Биохимия: Ферменты, Витамины, Метаболизм

РАЗДЕЛ 1
Ферменты.
1. Определение ферментов, их роль в организме. Механизм катализа химических реакций.
Классификация ферментов, с пояснениями и примерами.
2. Строение простых и сложных ферментов. Функциональные центры ферментов.
3. Свойства ферментов, как белковых катализаторов. Описание и графики.
4. Виды специфичности ферментов. Теории, объясняющие механизм специфичности.
5. Изоферменты: определение, пример, клиническое значение.
6. Уравнение этапов ферментативного катализа. Кинетика ферментативных реакций. Уравнение
Михаэлиса-Ментен, график.
7. Активаторы ферментов. Механизм действия, примеры.
8. Ингибиторы ферментов. Виды ингибирования, примеры. Необратимые ингибиторы.
9. Ингибиторы ферментов. Виды ингибирования, примеры. Обратимые ингибиторы.
10. Регуляция активности ферментов: количество фермента, проферменты, компартментализация.
11. Регуляция активности ферментов: аллостерическая, ковалентная модификация.
12. Энзимология. Применение знаний о ферментах в медицине. Энзимопатии и Энзимотерапия.
13. Энзимология. Применение знаний о ферментах в медицине. Энзимодиагностика.
Витамины.
14. Витамин А: строение, свойства, активные формы, биологическая роль, авитаминоз.
15. Витамин Д: строение, свойства, активные формы, биологическая роль, авитаминоз.
16. Витамин К: строение, свойства, биологическая роль, авитаминоз. Синтетические аналоги,
антивитамины К, их применение в медицине.
17. Витамин Е: строение, свойства, биологическая роль, авитаминоз.
18. Витамин Н (биотин): строение, свойства, биологическая роль, авитаминоз. Коферментная роль.
19. Витамин В1: сстроение, свойства, биологическая роль, авитаминоз. Коферментная роль.
20. Витамин В2: сстроение, свойства, биологическая роль, авитаминоз. Коферментная роль.
21. Витамин В6: строение, свойства, биологическая роль, авитаминоз. Коферментная роль.
22. Витамин РР: строение, свойства, биологическая роль, авитаминоз. Коферментная роль.
23. Фолиевая кислота: строение, свойства, биологическая роль, авитаминоз. Коферментная роль.
24. Витамин В12: строение, свойства, биологическая роль. Коферментная роль.
25. Витамин С: строение, свойства, биологическая роль, авитаминоз.
Общие пути катаболизма.
26. Макроэргические соединения; их химическое строение, образование и роль в организме.
27. Окислительное декарбоксилирование пирувата. Этапы работы пируватдегидрогеназного
комплекса.
28. Схема цикла Кребса. Описать значение цикла Кребса. Посчитайте количество АТФ,
образующееся благодаря работе цикла Кребса
29. Напишите первые три реакции цикла Кребса. Описать значение цикла Кребса.
30. Напишите последние три реакции цикла Кребса. Описать значение цикла Кребса.
31. Напишите реакции цикла Кребса, в которых происходит окисление субстрата. Описать
значение цикла Кребса.
32. Напишите реакции цикла Кребса, в которых происходит выделение углекислого газа. αкетоглутаратдегидрогеназный комплекс. Подробно состав и механизм реакции. Описать
значение цикла Кребса.
33. Напишите реакцию цикла Кребса, в процессе которой происходит субстратное
фосфорилирование. А также запишите реакцию цикла Кребса, которую катализирует комплекс
II цепи тканевого дыхания. Описать значение цикла Кребса.
34. Пиридинзависимые дегидрогеназы. Структура НАД и НАДФ, их участие в окислительновосстановительных реакциях. Описать значение цепи тканевого дыхания.
35. Флавинзависимые дегидрогеназы. Структура ФМН и ФАД. Их участие в ОВ реакциях. Описать
значение цепи тканевого дыхания.
36. Строение и роль железосодержащих ферментов (цитохромов) в тканевом дыхании. Описать
значение цепи тканевого дыхания.
37. Общая схема полной цепи тканевого дыхания. Описать значение цепи тканевого дыхания.
38. Общая схема короткой цепи тканевого дыхания. Описать значение цепи тканевого дыхания.
39. Строение АТФ синтазы и механизм окислительного фосфорилирования. Описать значение
цепи тканевого дыхания.
40. Ингибиторы и разобщители тканевого дыхания. Механизм действия, примеры, их медицинское
значение. Описать значение цепи тканевого дыхания.
Ферменты
1. Определение ферментов, их роль в организме. Механизм катализа химических
реакций. Классификация ферментов, с пояснениями и примерами.
Ферменты (энзимы) – это биологические катализаторы белковой природы. Действие
ферментов строго специфично, т. е. каждый фермент катализирует только одну или
несколько близких химических реакций.
Этапы катализа:
Фермент взаимодействует с субстратом и образует короткоживущий ферментсубстратный комплекс. По завершении реакции, фермент-субстратный комплекс
распадается на продукты и фермент. Фермент в итоге не изменяется: по окончании
реакции он остается таким же, каким был до неё, и может теперь взаимодействовать с
новой молекулой субстрата.
Механизмы катализа:
1. Кислотно-основной катализ – в активном центре фермента находятся группы
специфичных аминокислотных остатков, которые являются хорошими донорами или
акцепторами протонов.
2. Ковалентный катализ – ферменты реагируют со своими субстратами, образуя при
помощи ковалентных связей очень нестабильные фермент-субстратные комплексы, из
которых в ходе внутримолекулярных перестроек образуются продукты реакции
Классификация ферментов:
Класс
ферментов
Пояснение
Пример
Оксидоредуктазы Катализируют ОВР. Класс насчитывает 22
подкласса. Коферменты: НАД, НАДФ, ФАД,
ФМН, убихинон, глутатион.
- Алкогольдегидрогеназа
- Сукцинатдегидрогеназа
- Фенилаланин-4монооксигеназ
Трансферазы
Катализируют реакции переноса различных
групп от донора к акцептору, участвуют в
реакциях взаимопревращения веществ.
Коферменты: коэнзим А, пиридоксальфосфат,
метилкобаламин.
- Гексокиназа
Гидролазы
Осуществляют разрыв внутримолекулярных
связей в субстрате путём присоединения молекул
H2O.
- ТАГ-липаза
- Мальтаза
- Пепсин
- Амилаза
Лиазы
Катализируют разрыв С-О, С-С и С-N связей, а
также отщепления различных групп
негидролитическим путём.
- Аденилатциклаза
- Фумараза
- Пируватдекарбоксилаза
- Фосфофруктокиназа
- Аспартатаминотрансфераза
Изомеразы
Катализируют изомерные превращения в
пределах одной молекулы. Подклассы: мутазы,
рацемазы, эпимеразы.
- Фосфоглюкомутаза
- Триозофосфат-изомераза
Лигазы
Катализируют присоединение друг к другу двух
молекул с использованием энергии макроэрг.св.
- Пируваткарбоксилаза
- Глутаминсинтетаза
2. Строение простых и сложных ферментов. Функциональные центры ферментов.
Ферменты бывают:
- простые (состоят только из полипептидной цепи)
- сложные (состоят из апофермента [белковой части] и простетической
группы [небелковая часть: металлы, витамины, углеводы, липиды и т.п.])
* Отдельно апофермент и кофермент не обладают каталитической активностью.
Активный центр – участок на поверхности молекулы фермента, который
взаимодействует с молекулой субстрата.
Активный центр образован из остатков аминокислот. В его пределах различают
субстратный (адсорбционный) центр и каталитический центр.
Каталитический центр - это область активного центра фермента, которая
непосредственно участвует в химических преобразованиях субстрата.
Субстратный (адсорбционный) центр - это участок активного центра фермента, на
котором происходит сорбция (связывание) молекулы субстрата.
Аллостерический центр – участок молекулы фермента вне его активного центра,
который обратимо связывается с каким-либо веществом. Такое связывание приводит к
изменению конформации молекулы фермента и его активности. Активный центр либо
начинает работать быстрее, либо медленнее. Соответственно такие вещества называют
аллостерическими активаторами либо аллостерическими ингибиторами.
3. Свойства ферментов, как белковых катализаторов. Описание и графики.
Свойства ферментов:
- Влияние на скорость химической реакции: ферменты
увеличивают скорость хим. реакции, но сами при этом не
расходуются.
- Специфичность действия ферментов. В клетках организма
протекает 2-3 тыс. реакций, каждая из которые
катализируется своим ферментом.
определенным ферментом.
- Активность ферментов – способность в разной
степени ускорять скорость реакции.
Зависимость ферментов от температуры:
Скорость хим.реакции возрастает по мере увеличения
температуры, до достижения температуры денатурации
белков (55-60°С) – далее она падает. При снижении температуры
скорость реакции падает, но не исчезает полностью.
Зависимость ферментов от pH:
Скорость хим.реакции возрастает при кислотном оптимуме. Зависит от
наличия в структуре фермента аминокислот, чей заряд меняется от
уровня pH.
Зависимость ферментов от кол-ва фермента:
Скорость реакции возрастает непрерывно и пропорционально кол-ву
фермента, так как большее количество фермента производит
большее количество продукта.
Зависимость ферментов от кол-ва субстрата:
Сперва скорость возрастает, т.к. к увеличивающемуся кол-ву субстрата
присоединяются новые ферменты. Затем наблюдается эффект насыщения, когда все
ферменты заняты катализом субстрата. В некоторых случаях может наблюдаться
конкуренция за активный центр фермента, что ведет к снижению скорости.
4. Виды
специфичности
специфичности.
ферментов.
Теории,
объясняющие
механизм
Специфичность, т.е. высокая избирательность действия ферментов, основана
на комплементарности структуры субстрата и активного центра фермента.
1. Стереоспецифичность – катализ только одного из стереоизомеров, например:
o специфичность к L- или D-аминокислотам – например, почти все ферменты
человека взаимодействуют с L-аминокислотами.
o специфичность к цис- и транс-изомерам. Например, аспартаза реагирует
только с транс-изомером – фумаровой кислотой, но не с малеиновой
кислотой (цис-изомер).
2. Абсолютная специфичность – фермент производит катализ только одного вещества.
Например, каталаза разрушает
перекись
водорода, аргиназа расщепляет только
аргинин, уреаза расщепляет только мочевину, глюкокиназа фосфорилирует только Dглюкозу.
3. Групповая специфичность – катализ субстратов с общими структурными
особенностями, т.е. при наличии определенной связи или химической группы, например:
o наличие пептидной связи: пепсин катализирует разрыв пептидной связи.
o наличие α1,4-гликозидных связей в крахмале и гликогене - их гидролизует αамилаза
o наличие ОН-группы: алкогольдегидрогеназа окисляет
до
альдегидов
одноатомные спирты.
Относительная групповая специфичность – превращение субстратов с некоторыми
общими признаками. Например, цитохром Р450 окисляет только гидрофобные вещества.
Теории специфичности:
- Теория Фишера – «ключ-замок». Активный центр фермента строго соответствует
конфигурации субстрата и не изменяется.
- Теория Кошланда – «рука-перчатка». Подразумевает гибкость активного центра.
Присоединение субстрата к ферменту вызывает конфигурацию каталитического центра.
5. Изоферменты: определение, пример, клиническое значение.
Изоферменты ––это ферменты, катализирующие одну и ту же реакцию, но
различающиеся по первичной структуре белка. Они катализируют один и тот же тип
реакции с принципиально одинаковым механизмом, но отличаются друг от друга
кинетическими параметрами, условиями активации, особенностями связи апофермента
и кофермента.
Природа появления изоферментов разнообразна, но чаще всего обусловлена
различиями в структуре генов, кодирующих эти изоферменты. По своей структуре
изоферменты в основном являются олигомерными белками.
Изоферменты обладают органоспецифичностью, т.е. в каждой ткани содержится
пркимущественно один тип изоферментов. При повреждении органа в крови
появляется соответствующая форма изофермента.
Давно открыты и хорошо изучены изоферменты лактатдегидрогеназы (ЛДГ). Молекула
ЛДГ состоит из4-х протомеров 2-х разных типов: М (Muscle – мышца) и Н (Heart сердце). Комбинация этих субъединиц образует 5 изоферментов ЛДГ:
Активность ЛДГ в плазме крови повышается при острых поражениях сердца, печени,
почек и др. органов, а также при различных анемиях. Диагностическое значение имеет
определение не суммарной активности всех типов ЛДГ, а изоферментов, так, как только
они являются органоспецифичными. Например, при инфаркте миокарда в крови резко
возрастает ЛДГ1, при гепатитах – ЛДГ5.
6. Уравнение этапов ферментативного катализа. Кинетика ферментативных
реакций. Уравнение Михаэлиса-Ментен, график.
Кинетика ферментативных реакций - раздел энзимологии, изучающий зависимость
скорости химических реакций, катализируемых ферментами, от химической природы
реагирующих веществ, а также от факторов окружающей среды.
Для измерения каталитической активности ферментов используют такие
показатели, как скорость реакции или активность фермента. Скорость
ферментативной реакции определяется изменением количества молекул
субстрата или продукта за единицу времени.
Уравнение Михаэлиса — Ментен — основное уравнение ферментативной кинетики,
описывает зависимость скорости реакции, катализируемой ферментом, от
концентрации субстрата и фермента.



— максимальная скорость реакции, равная
;
— константа Михаэлиса, равная концентрации субстрата, при которой скорость
реакции составляет половину от максимальной;
— концентрация субстрата.
7. Активаторы ферментов. Механизм действия, примеры.
Вещества, которые оказывают влияние на активность ферментов, называют
эффекторами. Это могут быть ингибиторы – соединения, тормозящие каталитический
процесс, или активаторы – вещества, которые этот процесс ускоряют.
Различают специфические активаторы, повышающие активность одного фермента (НСl
- активатор пепсиногена) и неспецифические активаторы, увеличивающие активность
целого ряда ферментов (ионы Mg – активаторы гексокиназы, К, Na –АТФ-азы и других
ферментов).
1. Достраивание активного центра фермента, в результате чего облегчается
взаимодействие фермента с субстратом. Таким механизмом обладают в основном
ионы металлов.
2. Аллостерический активатор взаимодействует с аллостерическим участком
(субъединицей) фермента, через его изменения опосредованно изменяет структуру
активного центра и увеличивает активность фермента. Аллостерическим эффектом
обладают метаболиты ферментативных реакций, АТФ.
3. Аллостерический механизм может сочетаться с изменением олигомерности
фермента. Под действием активатора происходит объединение нескольких
субъединиц в олигомерную форму, что резко увеличивает активность фермента.
Например, изоцитрат является активатором фермента ацетил-КоА карбоксилазы.
4. Фосфолирирование - дефосфолирирование ферментов относится к обратимой
модификации ферментов. Присоединение Н3РО4 чаще всего резко увеличивает
активность фермента.
5. Частичный протеолиз (необратимая модификация). При этом механизме от
неактивной формы фермента (профермента) отщепляется фрагмент молекулы,
блокирующий активный центр фермента. Например, неактивный пепсиноген под
действием HCL переходит в активный пепсин.
8. Ингибиторы
ингибиторы.
ферментов.
Виды
ингибирования,
примеры.
Необратимые
Ингибитором называется вещество, вызывающее специфичное снижение активности
фермента. Таким образом, неорганические кислоты и тяжелые металлы ингибиторами
не являются, а являются инактиваторами, так как снижают активность многих
ферментов, т.е. действуют неспецифично.
Можно выделить два основных направления ингибирования:
 по
прочности связывания фермента с ингибитором ингибирование
бывает обратимым и необратимым.
 По отношению ингибитора к активному центру фермента: конкурентное и
неконкурентное
Необратимые ингибиторы прочно связаны и разрушают функциональные группы
молекулы фермента, которые необходимы для проявления его каталитической
активности.
Например, вещество диизопропилфторфосфат прочно и необратимо связывается с
гидроксигруппой серина в активном центре фермента ацетилхолинэстеразы,
гидролизующей ацетилхолин в нервных синапсах.
9. Ингибиторы
ингибиторы.
ферментов.
Виды
ингибирования,
примеры.
Обратимые
При обратимом ингибировании происходит непрочное связывание ингибитора с
функциональными группами фермента, вследствие чего активность фермента
постепенно восстанавливается.
Примером обратимого ингибитора может служить прозерин, связывающийся с
ферментом ацетилхолинэстеразой в ее активном центре. Группа ингибиторов
холинэстеразы (прозерин, дистигмин, галантамин) используется при миастении, после
энцефалита, менингита, травм ЦНС.
по отношению ингибитора к активному центру фермента ингибирование делят
на конкурентное и неконкурентное.
Конкурентное ингибирование - ингибиторы этого типа имеют структуру, близкую к
структуре субстрата. В силу этого ингибиторы и субстрат конкурируют за связывание
активного центра фермента.
Пример: К конкурентным ингибиторам относят антиметаболиты или псевдосубстраты,
например, антибактериальные средства сульфаниламиды
Неконкурентные ингибиторы – цианиды.

10. Регуляция активности
компартментализация.
ферментов:
количество
фермента,
проферменты,
Активность ферментов в клетке непостоянна во времени. Ферменты чутко реагируют на
ситуацию, в которой оказывается клетка, на факторы, воздействующие на нее как
снаружи, так и изнутри.
Количество фермента в клетке зависит от скорости его синтеза и распада,
процессов необходимых для обновления фермента. Синтез и распад ферментов
регулируется независимо. Скорость, с которой вещества реагируют друг с другом,
зависит от их концентрации. Таким образом, изменение количества хотя бы одного
из субстратов прекращает или начинает реакцию.
Проферменты – протеолитические ферменты пищеварительного тракта, а также
поджелудочной железы синтезируются в неактивной форме – в виде проферментов
(зимогенов). Регуляция в этих случаях сводится к превращению проферментов в
активные ферменты под влиянием специфических агентов или других ферментов –
протеиназ.
Так, трипсин в поджелудочной железе синтезируется в форме неактивного
трипсиногена. Поступив в кишечник, он превращается в активный трипсин в
результате аутокатализа или под действием других протеиназ.
Компартментализация – это сосредоточение ферментов и их субстратов в одном
компартменте (одной органелле) – в эндоплазматическом
ретикулуме, митохондриях, лизосомах, ядре, плазматической мембране и т.п.
Например, ферменты цикла трикарбоновых кислот и β-окисления жирных
кислот расположены в митохондриях, ферменты синтеза белка – в рибосомах.
11. Регуляция активности ферментов: аллостерическая, ковалентная модификация.
Аллостерическая регуляция. Фермент изменяет активность с помощью
нековалентно связанного с ним эффектора. Связывание происходит в участке,
пространственно удаленном от активного (каталитического) центра. Это связывание
вызывает конформационные изменения в молекуле белка, приводящие к изменению
определенной геометрии каталитического центра. Активность может увеличиться это активация фермента, или уменьшиться - это ингибирование.
Ковалентная модификация заключается в обратимом присоединении или
отщеплении определенной группы, благодаря чему изменяется активность фермента.
Чаще всего такой группой является фосфорная кислота, реже метильные и
ацетильные группы. Фосфорилирование фермента происходит по остаткам серина и
тирозина. Присоединение фосфорной кислоты к белку осуществляют ферменты
протеинкиназы, отщепление – протеинфосфатазы.
12. \Энзимология. Применение знаний о ферментах в медицине. Энзимопатии и
Энзимотерапия.
Использование ферментов в медицине происходит по четырем направлениям:
- энзимодиагностика,
- энзимотерапия,
- использование ферментов в медицинских технологиях и промышленности,
- применение ингибиторов ферментов.
Энзимопатологии (энзимопатии) – состояния, связанные с патологическим
увеличением или снижением активности ферментов. Наиболее часто встречается
снижение их активности с нарушением соответствующих метаболических процессов. При
энзимопатологии клиническое значение может иметь:
- накопление субстрата реакции, например: фенилаланина при фенилкетонурии,
свободного билирубина при физиологических желтухах новорожденных, некоторых
жиров при болезнях лизосомального накопления (липидозы).
- недостаток продукта, например: меланина при альбинизме, катехоламинов
при паркинсонизме,
- обе особенности одновременно, как при гликогенозах, сопровождающихся
гипогликемией при избытке гликогена в печени.
По характеру нарушения выделяют первичные и вторичные энзимопатии
- Первичные (наследственные) энзимопатии связаны с генетическим дефектом и
наследственным снижением активности. Например, фенилкетонурия связана с
дефектом фенилаланин-4-монооксигеназы, которая превращает фенилаланин в тирозин.
- Вторичные (приобретенные) энзимопатии возникают как следствие заболеваний
органов, вирусных инфекций и т.п., что приводит к нарушению синтеза фермента или
условий его работы, например, гипераммониемия при заболеваниях печени, при которых
ухудшается синтез мочевины и в крови накапливается аммиак.
Энзимотерапия – это использование ферментов в качестве лекарственных средств.
Использование ферментов в качестве терапевтических средств имеет много ограничений
вследствие их высокой иммуногенности. Тем не менее энзимотерапию активно развивают
в следующих направлениях:
- заместительная терапия — использование ферментов в случае их недостаточности;
- элементы комплексной терапии — применение ферментов в сочетании с другой
терапией.
Заместительная энзимотерапия эффективна при желудочно-кишечных заболеваниях,
связанных с недостаточностью секреции пищеварительных соков. Например, пепсин
используют при ахилии, гипо- и анацидных гастритах. Дефицит панкреатических
ферментов также в значительной степени может быть компенсирован приёмом внутрь
препаратов, содержащих основные ферменты поджелудочной железы (фестал, энзистал,
мезим-форте и др.).
В качестве дополнительных терапевтических средств ферменты используют при ряде
заболеваний. Протеолитические ферменты (трипсин, химотрипсин) применяют при
местном воздействии для обработки гнойных ран.
Ферментные препараты рибонуклеазу и дезоксирибонуклеазу используют в качестве
противовирусных препаратов при лечении аденовирусных конъюнктивитов,
герпетических кератитов.
Ферментные препараты стали широко применять при тромбозах и тромбоэмболиях. С
этой целью используют препараты фибринолизина, стрептолиазы, стрептодеказы,
урокиназы.
Фермент гиалуронидазу (лидазу), катализирующий расщепление гиалуроновой кислоты,
используют подкожно и внутримышечно для рассасывания контрактур рубцов после
ожогов и операций
13. Энзимология. Применение знаний о ферментах в медицине. Энзимодиагностика.
Энзимодиагностика – это исследование активности ферментов плазмы крови, мочи,
слюны с целью диагностики тех или иных заболеваний (подробнее). В основе
энзимодиагностики лежат два факта.
1. Заболевание органа приводит к понижению синтеза ферментов в клетках. Если
некоторые ферменты секретируются клетками наружу, то их активность в
биологической жидкости снижается. Примером является снижение активности факторов
гемостаза, церулоплазмина и псевдохолинэстеразы в крови при заболеваниях печени.
2. При воспалении или некрозе ткани происходит разрушение клеток, в результате чего
внутриклеточные ферменты (органоспецифичные) оказываются в плазме крови или в
моче, их активность здесь повышается.
Примером для второго случая может служить фермент лактатдегидрогеназа,
определение его активности в сыворотке крови необходимо при заболеваниях сердца,
печени, скелетной мускулатуры. Увеличение активности α-амилазы в плазме крови и
моче наблюдается при воспалительных процессах в поджелудочной и слюнных железах.
В то же время заболевания тех или иных органов всегда сопровождаются специфичным
"ферментативным профилем".
Например, инфаркт миокарда сопровождается увеличением
активности лактатдегидрогеназы, креатинкиназы, аспартатаминотрансферазы .
Витамины
14. Витамин А: строение, свойства, активные формы, биологическая роль,
авитаминоз.
Витамин А (ретинол, антиксерофтальмический)
Источники: витамин А содержат рыбий жир, печень морских рыб, печень крупного
рогатого скота и свиньи, жирномолочные продукты (сливочное масло, сливки, сметана),
желток яиц.
Суточная потребность: 1,0-2.5 мг.
Строение: Ретиноиды представляют собой ароматическое кольцо с метильными
заместителями и изопреновой цепью. В организме спиртовая группа ретинола окисляется
в свои активные формы: альдегидную (ретиналь) или карбоксильную (ретиноевая
кислота) группы.
Биологическая роль:
1.Антиоксидантная функция Благодаря наличию двойных связей в изопреновой цепи
витамин осуществляет нейтрализацию свободных кислородных радикалов, особенно
существенно эта функция проявляется у каротиноидов.
2. Регуляция экспрессии генов Ретиноевая кислота служит лигандом для
суперсемействаядерных рецепторов, к числу которых относятся рецепторы к стероидным
гормонам.
3. Регулирует нормальный рост и дифференцировку клеток эмбриона и молодого
организма.
Гиповитаминоз:
1. Стерильность – желтое тело беременности накапливает каротиноиды β-каротин и
лютеин. Вероятно, они несут антиоксидантную нагрузку, обеспечивая жизнеспособность
и нормальное функционирование желтого тела.
2. При сильном гиповитаминозе и авитаминозе происходит снижение синтеза родопсина и
нарушение темновой адаптации – куриная слепота;
3. Задержка роста, похудание, истощение;
4. Специфические поражения глаз, слизистых оболочек, кожи (гиперкератоз,
ксерофтальмия).
Гипервитаминоз: Острое отравление сопровождается головной болью, тошнотой,
слабостью, ступором, отеком соска зрительного нерва (вследствие ликворной
гипертензии), может повышаться температура.
При хроническом отравлении нарушается пищеварение, исчезает аппетит, наступает
потеря веса тела, снижается активность сальных желез кожи и развивается сухой
дерматит, ломкость костей.
15. Витамин Д: строение, свойства, активные формы, биологическая роль,
авитаминоз.
Витамин D (кальциферол, антирахитический).
Источники: Имеется два источника поступления витамина D: печень, дрожжи,
жирномолочные продукты (сливочное масло, сливки, сметана), желток яиц,жир печени
рыб,белые грибы. Холекальциферол образуется в коже при ультрафиолетовом
облучении (длина волны 290-315 нм) из 7-дегидрохолестерола.
Суточная потребность: 25 мкг.
Строение: Витамин D (кальциферол; антирахитический витамин) существует в виде
D2 и D3. В природных продуктах содержатся преимущественно провитамины D2 и D3
–соответственно эргостерин и холестерин.
С химической точки зрения эргостерин(ол) представляет собой одноатомный
ненасыщенный циклический спирт, в основе структуры которого лежит
конденсированная кольцевая система циклопентанпергидрофенантрена.
Биохимическая роль:
1. Увеличение концентрации кальция и фосфатов в плазме крови.
2. Подавляет секрецию паратиреоидногогормона через повышение концентрации
кальция в крови, но усиливает его эффект на реабсорбцию кальция в почках.
3. Кроме этого, витамин D участвует в пролиферации и дифференцировке клеток всех
органов и тканей, в том числе клеток крови и иммунокомпетентных клеток. Витамин D
регулирует иммуногенез и реакции иммунитета, стимулирует выработку эндогенных
антимикробных пептидов в эпителии и фагоцитах, лимитирует воспалительные
процессы путем регуляции выработки цитокинов.
Гиповитаминоз: Наиболее известным, "классическим" проявлением дефицита витамина
D является рахит, развивающийся у детей от 2 до 24 месяцев. При рахите, несмотря на
поступление с пищей, кальций не усваивается в кишечнике, а в почках теряется. Это ведет
к снижению концентрации кальция в плазме крови, нарушению минерализации костной
ткани и, как следствие, к остеомаляции (размягчение кости).
У взрослых тоже наблюдается остеомаляция, т.е. остеоид продолжает синтезироваться,
но не минерализуется. Кроме нарушения костной ткани, отмечается общая гипотония
мышечной системы, поражение костного мозга, желудочно-кишечного тракта,
лимфоидной системы, атопические состояния.
Гипервитаминоз: Ранними признаками передозировки витамина D являются тошнота,
головная боль, потеря аппетита и веса тела, полиурия, жажда и полидипсия. Могут быть
запоры, гипертензия, мышечная ригидность.
Хронический избыток витамина D приводит к гипервитаминозу, при котором отмечается:
- деминерализация костей, приводящая к их хрупкости и переломам.
- увеличение концентрации ионов кальция и фосфора в крови, приводящее к
кальцификации сосудов, ткани легких и почек.
16. Витамин К: строение, свойства, биологическая роль, авитаминоз. Синтетические
аналоги, антивитамины К, их применение в медицине.
Витамин К (нафтохиноны, антигеморрагический).
Источники: Хорошими источниками витамина К являются капуста, крапива, рябина,
шпинат, тыква, арахисовое масло, печень (филлохинон). Также витамин образуется
микрофлорой в тонком кишечнике (менахинон).
Суточная потребность: 2 мг.
Строение: Выделяют три формы витамина: витамин К1 (филлохинон), витамин К2
(менахинон), витамин К3 (менадион). После всасывания менадион превращается в
активную форму – менахинон.
Биологическая роль: Синтез факторов свертывания крови в печени – Кристмаса,
Стюарта, проконвертина, протромбина; Синтез белков костной ткани, например,
остеокальцина. Синтез протеина C и протеина S, участвующих в работе
антисвертывающей системы крови.
Гиповитаминоз: Возникает при подавлении микрофлоры лекарствами, особенно
антибиотиками, при заболеваниях печени и желчного пузыря. У взрослых здоровая
кишечная микрофлора полностью удовлетворяет потребность организма в витамине.
Наблюдается кровоточивость, снижение свертываемости крови, легкое возникновение
подкожных гематом, у женщин отмечаются обильные менструации.
17. Витамин Е: строение, свойства, биологическая роль, авитаминоз.
Витамин Е (токоферол, антистерильный).
Источники. Растительные масла (кроме оливкового), пророщенное зерно пшеницы,
бобовые, яйца.
Суточная потребность: 20-50 мг.
Строение: Молекула токоферола состоит из кольца производного бензохинона и
изопреноидной боковой цепи. Другие формы витамина E включают иные производные
токола, характеризующиеся биологической активностью.
Биохимические функции: Витамин, встраиваясь в фосфолипидный бислой мембран,
выполняет антиоксидантную функцию, т.е. препятствует развитию свободнорадикальных
реакций. При этом:
1. Лимитирует свободнорадикальные реакции в быстроделящихся клетках – слизистые
оболочки, эпителий, клетки эмбриона. Этот эффект лежит в основе положительного
действия витамина в регуляции репродуктивной функции у мужчин и у женщин (греч.
tokos – потомство, phero – несу, т.е. антистерильный).
2. Защищает витамин А от окисления, что способствует проявлению ростстимулирующей
активности витамина А.
3. Защищает ненасыщенные жирнокислотные остатки мембранных фосфолипидов от
окисления (перекисное окисление липидов) и, следовательно, любые клетки от
разрушения.
Гиповитаминоз: бесплодие, нарушение протекания беременности, синтеза половых
гормонов, мышечная дистрофия. Кроме пищевой недостаточности и нарушения
всасывания жиров, причиной гиповитаминоза Е может быть недостаток аскорбиновой
кислоты.
Укорочение времени жизни эритроцитов in vivo, пониженная устойчивость и их легкий
гемолиз, развитие анемии, увеличение проницаемости мембран, мышечная дистрофия,
слабость. Также со стороны нервной ткани отмечены арефлексия, снижение
проприоцептивной и вибрационной чувствительности, парез взора вследствие поражения
задних канатиков спинного мозга и миелиновой оболочки нервов.
В эксперименте у животных при авитаминозе развивается атрофия семенников и
рассасывание плода (греч. tokos – потомство, phero – несу, т.е. антистерильный),
размягчение мозга, некроз печени, жировая инфильтрация печени.
18. Витамин Н (биотин): строение, свойства, биологическая роль, авитаминоз.
Коферментная роль.
Витамин Н (витамин B7, биотин, антисеборейный)
Источники: Биотин содержится почти во всех продуктах животного и растительного происхождения. Наиболее богаты этим витамином печень, почки, молоко, желток яйца. В
обычных условиях человек получает достаточное количество биотина в результате
бактериального синтеза в кишечнике.
Суточная потребность: не превышает 0,01-0,02 мг.
Структура. В основе строения биотина лежит тиофеновое кольцо, к которому
присоединена молекула мочевины, а боковая цепь представлена валерьяновой кислотой.
Биологическая роль.Биотин выполняет коферментную функцию в составе карбоксилаз:
он участвует в образовании активной формы СО2: Биотин используется в образовании
малонил-КоА из ацетил-КоА, в синтезе пуринового кольца, в реакции карбоксилирования
ПВК с образованием ЩУК. Он необходим для синтеза жирных кислот, белков и
пуриновых нуклеотидов.
Гиповитаминоз: Дисбактериоз и комплексное нарушение поступления витаминов,
например, при длительном парентеральном питании. В эксперименте может быть вызван
потреблением больших количеств сырых яиц (12 штук в день) в течение длительного
времени (2 недели), т.к. в них содержится гликопротеин авидин – антивитамин,
связывающий биотин в ЖКТ и препятствующий его всасыванию. У человека практически
не встречается. В эксперименте обнаруживаются дерматиты, выделение жира сальными
железами кожи (себорея), поражение ногтей, выпадение волос, анемия, анорексия,
депрессия, усталость, сонливость.
19. Витамин В1: сстроение,
Коферментная роль.
свойства,
биологическая
роль,
авитаминоз.
Витамин В1 (тиамин, антиневритный)
Источники: Черный хлеб, злаки, горох, фасоль, мясо, дрожжи.
Суточная потребность: 2,0-3,0 мг.
Строение: В составе тиамина определяется пиримидиновое кольцо, соединенное с
тиазоловым кольцом. Коферментной формой витамина является тиаминдифосфат.
Биологическая роль:




Коферментная функция – витамин В1 в форме тиаминпирофосфата(ТПФ), где
пирофосфат присоединяется по гидроксильной группе остатка этанола, находится в
составе более чем 30 разных ферментов. В форме кофермента он обеспечивает
течение ключевых реакций превращений пировиноградной и α-кетоглутаровой
кислот до ацетил-КоА и сукцинил-КоА соответственно.
Дефицит В1 в составе пируват-дегидрогеназного комплекса, содержащего ТПФ в
качестве кофермента, приводит к накоплению пирувата в организме, негативному
влиянию на нервную ткань, на функции головного мозга.
Витамин В1 в форме тиаминпирофосфата входит также в состав молекулы
транскетолазы. фермента, катали зирующего превращение рибулозо-5-фосфата в
рибозо-5 фосфат в пентозном превращении гексоз.
Тиаминпирофосфат требуется для синтеза ацетилхолина.
Гиповитаминоз: Болезнь "бери-бери" или "ножные кандалы" – нарушение метаболизма
пищеварительной, сердечно-сосудистой и нервной систем из-за недостаточного
энергетического и пластического обмена.
Со стороны нервной ткани наблюдаются:
- полиневриты: снижение периферической чувствительности, утрата некоторых
рефлексов, боли по ходу нервов,
- энцефалопатия:
- синдром Вернике – спутанность сознания, нарушение координации, галлюцинации,
нарушение зрительной функции,
- синдром Корсакова – ретроградная амнезия, неспособность усваивать новую
информацию, болтливость.
Со стороны сердечно-сосудистой системы отмечается нарушение сердечного ритма,
боли в сердце и увеличение его размеров.
В желудочно-кишечном тракте нарушается секреторная и моторная функция, возникает
атония кишечника и запоры, исчезает аппетит, уменьшается кислотность желудочного
сока.
20. Витамин В2: сстроение,
Коферментная роль.
свойства,
биологическая
роль,
авитаминоз.
Витамин В2 (рибофлавин, витамин роста)
Источники: Достаточное количество содержат мясные продукты, печень, почки,
молочные продукты, дрожжи. Также витамин образуется кишечными бактериями.
Суточная потребность: 2,0-2,5 мг.
Строение: В состав рибофлавина входит флавин – изоаллоксазиновое кольцо с
заместителями (азотистое основание) и спирт рибитол.
Коферментные формы витамина дополнительно содержат либо только фосфорную
кислоту – флавинмононуклеотид (ФМН), либо фосфорную кислоту, дополнительно
связанную с АМФ – флавинадениндинуклеотид.
Биохимические функции: Кофермент оксидоредуктаз – обеспечивает перенос 2
атомов
водорода
в
окислительно-восстановительных
реакциях.
Гиповитаминоз: В первую очередь страдают высокоаэробные ткани – эпителий кожи
и слизистых. Проявляется как сухость ротовой полости, губ и роговицы; хейлоз, т.е.
трещины в уголках рта и на губах ("заеды"), глоссит (фуксиновый язык), шелушение
кожи в
районе
носогубного
треугольника,
мошонки,
ушей
и
шеи, конъюнктивит и блефарит.
Сухость конъюнктивы и ее воспаление ведут к компенсаторному увеличению
кровотока в этой зоне и улучшению снабжения ее кислородом, что проявляется как
васкуляризация роговицы.
21. Витамин В6: строение,
Коферментная роль.
свойства,
биологическая
роль,
авитаминоз.
Витамин В6 (пиридоксин, антидерматитный)
Источники: Витамином богаты злаки, бобовые, дрожжи, печень, почки, мясо, также
синтезируется кишечными бактериями.
Суточная потребность: 1,5-2,0 мг.
Строение: Витамин существует в виде пиридоксина. Его коферментными формами
являются пиридоксальфосфат и пиридоксаминфосфат.
Биологическая роль:
1. Является коферментом фосфорилазы гликогена (50% всего витамина находится в
мышцах),
участвует
в
синтезе
гема,
сфинголипидов.
2. Наиболее известная функция пиридоксиновых коферментов – перенос аминогрупп и
карбоксильных групп в реакциях метаболизма аминокислот.
Гиповитаминоз: Повышенная возбудимость ЦНС, эпилептиформные судороги (из-за
недостатка синтеза ГАМК), полиневриты, пеллагроподобные дерматиты, эритемы и
пигментация кожи, отеки, анемии.
22. Витамин РР: строение,
Коферментная роль.
свойства,
биологическая
роль,
авитаминоз.
Витамин В3 (PP, ниацин, антипеллагрический)
Источники: Хорошим источником являются печень, мясо, рыба, бобовые, гречка,
черный хлеб. В молоке и яйцах витамина мало. Также синтезируется в организме из
триптофана – одна из 60 молекул триптофана превращается в одну молекулу
витамина.
Суточная потребность: 15-25 мг.
Строение: Витамин существует в виде никотиновой кислоты или никотинамида. Его
коферментными формами являются никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и
фосфорилированная по рибозе форма – никотинамидадениндинуклеотидфосфат
(НАДФ).
Биологическая роль:
Перенос гидрид-ионов Н– (атом водорода и электрон) в окислительновосстановительных реакциях.
Реакция с участием НАД и НАДФ
Благодаря переносу гидрид-иона витамин обеспечивает следующие задачи:
- Метаболизм белков, жиров и углеводов. Так как НАД и НАДФ служат коферментами
большинства дегидрогеназ, то они участвуют в реакциях:
- при синтезе и окислении карбоновых кислот,
- при синтезе холестерола,
- обмена глутаминовой кислоты и других аминокислот,
- обмена углеводов: пентозофосфатный путь, гликолиз и т.п.
Гиповитаминоз: Проявляется заболеванием пеллагра как синдром трех Д:



дерматиты (фотодерматиты),
диарея (слабость, расстройство пищеварения, потеря аппетита).
деменция (нервные и психические расстройства, слабоумие).
При отсутствии лечения заболевание кончается летально. У детей при гиповитаминозе
наблюдается замедление роста, похудание, анемия.
23. Фолиевая кислота:
Коферментная роль.
строение, свойства, биологическая роль, авитаминоз.
Витамин В9 (Вс, фолиевая кислота, витамин роста)
Источники: Растительные продукты, дрожжи, мясо, печень, почки, желток яиц.
Витамин активно синтезируется дружественной кишечной микрофлорой.
Суточная потребность: 400 мкг.
Строение: Витамин представляет собой комплекс из трех составляющих – птеридина,
пара-аминобензойной кислоты и глутаминовой кислоты. Остатков глутамата,
соединенных через γ-карбоксильную группу, может быть разное количество.
Коферментной формой витамина является тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК, Н4ФК).
Биологическая роль:
Участвует в процессе синтеза РНК и ДНК,в метаболтзме аминокислот, в синтезе
нуклеиновых кислот.
Непосредственная функция тетрагидрофолиевой кислоты – перенос одноуглеродных
фрагментов,
которые
присоединяются
к
атомам
N5
или
N10.
Гиповитаминоз: мегалобластическая анемия,дефекты нервной трубки плода, развитие
тромбозов, атеросклероза. Дефицит фолиевой кислоты в организме тормозит синтез
тимидилтрифосфата, что приводит к снижению синтеза ДНК в быстроделящихся
клетках – костного мозга, эпителиальных тканей.
В первую очередь затрагиваются органы кроветворения: так как клетки не теряют
способности расти, но в них происходит нарушение синтеза ДНК с остановкой
деления, то это приводит к образованию мегалобластов (крупных незрелых клеток)
и мегалобластической анемии. По той же причине наблюдается лейкопения.
Аналогично развивается поражение слизистых желудка
(гастриты, энтериты), глоссит. Отмечается замедление
ухудшение заживления ран, иммунодефициты.
и кишечного тракта
роста, конъюнктивит,
24. Витамин В12: строение, свойства, биологическая роль. Коферментная роль.
Витамин В12 (кобаламин, антианемический)
Источники: Из пищевых продуктов витамин содержат только животные продукты:
печень, рыба, почки, мясо. Также он синтезируется кишечной микрофлорой, однако не
доказана возможность всасывания витамина в нижних отделах ЖКТ.
Коферменты: метилкобаламин и дезоксиаденозилкобаламин
Суточная потребность: 2,5-5,0 мкг.
Строение: Содержит 4 пиррольных кольца, ион кобальта (с валентностью от Co3+ до
Co6+), группу CN–. В организме при синтезе коферментных форм цианидная группа
CN– заменяется метильной или 5'-дезоксиаденозильной.
Метаболизм:
Для всасывания в кишечнике необходим внутренний фактор Касла – гликопротеин,
синтезируемый обкладочными клетками желудка.
Биологическая роль: Витамин В12 участвует в двух видах реакций – реакции
изомеризации и метилирования.
1. Основой изомеризующего действия витамина В12 является возможность
способствовать переносу атома водорода на атом углерода в обмен на какую-либо
группу. Эта функция имеет значение в процессе окисления остатков жирных кислот.
2. Участие в трансметилировании аминокислоты гомоцистеина при синтезе
метионина. Метионин в дальнейшем активируется и используется для синтеза
адреналина, креатина, карнитина, холина, фосфатидилхолина и др.
Гиповитаминоз: Пищевая недостаточность – как правило, наблюдается
у вегетарианцев. Однако чаще причиной гиповитаминоза В12 является не отсутствие
витамина в пище, а плохое всасывание при заболеваниях желудка.
Развивается Макроцитарная анемия, при которой количество эритроцитов снижено в
3-4 раза. Она возникает чаще у пожилых, но может быть и у детей. Непосредственной
причиной анемии является потеря фолиевой кислоты клетками при недостаточности
витамина В12 и, как следствие, замедление деления клеток из-за снижения синтеза
инозинмонофосфата и, соответственно пуриновых нуклеотидов, и уменьшения синтеза
тимидилмонофосфата, а значит и ДНК.
Неврологические нарушения:
- периферической полиневропатии: онемение кистей и стоп, снижение кожной
чувствительности, ощущение "ползающих мурашек", покалывание, нарушение
сухожильных рефлексов (ахиллов, коленный). Реже - парезы и периферические
параличи, нарушение функции тазовых органов.
- недостаточный ресинтез метионина (из гомоцистеина) приводит к снижению
объема реакций метилирования,
в
частности,
уменьшается
синтез
нейромедиатора ацетилхолина.
25. Витамин С: строение, свойства, биологическая роль, авитаминоз.
Витамин С (аскорбиновая кислота, антицинготный)
Источники: Свежие овощи и фрукты (по убыванию количества): шиповник,
смородина, клюква, брусника, перец сладкий, укроп, капуста, земляника, клубника,
апельсины, лимоны, малина.
Суточная потребность:
младенцы – 30-35 мг,
дети от 1 до 10 лет – 35-50 мг
подростки и взрослые – 50-100 мг.
Строение: Витамин является производным глюкозы. Его синтез осуществляют все
организмы, кроме приматов и морских свинок.
Биологическая роль:
Участвует в синтезе коллагена, синтез серотонина, катаболизм тирозина, синтез
норадреналина ,всасывание железа, антиоксидантные реакции. Витамин С не является
коферментом в привычном понимании. Он используется как донор электронов,
например, для восстановления ионов металлов (железо, медь), входящих в состав
активного центра оксидоредуктаз, после осуществления ферментом своей реакции.
Гиповитаминоз: Так как особенно интенсивно аскорбиновая кислота накапливается
в надпочечниках и тимусе, то ряд симптомов связана со сниженной функцией этих
органов. Отмечается нарушение иммунитета, особенно легочного, развивается общая
слабость, быстрая утомляемость, похудание, одышка, боли в сердце, отек нижних
конечностей. У мужчин происходит слипание сперматозоидов и возникает бесплодие.
Снижается всасываемость железа в кишечнике, что вызывает снижение синтеза гема и
гемоглобина и железодефицитную анемию. Уменьшается активность фолиевой
кислоты – это приводит к мегалобластической анемии.
У детей дефицит аскорбиновой кислоты приводит к болезни Меллера-Барлоу,
проявляющуюся в поражении костей: разрастание и минерализация хряща,
торможение рассасывания хряща.
Полное отсутствие витамина приводит к цинге.
Общие пути катаболизма
26. Макроэргические соединения; их химическое строение, образование и роль в
организме.
Макроэргические соединения - соединения, содержащие макроэргическую связь, при
гидролизе которой освобождается энергия больше чем 30 кДж/моль.
К клеточным макроэргическим соединениям относят фосфоенолпируват, 1,3дифосфоглицерат, которые образуются в гликолизе (в процессе распада глюкозы до
пирувата). К ним относят также сукцинил-КоА (образуется в цикле трикарбоновых
кислот, переносит фосфатную группу на ГДФ), карбамоилфосфат (образуется в первой
реакции цикла мочевины) и креатинфосфат.
Эти молекулы обладают большим потенциалом переноса фосфатной группы на АДФ с
образованием АТФ, потому что энергия, выделяемая при распаде этих
макроэргических молекул более высокая, чем требуется для синтеза АТФ из АДФ.
В свою очередь АТФ - источник энергии для важных метаболических путей, в которые
входят глюкоза, фруктоза и многие другие молекулы. Получая фосфатную группу от
АТФ, эти молекулы увеличивают уровень своей свободной энергии (AG), что
обеспечивает течение ряда ферментативных реакций и клеточных процессов.
Строение АТФ: Как и все нуклеотиды, АТФ состоит из пятиуглеродного сахара – рибозы,
азотистого основания – аденина, и, в отличие от нуклеотидов ДНК и РНК, трех остатков
фосфорной кислоты
27. Окислительное
декарбоксилирование
пируватдегидрогеназного комплекса.
пирувата.
Этапы
работы
Окисление ПВК до ацетил-КоА происходит при участии ряда ферментов и
коферментов, объединенных структурно в мультиферментную систему, получившую
название «пируватдегидрогеназный комплекс».
Происходит в: матриксе митохондрий.
Ферменты:
- пируватдегидрогеназа,
- дигидролипоилдегидрогеназа
- дигидролипоилацетилтрансфераза.
Коферменты: (тиаминпирофосфат (ТПФ (витамин В1)), амид липоевой кислоты,
коэнзим А (СоА (витамин В3)), ФАД (флавинадениндинуклеотид (витамин
В2)),НАД+(никотинамидадениндинуклеотид (витамин РР)).
Пировиноградная кислота является продуктом окисления глюкозы. Ее судьба различна
в зависимости от доступности кислорода в клетке. В анаэробных условиях она
восстанавливается до молочной кислоты. В аэробных условиях происходит
ее окислительное декарбоксилирование до уксусной кислоты, переносчиком
которой служит коэнзим А.
Пируватдегидрогеназа (Е1), ее коферментом является тиаминдифосфат,
катализирует 1-ю реакцию.
Дигидролипоамид-ацетилтрансфераза (Е2), ее коферментом является липоевая
кислота, катализирует 2-ю и 3-ю реакции.
Дигидролипоат-дегидрогеназа (Е3), кофермент – ФАД, катализирует 4-ю и 5-ю
реакции.
Помимо указанных коферментов, которые прочно связаны с соответствующими
ферментами, в работе комплекса принимают участие коэнзим Аи НАД.
Суть первых трех реакций сводится к декарбоксилированию пирувата
(пируватдегидрогеназа), окислению его до ацетила и переносу на коэнзим А
(дигидролипоамид-ацетилтрансфераза). Оставшиеся 2 реакции необходимы для
возвращения липоевой кислоты и ФАД в окисленное состояние (дигидролипоатдегидрогеназа).
28. Схема цикла Кребса. Описать значение цикла Кребса. Посчитайте количество
АТФ, образующееся благодаря работе цикла Кребса
Образуется 12 АТФ
Изоцитрат ->альфа-кетоглутарат (3АТФ)
альфа-кетоглутарат- сукцинил КоА (3 атф)
сукцинил КоА-янтарная кислота (1)
янтарная кислота-фумаровая кислота (2)
ялбочная кислота – ЩУК (3)
в ходе цикла:

Два атома углерода включается в цикл и покидает в виде СО2


4 пары атомов Н покидает цикл в ходе 4 окислительных реакций
Потребляется 2 молекулы Н2О
Цикл Кребса выполняет следующие функции:
1. Интегративную – объединяет пути катаболизма углеводов, жиров, белков; во всех
аэробных организмах он выступает в роли центрального метаболического пути углерода.
2. Амфиболическую – выполняет не только катаболическую функцию распада ацетильных
остатков, но и анаболическую, поскольку субстраты цикла используются для синтеза
других веществ;
3. Энергетическую – совместно с цепью переноса электронов является основным
поставщиком химической энергии в форме АТФ.
29. Напишите первые три реакции цикла Кребса. Описать значение цикла Кребса.
- Первая реакция цикла начинается с конденсации ацетил-СоА с оксалоацетатом, в
результате чего образуется лимонная кислота.(фермент:цитратсинтаза)
- В результате второй реакции образовавшаяся лимонная кислота подвергается
дегидрагированию с образованием цис-аконитовой кислоты, которая, присоединяя
молекулу воды, переходит в изолимонную (изоцитрат). Обратимые реакции
гидратации-дегидратации катализирует фермент аконитаза (класс лиазы).
- Третья реакция дегидрирование и декарбоксилирование изоцитрата до
промежуточного соединения оксалосукцинат с выделением СО2.После этого образ.
Енольное соединение, которое превращается в альфа-кетоглутарат.
(изоцитратдегидрогеназа)
30. Напишите последние три реакции цикла Кребса. Описать значение цикла
Кребса.
- Во время четвертой реакции происходит окислительное декарбоксилирование aкетоглутаровой кислоты с образованием высокоэнергетического соединения
сукцинил-СоА. Затем деацилирование сукцинил-КоА до сукцината(янтарной к-ты)
фермент: альфа-кетоглутаратдегидрогеназа
- Пятая реакция оксиление янтарной кислоты до фумаровой кислоты.
Фермент:ФАД(флавинадениндинуклеотид)
- В результате шестой реакции превращение фумаровой кислотына яблочную
кислоту(малат). Фермент:фумараза
- Седьмая реакция окисление малата до оксалоацетата. Фермент: НАД-зависимый
ферментмалатдегидрогеназа.
Таким образом за один оборот цикла происходит полное окисление одной молекулы
ацетил-СоА и регенерация оксалоацетата, который вновь может конденсироваться с
новой молекулой ацетил-СоА.
31. Напишите реакции цикла Кребса, в которых происходит окисление субстрата.
Описать значение цикла Кребса.
1) дегидрирование изоцитрата с последующим выделением молекулы СО2
(декарбоксилированием) и образованием α-кетоглутарата. Это – первая окислительновосстановительная реакция в цикле Кребса, в результате которой образуется НАДН.
Изоцитратдегидрогеназа, катализирующая реакцию, - регуляторный фермент,
активируется АДФ. Избыток НАДН ингибирует фермент.
2)
окислительное
декарбоксилирование
α-кетоглутарата,
катализируется
мультиферментным комплексом), сопровождается выделением СО2 и образованием
второй молекулы НАДН. Эта реакция аналогична пируватдегидрогеназной реакции.
Ингибитором служит продукт реакции – сукцинил-КоА.
3) дегидрирование сукцината с образованием фумарата и молекулы ФАДН2. Фермент
сукцинатдегидрогеназа прочно связан с внутренней мембраной митохондрии.
4) дегидрирование малата, приводящее к образованию оксалоацетата и третьей молекулы
НАДН. Образующийся в реакции оксалоацетат может вновь использоваться в реакции
конденсации с очередной молекулой ацетил-КоА
32. Напишите реакции цикла Кребса, в которых происходит выделение углекислого
газа. α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс. Подробно состав и механизм
реакции. Описать значение цикла Кребса.
Изоцитрат превращается в альфа-кетоглутарат под действием
изоцитратдегидрогеназы. Альфа-кетоглутарат превращается в сукцинил-КоА альфакетоглутаратдегидрогеназой и добавлением ацетил-КоА.
33. Напишите реакцию цикла Кребса, в процессе которой происходит субстратное
фосфорилирование. А также запишите реакцию цикла Кребса, которую
катализирует комплекс II цепи тканевого дыхания. Описать значение цикла
Кребса.
Субстратное
фосфорилирование—
синтез
АТФ,
не
связанный
с
электронтранспортной системой, при котором остаток фосфорной кислоты (Н2РО3)
переносится на АДФ от высокоэнергетического (фосфорилированного) соединения.
На 5-й стадии 1 молекула АТФ образуется путем субстратного фосфорилирования.
Катализируется ферментом сукцинил-КоА-синтетазой. В ходе этой реакции сукцинилКоА при участии ГТФ и неорганического фосфата превращается в янтарную
кислоту (сукцинат). Одновременно происходит образование высокоэргической
фосфатной связи ГТФ за счет высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА
34. Пиридинзависимые дегидрогеназы. Структура НАД и НАДФ, их участие в
окислительно-восстановительных реакциях. Описать значение цепи тканевого
дыхания.
Способность НАД и НАДФ играть роль промежуточного переносчика водорода
связана с наличием в их структуре амида никотиновой кислоты.
При переносе двух восстановительных эквивалентов от субстрата на НАД+ один из
них затем присутствует в восстановленном коферменте в виде водорода, а другой - в
виде электрона. Свободный ион Н+ остается в среде.
В клетках НАД-зависимые дегидрогеназы преимущественно участвуют в процессах,
связанных с переносом электронов от органических субстратов к кислороду. В свою
очередь НАДФ-зависимые дегидрогеназы играют существенную роль в реакциях
биосинтеза (например, высших жирных кислот, сте-ринов и др.). В соответствии с
этим коферменты НАД и НАДФ различаются по своей внутриклеточной локализации:
НАД концентрируется главным образом в митохондриях, а бoльшая часть НАДФ
находится в цитоплазме клеток.
Дыхательная цепь переноса электронов, также электрон-транспортная цепь —
система трансмембранных белков и переносчиков электронов, необходимых для
поддержания энергетического баланса. ЭТЦ поддерживает баланс за счёт переноса
электронов и протонов из НАД∙Н и ФАДН2 в акцептор электронов.
35. Флавинзависимые дегидрогеназы. Структура ФМН и ФАД. Их участие в ОВ
реакциях. Описать значение цепи тканевого дыхания.
Следующим акцептором атомов водорода является группа флавиновых ферментов, которые
осуществляют перенос водородов (протонов и электронов) от восстановленных НАД или
НАДФ.
Флавиновые дегидрогеназы содержат в качестве коферментов ФАД
(флавинадениндинуклеотид) или ФМН (флавинмононуклеотид). Они образуются в
организме из витамина В2 (рибофлавина). Большинство ФАД-зависимых дегидрогеназ
локализованы в матриксе митохондрий.
В некоторых случаях (например, при окислении сукцината или жирных кислот)
флавиновые ферменты могут играть роль первичных дегидрогеназ, т. е. прямо, без
участия НАД- или НАДФ-зависимых дегидрогеназ, принимать электроны и протоны
от окисляемых субстратов.
Насчитывается около 30 флавиновых ферментов. Это сложные белки, простетической
группой которых, как уже отмечалось, являются либо ФМН, либо ФАД. ФМН и ФАД
очень прочно, в отличие от коферментов НАД и НАДФ, присоединены к ферменту
(точнее, к апоферменту) и не отщепляются от него ни на одной из стадий
каталитического цикла.
Дыхательная цепь переноса электронов, также электрон-транспортная цепь —
система трансмембранных белков и переносчиков электронов, необходимых для
поддержания энергетического баланса. ЭТЦ поддерживает баланс за счёт переноса
электронов и протонов из НАД∙Н и ФАДН2 в акцептор электронов.
36. Строение и роль железосодержащих ферментов (цитохромов) в тканевом
дыхании. Описать значение цепи тканевого дыхания.
Простетическая группа цитохромов близка к гемму гемоглобина и содержит ядро
протопорфирина, связанное с атомом железа.
Однако в отличие от гемоглобина, в составе которого железо двухвалентно, в цитохромах
оно изменяет свою валентность, присоединяя или отдавая электроны.
В транспорте электронов по дыхательной цепи принимают участие 5 цитохромов –
цитохромы b, с1 , с, а, а3, которые отличаются друг от друга характером простого
специфического белка.
Цитохром b имеет различные формы. По мнению ряда авторов, в дыхательной цепи
функционируют цитохромы b562 и b566, называемые так по максимуму поглощения
света. Они образуют комплекс, пересекающий липидную часть мембраны от
внутренней (матриксной) к наружной поверхности.
Цитохром c1 расположен в липидном слое ближе к наружной поверхности внутренней
мембраны. Имеет молекулярную массу 40000 Д.
Цитохром c относительно легко переходит в водный раствор. Находится на наружной
поверхности внутренней мембраны и, очевидно, может выходить в межмембранное
пространство. Молекулярная масса цитохрома c 12000 Д
Цитохромы a и a3 образуют комплекс, называемый цитохромоксидазой. Этот
комплекс пересекает мембрану поперек внешней стороны, где в липидном слое
находится цитохром, а, до внутренней мембраны, где находится цитохром а3.
Активный центр цитохрома а3 обращен в матрикс. Молекулярная масса
цитохромоксидазы около 450000 Д. В отличии от других цитохромов
цитохромоксидаза содержит также Cu 2+.
37. Общая схема полной цепи тканевого дыхания. Описать значение цепи тканевого
дыхания.
Компоненты дыхательной цепи во внутренней мембране михохондрий формируют
комплексы:
I комплекс (НАДН-КоQН2-редуктаза)
–
принимает
электороны
от
митохондриального НАДН и транспортирует их на КоQ. Протоны транспортируются в
межмембранное пространство. Промежуточным акцептором и переносчиком протонов
и электронов являются ФМН и железосерные белки. I комплекс разделяет поток
электронов и протонов.
II комплекс – сукцинат – КоQ - редуктаза – включает ФАД- зависимые
дегидрогеназы и железосерные белки. Он транспортирует электроны и протоны от
флавинзависимых субстратов на убихинон, с образованием промежуточного ФАДН2.
Убихинон легко перемещается по мембране и передает электроны на III комплекс.
III комплекс – КоQН2 - цитохром с - редуктаза – имеет в своем составе цитохромы
b и с1, а также железосерные белки. Функционирование КоQ с III комплексом
приводит к разделению потока протонов и электронов: протоны из матрикса
перекачиваются в межмембранное пространство митохондрий, а электроны
транспортируются далее по ЦТД.
IV комплекс – цитохром а - цитохромоксидаза – содержит цитохромоксидазу и
транспортирует электроны на кислород с промежуточного переносчика цитохрома с,
который является подвижным компонентом цепи.
Существует 2 разновидности ЦТД:
Полная цепь – в нее вступают пиридинзависимые субстраты и предают атомы
водорода на НАД-зависимые дегидрогеназы
Неполная (укороченная или редуцированная) ЦТД в которой атомы водорода
передаются от ФАД-зависимых субстратов, в обход первого комплекса.
38. Общая схема короткой цепи тканевого дыхания. Описать значение цепи
тканевого дыхания.
В короткой дыхательной цепи окисляется субстрат, для которых первичным акцептором
электронов является флапротеид (отсутствует этап окисления субстрата НАД-ДГ).
Вещества короткой цепи: янтарная кислота, активные формы жирных кислот,
глицерофосфат).
Первая реакция окисления:
В последующем ФАДН2 при участии (FeS*) + КоQ, окисляется:
Восстановленный КоQ как и в длиной дыхательной цепи системой цитохромов:
Эти дыхательные цепи могут быть разделены на структурно-функциональные
форагменты, которые называются окислительные комплексы. В длинной цепи
выделяют 3 комплекса, а в короткой 2.
39. Строение АТФ синтазы и механизм окислительного фосфорилирования.
Описать значение цепи тканевого дыхания.
АТФ-синтаза – интегральный белок внутренней мембраны митохондрий. Располагается в
непосредственной близости к дыхательной цепи.
СоСтоит и 2х белковых комплексов, обозначаемых как F0 и F1.
- компонент Fо (олигомицин-чувствительный) – его функция каналообразующая, через
него выкачанные наружу ионы водорода устремляются в матрикс,
- компонент F1 (fraction 1, англ. - часть 1) – его функция каталитическая. Именно он,
используя энергию протонного градиента, синтезирует АТФ.
Строение компонента Fо:Данный компонент погружен в мембрану, является
интегральным белком цилиндрической формы, образован субъединицами типов a и b,
и 10-12 субъединицами типа с, собранными в единый комплекс. В каждой из cсубъединиц есть отрицательно заряженные центры связывания протонов – остатки
аспарагиновой кислоты. Эти центры взаимодействуют с полуканалами для ионов H+,
открывающимися наружу (в межмембранное пространство), и внутрь (в матрикс).
Окислительное фосфорилирование – это способ синтеза АТФ из АДФ и
неорганического
фосфата
с использованием
энергии
протонного
электрохимического потенциала (ΔμH + ), который образуется за счет переноса
электронов по ЦПЭ.
На основании строения и функций компонентов дыхательной цепи предложен механизм
окислительного фосфорилирования:
1. Ферменты дыхательной цепи расположены в строго определенной последовательности:
каждый последующий белок обладает большим сродством к электронам, чем предыдущий
(он более электроположителен, т.е. обладает более положительным окислительновосстановительным потенциалом). Это обеспечивает однонаправленное движение
электронов.
2. Все атомы водорода, отщепленные дегидрогеназами от субстратов в аэробных
условиях, достигают внутренней мембраны митохондрий в составе НАДН или ФАДН2.
3. Здесь атомы водорода (от НАДН и ФАДН2) передают свои электроны в дыхательную
ферментативную цепь, по которой электроны движутся (50-200 шт/сек) к своему
конечному акцептору – кислороду. В результате образуется вода.
4. Поступающие в дыхательную цепь электроны богаты свободной энергией. По мере их
продвижения по цепи они теряют энергию.
5. Перенос ионов водорода через мембрану (выкачивание) происходит не случайно, а в
строго определенных участках мембраны. Эти участки называются участки сопряжения
(или, не совсем точно, пункты фосфорилирования). Они представлены I, III, IV
комплексами дыхательных ферментов. В результате работы этих комплексов формируется
градиент ионов водорода между внутренней и наружной поверхностями внутренней
митохондриальной мембраны. Такой градиент обладает потенциальной энергией.
6. Как завершение всех предыдущих событий и необходимый их результат происходит
наработка АТФ: ионы H+ теряют свою энергию, проходя через АТФ-синтазу (Н+транспортирующая АТФ-аза, КФ 3.6.3.14.). Часть этой энергии тратится на синтез АТФ.
Другая часть рассеивается в виде тепла
Биологические функции ЦПЭ:
1) Использует энергию окисления субстратов для синтеза АТФ путём окислительного
фосфорилирования;
2) Обеспечивает поддержание температуры тела человека.
40. Ингибиторы и разобщители тканевого дыхания. Механизм действия, примеры,
их медицинское значение. Описать значение цепи тканевого дыхания.
Ингибиторы тканевого дыхания блокируют один из трех пунктов сопряжения дыхания
и фосфорилирования.
Ингибиторы ЦПЭ подавляют активность ферментных комплексов (I, II, III и IV) => происходит
замедление или даже полное прекращение работы ЦПЭ => происходит замедление или
полное прекращение синтеза АТФ.
I комплекс: NADH-дегидрогеназа.
Ингибиторы: ротенон и барбитураты (амитал, аминобарбитал, нембутал, веронал и др.)
Ротенон 1 - растительный пестицид из семян и стеблей некоторых растений. Он малоопасен
для человека, поскольку плохо всасывается в желудочно-кишечном тракте, и быстро
разлагается на солнечном свете. Но умышленное поглощение ротенона может быть
смертельным.
При этом прерывается поступление водорода от субстратов окисляющихся через НАДзависимые дегидрогеназы. Выключается также первое из трех звеньев фосфорилирования.
Данная группа ингибиторов не влияет на использование субстратов, окисляющихся через
ФАД-зависимые дегидрогеназы
II комплекс: FAD-зависимая сукцинатдегидрогеназа.
Обратимый конкурентный ингибитор: малонат.
III комплекс: QH 2 -дегидрогеназа.
Ингибитор: Антимицин A.
IV комплекс: Цитохромоксидаза.
Ингибиторы: цианид-ионы (CN – ): KCN, HCN и др.; угарный газ (CO), сероводород (H 2 S).
Антибиотик олигомицин не ингибирует саму ЦПЭ, но подавляет окислительное
фосфорилирование, ингибируя АТФ-синтазу.
Разъединение (разобщение) процессов окисления и фосфорилирования осуществляют
вещества, называемые разобщители. Они снижают величину электрохимического градиента,
что приводит к уменьшению синтеза АТФ, несмотря на увеличение скорости движения
электронов по дыхательной цепи и возрастание катаболизма.
К разобщителям в первую очередь относят "протонофоры" – молекулы, переносящие ионы
водорода из межмембранного пространства в матрикс митохондрии. При этом одновременно
уменьшаются оба компонента электрохимического градиента – электрический и химический,
и энергия градиента не используется для синтеза АТФ, а рассеивается в виде тепла.
Следствием эффекта протонофоров является возрастание катаболизма жиров и углеводов в
клетке.
Классическим экспериментальным протонофором является динитрофенол,
жирорастворимое соединение, присоединяющий ионы водорода на внешней поверхности
внутренней митохондриальной мембраны и отдающий их на внутренней
поверхности. Физиологическими протонофорами являются особые разобщающие белки, в
частности термогенин (см ниже).
Биологические функции ЦПЭ:
1) Использует энергию окисления субстратов для синтеза АТФ путём окислительного
фосфорилирования;
2) Обеспечивает поддержание температуры тела человека.