Этапы исследования структуры белка:
1).Выделение белка из смеси в чистом виде.
2).Определение N-концевой аминокислоты.
3).Определение С-концевой аминокислоты.
4).Определение аминокислотной последовательности.
Методы разделения смеси белков
1).Диализ (метод мембранных сил).
Для этого используют полуроницаемые мембраны (целлофан, целлюлоза), диаметр пор которых варьирует в широких пределах.
2).Гель-хроматография.
Используеься гель с порами. Белки с маленьким размером заходят в поры, и скорость их прохождения больше.
3).Аффинная хроматография.
Основана на высоком сродстве белков к специфическим группам и молекулам. Колонка для аффинной хроматографии заполняется твёрдым носителем, поверхность которого содержит вещества, способные специфически связываться с анализируемыми белками (например белок лектин связывается с глюкозой).
4).Ионно-обменная хроматография.
Каждый белок имеет определённый заряд - положительный или отрицательный в определённом рН. Это свойство и лежит в основе ионной хроматографии. Для этого используют целлюлозу, которая заряжена либо отрицательно (катионный обменник) либо положительно (анионный обменник). Белки, которые имеют противоположный заряд по отношению к целлюлозе, сохраняются при прохождении раствора белков через колонку. Потом их отсоединяют с помощью элюентов.
5).Адсорбционная хроматография.
Разделение компонентов смеси (образца) основана на их различной сорбируемости на твёрдых адсорбентов. В качестве адсорбентов используют:
-активированный древесный уголь;
-гель фосфата кальция;
-оксид аллюминия;
-оксид кремния;
6).Распределительная хроматография.
Твёрдый носитель играет роль опоры для передвигающего с разной скоростью белка. Носители - силикагель, крахмал, плёнки.
7).Ультрацентрифугирование.
8).Электрофорез (смотри методичку А.Д.Тагановича "Нуклеопротеины").
9).Изоэлектрофокусирование.
Основано на проведение электрофореза в средах с градиентом рН. При этом точное месторасположение на колонке каждого белка из смеси определяется значением его изоэлектрической точки.
Определение N-концевой аминокислоты
Перед тем, как определять последовательность аминокислот в белке, необходимо удалить дисульфидные связи внутри пептидов и между другими пептидами. Для этого используют 2-меркаптоэтанол или дитиотреитол. Чтобы предотвратить обратное образование дисульфидных связей, белок надо обработать йодацетатной кислотой (алкилирует свободные сульфогидрильные радикалы). Методы:
1).Метод Сенжера. Для этого используют 1-фтор-2,4-динитробензол (ФДНБ), который взаимодействует с N-концевой аминокислотой в щелочных условиях. Такая аминокислота может быть отщеплена от белка и идентифицирована, т.к. имеет жёлтый цвет. Затем проводят электрофорез и сравнивают искомую аминокислоту со стандартами.
2).Даксил-хлорид. Как и ФДНБ, даксил-хлорид взаимодействует с N-концевой аминокислотой в щелочных условиях. Анализ как по методу Сенжера, только даксилированные аминокислоты определяют посредством флюоресценции.
3).Метод деградации Эдмана. При использовании этого метода аминокислотная последовательность в белке остаётся невредимой. Это имеет преимущество перед предыдующими методами, т.к. можно определить всю последовательность аминокислот в белке. При этом методе используют фенилизотиоционат (ФИТЦ).
Определение С-концевой аминокислоты
1).Метод Акабори. Используется гидразин. Он расщепляет пептидные связи, не нарушая последовательность а-т в пептиде. Эту а-ту определяют с помощью ФДНБ.
2).Ферментативные методы, Используются карбоксипептидазы, которые осуществляют разрыв пептидной связи с того конца пептида, где содержится свободная СООН-группа. Это приводит к освобождению С-концевой аминокислоты, природа которой может быть идентифицирована методом хроматографии.
Определение аминокислотной последовательности
Для этого сначала проводят избирательный (частичный) (химический или ферментативный) гидролиз пептида на олигопептиды, последовательность а-т в которых может быть точно определена.
Химические методы избирательного гидролиза основаны на применении таких химических реактивов, которые вызывают селективный распад пептидных связей, образованных определёнными а-тами, оставляя незатронутыми другие связи:
-бромциан (по остаткам метионина)
-гидроксиамин (меду аспаргиновой кислотой и глицином)
-N-бромсукцинамид (по остаткам триптофана).
Ферментативные методы - основаны на избирательном действии протеолитических ферментов, расщепляющих пептидные связи, образованные определёнными а-тами:
-пепсин (фен-тир-глу)
-химотрипсин (три-тир-фен)
-папаин, субтилизин и др.
Метод пептидных карт (метод отпечатков пальцев, метод Ингрена).
Используется при определении сходства и различий гомологических белков по первичной структуре.
Гомологические белки - это белки, которые выполняют одну и туже функцию, но различаются по структуре (норма и патология, локализованные в разных органах).
Этапы:
-оба белка (например от здорового и больного человека) расщепляют на пептиды с помощью пепсина, трипсина.
-затем смесь пептидов наносят в виде пятна на угол листа фильтровальной бумаги.
-проводят электрофорез в горизонтальном направлении и хроматографию в вертикальном.
-полученные карты (их две) сравнивают.
Этим методом определяется серповидно-клеточная анемия (глу - вал).
Синтез жирных кислот
Синтез жирных кислот - путь, обратный окислению ЖК. Однако имеются существенные отличия. Синтез ЖК протекает в цитоплазме, в то время, как окисление - в митохондрии. Другое отличие связано с использованием разных нуклеотидов как кофакторов: окисление сопровождается восстановлением ФАД+ и НАД+, а синтез - окислением НАДФН.
Первый шаг в синтезе ЖК - это превращение ацетилКоА в малонилКоА с помощью фермента ацетилКоАкарбоксилазы (АКК). АКК - главное место регуляции. Этот фермент существует в двух формах - мономерной и полимерной. Активной является полимерная форма. Активирует АКК цитрат, а ингибируют длинноцепочечные ЖК. АКК требует биотин как кофактор.
Для синтеза ЖК используется ацилсинтетазный комплекс, который состоит из:
-ацилпереносящий белок (АПБ)
-бетта-кетоацилсинтетаза (КС)
-малонилтрансфераза (МТ)
-бетта-кетоацилКоАредуктаза (КР)
-бетта-гидроксиацилДГ (ГД)
-еноилредуктаза (ЕР)
-ацилтрансацетилаза (АТ).
Сначала одна молекула ацетилКоА присоединяется к КС, а малонилКоА - к АПБ. Реакция конденсации приводит к образованию соединения с четырьмя углеродами, которое, будучи присоединёной к АПБ, подвергается востановлению (КР), дегидротации (ГД), и ещё раз восстановлению (ЕР). В завершение цикла полностью восстановленный продукт попадает опять на КС, а к АПБ присоединяется следующая молекула малонилКоА. Тем самым начинается следующий цикл реакций.
Суммарное уравнение:
ацетилКоА + 7малонил-КоА + 14НАДФН + 14Н+ = пальмитат + 7СО2 + 14НАДФ + 8КоА-SH + 6Н2О.
Сначала образуется пальмитат, из которого могут образовываться другие ЖК.
Источник цитоплазматического ацетилКоА
АцетилКоА образуется в митохондриях главным образом в ходе двух рекций: пируватдегидрогеназной (ПВК - АцетилКоА) и окисление ЖК. Для того, чтобы ацетилКоА был использован для синтеза ЖК, он должен перейти в цитоплазму.
АцетилКоА идёт в цитоплазму в форме цитрата. В цитоплазме под действием цитратлиазы цитрат превращается в ЩУК и ацетилКоА. Затем ЩУК превращается в малат посредством малатДГ. А малат под действием малик-фермента превращается в пируват (кофактор - НАДФ+/НАДФН). Пируват затем идёт в митохондрию, где под действием пируваткарбоксилазы превращается в ЩУК.
В ходе синтеза ЖК образуется пальмитат, который содержит 16 углеродных атомов и все связи насыщены. Чтобы получить другие ЖК пальмитат надо удлинить (элонгация) и/или добавить двойные связи (десатурация, ненасыщение, в общем desaturation). Элонгация и десатурация ЖК проходит как в митохондриях, так и эндоплазматическом ретикулуме.
Элонгация осуществляется благодаря конденсации ацилКоА с малонилКоА. В результате получается ЖК, на два атома углерода длиннее предыдущей, которая проходит восстановление, дегидратацию и снова восстановление.
Десатурация проходит под действием десатураз, которые содержат негемовое железо. Известно 4 вида десатураз, которые образуют двойные связи по С4, С5, С6 и С9-углеродным атомам. Электроны, которые переносятся во время десатурации, в свою очередь транспортируются на цитохром b5, а потом на НАДН-цитохром-b5-редуктазу.
Таких десатураз, которые образовывали двойную связь дальше, чем С9, в организме человека нет, поэтому такие ЖК, как линолевая и леноленовая, в организме синтезироваться не могут и обязательно должны поступать с пищей. Они называются незаменимые ЖК или витамин F. Арахидоновая кислота является частично незаменимой, поскольку она может синтезироваться из линолевой. А арахидоновая кислота является предшественником эйкозаноидов (простагландинов и тромбоксанов).
Синтез триацилглицеролов (ТАГ)
ТАГ являются эфирами трёхатомного спирта глицерола и трёх ЖК. ЖК, которые входят в состав ТАГ, в основном насыщены. Главным строительным кирпичиком для синтеза ТАГ во всех тканях, кроме жировой, является глицерол. В адипоцитах отсутствует фермент глицеролкиназа, поэтому здесь предшественником ТАГ является ФДА, промежуточный продукт гликолиза. Это означает, что для того, чтобы сохранить ЖК в форме ТАГ, необходимо окислить глюкозу.
Если в синтез вступает глицерол, то он активируется фосфорилированием с помощью глицеролкиназы, а если предшественником является ФДА, то он активируется с помощью фермента глицерол-3-фосфатДГ (реакция требует НАДН). ЖК, прежде чем включиться в ТАГ, должны активироваться с помощью ацилКоАсинтетазы. Сначала две молекулы ацилКоА присоединяются к глицерол-3-фосфату, и образуется 1,2-диацилглицеролфосфат (также называется фосфатидная кислота). Потом с помощью фосфатазы от фосфатидной кислоты уходит фосфат, образуется 1,2-ДАГ, который является субстратом для присоелинения третьего моля ЖК.
КИШЕЧНОЕ ВСАСЫВАНИЕ ЛИПИДОВ
Для того, чтобы липиды пищевого происхождения смогли использоваться организмом, они сперва должны всосаться в малом кишечнике. Жиры не растворимы в жидкой среде кишечника и для того, чтобы они всосались, необходимо их эмульгирование. Эмульгирование липидов идёт с помощью желчных кислот, которые синтезируются из холестерина в печени.
Как только произошло эмульгирование, липиды становятся доступными для панкреатических липаз (особенно липаза и фосфолипаза А2).
Продукты панкреатических липаз затем диффундируют в кишечные эпителиальные клетки, где из них снова ресинтезируются триацилглицеролы (ТАГ).
Затем эти триацилглицеролы и холестерол пищевого происхождения соединяются с протеинами и образуются аполипопротеины. Именно в таком виде они доставляются к клеткам организма. В этих апопротеинах разное соотношение липидов и белков. И как следствие этого они имеют разную плотность. Больше всего белков содержится в липопротеинах высокой плотности и поэтому они самые маленькие. Меньше всего - в хиломикронах, и из-за этого они самые крупные.
ХИЛОМИКРОНЫ
Хиломикроны собираются в слизистой оболочке кишечника, а точнее в энтероцитах.
Из липидов в хиломикронах больше всего ТАГ. Из апобелков они содержат АпоВ-48, АпоА-1, АпоА-2 и 4. АпоВ-48 входит только в состав хиломикронов.
Хиломикроны из-за своего большого размера не могут проникнуть в кровеносный сосуд, поэтому они поступают в лимфатическую систему, а только потом через подключичную вену в кровь. Для того, чтобы хиломикроны смогли путешествовать по крови, им требуется АпоС-2 и АпоЕ. Эти апопротеины они берут из ЛПВП.
В капиллярах жировой ткани и мышцах от ТАГ (которые входят в состав хиломикронов) уходят жирные кислоты (ЖК) посредством активности липопротеинлипазы(ЛПЛ), которая расположена на поверхности эндотелиальных клетках капилляров. Для того, чтобы активировалась ЛПЛ, необходимо присутствие АпоС-2.
Затем ЖК входят в клетки жировой или мышечной ткани, а глицерол идёт в печень, где превращается в 2-фосфодиоксиацетон.
Во время удаления ЖК часть фосфолипидов и апобелков переносится на ЛПВП. Как только от хиломикронов ушёл АпоС-2, происходит инактивация ЛПЛ. При этом хиломикроны превращаются в остатки хиломикронов.
Остатки хиломикронов, состоящие главным образом из холестерина, АпоЕ и АпоВ-48, доставляются и потребляются печенью посредством взаимодействия со специальным рецептором. Для того, чтобы произшло узнавание, требуется присутствие АпоЕ и АпоВ-48.
Функции хиломикронов:
-доставка ТАГ пищевого происхождения в жировую ткань;
-доставка холестерола пищевого происхождения в печень.
ЛИПОПРОТЕИНЫ ОЧЕНЬ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ (ЛПОНП)
Если мы потребили жиров и углеводов больше, чем это нужно организму, то они превратятся в печени в ТАГ.
Затем эти ТАГ упаковываются в ЛПОНП и идут в кровь для доставки к различным тканям (в основном жировой и мышечной) для продукции энергии, полученную путём окисления.
Следовательно, ЛПОНП - это молекулы, которые образовались для транспорта ТАГ эндогенного происхождения к внепечёночным тканям. Как и хиломикроны, ЛПОНП для путеществия по крови требуют АпоЕ и АпоС, которые они берут от ЛПВП. Кроме ТАГ в состав ЛПОНП входят холестерол, эфиры холестерола и апопротеины (АпоВ-100, АпоС-2 и 3, АпоЕ).
ЖК ЛПОНП освобождаются в жировой или мышечной ткани по тому же пути, что и хиломикроны (через активацию ЛПЛ).
После действия ЛПЛ ЛПОНП превращаются в липопротеины промежуточной плотности (ЛППП), которые также называются остатками ЛПОНП.
При дальнейшей потере ТАГ ЛППП превращаются в липопротеины низкой плотности (ЛПНП).
ЛИПОПРОТЕИНЫ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПЛОТНОСТИ (ЛППП)
ЛППП образуются из ЛПОНП путём удаления от последних ТАГ. Дальше ЛППП либо превращаются в ЛПНП, либо непосредственно потребляются печенью.
ЛППП взаимодействуют с специальным рецептором, после этого формируется комплекс, который эндоцитозом входит в цитоплазму гепатоцитов. Для того, чтобы этот рецептор узнал ЛППП, требуется присутствие АпоВ-100 и АпоЕ, поэтому этот рецептор ещё называется АпоВ-100/ АпоЕ-рецептор.
ЛИПОПРОТЕИНЫ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ (ЛПНП)
Каждая клетка для своей жизнедеятельности требует холестерол как мембранный компонент. Это удолетворяется двумя путями: либо холестерол в клетке синтезируется de novo, либо приходит в клетку из внеклеточных источников (хиломикроны и ЛПНП).
Как было сказано выше, холестерол пищевого происхождения доставляется в печень в составе хиломикронов. Кроме того, в печени синтезируется свой собственный холестерол. Он может транспортироваться к внепечёночным тканям, если упакован в ЛПОНП. В крови ЛПОНП под действием ЛПЛ превращается в ЛПНП, поэтому ЛПОНП - первичные переносчики холестерола ко всем тканям.
Исключительный апопротеин ЛПНП - это АпоВ-100. ЛПНП потребляются клетками после взаимодействия их с рецептором. Потребление ЛПНП в основном происходит в печени, надпочечниках и жировой ткани.
В цитоплазме клетки холестерол встраивается в мембрану в тех местах, где это необходимо. Если внутриклеточного холестерола итак много, то он превращается в эфиры холестерола посредством фермента ацилКоА-холестерол ацилтрансферазы (АХАТ). Эфиры холестерола могут запасаться в клетке. Активность АХАТ увеличивается в клетках в присутствии холестерола.
ЛИПОПРОТЕИНЫ ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ (ЛПВП)
ЛПВП образуются de novo в печени и малом кишечнике как протеин-богатые частицы. ЛПВП не имеют холестерола и эфиров холестерола. Основные апопротеины - АпоС-1, АпоА-1, АпоС-2, АпоЕ и другие. Главная их функция - это накопление апопротеинов.
Свободный холестерол, который присутствует в остатках хиломикронов и ЛППП, может быть этерифицирован через активность лецитин-холестерол-ацилтрансферазы, которая ассоциирована с ЛПВП.
Окисление жирных кислот
Использование липидов пищевого происхождения требует того, чтобы они всосались в кишечнике. Но липиды не растворимы в водной среде кишечника, поэтому необходимо их эмульгирование. Эмульгирование осуществляется с помощью солей желчных кислот, которые синтезируются печенью.
Эмульгированные жиры могут расщепляться под действием панкреатических липаз (в основномлиназа и фосфолипаза А2). Эти ферменты, секретируемые поджелудочной железой, дают свободные ЖК и смесь моно- и диацилглицеролов из ТАГ. Панкреатическая липаза расщепляет ТАГ по первой и второй позиции последовательно, образуя 1,2-ДАГ и 2-ацилглицерол. Фосфолипиды расщепляются с помощью панкреатической фосфолипазы А2. При этом образуются свободные ЖК и лизофосфолипиды.
Потом продукты панкреатических действий липаз вступают в клетки кишечника, где заново осуществляется ресинтез ТАГ. Затем ТАГ соединяются с протеинами, формируя липопротеиновые комплексы, которые называются хиломикроны. Хиломикроны состоят из липидных капель, окружённых более полярными липидами и протеинами. ТАГ, синтезируемые в печени, упаковываются в ЛПОНП и идут прямо в кровь, в то время как хиломикроны из-за своего большого размера не могут попасть сразу в кровь и поэтому сначала идут в лимфу, а только потом в кровь.
Хиломикроны и ЛПОНП затем идут к различным тканям и органам для доставки энергии через окисление ЖК. С помощью фермента липопротеинлипаза идёт гидролиз ТАГ, которые содержаться в хиломикронах и ЛПОНП, на глицерол и свободные ЖК. Глицерол затем идёт в печень, где превращается в промежуточный продукт гликолиза - ФДА.
Мобилизация жировых депо
Основные источники ЖК для окисления - это ЖК пищевого происхождения и мобилизованные из клеточных депо. ЖК накапливаются главным образом в составе ТАГ в адипоцитах жировой ткани. Если организм нуждается в энергии, то эти ЖК, которые находятся в составе ТАГ, могут мобилизоваться для использования их периферическими тканями. Освобождение ЖК от ТАГ - это результат активности фермента гормон-чувствительной липазы.
Стимулом может быть глюкагон, эпинефрин (адреналин), бетта-кортикотропин. Эти гормоны связываются с рецепторами, которые расположены на поверхности клеток. Это ведёт к активации аденилатциклазы, возрастанию уровня цАМФ, что в свою очередь ведёт к активации протеинкиназы А, которая фосфорилирует и таким образом активирует гормон-чувствительную липазу. Этот фермент освобождает ЖК от первого и третьего углеродного атома ТАГ. Потом ДАГ расщепляются с помощью диацилглицероллипазы, а МАГ - с помощью моноацилглицероллипазы. При этом образуется один моль глицерола и три моля ЖК.
Свободные ЖК диффундируют через адипоциты, в крови связываются с альбумином и транспортируются в другие ткани, где вступают в клетки с помощью пассивной диффузии.
Но мобилизация может тормозиться многими стимулами, например, инсулином. Когда человек хорошо поел, то из клеток поджелудочной железы секретируется инсулин, который предупреждает мобилизацию ЖК из жировых депо, тормозя активность гормон-чувсвительной липазы.
Реакции окисления
Прежде чем ЖК будут окислены в митохондрии, сначала они должны активироваться в цитоплазме. Активация проходит с помощью фермента ацилКоАлигаза (ацилКоАсинтетаза или тиокиназа).
ЖК + АТФ + КоА = АцилКоА + ФФн + АМФ
Окисление ЖК проходит в митохондриях. Транспорт ацилКоА в митохондрию идёт с помощью ацилкарнитинового посредника, который образуется в результате активности карнитин-ацилтрансферазы 1, фермента, который расположен на наружной мембране митохондрий. Ацилкарнитиновая молекула затем транспортируется в митохондрию, где с помощью карнитин-ацилтрансферазы 2 идёт регенерация ацилКоА.
Каждый цикл бетта-окисления генерирует 1 моль НАДН, 1 моль ФАДН2 и 1 моль ацетилКоА, который идёт в цикл Кребса, где даёт 12 моль АТФ. Окисление олеиновой кислоты (18С) даёт 146 АТФ, в то время, как эквивалентное количество углеродных атомов глюкозы только 114 АТФ.
Альтернативные пути окисления
Большинство природных липидов содержат ЖК с чётным количеством углеродных атомов. При окислении ЖК с нечётным количеством углеродных атомов на последнем витке образуется 1 моль ацетилКоА и 1 моль пропионилКоА. ПропионилКоА потом превращается в сукцинилКоА, который идёт в цикл Кребса.
Окисление ненасыщенных ЖК точно такое же, как и насыщенных, исключая реакцию образования двойной связи. В этих случаях связь изомеризуется с помощью еноилКоАизомеразы и окисление продолжается дальше.
Регуляция метаболизма ЖК
Главным органом, который чувствует поел человек или нет, является поджелудочная железа. При низкой концентрации глюкозы в крови клетки поджелудочной железы секретируют глюкагон, а при повышенной - инсулин.
Метаболизм жиров регулируется двумя различными механизмами:
-кратковременная регуляция осуществляется через модификацию фермента.
-долговременная регуляция осуществляетяс с помощью изменения скорости синтеза фермента.
Синтез кетоновых тел
Во время высокого уровня окисления жирных кислот образуется большое количество ацетилКоА. Если в цикле Кребса его достаточно, то он идёт на синтез кетоновых тел, кетогенез.
Кетоновые тела:
-ацетоацетат
-бетта-гидроксибутират (восстановленная форма ацетоацетата)
-ацетон.
Формирование ацетоацетилКоА осуществляется путём конденсации двух молекул ацетилКоА в реакции, обратной тиолазной. АцетоацетилКоА и ещё один моль ецтилКоА превращаются в бетта-гидрокси-бетта-метилглутарилКоА (ГОМГ-КоА) с помощью фермента ГОМГ-КоАсинтетазы. Этот фермент находится в большом количестве в печени. Небольшое количество ГОМГ-КоА покидает митохондрию и затем с помощью ГОМГ-КоА редуктазы превращается в мевалонат, который является предшественником в синтезе холестерола). В митохондрии под действием ГОМГ-КоА лиазы ГОМГ-КоА превращается в ацетоацетат. Ацетоацетат может спонтанно декарбоксилироваться до ацетона или превращаться в бетта-гидроксибутират под действием бетта-гидроксибутиратДГ. Когда уровень гликогена в печени высок, то продукция бетта-гидроксибутирата возрастает.
Когда использование углеводов низкое или недостаточное, то падает уровень ЩУК. Это в свою очередь ведёт к возрастанию освобождения кетоновых тел из печени для исползования их как топливо другими тканями. В ранних стадиях голдания, когда последние остатки жиров окислились, сердце и мышцы главным образом будут потреблять кетоновые тела для того, чтобы сохранить драгоценную глюкозу, которая необходима мозгу.
Кетоновые тела используются внепечёночными тканями посредством превращения бетта-гидроксибутирата в ацетоацетат, а ацетоацетат в ацетоацетилКоА. Первый шаг - это реакция, обратная бетта-гидроксибутиратДГ-азной реакции. Второй - посредством активности ацетоацетат-сукцинилКоА трансферазы, которая также называется кетоацилКоА трансфераза.
ацетоацетат + сукцинилКоА = ацетоацетилКоА + сукцинат
Этот фермент присутствует во всех тканях, кроме печени, что позволяет печени продуцировать кетоновые тела, не используя их.
Регуляция кетогенеза
1).Освобождение свободных ЖК из жировой ткани напрямую тормозит уровень кетогенеза в печени.
2).Как только ЖК попадает в печень, то у неё есть два пути. Она может активироваться до ацил-КоА и потом окисляться, а может этерифицировать глицерол для синтеза ТАГ. Если в печени достаточно глицерол-3-фосфата, то большое количество ЖК пойдёт на синтез ТАГ.
3).Окисление ЖК регулируется гормонами посредством фосфорилированием АКК (активирует глюкагоном и ингибируется инсулином).
4).АцетилКоА может идти в цикл Кребса. Так что если клетка нуждается в АТФ, то ни о каком синтезе кетоновых тел не может быть и речи.
Биосинтез холестерола
Холестерол выполняет в организме очень важные функции:
-входит в состав мембран;
-является предшественником желчных кислот и стероидных гормонов.
ХОЛЕСТЕРОЛ
Холестерол пищевого происхождения и холестерол, который синтезируется de novo, доставляются клетками через циркуляцию липопротеинов. Также транспортируются и эфиры холестерола (в этой форме холестеррол запасается в клетках).
Синтез и использование холестерола должно тщательно регулироваться, для того, чтобы предотвратить его ненормальное отложение в организме (особенно опасно его отложение в коронарных артериях).
Около половины всего холестерола организма синтезируется de novo.
АцетилКоА, который используется в синтезе холестерола, получается в окислительных реакциях (ЖК, пирувата) в митохондриях и затем транспортируется в цитоплазму тем же самым путём, который описан в синтезе ЖК.
АцетилКоА также может быть получен и в цитоплазме в результате окисления этанола- ацетилКоА-синтетазой.
Все восстановительные реакции синтеза холестерола используют НАДФН как кофактор.
Сначала конденсируются два моля ацетил-КоА с образованием ацетоацетил-КоА (реакция, обратная тиолазной). Затем ацетоацетил-КоА и третий моль ацетил-КоА под действием ГОМГ-КоА-синтетазы (ГОМГ - 3-гидрокси-3-метил-глатарил) превращаются в ГОМГ-КоА. Потом ГОМГ-КоА под действием ГОМГ-КоА-редуктазы превращается в мевалонат (требуется два моля НАДФН). Мевалонат затем проходит три фосфорилирования (надо три моля АТФ), образуя 5-пирофосфо-3-фосфомевалонат. Потом - декарбоксилирование с образованием изопентенилпирофосфата (ИПФ).
ИПФ находится в равновесии с его изомером - диметилаллилпирофосфатом (ДМПП). Затем одна молекула ИПФ конденсируется с одной молекулой ДМПП и образуется геранилпирофосфат (ГПФ). ГПФ затем конденсируется с ИПФ и получается фарнезилпирофосфат(ФПФ). Затем под действием НАДФН-зависимого фермента соединяется две молекулы ФПФ и образуется сквален. Потом сквален превращается в ланостерол, а ланостерол - в холестерол.
Регуляция
ГОМГ-редуктаза:
-синтез фермента затормаживается холестеролом
-вариабельность активности в течении дня
-активность усиливает инсулин, уменьшает глюкагон.
-активность регулируется за счёт фосфорилирования/дефосфорилирования.
-ингибиторы - мевастатин, мевакор, ловастатин.
Холесерол в клетках для его запасания может превращаться в эфиры холестерола. Это происходит благодаря двум ферментам:
-ацетилКоА-холестеролтрансфераза (АХАТ)
-лецитин-холестеролацилтрансфераза (ЛХАТ).
Репликация
Механизм репликации ДНК хорошо исследован у бактерий E.coli. Он состоит из трёх различных ферментов - полимеразы 1, 2 и 3. Репликацию генома обеспечивает пол.3.
В эукариотических клетках найдено пять различных полимераз - альфа, бетта, гамма, сигма и эпселон. Пол. альфа эукариот соответствует пол.3 прокариот, пол. бетта - пол.1, а полимераза гамма ответствена за синтез митохондриальной ДНК.
Для того, чтобы ДНК-полимеразы могли реплицировать ДНК, требуется множество дополнительных белков:
1).Праймаза - это ни что иное, как РНК-полимераза, которая катализирует синтез короткого олигорибонуклеотида (4-10 нуклеотидов), т.е. праймера, с которого потом начинается синтез ДНК.
2).Хеликаза - выполняет функцию раскручивания двойной спирали ДНК.
3).ДНК-связывающие белки - препятствуют обратному скручеванию цепочек ДНК.
4).ДНК-лигаза - сшивает фрагменты Оказаки.
5).Топоизомеразы - снимают суперскручивание, разрезая цепочку ДНК.
Процесс репликации ДНК начинается в определённом месте хромосомы, требует праймер, идёт в направлении 5` - 3` на обоих цепочках одновременно и даёт точные копии цепочек.
Сначала идёт раскручивание двойной спирали ДНК с помощью хеликазы. Образовавшиеся на некоторое время одноцепочечные участки ДНК служат в качестве матрицы при репликации и стабилизируются при помощи особых белков, которые связываются с одной цпочкой ДНК и препятствуют обратному комплементарному взаимодействию цепей ДНК.
Потом праймаза катализирует синтез праймера. С праймера начинается синтез ДНК. Синтез ДНК идёт в направлении 5` - 3` посредством прикрепления 5`-фосфатной группы dНТФ к существующей свободной 3`-ОН группе праймера с последующим освобождением пирофосфата.
Синтез одной цепи осуществляется непрерывно, а другой - прерывисто.Цепочка, синтез которой осуществляется непрерывно, называется ведущая, а та, которой прерывисто, - отстающая. На отстающей цепи синтезируются короткие (100-200 нуклеотидов) фрагменты (Оказаки), которые затем сшиваются ДНК-лигазами.
Как получается так, что ДНК-полимераза копирует обе цепочки одновременно? ДНК-полимераза - это димер, ассоциированный с другими белками в репликационной вилке, которая называется реплисомой. Отстающая цепочка временно делает петлю через реплисому и ДНК-полимераза идёт вдоль двух цепочек одновременно.
Терминация наступает тогда, когда исчерпана ДНК-матрица.
Репарация
Репарация - это внутриклеточный процесс, обеспечивающий восстановление повреждённой структуры молекулы ДНК.
1).Эндонуклеаза - "узнаёт" повреждённый участок и рядом с ним разрывает нить ДНК.
2).Экзонуклеаза "вырезает" повреждённый участок.
3).ДНК-полимераза по принципу комплементарности синтезирует фрагмент ДНК на месте разрушенного.
4).Лигаза "сшивает" концы ресинтезированного участка с основной нитью ДНК.
Принципиально доказана возможность репарации молекулы ДНК при повреждении обоих цепей. При этом информация может быть считана с иРНК (фермент ревертаза).
Обратная транскрипция
Обратная транскрипция - это синтез ДНК на матрице РНК. В 1970г. в составе онковирусов был открыт фермент обратная транскриптаза (ревертаза, РНК-зависимая ДНК-полимераза), который катализирует биосинтез молекулы ДНК на матрице РНК.Фермент также открыт во многих клетках про- и эукариот, в частности - в лейкозных клетках, пролиферирующих тканях, включая эмбриональные ткани.
Синтез ДНК на матрице РНК включает три стадии:
1).Ревертаза синтезирует на матрице вирусной РНК комплементарную цепь ДНК, что приводит к формированию гибридной молекулы.
2).Разрушение исходной вирусной РНК из комплекса гибридной молекулы под действием РНКазы.
3).На матрице цепи ДНК комплементарно синтезируются новые цепи ДНК.
Обратная транскрипция имеетогромное значение для процессов малигнизации.
Синтез иРНК
Главный фермент синтеза иРНК - это РНК-полимераза (транскриптаза, ДНК-зависимая РНК-полимераза).
Этот фермент отличается от ДНК-полимеразы:
-РНК-полимеразы в клетке значительно больше, чем ДНК-полимеразы;
-РНК-полимераза работает с меньшей скоростью (50-100 нуклеотидов/сек, а ДНК-полимераза - 1000 нуклеотидов/сек)
-ДНК-полимераза обеспечивает большую верность, чем РНК-полимераза.
Наиболее изучена РНК-полимераза E.coli. Она состоит из пяти субъединиц - две альфа, две бетта и одна гамма. Считается, что функция гамма-субъединицы - это узнавание определённого участка на матрице ДНК, который называется промотор, куда присоединяется РНК-полимераза. Другим субъединицам фермента (core - ядро) приписывается функция инициации биосинтеза РНК (альфа), связывание субстратов и элонгация синтеза (бетта).
Сначала РНК-полимераза связывается с одной цепью нативной ДНК в определённой точке, вызывая расплетение биспиральной структуры на ограниченном участке, где и происходит ситез РНК. Потом синтез идёт в направлении 5` - 3`. К свободной 3`-ОН группе присоединяется 5`-фосфатная группа другого нуклеотидтрифосфата (НТФ) с последующим освобождением пирофосфата. Терминация идёт за счёт ро-фактора. Этот фактор обладает способностью обратимо связываться с терминирующим участком ДНК, выключая действие РНК-полимеразы. Таким образом происходит синтез пре-иРНК.
После синтез пре-иРНК у эукариот происходит процессинг, который включает:
-сплайсинг (нуклеотические и лигазные реакции)
-кепирование (образование шапочки)
-терминальные реакции полиаденилирования и метилирования.
Последовательность нуклеотидов в иРНК начинается с пары ГУ (5`-конец) и заканчивается парой АГ (3`-конец). Эти последовательности служат местами узнавания для ферментов сплайсинга.
Химический смысл кепирование сводится к присоединению 7-метилгуанозина посредством трифосфорной связи к 5`-концу молекулы иРНК.
Полиаденилирование заключается в последовательном ферментативном присоединении от 100 до 200 остатков АМФ и фрагментов ААУАА к 3`-концу иРНК. Также происходит метилирование 2`-ОН групп рибозы и N6-атомов АМФ.
Синтез белка
Синтез белка (трансляция) условно может быть разделён на 2 этапа: активирование аминокислот и собственно процесс трансляции, который состоит из инициации, элонгации и терминации.
Активирование а-т - идёт с помощью специфических аминоацил-тРНК синтетазы.
Инициация
Инициация требует специфической тРНК. Для E.coli - это тРНКфmet, для эукариот - тРНКmet. Инициация требует узнавания кодона АУГ. Сначала с помощь eIF1 и eIF3 рибосомадиссоциирует на 40S и 60S субъединицы. Потом с помощью ГТФ и eIF2 активированная тРНК, мет-тРНКmet, связывается с 40S субъединицей, формируя преинициаторный комплекс. Затем с помощью eIF4 преинициаторный комплекс (43S) связывается с инициаторным кодоном АУГ. После этого с помощью eIF5 присоединяется 60S субъединица хромосомы. То место, где произошло связывание РНК с мет-тРНКmet, называется П-центр (пептидильный), другой - называется А-центр (аминоацильный).
Элонгация
Процесс элонгации, как и инициации, требует специфических белков - EF у прокариот и еEF у эукариот. Сначала пептид, который связан с тРНК и находится в П-центре, переносится на NH2-группу аминоацил-тРНК, которая расположена в А-центре. Реакция эта катализируется ферментом пептидилтрансферазой. Для того, чтобы присоединилась следующая аминоацил-тРНК, А-центр должен быть свободным. Для этого пептидил-тРНК из А-центра перемещается в П-центр. Этот процесс называется транслокацией и катализируется ферментом пептидилтранслоказой.
Терминация
Терминация также требует специфических белков - RF у прокариот и еRF у эукариот. Стимулом для терминации являются терминирующие кодоны (УАГ,УАА,УГА). После того, как терминирующий кодон иРНК займёт своё место в А-центре, к нему не присоединится тРНК, а присоединится один из белковых факторов терминации и блокируется дальнейшая элонгация цепи. Затем иРНК покидает рибосому, которая диссоциирует на 40S и 60S субъединицы снова.
Генетический код
Генетический код - это система записи генетической информации в ДНК (иРНК) в виде определённой последовательности нуклеотидов.
Свойства генетического кода:
1).Триплетность - одной а-те соответствует три расположенных рядом нуклеотида молекулы ДНК (иРНК).
2).Вырожденность (избыточность). Количество возможных триплетов - 64, а а-т только 20, поэтому одну а-ту могут кодировать несколько триплетов.
3).Неперекрываемость - один нуклеотид входит в состав только одного триплета.
4).Универсальность - у всех живых организмах одинаковые а-ты кодируются одинаковыми кодонами.
ВИТАМИНЫ
Тиамин
Тиамин также называется ещё витамин В1. Тиамин происходит от замещённого пиримидина и тиазола, которые связаны метиленовым мостиком. Тиамин очень быстро превращается в активную форму, тиамин пирофосфат (ТПФ), в мозге и печени с помощью фермента тиамин дифосфотрансферазы.
ТПФ является необходимым кофактором для пируватДГ, альфа-кетоглутаратДГ и транскетолазы, катализируемой реакции пентозофосфатного пути. Недостаточность потребления тиамина ведёт к тому, что клетка неспособна генерировать энергию (ведь энергия главным образом получается из глюкозы, которая распадается до пирувата, а пируват с помощью пируватДГ превращается в ацетилКоА, который сгорает в цикле Кребса, поэтому при недостатке тиамина пируват не превращается в ацетилКоА, который является главным источником энергии).
Суточное потребление тиамина составляет 1-1,5 мг.
Клинические проявления недостаточности тиамина.
Самыми ранними симптомами недостаточности тиамина являются запор, потеря аппетита, тошнота, депрессия, периферическая невропатия и общая слабость. Хроническая недостаточность тиамина ведёт к более тяжёлым неврологическим симптомам таких как атаксия, помутнение сознания и потеря координации глаз.
Болезнь при тяжёлой недостаточности тиамина называется Бери-Бери. Она развивается либо при диете, богатой углеводами, либо при недостаточности потребления тиамина. Также может развиваться болезнь, известная как синдром Вернике-Корсакова. Этот синдром чаще развивается у алкоголиков благодаря их стилю жизни.
Рибофлавин
Известен ещё как витамин В2. Рибофлавин является предшественником коферментов флавин мононуклеотид (ФМН) и флавин аденин динуклеотид (ФАД). Ферменты, которые требуют ФМН или ФАД как кофактор, называются флавопротеины. Некоторые флавопротеины содержат металл, и тогда они называюстя металлофлавопротеины. Оба класса этих ферментов вовлечены в широкий круг редокс- реакций. В ходе этих реакций образуются восстановленные формы ФМН и ФАД, ФМНН2 и ФАДН2 соответственно. Нормальная суточная потребность в рибофлавине составляет 1,2-1,7 мг.
Клинические проявления недостаточности рибофлавина.
Недостаточность рибофлавина редко наблюдается у жителей большинства европейских стран, т.к. он содержится в нормальных количествах в хлебе, яйцах, молоке, мясе и т.д. Недостаточность рибофлавина очень часто наблюдается у хронических алкоголиков.
Симптомы, связанные с недостаточностью рибофлавина, включают глоссит, себорея, ангулярный стоматит, хеёлоз и фотофобию. Рибофлавин разрушается на свету, поэтому недостаточность рибофлавина может возникнуть у новорожденных, которые лечатся от гипербилирубинемии фототерапией.
Ниацин
Ниацин (никотиновая кислота, никотинамид) известен также под названием витамин В3. Как никотиновая кислота, так и никотинамид могут служить как пищевые источники витамина В3. Ниацин требуется для синтеза активных форм витамина В3, никотинамид аденин динуклеотид (НАД+) и никотинамид аденин динуклеотид фосфат (НАДФ+). НАД+ и НАДФ+ являются кофакторами для значительного числа дегидрогеназ, например лактатДГ, малатДГ.
Ниацин может синтезироваться из аминокислоты триптофана. Однако эта возможность использованиятриптофана для синтеза ниацина ограничена. Из 60 мг триптофана образуется только 1 мг ниацина, кроме того для этого синтеза требуется присутствие витаминов В1, В2 и В6, которых не всегда присутствует в организме в избытке.
Рекомендованая суточная потребность для ниацина составляет 13-19 мг.
Клинические проявления недостаточности ниацина.
Недостаточное потребление ниацина (как и триптофана) ведёт к глосситу, дерматиту, потере веса, диарее, депрессии и деменции. Такие симптомы как депрессия, дерматит и диарея объединены в одно состояние, которое называется пеллагра. Некоторые физиологические состояния организма (например болезнь Хартнупа), а также применение некоторых лекарств может привести к недостаточности ниацина. При болезни Хартнупа страдает всасывание триптофана. Из лекарств можно выделить изониазид, который является основным лекарством для лечения туберкулёза.
Никотиновая кислота (не никотинамид) при назначении фармакологических доз (2-4 г/день) понижает уровень холестерола в крови, поэтому это используется для лечения гиперхолестеролемии. Это связано с тем, что никотиновая кислота уменьшает мобилизацию ЖК из жировых депо. Также никотиновая кислота исчерпывает депо гликогена, что ведёт к возрастанию уровня глюкозы в крови, поэтому терапия никотиновой кислотой не рекомендуется диабетикам и больным подагрой.
Пантотеновая кислота.
Также известна как витамин В5. Пантотеновая кислота образуется из аланина и пантоевой кислоты. Пантотеновая кислота требуется для синтеза коэнзимА (КоА), а также как компонент ацилпереносящего белка, который используется для синтеза ЖК. Следовательно, пантотеновая кислота используется для метаболизма углеводов в цикле Кребса и метаболизма всех жиров и белков.
Недостаточность пантотеновой кислоты набдюдается очень редко, т.к. она широко распространена в пищевых продуктах.
Витамин В6
Пиридоксаль, пиридоксамин и пиридоксин в общем известны как витамин В6. Все три компонента превращаются в биологически активную форму витамина В6, пиридоксальфосфат. Это превращение катализируется пиридоксаль киназой.
Пиридоксальфосфат как кофактор используется в реакциях трансаминирования аминокислот, а также в гликогенолизе как кофактор гликогенфосфорилазы. Суточная потребность в витамине В6 составляет 1,4 - 2,0 мг. Во время беременности и лактации потребность в витамине В6 возрастает на 0,6 мг в день.
Недостаточность витамина В6 бывает редко и обычно ассоциируется с недостаточностью других витаминов из группы В. Недостаточность в этом витамине может возникнуть при применении изониазида (используется для лечения туберкулёза) и пенициллинамина (используется для лечения ревматоидного артрита).
Биотин
Биотин сам является коферментов для ферментов, которые используются в реакциях карбоксилирования (ацетилКоА карбоксилаза и пируват карбоксилаза). Биотин содержиться во многих продуктах, а также синтезируется нормальной микрофлорой, поэтому его недостаточность наблюдается очень редко. Недостаточность возникает при применении лекарств, которые влияют на микрофлору, а также при чрезмерном потреблении сырых яиц. Последнее связано с тем, что в яйцах содержится белок авидин, который препятствует абсорбции биотина.
Кобаламин
Кобаламин более известен как витамин В12. Витамин В12 состоит из тетрапиррольного кольца и иона кобальта в центре. Витамин В12 синтезируется исключительно микроорганизмами и найден в печени животных, связанного с белком в виде метилкобаламина или 5-деоксиаденозилкобаламин. Витамин может освобождаться от белка, и тогда он становится активным. Освобождение осуществляется в желудке с помощью желудочного сока или трипсина после потребления мяса. Витамин потом связывается с фактором Касла, который снтезируется париетальными клетками желудка, и в таком виде происходит его всасывание.
В организме человека имеется только две реакции, которые требуют витамин В12 как кофактор. В ходе катаболизма ЖК с нечётным числом углеродных атомов и в катаболизме валина, изолейцина и треонина конечным продуктом является пропионилКоА, который превращается в сукцинилКоА для окисления его в цикле Кребса. Одним из ферментов для этого превращения является метилмалонилКоА мутаза, который требует витамин В12 как кофактор в превращении метилмалонилКоА в сукцинилКоА.
Второй реакцией, которая требует витамин В12 как кофактор, является превращение гомоцистеина в метионин. Ферментом этой реакции является метионин синтаза.
Клинические проявления недостаточности витамина В12.
Печень может накапливать витамин В12, поэтому его недостаточность встречается очень редко. При недостаточности витамина В12 развивается мегалобластическая анемия, которая в этом случае называется пернициозная анемия. Это наблюдается при недостатке фактора Касла, который необходим для всасывания В12. Анемия является результатом того, что страдает синтез пуриновых и пиримидиновых оснований, а следовательно и синтез ДНК. В синтезе нуклеотидов используется N5-метилТГФК, а для этого необходимо действие метионин синтазы, коферментом которого является витамин В12.
Также неврологическим осложнением недостаточности витамина В12 является демиелизация нервных клеток. Считается, что демиелинизация связана с возрастанием метилмалонилКоА, потому что он является ингибитором малонилКоА, который используется в синтезе ЖК. Это в свою очередь ведёт к нарушения синтеза миелина и деструкции миелиновой оболочки.
Фолиевая кислота
Фолиевая кислота состоит из трёх частей: птеридиновое кольцо, пара-аминобензойная кислота и глутаминовая кислота. Фолевая кислота содержится в дрожжах, листьевых овощах, печени животных и др.
В клетках фолиевая кислота превращается в тетрагидрофолиевую кислоту с помощью фермента дигидрофолат редуктазы. ТГФК переносит различные формы одноуглеродных радикалов (метил, метилен, метенил, формил) в ходе различных реакций. Эти реакции требуются в синтезе серина, метионина, глицина, холина и пуриновых нуклеотидов и дТМФ.
Клинические проявления недостаточности фолиевой кислоты.
Недостаточность фолиевой кислоты связана в первую очередь с нарушением синтеза ДНК. Это ведёт к остановке клеточного цикла быстро пролиферирующих клеток, в частности гемопоэтических клеток. В результате возникает мегалобластическая анемия как и при витамине В12.
Недостаточность фолиевой кислоты из-за его широкого распространения в продуктах встречается редко. Очень часто наблюдается у алкоголиков. У неалкоголиков главными причинами недостаточности является нарушения абсорбции, метаболизма витамина или его повышенной потребности. Например, во время беременности потребность в витамине возрастает. Это происходит благодаря увеличению быстро пролиферирующих клеток. Такие лекарства как антиконвульсанты и оральные контрацептивы ведут к нарушению абсорбции фолиевой кислоты.
Аскорбиновая кислота
Аскорбиновая кислота более известна как витамин С. Аскорбиновая кислота синтезируется из глюкозы в ходе глюкуронового пути. Фермент L-гулонолактон оксидаза, ответственный за превращение гулонолактона в аскорбиновую кислоту, отсутствует у приматов и поэтому аскорбиновая кислота обязательно должна поступать с пищей.
Сам является активной формой. Аскорбиновая кислота участвует в восстановлении различных веществ в самых разных реакциях. Витамин С может восстанавливать цитохромы а и с дыхательной цепи. Самая главная реакция, которая требует витамина С как кофактора, является гидроксилирование пролиновых остатков в коллагене. Следовательно, витамин С требуется для нормального состояния соединительной ткани, а также для заживления рубцов. Т.к. коллаген содержится в органическом матриксе костей, то витамин С также необходим для нормального состояния костей.
Есть и другие реакции, которые требуют витамина С как кофактора. Например, катаболизм тирозина и синтез адреналина из тирозина. Кроме тоо считается, что витамин С связан с процессом стероидогенеза, потому что его болшое количество содержится в коре надпочечников.
Недостаточность в витамине С приводит к болезни, которая называется цинга. Это осуществляется благодаря участия витамина в пост-трансляционной модификации коллагена. Цинга характеризуется мышечной слабостью, кровоточивостью из дёсен, остеропорозом, ломкостью костей, анемией и др. Недостаточность витамина С развивается на фоне либо недостаточного потребления его организмом, либо при повышенной потребности в этом витамине. Повышенное потребление связано с тяжёлым стрессом (или травмой). Это из-за того, что при стрессе происходит истощение коры надпочечников, где много содержится витамина С.
Витамин А
Витамин А состоит из трёх биологически активных молекул: ретинол, ретиналь (ретинальдегид) и ретиноевой кислоты. Каждый из этих трёх компонентов происходит от растительного предшественника бетта-каротина (член семейства каротеноидов). Когда бетта-каротин попал в просвет кишечника, то он расщепляется бетта-каротин диоксидазой и образуется ретиналь. Ретиналь потом восстанавливается до ретинола с помощью ретинальдегид редуктазы. Ретинол этерифицируется пальмитиновой кислотой и вступает в кровь в составе хиломикронов. Потом остатки хиломикронов потребляются печенью, где и происходит запасание витамина А. Транспорт витамина из печени к внепечёночным тканям осуществляется в связанной формой ретинола с апоретинол-связывающим белком. В клетке ретинол связывается с клеточным ретинол-связывающим белком. Для транспорта по крови ретинол связывается с альбумином.
Внутри клеток ретинол связан с рецептором, формируя витамин-рецепторный комплекс. После того, как на рецептор подействует какой-либо сигнал (чаще всего это стероидные и тиреоидные гормоны), этот комплекс взаимодействует с определёнными последовательностями НК в генах, что способствует росту и дифференциации, а также экспрессии этих генов.
Также витамин А участвует в зрении. Световосприятие есть ни что иное, как функция двух типов клеток, расположенных в сетчатке глаза, - это палочки и колбочки. Палочки и колбочки в составе своей мембраны содержат фоторецепторный пигмент. Светочувствительным компонентом в глазах млекопитающих является белок опсин, который ковалентно связан с альдегидом витамина А. Фоторецептором палочек является родопсин, это серпентиновый рецептор. Внутри клеток родопсин связан с G-белком, который здесь называется трансдуцин.
Ретинол также участвует в синтезе определённых гликопротеинов и мукополисахаридов, необходимых для регуляции роста и секреции слизи.
Клинические проявления недостаточности витамина А
Витамин А запасается в печени, и поэтому его недостаточность возникает очень редко. Ранним симптомом недостаточности витамина А является куриная слепота. Потом возникают фолликулярный гиперкератиноз, повышенная чувствительность к инфекциями раку и железо дефицитная анемия. Длительная недостаточность витамина А ведёт к ксерофтальмии (кератинизация роговицы).
Повышенная восприимчивость к раку связана с тем, что бетта-каротин является мощным антиоксидантом.
Витамин Д
Витамин Д является стероидным гормоном. Он регулирует экспрессию определённых генов. Активной формой гормона является 1,25-дигидроксикальцийтриол. Главной функцией кальцийтриола является регулирование гомеостаза кальция и фосфора. Активный кальцийтриол синтезируется из эргостерола (образуется в растениях) и 7-дегидрохолестерол. Эргокальциферол (витамин Д2) образуется из эргостерола под действием ультрафиолета. В коже 7-дегидрохолестерол превращается в холекальциферол (витамин Д3) также под действием УФ. Холекальциферол абсорбируется в кишечнике и потом транспортируется в печень, связавшись со специфическим витаминД-связывающим белком. В печени холекальциферол гидроксилируется по 25 позиции под действием Д3-25-гидроксилазы и образуется 25-гидрокси-Д3, который является главной формой циркулирования витамина Д. Превращение 25-гидрокси-Д3 в биологически активный кальцийтриол осуществляется с помщью Д3-1-гидроксилазы, который присутствует в проксимальных канальцах почки, в костях и плаценте.
Функция кальцийтриола неразрывно связана с действием паратирина и кальцитонина. Она заключается в регулировании уровня кальция и фосфора. Паратирин освобождается в ответ на низкое содержание кальция и индуцирует продукцию кальцийтриола. Под действием паратирина синтезируется 24.25-дигидроксикальцийтриол. В эпителиоцитах функция кальцийтриола как стероидного гормона заключается в том, что он активирует ген (кальбайндинД28К), который ответственен за синтез белка, который в свою очередь отвечает за абсорбцию кишечного кальция. Увеличение абсорбции кальция требует сопутствующей абсорбции каких-либо отрицательно заряженных ионов для того, чтобы поддерживать электрическое равновесие. Основным таким ионом является Фн. Когда уровень кальция в плазме крови падает, то главным местом для действия кальцийтриола и паратирина является костная ткань, где они стимулируют резорбцию костей, и почки, где они уменьшают выделение кальция посредством стимуляции реабсорбции в дистальных канальцах. Роль кальцитонина в гомеостазе кальция заключается в понижении увеличенного уровня кальция посредством ингибирования резорбции костей.
Клинические проявления недостаточности витамина Д
В тех странах, где витамин Д добавляется в молоко, недостаточность встречается редко. Главными симптомами недостаточности является рахит у детей и остеомалация (размягчение костей) у взрослых. Рахит характеризуется нарушенной минерализацией во время развитие костей, что приводит к размягчению костей. Остеомаляция характеризуется деминерализацией уже сформировавшихся костей, что ведёт к размягчению и повышенной чувсвительности к переломам.
Витамин Е
Витамин Е есть ни что иное, как смесь токоферолов. Самым распространённым токоферолом является альфа-токоферол. Витамин Е абсорбируется из кишечника в составе хиломикронов. Доставляется к тканям через транспорт хиломикронов и затем потребляется печенью в составе остатков хиломикронов. Печень может упаковывать витамин в ЛПОНП. Благодаря своей липофильной природе витамин Е накапливается в клеточных мембранах, жировых депо и циркулирующих липопротеинов. Главное место хранения витамина Е - это жировая ткань.
Главная его функция заключается в том, что он является мощным антиоксидантом, связывает свободные радикалы и молекулярный кислород. В частности витамин Е предотвращает от перокисление и чрезмерной десатурации ЖК, которые входят в состав мембран. Альфа-токоферол может связывать два пероксидных свободных радикала и потом связывается с глюкуроновой кислотой и выводится в составе желчи.
Клинические проявления недостаточности витамина Е
Главными симптомами недостаточности витамина Е является увеличение хрупкости эритроцитов, мышечная слабость и бесплодие.
Витамин К
Витамин К существует как К1 (фитилменахинон) в зелёных овощах, как К2 (мультипренилменахинон) в составе кишечной микрофлоре и как К3 в синтетическом менадионе. Главная функция витамина К заключается в поддержании нормального уровня протеинов, которые необходимы для свёртывания крови (факторы 2, 7, 9, 10 и белки С и S). Эти белки синтезируются печенью в неактивном состоянии. Превращение неактивных форм в активные свёртывающие факторы требует посттрансляционной модификации остатков глутаминовой кислоты. Это модификация есть ни что иное, как карбоксилирование остатков глутаминовой кислоты, и фермент, который катализирует эту реакцию требует витамин К как кофактор. В результате образуются гамма-карбоксиглутамат.
В ходе карбоксилирования восстановленная форма витамина К (гидрохинон) превращается в 2,3-эпоксидную форму. Обратная регенерация гидрохинона происходит с помощью редуктазы. Эта последняя реакция является местом действия для дикумарола, который является основой для антикоагулянтов таких как, например, варфарин.
Клинические проявления недостаточности витамина К
Витамин К всасывается в кишечнике только в присутствии желчных солей. Частично витамин К синтезируется микрофлорой кишечника, поэтому все те лекарства, которые действуют на микрофлору, могут привести к недостаточности. Основным симптомом является геморрагический синдром
Гормоны
Гормоны - класс регуляторных химических соединений, синтезируемых клеткой. Термин hormone ввёл в 1905 году Старлинг что означает возбуждать, но есть и тормозные гормоны, которые угнетают какую-либо функцию.
Принцип секреции гормона:
-эндокринная секреция - гормон попадает в кровь;
-паракринная - гормон не попадает в кровь, а действует на соседние клетки;
-аутокринная - клетка выделяет гормон для себя;
-нейроэндокринная - нервная клетка выделяет не только медиатор, но и гормон, который идёт в кровь.
Гормоны классифицируют по их химической природе:
-белки и пептиды (инсулин, глюкагон и др.);
-производные аминокислот (Т3, Т4, адреналин, НА - из тирозина, серотонин - из триптофана, гистамин из гистидина);
-стероиды - являются производными холестерина.
Классификация рецепторов
Рецепторы делят на три класса:
1).Рецепторы, которые пронизывают мембрану и обладают ферментативной активностью. Эти рецепторы обладают активностью одного из ферментов:
-тирозин киназа (инсулин);
-тирозин фосфатаза (СD45);
-гуанилат циклаза (NO);
-серин/треонин киназа.
Рецепторы с тирозинкиназной активностью способны к автофосфорилированию точно также, как и другие субстраты.
Кроме того, есть рецепторы, которые сами по себе не обладают ферментативной активностью, но связаны с внутриклеточной тирозин киназой посредством прямого белок-белок взаимодействия.
2).Рецепторы, которые внутри клеток связаны с белком, который в свою очередь связан с ГТФ (поэтому этот белок и называется G-белком). Эти рецепторы семь раз пронизывают мембрану и называются серпентиновыми (от англ. serpent - змея). Сюда относятся адренергические рецепторы, рецепторы к одорантам и большинства гормонам (глюкагон, ангиотензин, вазопрессин и др.)
3).Рецепторы, которые расположены внутри клеток. Как только лиганд взаимодействует с таким рецептором, то формируется лиганд-рецепторный комплекс, который мигрирует в ядро, где напрямую действует на транскрипцию генов. Сюда относятся рецепторы к стероидным гормонам и тиреоидным. Эти гормоны могут свободно проникать внутрь клетки.
Молекулярный механизм действия
Рецепторы ко всем белковым гормонам расположены на поверхности клеток. Как только гормон присоединяется к рецептору, то последний изменяет свою конформацию и взаимодействует с G-белком. При этом ГДФ на альфа-субъединице G-белка заменяется на ГТФ. Затем G-белком отсоединяется от гормон-рецепторного комплекса и диссоциирует на альфа- и бетта,гамма-субъединицы. Gа-ГТФ связывается с эффекторным белком (ЭБ). ЭБ - это фермент, который катализирует реакцию образования вторичнюх посредников. Эффекторным белком может быть аденилатциклаза, фосфолипаза и др.
А. При ЭБ - аденилатциклазе. Этот фермент катализирует образование цАМФ. цАМФ активирует протеинкиназу А, которая регулирует фосфорилирование множества ферментов.
Б. ЭБ - фосфолипаза С. Этот фермент катализирует реакцию образования ИФ3 и ДАГ из фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата (ФИДФ). Затем ИФ3 связывается с ЭПР, открывая кальциевые каналы, что ведёт к транспортировке кальция в цитоплазму. Ионы кальция могут оказывать прямое действие, активируя некоторые ферменты, либо опосредованное, через специальные белки, связывающие с кальцием. Один из таких белков - кальмодулин. ДАГ выполняет две функции: активирует протеинкиназу С и открывает кальциевые каналы, усиливая эффект ИФ3. Как и ПКА, протеинкиназа С фосфорилирует треониновые и сериновые остатки многих белков.
