклеточный синтез сложных молекул сек­
рета;
3) формирование из них гранул или капель;
4) продвижение капель к апикальному краю клетки;
5) выход секрета из клетки в просвет альвеолы и
восстановление клеткой исходной структуры.
Эти процессы катализируются оксидоредуктазами
(обеспечивают химической энергией), синтетазами
(осуществляют биосинтез белков, жиров, лактозы и
др. соединений молока) и ферментами других классов.
Молокообразование регулируется нейрогуморальным
путем.
Во время лактации высокопродуктивная корова еже­
суточно дает 15-30 л молока. С молоком ежесуточно
выделяется 500-1000 г белка, 600-1200 - жира, 7001400 г лактозы. У коровы со средней суточной про­
482
дуктивностью 15 л молока (4500 кг в год) сосуды
вымени ежесуточно пропускают около 9 т крови.
Биосинтез белков. Основная масса белков молока
синтезируется в молочной железе из аминокислот.
Биосинтез белков протекает типично. В клетки эпите­
лия поступают аминокислоты, часть из низ синтези­
руется аминированием жирных кислот. Аминокислоты
под действием специфических ферментов активируются.
Аденилат аминокислоты взаимодействует с соответст­
вующей тРНК, транспортируется к полисомам, где и
включается в полилептидную цепочку. К молекулам
простых белков могут присоединяться простетические
группы.
Формируются вторичная, третичная и четвертичная
структуры белковой молекулы. Образуются гранулы
белка, которые по канальцам комплекса Голъджи на­
правляются к апикальному краю клетки, включаются в
состав жировых шариков и выделяются в альвеолярную
полость (см. рис. 61).
Биосинтез углеводов. Основной углевод молока —
лактоза. 80% ее синтезируется из глюкозы, 20% - из
ацетата и пропионата. Образование лактозы протекает
в несколько стадий.
Вначале глюкоза под влиянием фосфоглюкокиназы
фосфорили руется:
Глюкоза+АТФ * Глюкозо-1 -фосфат+АДФ.
Затем глюкозо-1-фосфат взаимодействует с- УТФ:
УТФ+Глюкозо-1-фосфат * УДФГ+Н4Р 2О7 .
УДФГ под влиянием УДФ-глюкозо-эпимеразы превра­
щается в УДФ-галактозу.
Дальше под влиянием лактозосинтетазы в присутст­
вии специфических белков А и В образуется молекула
лактозы:
УДФ-галактоза+Глюказо-1-фосфат * Лактозо-1 -фосфат+У ДФ;
Лактозо-1 -фосфат * Лактоза+НзРО*;
УДФ+АТФ-* АДФ+УТФ.
31
483
Биосинтез липидов. Основа липидов молока - мо­
лочный жир. Биосинтез липидов состоит из двух про­
цессов: образования жирных кислот и глицерина и
образования триглицеридов.
Глицерин поступает в альвеолы из циркулирующей
крови или синтезируется в клетках альвеолярного
эпителия из глюкозы, аминокислот, жирных кислот.
Жирные кислоты поступают в молочную железу с током
крови.
Часть их образуется в тканях молочной железы из
ацетата. У жвачных около 50% уксусной кислоты, ко­
торая образуется в преджелудках, идет на синтез
жирных кислот молочного жира. Жирные кислоты в ос­
новном синтезируются в межальвеолярной ткани выме­
ни, поступают затем в клетки альвеолярного эпи­
телия.
Образование триглицеридов подробно описано на
с. 95.
Биосинтез происходит в базальных участках клеток
альвеол. Капелька жира окутывается частицами белка
и перемещается к апикальному краю клетки, форми­
руясь в жировой шарик (рис. 63).
Рис. 63. Стадии образования жирового шарика (по В. Баргману):
1 —митохондрия клетки молочной альвеолы; 2 —эндоплазматическая сеть; 3 —комплекс Гольджи; 4 —капли жира; 5 —зернышки
белка; б вакуоли; 7 - микроворсинки; 8.- базальная мембрана
484
4,49
1,24
22,49
17,35
8,40
20,85
6,10
5,5710,45
6,976,24
3,68
4,2211,30
3,66
X
5>»
'S
■5
1,88
'g
О ь
}1 я
U 5
66,4
69,74
71,84
70,56
86,11
« о
33,6
30,26
28,16
29,44
13,89
6,5
8,85
14,70
5,50
2,33
О \о
Корова
Овца
Коза
Буйволица
Кобыла
Молозиво - это секрет молоч­
ной железы в первые 5-7 сут пос­
ле родов.
У коровы молозиво представ­
ляет собой жидкость желтоватого,
иногда
желтовато-коричневого,
цвета, вязкой консистенции, со­
лоноватую на вкус, со специфи­
ческим запахом. Плотность моло­
зива - 1,035-1,082,
вязкость 4,4.
От молока отличается высо­
кой кислотностью. В молозиве
коровы содержится 72% воды, до
20% белков, 7,5-8,5% липидов,
3,5% лактозы, 3,5% минеральных
солей.
Богато иммунными телами (они
обеспечивают пассивный иммунитет
у новорожденных на первом этапе
жизни), антитоксинами, витамина­
ми, каротином (в 50-100 раз
больше, чем в молоке), мине­
ральными веществами и другими
соединениями. В молозиве в 2-3
раза больше фосфатидов, чем в
обычном молоке.
Видовые отличия молозива жи­
вотных различных видов приведены
в таблице 19.
6,47
4,14
2,84
5,33
2,42
М о л о зи в о
2,02
2,13
2,75
2,94
1,37
1,29
0,99
1,07
0,64
1,0820
1,0360
1,0355
1,0762
1,0400
Наряду с молочным жиром в
клетках альвеолярного эпителия и
выводных протоков синтезируются
стерины и стериды, фосфатиды и
гликолипиды.
Некоторое количество назван­
ных выше соединений поступает в
альвеолы молочной железы с током
крови.
485
Контрольные вопросы
1. Каковы особенности физико-химических свойств и хими­
ческого состава молока и молозива различных видов животных?
2. Как и где синтезируются основные химические компоненты
молока коровы?
ГЛАВА 3
БИОХИМИЯ ПТИЧЬЕГО ЯЙЦА
Строение яйца
Яйцо сельскохозяйственной птицы - ценнейший пи­
щевой продукт. Усвояемость белков яиц составляет
98%, липидов-9 6 % , калорийность усвояемых веществ
в 100 г яйца (без скорлупы) - 630 кДж.
Яйцо птицы представляет собой яйцеклетку, окру­
женную желтком и белком с их оболочками и скорлупой
(рис. 64). Форма и размер яиц зависят от вида и
породы птицы, периода яйцекладки и возраста несуш­
ки, условий кормления и содержания. Чаще всего фор­
ма яйца овальная, почти круглая или продолговатая.
В яйце различают следующие составные части.
Скорлупа - защитное образование яйца, предохра­
няющее его содержимое от неблагоприятных факторов
внешней среды. В скорлупе имеется два слоя - наруж­
ный (губчатый) и внутренний (сосочковый). Наружный
слой покрыт муциновой кутикулой. Толщина скорлупы
яиц кур в среднем равна 350 мкм, уток - 383, гу­
сей-535, индеек —461, цесарок —549 мкм. Наруж­
ный слой составляет 2/з толщины. Скорлупа пронизана
порами диаметром 0,006-0,054 мм. У кур их около
7500. Скорлупа куриного яйца белого цвета с оттен­
ками от соломенно-желтого до светло-кофейного. Тол­
щина кутикулы скорлупы яиц кур равна 0,005-0,01 мм.
На скорлупу приходится 10% массы яйца.
Под скорлупой размещаются два листа подскорлуповых оболочек, которые сращены и в области тупого
конца расходятся, образуя воздушную камеру - пугу.
Пуга появляется после снесения яйца. Ее размер за­
висит от степени проницаемости скорлупы и продолжи­
тельности хранения яйца. Диаметр пуги свежего яйца
курицы равен 15-18 мм, высота - 1,3-2,4 мм. В ней
содержится 18-29% кислорода.
486
8
9
Рис. 64. Схема строения куриного яйца (по А. А. Романову и
А. И. Романовой):
1 —наружный жидкий слой белка; 2 —средний плотный слой бел­
ка; 3 —средний жидкий слой белка; 4 - внутренний плотный слой
белка; 5 —белковая связка; 6, / I —градинки; 7 —слой темного
желтка; Я-слой цветного желтка; 9 -кутикула; / 0 -скорлупа;
12 -воздушная
камера;
13 —латебра;
1 4 - шейка
латебры;
15 - ядро Пандера; 16 -желточная оболочка; 17 —бласгодиск;
18 —внутренняя подскорлуповая
скорлуповая оболочка
оболочка;
19 - наружная
под-
Белок составляет в среднем 60% массы яйца. Жел­
товатого цвета. Состоит из четырех слоев: наружного
жидкого, среднего плотного, среднего жидкого и
внутреннего плотного. Четвертый слой называют градинковым слоем - содержит градинки, или халазы.
В процессе хранения количество плотного белка
уменьшается.
Желток составляет в среднем 30% массы яйца. Име­
ет шарообразную форму. Покрыт кератиновой желточной
оболочкой. Обычно желток куриного яйца состоит из
шести светлых и шести темных слоев, причем при мед­
ленной овуляции их число может возрастать. После­
довательность светлых слоев желтка отражает его
ежедневный рост в организме курицы. В центре желтка
находится ядро диаметром около 6 мм —латебра. На
анимальном полюсе яйца размещается зародышевый диск
487
размером 2 мм. От латебры к нему тянется в виде
вазы светлый желток —шейка латебры. Частицы свет­
лых слоев желтка имеют размер 4-75 мкм, темных25-150 мкм.
Химический состав яйца
Скорлупа. Скорлупа яйца курицы в среднем содер­
жит 1,6% воды и 98,4% сухого остатка. Сухой остаток
состоит из органических (4,9%) и минеральных
(95,1%) веществ.
Органические вещества представляют собой белки и
липиды.
Белок можно отнести к альбуминам. Он содержит
остатки цистина, глутаминовой кислоты, аргинина,
пролина, лизина и других аминокислот. Кутикула
скорлупы имеет небольшое количество протеогликанов
слизи.
Основой минеральных веществ скорлупы является
карбонат кальция-98,43%, в скорлупе есть некото­
рое количество карбоната магния-0,84% и трикальцийфосфата - 0,73%.
Подскорлуповые оболочки. Содержат 8% воды и 92%
сухого остатка. В сухой остаток входит 4% минераль­
ных и 88% органических веществ. Почти 28% органи­
ческих веществ составляют белки. Наружная оболочка
преимущественно состоит из кератина, два слоя внут­
ренней оболочки - из кератина и протеогликанов.
Кератин оболочек в 1,5-3 раза богаче серой, чем
другие белки яйца.
В скорлупе и оболочках содержится пигмент опорфирин.
Белок. Белок яйца состоит на 85,7% из воды,
12,7 - белков,
0,3 - липидов,
0,7 - углеводов,
0,6% —минеральных веществ.
Белки делятся на простые (овальбумин, овокональбумин, овоглобулин) и сложные (гликопротеиды - овомуцин и овомукоид). Различают пять индивидуальных
белков: овальбумин, овомукоид, овомуцин, овокональбумин и овоглобулин. В овальбумин входит много ос­
татков глутаминовой и аспарагиновой кислот, лейцина
и аланина. Белок содержит ферменты белкового, ли­
пидного, углеводного, энергетического и минерально488
го обменов. Лизоцим придает ему бактерицидные
свойства.
Липиды яичного белка - нейтральный жир, стерины,
стериды, фосфатиды и гликолипиды —составляют 1%
всех липидов яйца.
Углеводы яичного белка находятся в свободном и
связанном состояниях. В нем в пересчете на глюкозу
содержится 0,41% свободного сахара.
В овальбумине содержится 1,7% маннозы, в овомуцине-14,9% маннозы и галактозы, в овомукоиде9,2% маннозы и галактозы, в овоглобулине —4,0%
маннозы, овокональбумин содержит 2,8% маннозы и
галактозы.
Белок яйца беднее пигментами, чем желток. По
химической природе они являются липохромами и лнохромами. В яичном белке есть небелковые азотистые
вещества: азот пуриновых и пиримидиновых оснований,
аминокислоты, азот аммиака и следы креатинина.
В состав белка входят некоторые минеральные ве­
щества: кальций, фосфор, натрий, калий, магний,
сера, железо.
Желток. Средний химический состав желтка курицы,
%: вода-48,7; белки-16,6; липиды-32,6; угле­
воды -1,0; минеральные вещества - 1,1.
Светлый и темный желток отличаются по химическо­
му составу. Так, в светлом желтке около 85% воды,
4 ,6 -белков и 3,8% липидов. Темный желток содержит
45% воды, 15 -белков и 32% липидов. В обоих видах
желтка одинаковое количество углеводов.
Белки желтка представлены ововителлином (77,4%)
и оволиветином (22,6%). Ововителлин - это фосфопротеид, который содержит около 33% фосфора. Оволиветин богат серой. Идентифицирован еще белок желт­
ка - фосфовитин. Белки желтка с фосфатидами обра­
зуют липопротеидные комплексы.
В желтке концентрируется около 99% всех липидов
яйца: стерины и стериды, жиры, фосфатиды и глико­
липиды. В составе жиров преобладают олеиновая, лннолевая, линоленовая кислоты. Из насыщенных жирных
кислот выделяются пальмитиновая и стеариновая.
Фосфатиды яичного желтка представлены оволецитином, овокефалином, овосфин гоми ел ином и овокуарином.
Желток куриного яйца содержит около 1,6% холестери­
на и некоторое количество цереброзидов.
489
Углеводы в желтке представлены глюкозой и поли­
сахаридами, входящими в глюкопротеидные комплексы.
В некоторых видах глюколипидов есть остатки галак­
тозы.
Желток богат минеральными веществами. При его
сжигании образуется около 1 % золы, которая состоит
из кальция, магния, хлора, калия, натрия, серы,
железа и фосфора.
В желток входит 0,3-2,5% пигментов: липохромов и
лиохромов. Липохромы имеют каротиноидную природу и
составляют основную массу желтых, красных и оранже­
вых пигментов. К лиохромам относится оранжево­
желтый пигмент желтка - овофлавин.
Желток богат витаминами A, D, Е, В1( В2, Вэ, В6,
Вц и др.
Биосинтез составных частей яйца
Яйцо образуется в органах размножения. Вначале
растет и созревает яйцеклетка. Затем вокруг нее
формируются желток, белок, оболочка и скорлупа.
У взрослых самок функционируют только левый яич­
ник и яйцевод (рис. 65). Внешне яичник напоминает
гроздь винограда. В нем размещаются яйцеклетки (у
курицы - 900-3600 штук, у уток и гусей -1000 и
больше). Зрелая яйцеклетка имеет собственные обо­
лочки, сосудистую и нервную сети и с помощью спе­
циальной ножки соединяется с яичником. У курицынесушки наблюдается строгий порядок в размерах фол­
ликулов и созревании яйцеклеток: от мелких пузырь­
ков до крупных образований, заполненных желтком.
В процессе развития каждая яйцеклетка окружается
кольцом фолликулярного эпителия, служащим посредни­
ком между ею и сосудистой сетью яичника. Через ка­
пиллярную сеть и межклеточную жидкость в яйцеклетку
из крови поступают простые вещества, из которых
синтезируются составные части яйца. Часть этих ве­
ществ используется яйцеклеткой без изменений.
В последней фазе развития между яйцеклеткой и фол­
ликулярным эпителием образуется желточная оболочка,
состоящая из двух слоев: наружного (фолликулярного
происхождения) и внутреннего (синтезируемого овоцитом). С наступлением созревания оболочка фолликула
490
Общий азот
13,59
РНК
47,36
Остаточный азот
503,72
ДНК
28,55
Лмминный азот
100,85
П р и м е ч а н и е . Содержание общего азота
жено в процентах.
выра­
Содержание остаточного азота в коже возрастает
при различных патологических процессах (дерматитах,
травмах, лишаях, экземах и др.).
У г л е в о д ы . В коже содержится 1-2% углево­
дов. Это моносахариды, гомо- и гетерополисахариды,
продукты их метаболизма.
Содержание компонентов углеводного обмена в коже
овец следующее, мг/100 г:
971.00
Общий сахар
272,20
Гликоген
25,40
Глюкоза
Пентозы
181,16
Пировиноградиая кислота 43,14
Молочная кислота
429,53
Гексозамины
209,13
Глюкуроновая
кислота
179,05
Гликозаминогликаны 24,35
Кожа - депо углеводов. Содержание их возрастает
до 5% сухой массы после кормления животных кормами,
богатыми углеводами. В коже травоядных животных
углеводов больше, чем у плотоядных. Так, кожа кро­
лика содержит 0,09-0,11% глюкозы, собаки-0 ,0 5 0,06, кошки - 0,06-Ю,07 %.
В коже наблюдается послойная локализация углево­
дов. Так, больше всего гликогена сосредоточено в
эпидермисе (производящий и зернистый слои), клетках
сальных и потовых желез, во внешнем эпителиальном
влагалище волосяных фолликул. Слои дермы сравни­
тельно бедны гликогеном. Здесь преобладают гликозаминогликаны, составляющие химическую основу
соединительнотканных волокон и межклеточного ве­
щества.
Л и п и д ы . Кожа содержит различные группы ли­
пидов и продукты их метаболизма. В коже овец их
количество, мг/100 г:
Общие липиды
Фосфолипиды
Общий холестерин
Свободный холестерин
Эфиры холестерина
10860,0
2653,0
1275,1
215,5
1059,2
495
15% липидов эпидермиса представлены холестери­
ном, треть холестерина находится в этерифицированном состоянии. Основная масса липидов эпидермиса —
фосфатиды, содержание которых в клетках возрастает
в направлении от рогового слоя к производящему.
В дерме содержится 1-11% фосфатидов в пересчете на
сухой остаток ткани, из них 60% составляют лецити­
ны, 15-кеф алины , 7% - сфингомиелины. Липиды под­
кожной клетчатки в основном представлены триглице­
ридами. Сальные железы отличаются высоким содержа­
нием липидов, в частности стеринов и стеридов.
В коже овец выявлено 33 жирных кислоты, 40% которых
приходится на долю пальмитиновой, стеариновой и
церотиновой кислот. Липидный состав кожи изменяется
при многих кожных болезнях. Так, при псориазе че­
шуйки эпидермиса содержат 0 ,5-2,3% холестерина.
Содержание
витаминов.
В
коже
происходит биосинтез витамина D3, содержание кото­
рого достигает 3,3 мкг (120 ME) на 1 г.
Содержание витаминов в коже овец следующее,
мкг/г сухого вещества:
Витамин С
Витамин Bi
Витамин в 2
Витамин РР
Витамин в6
Витамин B12
3,0
2,0
1.9
15,0
0,18-0,66
0,021
Витамин Н
ПАБК
Витамин Вс
Холин
Инозит
Витамин А
0,046
24
0,11
2471,0
526
2,71
П р и м е ч а н и е . Содержание витамина С выражено
в миллиграмм-процентах.
С о д е р ж а н и е м и н е р а л ь н ы х веществ.
В коже содержится около 1% минеральных веществ в
пересчете на сухую массу, в эпидермисе - 2% . Ко­
ж а -д е п о натрия, калия, кальция и других химичес­
ких элементов. Натрий в основном сосредоточен в
межклеточной жидкости (в виде хлоридов), калий - в
клетках, фосфор - в составе органических соединений
(РНК, ДНК, фосфатидов и др.), с е р а - в молекулах
кератина, цистеина, цистина и глутатиона, железо —
в митохондриях и т. д.
Содержание минеральных веществ в коже овец сле­
дующее, мг/1 0 0 г в пересчете на сухое вещество:
496
Калий
Натрий
Кальций
Магний
Фосфор
322-558
122-247
15-65
18-34
351
Медь
Цинк
Железо
Мышьяк
0,56
2,4
1,0
0,26
Обмен веществ в коже. Для кожи типичны общие
закономерности обмена веществ, изложенные рань­
ше (см. часть I «Общая биохимия»). Кроме того, для
кожи как органа характерны особенности обмена
вещества, обусловленные ее многогранными функция­
ми.
Обмен
белков.
В клетках кожи, кроме
верхних слоев эпидермиса, верхних слоев волосяных
фолликул и центральных участков сальных желез, бес­
прерывно синтезируются белки. Биосинтез молекулы
белка протекает обычным путем, кроме кератина (см.
далее).
Основным материалом для биосинтеза белков служат
аминокислоты и другие вещества, поступающие сюда с
током крови. Часть аминокислот образуется в клетках
нижних слоев эпидермиса и слоев дермы за счет про­
дуктов деятельности метаболических циклов. Часть
аминокислот возникает при переаминировании. О нали­
чии этих процессов свидетельствует высокая актив­
ность ферментных систем. Так, активность аланинаминотрансферазы в коже овцы составляет 623 ед/ r сухой
ткани, а аспартатаминотрансферазы - 17 193.
Для белков кожи характерна высокая степень ката­
болизма, о чем свидетельствует уровень остаточного
и аминного азота и особенно азота мочевины (0,007%
массы сырой ткани кожи овцы) и аммиака (0,009%).
Можно полагать, что в коже, особенно в ее потовых
железах, функционирует орнитиновый цикл. Так, ак­
тивность аргиназы составляет 12,84 мкМ мочевины на
1
г сухой
ткани
кожи
овцы,
а
орнитинкарбамоилтрансферазы - 35,7 мкМ цитруллина на 1 г
сухой ткани.
О б м е н у г л е в о д о в . В коже функциониру­
ют ферментные системы, синтезирующие гликоген (фосфорилаза, амило-1,6 -глюкозидаза). Они выявляются в
эпидермисе в первой половине эмбриогенеза. Интен­
сивность синтеза гликогена здесь уменьшается по
мере развития рогового слоя. У взрослых животных
синтез и распад гликогена протекают с одинаковой
32—1281
497
скоростью. Около 5% глюкозы здесь превращается в
уридин-5-дифосфатглюкозу - предшественник гликоге­
на. В коже, особенно в слоях дермы, функционируют
ферментные системы, под влиянием которых из посту­
пающего с током крови «сырья» и продуктов местного
метаболизма в фиброцитах и тучных клетках синтези­
руются гликозаминогликаны.
Для гликогена и гетерополисахаридов типична вы­
сокая скорость метаболизма. Период полураспада мо­
лекулы хондроитинсерной кислоты в дерме равен
8 сут. В коже функционируют анаэробный гликолиз и
гликогенолиз (особенно в эпидермисе и волосяных
фолликулах), ЦТК и пентозофосфатный путь. Некоторая
часть гликогена и декстринов расщепляется амилазой
и мальтазой.
К о ж н о е д ы х а н и е . В ходе обмена углево­
дов, липидов и других веществ образуются АТФ и ее
аналоги, поглощается кислород и в виде продуктов
обмена выделяются углекислый газ, вода и другие
соединения. Объем газообмена через кожу у животных
невелик - в пределах 1% общего газообмена. У лоша­
дей количество углекислого газа, выделяемого кожей,
равно 0,75% от выводимого легкими. Интенсивность
кожного дыхания возрастает при повышении температу­
ры среды и мышечной работе. Человек при 30 °С еже­
суточно через кожу выделяет 7,0-9,0 г углекислого
газа и поглощает 3-4 г кислорода.
О б м е н л и п и д о в . Липиды кожи имеют раз­
личное происхождение. Часть из них синтезируется в
клетках кожи за счет компонентов липидного обмена,
поступающих с током крови (глицерина, холестерина,
ВЖК и т. д.). Часть липидов, в основном триглицери­
ды, поступают для депонирования в подкожной клет­
чатке в готовом виде. Основная масса липидов синте­
зируется в липоцитах подкожной клетчатки из компо­
нентов промежуточного обмена углеводов, белков и
других веществ, о чем свидетельствует высокая ак­
тивность лигаз, участвующих в этих реакциях, а так­
же большие концентрации ацетил-КоА —основного
строительного блока для синтеза ВЖК и холестерина.
Для кожи характерен высокий уровень активности
липолитических ферментов. Активность липазы в коже
овцы и собаки намного большая, чем у других видов
животных. При кератинизации фосфатиды разрушаются и
498
Андрогены 106, 377, 381, 384
Андростан 377
Андростерон 378, 464
Ансерин 147, 187, 330
Антивитамины 238, 244, 248,
251, 260, 263, 265, 269,
272, 273, 278, 281, 284,
288, 292
Антикодон 116, 131, 184
Анурия 460
Апофермент 294, 305
L(+) -Арабиноза 26
Арахидиновая кислота 73, 391
Аргиназа 229, 230
Аргинин 150, 181, 193, 200,
305, 414
Аскорбиновая кислота 279-281
Аспарагин 149, 200, 305
Аспарагиновая
кислота
124,
149, 188, 190, 305, 488
Аспартатаминотрансфераза 497
АТФ-аза 253, 413, 416, 418
АТФ-фосфогидраза, см. АТФ-аза
Ацетальфосфатиды, см. Плазма-
Б
Баланс водный 208
Барий 231
Белки 139
—биосинтез 182-187
—классификация 161—
‘169
—коллоидное
состояние
140143
—методы выделения 169
—нервной ткани 401
-обм ен 170, 196
——всасывание 180
——конечный 198-202
--п а т о л о ги я 203
——переваривание 171-180
--пром еж уточны й 182
— регуляция 202-204
—структура белковой молекулы
154-161
—химический состав 143
Белок Мура 402
-S -1 0 0 402
Билирубин 202
Билирубинурия 466
логены
Биосинтез гликогена 51
Ацетил-КоА 62, 87, 96-98, 100,
—гликозаминогликанов 53
106, 315, 328, 397, 398, 469
—глюкозы 53
Ацетил-КоА-гидролаза 330
-лактозы 53
Ацетилхолин 328, 394, 407
-нуклеиновых кислот 121
Ацетилхолинэстераза (АХЭ) 217,
—пептидов 181
318-319, 413, 427
—пиримидиновых
нуклеотидов
Ацетоацетил-КоА-тиолаза 105
128
Ацетонемия 71
—полинуклеотидов ДНК и РНК
Ацетоновые тела плазмы 425
127, 128, 129
Ацетонури я 71, 465
—пуриновых нуклеотидов 121
Ацетоуксусная
кислота
109,
-стеринов 98
ПО, 196, 425
-стеридов 98
Ацидоз 71, 110, 259
—фосфатов 99
Ацилатденилат 104
Биотин 70, 97, 313, 454
Ацил-КоА 98. 100, 104, 105,
Бор 226
264, 289, 290
Брадикинин 395
Ацил-КоА-синтетаза 104
Ацилпероносящий белок (АПБ) 97 Бром 225
509
Гиалуроновая кислота 39, 283,
442
Гидрокарбонаты 431-433
Гидрокортизон 138, 384
Гидролиза эфиров глицерина,
см. Липаза
Гидролазы 329-331
Гипервитаминозы 241, 246, 266,
269
Гипергликемия 70, 425
Гиповитаминозы 241, 245, 249,
251, 254, 256, 257, 260,
263, 265, 269, 272, 274,
277, 279, 281, 283, 285,
286, 287, 289, 290, 291
Гипогликемия 70, 425
Гилоксантин 342
Гипопротеинемия 203
Гиппуровая кислота 103, 230,
264, 463
Гистамин 153, 173, 271, 393,
408
Гистидин 153, 194, 305, 310,
408, 463
Гистоны 162
Гликоген 37
—выделение из тканей пече­
ни 9
—гидролитическое
расщепление
45
—распад 54
-синтез 397, 402, 415, 419,
452
-строение 37
Гликогенолиз 56, 60, 217, 417,
498
Гликозаминогликаны 39, 54
—нейтральные 42
Гликолиз 56, 57, 217, 226,
229, 397, 417, 498
Гликолипиды 83, 101, 108, 479,
489
Гликонеотенёз 51, 452
Гликополисахариды 39
Гликопротеиды 168, 198, 359,
401, 402, 442
Гликохолевая кислота 85
Глиоксиловая кислота 396
Глицеральдегидфосфатдегидроген
аза 327
Глицерин 72, 102, 397, 398, 484
-обмен 103
- образование 95, 396
- фосфорилирование 87
D-Глицериновый альдегид 25
Глицеролкиназа 96
Глицерофосфатдегидрогеназа 95
Глицерофосфатиды 80, 100
- ацетальфосфатиды
(плазмалогены) 81
-: кардиолипины 82
- кефалины (коламинфосфатиды)
80
-лецитины 80
- серинфосфатиды 81
Глицерофосфорилхолин 89
Глицилглицин-гидролаза 325
Глицин 147, 189, 310, 374,
397, 414, 441, 454
L-Глутаматдегидрогеназа 189
L-Глутамат:
НАД-оксидоредуктаза 325
Глутамин 121, 122, 124, 150,
200, 405, 415, 463
Глутаминовая кислота 150, 181,
188,
191, 305, 398, 405,
415, 463, 488
Глутатион 187, 308
Глутелины 163
Глюкагон
(гиперглюкемический
фактор) 375
/)(+)-Глюкоза 28, 29, 46, 53,
168, 356, 357, 402
Глюкозамин 29, 168, 356
Глюкозо-1-фосфат 52, 53, 55,
56, 57
Глюкозо-6-фосфат 49, 52, 56,
57, 65, 69, 70
511
Дезоксикортикостерои 209
Глюкозо-б-фосфатаза 69
/)(+) -Дезоксирибоза 27, 397
Глюкозурия 465
Дезоксирибонуклеиновая кислота
Глюконовая кислота 29
(ДНК)
111-115,
117-119,
Глюкополисахариды 42
128-130, 138, 294, 399, 494
Р-Глюкуронидаза 224
Глюкуроновая кислота 29, 69, Дезоксирибонуклеопротеиды
(ДНП) 117, 164, 401, 494
168, 464
Дезоксихолевая кислота 86
Гомополисахариды 35
Декстран 44
Гомоцистеин 311, 414
Дерматан-сульфат
41
Гормоноиды 389
Десмостерин 99
- пищевого канала 392
Дигидросфингозин 101
Гормоны 349
Диглицериды 98, 100
—.вилочковой железы 371
Диоксиацетон 25
- гипоталамуса 352
Дисахариды (биозы) 31
- гипофиза 354
—представители 31-35
--за д н ей доли 361
--передней доли 354
-расщепление 48
-тип
связи 31
- женские половые 380
—физико-химические
свойства
-исполнители 351
32
-коры надпочечников 384
- мозгового вещества надпочеч­ 1,3-Дифосфоглицериновая кисло­
та 58
ников 387
ДНК-аза 118, 153, 154, 296,
-мужские половые 377
- околоушной железы 37
305
- паращитовидной железы 369
ДНК-полимераза 128, 355
- поджелудочной железы 373
- пусковые 351
Ж
- средней доли гипофиза 360
—тиреоидные 365-368
- щитовидной железы 365
Железо 222
- эпифиза 364
-об м ен 223
Грамицидин 347
Железопорфириновые комплексы
Группа
простетическая
305,
313
Желчные кислоты 85
308, 311-314,
Желчь 85
ГТФ-аденнпаткиназа 63
—печеночная 85
Гуанин 114, 132-136
—пузырная 85
Гуммиарабик 44
Д
Давление онкотическое 421
Дегидроандростерон 378
Дегидрогеназа флавинзависимая
104
512
Жиры 107
-биосинтез 95-97
—нейтральные 72—76, 489
—переваривание 87
—превращения 102—106
—протоплазматические 74
—резервные 74
Карбоксилаза 96, 230
Кардиолилины 82
Кариес зубов 231, 449
Зоостерины 77
Карнитин (витамин Be) 289-290,
415
И
Карнозин 147, 187, 415
Каротины 165, 251, 485
Изолейцин 149, 170
Катаболизм 16
Изолимонная кислота 62, 63
Каталаза 165, 222, 327
Изомераза 49, 332
Катехолины (симпатины) 408
Изоферменты 315
Кафалины 80, 88
Изоцитратдегидрогеназа 63
Кверцатин 282
Иминокислоты 153
Кератан-сульфат 41
Инвертаза 48
Кератин 151, 164, 494, 501
Индол 179, 201
ОС-Кетоглутаровая кислота 63,
Инозит 82, 106, 283-284, 415
189,
259, 398, 405
Инозитфосфатиды 82, 100
Кетоз 71, 110
Инсулин 70, 108, 152, 202, 373
Кетонурия 465
Инулин 37
Кинины 395
Кислоты желчные 85, 86, 92
—.жирные 91, 95, 484
Й
Клетчатка 38
Кобальт 224
йод 221
Код генетический 131-134
—обмен 221
Кодон 130, 133, 184
Кожа 494
К
—белки 494, 497
—биохимия 494-500
Кадаверин 178
—витамины 496, 49В
Кадмий 230
—выделительная функция 499
Казеин 148, 149, 152, 166, 478
—липиды 495, 498
Калий 218
—минеральные вещества 496
—обмен 218
—небелковые азотистые вещест­
Каллидин 395
ва 494
Кальций 216
—обмен веществ 497—499
-обмен 216
Кальцитонин (тиреокальцитонин) —углеводы 495, 497
—химический состав 494
368
Коллаген 150, 153, 154, 163,
Каприловая кислота 104
413, 441, 443, 444, 494
Капроновая кислота 72, 104
Карбамид-амидогидролаза,
см. Кома диабетическая 71
Кома диабетическая 71
Уреаза
Комплексы железопорфириновые
Карбанион 312
313
Карбоангидраза 331, 431, 492
Комплементарность 113
Карбогемоглобин 431
3
33—1281
513
Копростерин 77, 248
Кортизон 384
Кортикостероиды 106, 384-387
Кортикостерон 384-387
Кортикотропин (адренокортикотропный гормон, АКТГ) 70,
283, 358-359
Костная ткань 444-449
--обм ен веществ 447
--органические вещества 445
Кофакторы 305, 311
Кофермент А, см. Коэнзим А
Коферменты 267, 294, 305—311
Коэнзим А (КоА) 70, 104, 264,
308
Коэффициент альбумино-глобулиновый 162
-дыхательный 107
—креатиновый 463
Крахмал 35-37, 45
Креатин 147, 277, 414, 415,
463
Креатинин 414, 463, 494
Креатинурия 463
Креатинфосфат 403, 414
Крови белки 423-424
-биохимия 420
-буферные системы 421-422
—газы 430
-липиды 93—94, 425
—свертывание 435
-углеводы 425
-химический состав 422
Ксантин 342
Ксантиноксидаза 286
/)(+)-Ксилоза 27
D (+) -Ксилулоза 27
£>-Ксилулозо-5-фосфат 67
Л
Лактаза 48
Лактальбумин 478
514
Лактатдегидрогеназа
60,
61,
315, 316, 326
L-Лактат: НАД-оксиредуктаза
325
Лактоглобулин 478
Лактоза 32, 48, 483
—биосинтез 53
Ланостерин 99
Лантионин 152
Лауриновая кислота 72, 79
Лейкоциты 427
Лейцин 149, 170, 181, 488
Лецитины 310
Лиазы 331
Лигазы (синтетазы) 333
Лигноцериновая кислота 83, 84
Лизин 151, 170, 193, 305
Лизолецитин 88
Лизоцим 160, 305, 489
Ликвор 222, 357, 361, 409
Лимонная кислота 62, 370, 398
Лимфоцитстимулирующий гормон
(ЛСГ) 372
Линолевая кислота 73, 255, 390
Линоленовая кислота 73, 255,
390
Липаза 87, 172, 253, 293
Липиды биосинтез 95—98
—всасывание 90
—детальные 72, 76
—классификация 72
—липолиз 102-107
—обмен 84, 94, 95, 109
——.конечный 107
—
.—.патология 108, 109
——.переваривание 84-87
-.-.промежуточный 92-95
—
.—.регуляция 108
——.физико-химические свойства
71
—плазмы крови 425
—простые 72
—.ресинтез 92
-сложные 72
Липоевая
кислота
307,
313,
327, 342
Липокаин 376
Л иполиз 376
Липопротеиды 94, 167, 198, 401
Литохолевая кислота 86
Люлиберин 353
Лютропин (лютеиниэирукмций гор­
мон, ЛГ) 357-358
М
Магний 217
Макроэрги чес кие соединения 348
Макроэлементы 216
Малатдегидрогеназа (МДГ) 64,
256, 340
Малонил-КоА 97
Мальтаза 45, 47, 55
Мальтоза 45, 55
/)(+) -Манноза 30, 49, 168, 425
Марганец 226
Масляная кислота 73, 91, 104
Мевалоновая кислота 231
Медиаторы 407-408
Медь 224
Меланин 502
Мелано-релизинг-фактор 353
Меланотропин (меланоцитстимулирующий гормон) 35, 360
Меланоцитингибирующий фактор
353
Мелатонин 364-365
Метил тестос терон 378
5-Метилметионинсульфонийхлорид
(витамин U) 290-291
Метионин 148, 170, 181, 192,
414
Микостерины 77
Микроэлементы 221
Минеральные вещества 210
——всасывание 212
——обмен 210, 211
———конечный 214
33
———патология 215
— промежуточный 213
——регуляция 214
——характеристика 210
Минимум белковый 130
Миоглобин 160, 165—166,
202,
412
Миофибрилл белки 412
--а к т и н 412
— актомиозин 413
——миозин 412
— троломиозин 413
Миристиновая кислота
73, 79,
479
Молибден 227
Молозиво 485
Молока белки 478
—витамины 480
-газы 480
—липиды 479
—минеральные вещества 480
—небелковые азотистые вещест­
ва 479
—пигменты 480
—физико-химические
свойства
474
—химический состав 474
Молочная кислота 47, 174, 303,
340, 415, 425
Молочный жир 483
Моносахариды 25, 50
—представители 25-30
—таутомерия 27
—физико-химические
свойства
25
6-Монофосфоглюкон 65
Моча 460
—безазотистые вещества 463
-осадок 464
—физико-химические
свойства
460
-химический состав 461-464
Мочевая кислота 108, 135, 462,
466, 494
515
Мочевина 108, 137, 198, 200,
462, 494
Мочеобразование 458-460
Мукоиды 169
Мукополисахариды 39
Мутации 133
Муцины 169
Мышечная ткань 410
——.белки 412
-.-.биохимия 410
——минеральные вещества 415
-.-.обмен веществ 416
Мышечной стромы белки 413
структурные 413
—.- —.ферментативные 413
Мышьяк 229
Мяса созревание 473-474
—.азотистые экстрактивные ве­
щества 471
—безазотистые
экстрактивные
вещества 471
—белки 470
-. биохимические процессы 472475
-биохимия 468-472
—.витамины 472
-минеральные вещества 472
-углеводы 471
<
Н
НАД-оксиредуктаза 325
НАД ■Нг-цитохром-с-редуктаза
295
Натрий 219
—обмен 219
Нейрогормоны 393-394
Нейрон 406
Нервная ткань 400
-.-.белки 405
обмен 405
-.-дыхание 404
-.-обмен веществ 404
516
———липидов 406
— - углеводов 404
--содержание липидов 402
——-углеводов 402
——химический состав 400
Нервоновая кислота 83
Никель 229
Никотинамидадениндинуклеотид
(НАД) 26, 61, 96, 105, 112,
267, 268, 294, 307, 325, 327
Никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ) 26, 61, 66,
87, 97, 112, 267, 268, 307,
325,
327
Никотинамидметилтрансфераза
328
Норадреналин 69, 387-389
Норлейцин 149
Нуклеиновые кислоты 111, 117,
118, 120, 121, 134-138, 397
Нуклеиновый обмен 138
--.регуляция 138
Нуклеозидфосфаты 309
Нуклеозиды 119, 135
Нуклеопротеиды 117, 118, 119,
401
Нуклеосомы 117
Нуклеотиды 114, 115, 135, 403
О
Обмен веществ 15
—высших кислот 103
—конечный 69
—промежуточный 51, 92
Овальбумин 488
Овоглобин 488
Овокональбумин 488
Овомукоид 488
Овомуцин 488
Овопорфирин 491
Оксигемоглобин 431
Оксиредуктазы 325-328
Оксилизин 151, 440
Э-Оксимасляная кислота 425
Оксинервоновая кислота 73
Оксипролин 154, 195, 440
Окситоцин 154, 363
2-Оксоглутарат 308
Олеиновая кислота 73, 88, 91,
479
Олигурия 460
Оперон 131
Орнитин 150, 193, 200, 414
L-Ориитин-карбамоилтранефераза
328
Орнитуровая кислота 467
Оротовая кислота (витамин Вц)
126, 285-286
Основания минорные 113
П
Пальмитил-КоА 101
Пальмитиновая кислота 72, 78,
104, 474
Пальмитиновый альдегид 101,
286-287
Панкреозимин 393
Пантотеновая кислота 147
Паратгормон (паратин) 369-370,
389
Паротин 371
Пектин 43
Пектиновые вещества 42
Пентозный путь, см. Пентоэофосфатный путь
Пентозофосфатный путь (Пфпуть) 55, 65-68
Пентозы 25, 67
Пепсин 166, 172, 173
Пероксидаза 317, 327
Печень 450
—азотистый обмен 451
—биохимия 450
—обезвреживающая функция 454
—обмен веществ 451
—- витаминов 454
——.гормонов 454
—
.—минеральных веществ 453
- углеводный 452
—химический состав 451
Пиридоксальфосфат 313
Пиридоксаминфосфат 313
Пировиноградная кислота 59-62,
188, 195, 303, 315
Пируватдекарбоксилаза 258, 331
Пируваткиназа 59
Плазмалогены 81
Плазменные факторы 433
Полисахариды 31, 490
Полисома 133, 182
Полиурия 71, 460
Пролактин (лактотропный гор­
мон, мамматропин, лактотропин, ПРЛ) 355-356
Проламмны 153, 163
Пролин 153, 195
Простагландины 390-392
Простетические группы 305, 311
Протамины 162
Протецды 161, 164
—нервной ткани 401
Протеиноиды 163
Протеинурия 465
Протеины 161-163, 492
Протеогликаиы 39, 442
Протеолипиды 401
Протромбин 169, 434, 436
Пуриновые вещества 415
Путресцин 178
Р
Рахит 245
Рацемазы 271
Релаксин 381
Ренним (химозин) 172
Репликация 128
Репрессор 131
/)(+)-Рибоза 27, 397
/)-Рибозо-5-фосфат 67, 121
517
Рибонуклеиновые кислоты (РНК)
111-117, 138, 160, 401, 494
——информационные 115, 116
—- рибосомальные 115
--транспортны е 115-116
Рибонуклеопротеиды (РНП) 117,
164, 401, 494
/)-Рибулозо-5-фосфат 66, 67
Рицинолевая кислота 73
РНК-аза 117, 153, 154, 296,
304, 305
РНК-полимераза 129-132
Родопсин 244
Рутин 282
С
Саркоплазмы белки 412
—актин 412
-актомиозин 413
—глобулин X 412
-миоальбумин 412
—миоген 412
-миоглобин 412
—миозин 412
—тропомиозин 413
Сахар крови 51
Сахараза 48
Сахарная кислота 29
Сахароза 34, 48
Свинец 231
Связь водородная 156
-гидрофобная 157
—дисульфидная 155
—ионная 156
—.макроэргическая 343, 345
—пептидная 154
£>-Седогептулозо-7-фосфат 67
Секретин 393
Селен 227
Сера 230
Серии 81, 82, 147, 181, 189,
191, 304, 310
518
Серинфосфатиды 81, 88
Серотонин
(5-окситриптамин)
394, 408
Синтетазы, см. Лигазы
Скатол 179, 201
Скорлупа 486
/)(+)-Слизевая кислота 29
Сок желудочный 171
- кишечный 47, 176, 177
—поджелудочной
железы
47,
176, 177
Соматостатин 353
Соматотропин
(гормон
роста,
СТГ) 138, 163, 202, 354-355,
443
Стеариновая кислота 73, 83,
105, 106, 479
Стериды 76, 77, 88, 98, 99,
106, 107
Стерины 76, 77, 91, 98, 107,
479, 489
Страндин 107
Стронций 229
Субстрат, или окисляемое ве­
щество 338
Сукцинатдегидрогеназа 64
Сукцинил-КоА 63, 348
Сукцинил-КоА-синтетаза 63
Сульфатиды 84, 108
Сфингозин 83, 84, 106, 107
Сфингозинфосфатиды 83, 100
Сфингомиелйны 479
Схема клеточного дыхания 338
-Эмбдена - Мейергофа - Парна­
са 56
Сывороточный тимусный фактор
372
К
'
Таллий 232
Таурохолевая кислота 85
Теория активации водорода 337
—перекисная
биологического
окисления 337
-тканевого дыхания 338-342
—ферментативного анализа 317
Терминатор 131
Тестостерон 384
Тетра гидрофолиевая
кислота
(ТГФК) 310
Тетрозы 25
Тиаминпирофосфат 312
Тиаминфосфаты 312
Тимин 112, 114
Тимозин 371
Тимопоэтин II 372
Тиреоидные гормоны 365-368
Тирозил-тРНК-синтетаза 333
Тирозин 152, 181, 193, 305
’’’«фоксин 208, 437
Тиролиберин 353
Тиротропин (тиротропный гор­
мон, П Т ) 169, 359-360
Титан 233
Транскрипция 129, 132
Трансляция 130, 132
Трансферазы 327-329
Трепшоза 33
Треонин 148, 170, 189, 191
Триглицериды 73, 95, 484
Триозы 25
Трипсин 118, 177
Трипсиноген 228
Триптофан 153, 170, 194, 271,
305
Тромбин 253, 434
Тромбопластин 434, 435
Тромбоцитарные факторы 433-444
Тромбоциты 429
У
Убихинои 256, 308
Углеводы 24
—всасывание 48
—классификация 24-25
-обмен 44
——.анаэробное расщепление 5665
-.-конечный 69
- —патология 70
--переваривание 44-48
——промежуточный 51
- —регуляция 69
—плазмы крови 425
—энергетические
превращения
55
УДФ-галактоза 49
УДФ-глюкоза 49
УДФ-глюкозо-эпимераза 49, 332
Урацил 112, 137
Уреаза 304, 318
Уридин-5-фосфат 126-127
Ф
Факторы свертывания крови 435
Фенацетуровая кислота 103, 463
Фенилаланин 152, 170, 181, 193
Ферментативная кинетика 320
Ферменты 292
- активаторы 300-302
- - неспецифические 300
- —специфические 300
-активность 303
- —единица измерения 302
- - молекулярная 303
— удельная 303
- —активный центр 317, 318
- биосинтез 294-2%
-взаимосвязь 333
- ингибиторы 300-302
-.-неспецифические 300
--специфические 300
- индуцибельные 334
- каталитическая
способность
302
- классификация 324-325
519
■клеточная локализация 294296
-концентрация 303
методы выделения и очистки
296-297
■механизм действия 303
- обратимость действия 303
-общие свойства 297
-рН-оптимум 298
-природа 297
- простые 304
-регуляторные 334
- сложные 305
-: специфичность действия 299300
-.--групповая 300
- —индивидуальная 300
- термолабильность 298
- флавиновые 165, 262
- химическая природа 303
—
.энергия активации 316
Ферритин 222, 452
Фибрин 149, 434
Фибриноген 420, 434
Фиброин 164
Фитостерины 77
Флавинадениндинуклеотед (ФАД)
64, 262, 294, 311, 325, 341
Флавинмононуклеотид (ФМН) 262,
311, 325, 341
Флавиннуклеотиды 311
Фолиевая кислота 291, 310, 472
Фоллитропин (фолликулостимули­
рующий гормон) 169, 356-357
Фосфатазы 49, 224, 492, 494
Фосфатиды 79, 83, 88, 99, 106,
108, 485, 489
Фосфоглицеринальдегиддегидрогеназа 308
2- и З-Фосфоглицериновая кис­
лота 40
3-Фосфоглицериновый альдегид
58, 67-69, 397
6-Фосфоглюкановая кислота 66
520
Фосфолипазы 89
Фосфолипиды 425
Фосфопировиноградная кислота
40
Фосфопротеиды 166, 198, 401
Фосфор 217
- обмен 217
Фосфорилаза 271
Фосфорилирование окислительное
217, 227, 253, 263, 342-344,
346, 348
--теории 345-346
- субстратное 343
D{~) -Фруктоза 30, 425
Фруктозо-1,6-дифосфат 57, 60
Фруктозо-6-фосфат 57, 68
Фтор 221
Фумаровая кислота 64, 341
X
Хиломикроны 93
Хилус 437
Химотрипсин 160, 177, 305, 359
Хитозамин, см. D-Глюкозамин
Хлор 220
- обмен 220
Хлорофилл 276
Холановая кислота 86
Холевая кислота 86
Холестериды 77
Холестерин 77, 85, 99, 107,
231, 255, 291, 378, 385, 479
Холецистокинин 393
Холин 74, 80, 81, 89, 148,
287-289
Холин-ацетилтрансфераза
328,
394
Холинфосфат-цитидилтрансфераза
100
Холинэстераза 87, 226
Холофермент 294
Хондрозамин, см. 0(,+)-Галактозамин
Хондроитинсерная
кислота
29,
40, 220, 498
Хондроитинсульфаты 443
Хорионический
гонадотропин
(хорионгонадотропин) 381
Хром 228
Хромопротеиды 164, 196, 201
Хромосомы 117
Ц
цАМФ 70, 112, 348
Целлобиоза 46
Целлюлаза 46, 330
Целлюлоза 38, 46
Цепь
дыхательная
256, 268,
314, 340, 341
Церамид 102
Цереброзиды 83, 84, 107, 479,
489
Цереброновая кислота 73, 83,
84
Цикл Кребса 60-65,
—орнитоновый 198
—трикарбоновых кислот (ЦТК)
55, 60-62, 64, 104, 105,
226, 265, 268, 334, 398,
405, 447
Цитохромоксидаза 165, 314, 341
Цитохромы 196, 222, 253, 314,
326, 341, 346
Цитруллин 151
Ч
Число золотое 142
—йодное 75
-кислотное 75
—омыления 75
—Рейхарда - Мейсля 75
-хромосом 130
--гаплоидное 130
-.-диплоидное 130
Ш
312,
Циклопентанпергидрофенантрен
76, 377
Цинк 223
—обмен 223
Цистеин 148, 155, 179, 181,
192, 304
Цисгин 151, 179, 192
Цистиноз 203
Цистинурия 204
Цитидин 112
Цитидиндифосфат-холин 100
Цитидинмонофосфат (ЦМФ) 101
Цитидинтрифосфат (ЦТФ) 100
Цитозин 112, 137
Шерсть 500
-биохимия 500-505
-образование 502
—химический состав 501
Щ
Щавелевая кислота 463-464
Щавелевоуксусная кислота (ЩУК)
61, 64, 188, 340, 341, 398
Щавелевоянтарная кислота 63
Э
Эквивалент восстанавливающий
338
Экстрактивные вещества азо­
тистые 413
——безазотистые 415
--мышечной ткани 413
Эластин 154, 164, 177, 413,
442, 443, 494
Энзимы, см. Ферменты
Энтерогастрин 173
Эпимеразы 332
Эргостерин 78
521
Эридиктиол 282
Эритроэо-4-фосфат 68
Эритроциты 426
Эстрадная 138, 464
Эстран 380
Эстриол 380, 464
Эстрогены 106, 380
Эстром 381
Эффект Кребтри 61
- Пастера 61
Я
Яблочная кислота 64
Янтарная кислота 64, 341, 347
Яйцо 487
-белок 487, 489
~ желток 487, 489
-химический состав 488
ОГЛАВЛЕНИЕ
Принятые в книге с о к р а щ е н и я ..........................................
3
ВВЕД ЕН И Е
......................................................................................................................
5
Г л а в а 1. Из истории развития биохимии
. . . .
Формирование биохимии как науки в XVI - XIX вв.
Формирование и развитие современных направлений в био­
6
химии
7
......................................................................................
10
Развитие б и о х и м и и ..................................................................
Г л а в а 2. Направление
и
методы
исследования
в
12
б и о х и м и и ................................................................................................
15
15
Обмен веществ —основной признак живой материи
Материал для биохимических исследований........................
Уровни изучения обмена вещ еств..........................................
Классификация биохимических м е т о д о в ..............................
Статистическая обработка результатов биохимических
исследований..............................................................................
16
17
19
20
Часть I
ОБЩАЯ БИОХИМИЯ............................................................................
21
Г л а в а 1. Химический состав животного организма
21
21
Химические э л е м е н т ы ...........................................................
Группы в е щ е с т в ....................................................................
Биологические с т р у к т у р ы .....................................................
Г л а в а 2. Биохимия углеводов
....................................
Общая характеристика углеводов..........................................
Обмен углеводов.................................................................
Г л а в а 3. Биохимия липидов
................................*
Общая характеристика л и п и д о в ..........................................
Обмен липидов
.......................................................................
Г л а в а 4. Биохимия нуклеиновых кислот
. . . .
Общая характеристика нуклеиновых кислот........................
Обмен нуклеиновых кислот......................................................
Г л а в а 5. Биохимия белков
.............................................
Общая характеристика б е л к о в ...............................................
Обмен бел к о в ........................ .....................................................
Г л а в а 6. Вода и водный обмен
......................................
Значение и распределение воды в организме животного
Обмен воды...................................................................................
Г л а в а 7. Минеральные вещества и их обмен
Общая характеристика минеральных веществ
.
.
.
. . . .
Обмен минеральных в е щ е с т в ...............................................
Г л а в а 8. Витамины
...................................... .....
• •
Общие с в е д е н и я .......................................................................
Жирорастворимые витамины.........................................................
Витамин А
.......................................................................
Витамин ..................................................................................
22
22
24
24
44
71
71
84
111
111
117
139
139
170
204
204
207
210
210
211
238
238
240
240
245
523
Витамин В ....................................................... .............................. 249
Витамин К ...................................................................................... 251
Витамин F ................................................................................254
У б и х и н о н ................................................................................ 256
Водорастворимые витамины ..................................................257
Витамин B i ................................ . . . . . .
257/
Витамин В г ..........................................................................260
Витамин В з.
.
..................................................263
Витамин B s........................................... .......................................... 265
Витамин Вб................................................. ...... . . . • 269
Витамин Вс . . . . . . . . .
. . • • • 272
Витамин Ви
................................................. ..............................274
Витамин Н ..........................................................................277
Витамин С ............................................................. ....................... 279
Витамин Р ....................................................... ..............................281
Витаминоподобные в ещ е ств а................................................. ..... 283
И н о з и т .............................................................
. ■ • 283
Витамин Bi3
......................................................................... 285
Витамин Ви
......................................................................... 286
Х о л и н ....................................................... .............................. 287
Витамин Вв............................................................................... 289
Витамин U .
........................................................................ 290
л-Аминобензойная кислота (П А Б К )..............................., . 291
Г л а в а . 9.. Ферменты
....................................................... ...........292
» Краткая история учения о ферментах............................... • 292
Биосинтез и клеточная локализация ферментов
. 1 • 294
Методы выделения и очистки ферментов...............................296
» Общие свойства ф ерм ен тов........................................... •• .
297
Химическая природа ферментов.................................................304
И зоф ерм ен ты ............................................................................... 315
• Механизм действия ферментов . . . ...............................316
Номенклатура и классификация ф ер м ен то в .........................324
* Взаимосвязь между ферментами.................................................333
• Ферменты в народном хозяйстве, медицине, ветеринарии и
зоотехнии . ч. .........................................................................335
Г. л а в а 10.. Биологическое окисление
.........................336
Развитие учения о биологическом окислении
. . . .
336
Современная теория тканевого д ы х а н и я .............................. 338
Окислительное фосфорилирование.......................................... 342
Г л а в а 1 1 . . Г ормоны
............................................................. 349
t -Общая характеристика г о р м о н о в ...........................................349
« Гормоны ги п о т а л а м у са.............................................................352
. Гормоны гипофиза.........................................................................354
, Гормоны эп и ф и за.........................................................................364
^Гормоны щитовидной железы . ...........................................365
«Гормон паращитовидной ж е л е з ы ...........................................369
«Гормон околоушной ж елезы ........................ ...... . . . • 371
Гормоны вилочковой ж е л е з ы .................................................371
Гормоны поджелудочной железы.................................................373
* Мужские половые гормоны .......................................................377
, Женские половые го р м о н ы ................................................ ......... 380
Гормоны коры надпочечников.................................................384
Гормоны мозгового вещества надпочечников
. . . .
387
Г о р м о н о и д ы .............................................................................. 389
Г л а в а 12..Обмен различных веществ как единое целое
396
524
л
Б
1МИЯ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ТКАНЕЙ И ОРГАНОВ
Гл
а 1. Биохимия нервной ткани
.............................. 400
.................................... 400
X «ический состав нервной ткани
,
О *и веществ в нервной т к а н и .............................. ...... .
404
Г л а а 2. Биохимия мышечной ткани
. . . . . .
410
06 >я характеристика мышечной т к а н и .............................. 410
Хш ческий состав скелетных м ы ш ц .................................... 411
Обу" 'J веществ в мышечной ткан и .......................................... 416
Ок*5|Г нение мышц........................................................................419
Г л a ic ' 3. Биохимия крови
................................................ 420
фиг о-химические свойства к р о в и .................................... 420
Хим. зский состав к р о в и ...................................................... 422
Дыхг льная функция к р о в и ................................................ 430
Свер! вание к р о в и .................................................................. 433
Хими ская природа основных факторов свертывания крови
434
Лимф* .......................................................................................... 437
Г л а в д v Биохимия соединительной ткани
. . . .
438
Хими* ский состав соединительной т к а н и ........................ 441
Обмен зеществ в соединительной т к а н и .............................. 443
Биохик веские изменения соединительной ткани при пато­
логии
• * \.................................................................. 444
Г л а в а '?* Биохимия костной ткани
.............................. 444
Х им ич^и й состав костной ткани
.................................... 445
Процес *| минерализации костной т к а н и .............................. 446
Обмен зществ в костной т к а н и .......................................... 447
Зубы .......................................... ■................................................... 449
Г л а в а 6* Биохимия печени
.......................................... 450
Химический состав тканей печени
....................................451
Обмен веществ в тканях п е ч е н и ..........................................451
Выделительная функция печени и состав желчи
.
454
Обезвреживающая функция печени..........................................454
Значение изучения функционального состояния печени
455
/ Г л а в а 7. Биохимия почек и мочи
456
Химический состав п о ч е к ......................................................456
Обмен веществ в почках
......................................................457
Химизм образования м о ч и ................................................
457
Общая характеристика м о ч и ................................................460
Особенности свойств и химического состава мочи птиц
466
Часть П1
БИОХИМИЯ НЕКОТОРЫХ ПРОДУКТОВ ЖИВОТНОВОДСТВА
Г л а в а 1. Биохимия мяса
................................................468
Общая характеристика м я с а ........................
468
.............................. 469
Биосинтез составных частей мяса
Химический состав мяса
................................................469
Биохимические процессы в мясе после убоя животного
472
Вопросы регуляции мясной продуктивности........................ 475
Г л а в а 2. Биохимия молочной железы и молока
476
Общая х а р а к те р и с ти к а ............................................................476
Физико-химические свойства м о л о к а ....................................477
525
Химический состав м о л о к а .........................................................249
Образование составных частей м о л о к а ...............................
251
Молозиво
. . . . .
. . . . . . .
• • •)
2Л>
ч/ Г л а в а 3. Биохимия птичьего яйца
..............................
36
Строение яйца
........................................................................... 486
488
Химический состав яйца
. . ............................................ )
490
Биосинтез составных частей я й ц а ............................................ /
О направленном воздействии на яйценоскость
*v
492
\j Г л а в а 4. Биохимия кожи и шерсти
........................ ......
493
Биохимия к о ж и ............................................ . . . .
у.
494
Биохимия ш е р сти ..................................................................... 500
Литература
........................................................................... ...... } 506
Предметный у к а з а т е л ь ......................... ......
ш*. 508
(}'
Щ ’• •
I
у ■А//* I
'
*j
1
V
