Биохимия, Северин Е.С., 2004
Биохимия, Северин Е.С., 2004.
В учебнике рассмотрены основные положения классической биохимии. Приведены сведения о структуре и свойствах биомолекул, биоэнергетике, молекулярных основах физиологических функций человека. Рассмотрены биохимические особенности важнейших органов и тканей. Изложены современные представления о молекулярных основах нарушений при ряде патологических состояний и болезней.
Учебник предназначен для студентов медицинских вузов, аспирантов.
Специфические реакции на отдельные аминокислоты.
Качественное и количественное определение отдельных аминокислот возможно благодаря наличию в их радикалах особенных функциональных групп.
Аргинин определяют с помощью качественной реакции на гуанидиновую группу (реакция Сакагучи), а цистеин выявляют реакцией Фоля, специфичной на SH-группу данной аминокислоты. Наличие ароматических аминокислот в растворе определяют ксантопротеиновой реакцией (реакция нитрования), а наличие гидроксильной группы в ароматическом кольце тирозина — с помощью реакции Миллона.
Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Биохимия, Северин Е.С., 2004 — fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.
Скачать pdf
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России. Купить эту книгу
Источник
Литература / Биологическая Химия Северин 2008
Раздел 11. Интеграция метаболизма
Рис. 11.12. Роль паратгормона в регуляции обмена кальция:
1,25(ОН)-D3 — 1,25-дигидроксихолекальциферол — кальцитриол; МКЖ — межклеточная жидкость
переносящих белков, которые обеспечивают всасывание ионов Са 2+ из кишечника и реабсорбцию их в почках.
Таким образом во внеклеточной жидкости повышается концентрация Са 2+ до уровня, способного обеспечить минерализацию органического матрикса костной ткани. Это основная функция кальцитриола. Однако если с помощью этих механизмов концентрация Са 2+ остается низкой, гормон стимулирует резорбцию кости. Такой же эффект наблюдается при передозировке витамина Д 3 .
Наиболее частым нарушением в обмене кальция, который наблюдается у детей раннего возраста, является рахит. Заболевание развивается при недостаточности витамина Д 3 в организме и является следствием нарушения минерализации костей. Костная ткань не имеет необходимой жесткости и у детей обнаруживаются различные деформации скелета.
Причинами заболевания могут быть:
• недостаточность витамина Д 3 в пищевом рационе;
Рис. 11.13. Синтез кальцитриола:
1 — 7-холестеролдегидрогеназа; 2 — 25-гидроксилаза печени; 3 — 1-гидроксилаза почек
• нарушение всасывания жирорастворимых компонентов пищи в кишечнике,
• низкий уровень синтеза эндогенного витамина Д 3 в организме из-за недостаточного пребывания ребенка на солнце;
• дефекты в структуре 25α-или 1α-гидроксилаз, нарушающие превращение
витамина Д 3 в кальцитриол.
Кальцитонин — пептидный гормон. Синтезируется в К-клетках щитовидной железы и С-клетках паращитовидных желез, как все белковые гормоны, в виде высокомолекулярного предшественника. Гормон является антагонистом ПТГ и освобождается в кровь при повышении концентрации кальция в крови. Рецепторы к кальцитонину обнаружены на клетках костной ткани и почек. Реализация действия гормона осуществляется через аденилатциклазную систему. Кальцитонин снижает активность остеокластов, ингибирует освобождение Са 2+ из костной ткани и стимулирует экскрецию кальция с мочой.
У женщин в постменопаузе наблюдается снижение секреции кальцитонина, поскольку синтез и секреция этого гормона зависит от продукции эстрогенов. Следствием этого является развитие остеопороза.
Влияние основных гормонов на метаболизм клеток приведено в табл. 11.3.
Обезвреживание метаболитов и обмен чужеродных соединений в печени
Печень — самый крупный орган в организме человека и животных; у взрослого человека ее масса 1,5 кг. Хотя печень составляет 2-3% массы тела, она поглощает от 20 до 30% потребляемого организмом кислорода.
Важнейшими функциями печени являются метаболическая, депонирующая, барьерная, экскреторная и гомеостатическая (рис. 12.1).
Рис. 12.1. Обмен веществ в печени
Метаболическая. Продукты расщепления питательных веществ поступают в печень из пищеварительного тракта через воротную вену. В печени протекают сложные процессы обмена белков и аминокислот, липидов, углеводов, биологически активных веществ (гормонов, биогенных аминов и витаминов), микроэлементов. В печени синтезируются многие вещества (например, глюкоза, холестерин и желчные кислоты), необходимые для функционирования других органов.
Депонирующая. В печени происходит накопление гликогена. Из печени в организм постоянно поступают макроэргические соединения и структурные блоки, необходимые для синтеза сложных макромолекул.
Барьерная. В печени осуществляется обезвреживание (биохимическая трансформация) чужеродных и токсичных соединений, поступивших с пищей или образовавшихся в кишечнике, а также токсических веществ экзогенного происхождения.
Экскреторная. Из печени различные вещества эндо- и экзогенного происхождения либо поступают в желчные протоки и выводятся с желчью (более 40 соединений), либо попадают в кровь, откуда выводятся почками.
Гомеостатическая. Печень выполняет важные функции по поддержанию постоянного состава крови (гомеостаза), обеспечивая синтез и поступление в кровь различных метаболитов, а также поглощение, трансформацию и экскрецию многих компонентов плазмы крови.
Обмен веществ в печени
Печень принимает участие в метаболизме почти всех классов веществ (рис. 12.2).
Рис. 12.2. Функции печени
Раздел 12. Обезвреживание метаболитов .
Метаболизм углеводов. Глюкоза и другие моносахариды поступают в печень из плазмы крови. Здесь они превращаются в глюкозо-6-фосфат и другие продукты гликолиза. Затем глюкоза депонируется в виде резервного полисахарида гликогена или превращается в жирные кислоты. При снижении уровня глюкозы печень начинает поставлять глюкозу за счет мобилизации гликогена. Если запас гликогена оказывается исчерпанным, глюкоза может синтезироваться в процессе глюконеогенеза из таких предшественников, как лактат, пируват, глицерол или углеродный скелет аминокислот.
Метаболизм липидов. Жирные кислоты синтезируются в печени из ацетильных блоков. Затем они включаются в состав жиров и фосфолипидов, которые поступают в кровь в форме липопротеинов. В то же время жирные кислоты поступают в печень из крови. Для энергообеспечения организма большое значение имеет свойство печени конвертировать жирные кислоты в кетоновые тела, которые затем вновь поступают в кровь.
В печени идет синтез холестерола из ацетил-КоА. Затем холестерол в составе липопротеинов транспортируется в другие органы. Избыток холестерола превращается в желчные кислоты и выводится из организма с желчью.
Метаболизм аминокислот и белков. Уровень аминокислот в плазме крови регулируется печенью. Избыточные аминокислоты расщепляются, аммиак связывается в цикле мочевины, мочевина переносится в почки. Углеродный скелет аминокислот включается в промежуточный метаболизм как источник для синтеза глюкозы (глюконеогенез) или как источник энергии. Кроме того, в печени осуществляются синтез и расщепление многих белков плазмы крови.
Биохимическая трансформация. Стероидные гормоны и билирубин, а также лекарственные вещества, этанол и другие ксенобиотики поступают в печень, где они инактивируются и превращаются в полярные соединения.
Депонирование. Печень служит местом депонирования энергетических резервов организма (содержание гликогена может достигать 20% массы печени). В печени также депонируются многие минеральные вещества, микроэлементы, ряд витаминов, в том числе железо (около 15% всего железа, содержащегося в организме), ретинол, витамины A, D, K, B 12 и фолиевая кислота.
Компенсаторные функции печени
Ткани высших организмов нуждаются в постоянном притоке богатых энергией веществ и предшественников для синтеза более сложных макромолекул. Потребности организма обеспечиваются за счет питания, однако оно бывает нерегулярным и неравномерным. Перерывы в поступлении питательных веществ компенсируются печенью, которая вместе с другими тканями, прежде всего жировой тканью, выполняет компенсаторные функции.
В биохимии питания принято различать фазу абсорбции и фазу постабсорбции, которая охватывает состояния организма во время разгрузочных дней (в том числе при соблюдении поста), вплоть до полного голодания. Переход между эти-
ми двумя фазами определяется концентрацией богатых энергией соединений в плазме крови и регулируется гормонами и вегетативной нервной системой.
Рис. 12.3. Фаза абсорбции
Фаза абсорбции (утилизации и депонирования) начинается непосредственно с приема пищи и длится примерно 2–4 часа. За счет переваривания пищи в плазме крови временно увеличивается концентрация глюкозы, аминокислот и жиров (триацилглицеролов) (рис. 12.3).
Поджелудочная железа отвечает на это изменением выброса гормонов: увеличением секреции инсулина и уменьшением секреции глюкагона. Увеличение соотношения инсулин/глюкагон в сочетании с богатыми энергией субстратами стимулирует переход тканей (особенно печени, мышечной и жировой тканей) в анаболическую фазу.
В печени из поступающих субстратов синтезируются гликоген и жиры. Гликоген депонируется в печени, жиры в виде липопротеинов очень низкой плотности [ЛПОНП (VLDL)] поступают в кровь. В мышечной ткани также за счет глюкозы пополняется запас гликогена, а из аминокислот синтезируются белки. В жировую ткань жиры поступают из печени и желудочно-кишечного тракта
Раздел 12. Обезвреживание метаболитов .
(в составе хиломикронов и ЛПОНП), а затем депонируются в виде жировых капель. Сердце и нервная ткань используют глюкозу в качестве источника энергии. Клетки сердечной мышцы являются в известном смысле «всеядными», так как они могут получать энергию и из других субстратов.
Рис. 12.4. Фаза постабсорбции
При прекращении поступления пищи вскоре начинается фаза постабсорбции. Эта стадия начинается с изменения секреции гормонов поджелудочной железы: теперь α-клетки секретируют больше глюкагона, а β-клетки прекращают секрецию инсулина. Низкое соотношение инсулин/глюкагон в плазме крови запускает процесс промежуточного метаболизма в обратном направлении. Теперь организм должен вернуться к использованию собственных энергетических резервов. В организме начинается расщепление запасных веществ — гликогена, жиров, белков,
и начинается синтез богатых энергией веществ в печени (рис. 12.4).
В печени происходит мобилизация гликогена (гликогенолиз). Полученная глюкоза используется для обеспечения других тканей, прежде всего мозга, коры надпочечников и эритроцитов, не располагающих собственными резервами глюкозы. Если спустя несколько часов резервы глюкозы в печени окажутся исчерпанными, усиливается процесс глюконеогенеза. Субстраты поступают из мышц (аминокислоты) и жировой ткани (глицерол). Высвободившиеся жирные
кислоты используются печенью для синтеза кетоновых тел (кетогенез), которые направляются в кровь и служат важнейшим источником энергии в постабсорбтивной фазе.
В мышцах резервы глюкозы в виде гликогена используются исключительно для собственных нужд. Аминокислоты, образующиеся за счет медленного расщепления белков, поступают в печень и утилизируются в процессе глюконеогенеза.
В жировой ткани гормоны инициируют липолиз с образованием глицерола и жирных кислот. Жирные кислоты служат источником энергии во многих тканях (за исключением мозга и эритроцитов). Важным приемником жирных кислот является печень, где они используются для синтеза кетоновых тел.
Глюкоза наряду с жирными кислотами и кетоновыми телами является важнейшим источником энергии. Уровень глюкозы в крови поддерживается постоянным 4-6 мМ (0,8–1,0 г/л) благодаря тонкой регуляции процессов ее поступления и потребления. Глюкоза поступает из кишечника (за счет переваривания пищи). При этом печень выполняет функцию «глюкостата»: в фазе абсорбции глюкоза поступает в печень из крови и накапливается в виде гликогена. При дефиците глюкозы (фаза постабсорбции, голодание) печень, напротив, поставляет глюкозу, которая образуется за счет процессов гликогенолиза и глюконеогенеза.
Печень обладает свойством синтезировать глюкозу из других сахаров, например фруктозы и галактозы, или из других продуктов промежуточного метаболизма. Превращение лактата в глюкозу в цикле Кори и аланина в глюкозу в цикле аланина играет особую роль в обеспечении энергией эритроцитов и мышечных клеток.
Необходимыми условиями активного углеводного обмена в печени являются обратимый транспорт сахаров через плазматическую мембрану гепатоцитов (при отсутствии контроля инсулином) и наличие фермента глюкозо-6- фосфатазы, высвобождающего глюкозу из глюкозо-6-фосфата.
Механизмы обезвреживания токсических веществ в печени
Вещества, не используемые организмом, называются чужеродными веществами (ксенобиотиками). Они, как правило, подвергаются химической модификации (детоксикации) и удаляются из организма. Эти вещества могут попадать в организм с пищей, через кожу или путем вдыхания. Обезвреживанию подвергаются вещества, образующиеся в организме: NH 3 , пептидные и стероидные гормоны, катехоламины, продукты катаболизма гема, продукты гниения аминокислот в кишечнике. Лекарственные вещества могут выводиться из организма в неизмененном или модифицированном виде.
Обезвреживание токсичных веществ происходит путем химической модификации в две фазы. В I фазе вещество чаще всего подвергается гидроксили-
Раздел 12. Обезвреживание метаболитов .
Рис. 12.5. Метаболизм и выведение ксенобиотиков из организма:
R — радикал, используемый при конъюгации (глутатион, глюкуронил и др.); М — молекулярная
рованию. Во II фазе происходит реакция конъюгации, продукт, как правило, хорошо растворим и легко удаляется из организма (рис. 12.5).
В мембранах эндоплазматического ретикулума (ЭР) практически всех тканей локализована система микросомального (монооксигеназного) окисления, отвечающая за течение I фазы обезвреживания. Эта система наиболее актив-
на в печени. В клетках некоторых тканей (например, в коре надпочечников) окислительная система локализована в мембранах митохондрий.
Основные ферменты, участвующие в окислительной системе: цитохром Р450-редуктаза — флавопротеин (кофермент FAD или FMN), цитохром Р450
Цитохром Р450 может связывать в активном центре липофильное вещество RH и молекулу кислорода. Один атом кислорода принимает 2 и переходит в форму О 2 — . Донором электронов и протонов является NADPН+H + , который окисляется цитохром Р450-редуктазой. О 2 — взаимодействует с протонами: О 2 — + 2Н + —> Н 2 О, и образуется вода. Второй атом молекулы кислорода включается в гидроксильную группу вещества R-OH.
Суммарное уравнение реакции гидроксилирования вещества RH ферментами микросомального окисления:
RH+ О 2 +[ NADPН +H + ]—>ROH+H 2 О + NADP + .
В результате гидроксилирования возможны повышение растворимости гидрофобного соединения, потеря молекулой ее биологической активности или образование более активного соединения, чем вещество, из которого оно образовалось (рис. 12.6).
Цитохром Р 450 не обладает абсолютной специфичностью, известно много изоформ этого белка, каждая форма имеет много субстратов. Этими субстратами могут быть эндогенные липофильные вещества, а их модификация входит в путь нормального метаболизма этих соединений. Цитохром Р 450 воздействует и на многие гидрофобные чужеродные соединения, в том числе лекарства.
Рис. 12.6. Положение белков монооксигеназной системы в мембране
Источник