Меню Рубрики

Анализ окисления белков жиров и углеводов

Хорошо известно, что молекулы жиров участвуют в реакциях со свободными радикалами. Аминокислоты, составные части белковых макромолекул и пептидов, также являются мишенями атаки свободными радикалами (см. ОКИСЛЕНИЕ ЛИПОПРОТЕИДОВ (ЛИПИДОВ).

Окисление аминокислот в составе белка неизбежно приводит к физическим изменениям самих белков (характеризующимися изменениями флуоресценции). Эти физические изменения можно разбить на три группы: фрагментация, аггрегация и чувствительность к протеолизу .

Пероксидация жиров при реакции со свободными радикалами считается основным источником вреда, наносимого воздействием свободных радикалов . Хотя пероксидация жиров происходит при реагировании со свободными радикалами, этот процесс in vivo еще недостаточно изучен. Исследования in vitro показали, что пероксидация полиненасыщенных жирных кислот обычно состоит из трех стадий: инициация, элонгация и терминация .

Пероксидация липидных молекул необратимо нарушает их структуру ( Yu et al., 1992 ). Эти нарушения наиболее заметны, если повреждаются липиды — составные части биологической мембраны; пероксидация мембранных липидов приводит к нарушению липидного бислоя и структурной организации мембраны.

Исследования химии свободных радикалов показали, что нет таких биологических веществ, которые бы не подвергались воздействию свободных радикалов. Поэтому, неудивительно, что глюкоза и другие моносахара подвергаются окислению в определенных условиях.

Наиболее распространенный и легко обнаруживаемый тип повреждения белков — образование карбонильных групп при окислении аминокислот : лизина , аргинина и пролина [ Stadtman ea 1992 ]. В таблице представлены данные по концентрации карбонильных групп в белках в различных тканях человека и крысы, а также в белках мухи, нематоды и бактерии. Из таблицы видно, что концентрация карбонильных групп и, следовательно, уровень окислительных повреждений в белках не зависят ни от вида организма, ни от типа ткани. При анализе использовали данные для молодых организмов, так как уровень поврежденных белков, как будет видно из дальнейшего изложения, зависит от возраста. Этот уровень составляет 1.5-2.5 нмоль/мг белка, и у молодых особей никогда не превышает 3 нмоль/мг. Такой результат представляется особенно удивительным, поскольку разные организмы, а также различные ткани сильно различаются по интенсивности метаболизма, а следовательно, и по интенсивности продукции свободных радикалов. Каким же образом концентрация поврежденных белков в клетке поддерживается на постоянном уровне? Скорость производства свободных радикалов в клетке зависит, прежде всего, от интенсивности дыхания. Для того, чтобы при усилении дыхания степень повреждения белков поддерживалась на постоянном уровне, необходимо, чтобы при этом происходило увеличение скорости обновления поврежденных белков. То есть скорости дыхания и обновления белков в различных тканях и организмах должны быть коррелированы.

В условиях окислительного стресса происходит окислительная модификация белков. Свободные радикалы атакуют белки по всей длине полипептидной цепи, нарушая не только первичную, но и вторичную, и третичную структуру белков, что приводит к агрегации или фрагментации белковой молекулы ( Дубинина и соавт., 2002 ; Agarwal S. and Sohal R., 1995 ). Многие ферменты, содержащие SH-группы, такие как АТФазы или дегидрогеназы, легко окисляются в результате свободнорадикальной атаки.

Интересный пример окислительной модификации белков представляет ксантиндегидрогеназа , которая превращает ксантин (и гипоксантин) в мочевую кислоту, а мочевая кислота выступает как неферментативный компонент антиоксидантной системы.

В результате действия АФК происходит окисление SH-групп этого белка и превращение ксантиндегидрогеназы в ксантиноксидазу . Последняя, одновременно с мочевой кислотой, начинает образовывать супероксид-анион кислорода. В итоге происходит дополнительное увеличение концентрации свободных радикалов в тканях ( Болдырев, 2001 ).

Если белок содержит металл с переменной валентностью, в присутствии перекиси водорода образуется гидроксид-радикал , окисляющий аминокислоты в активном центре фермента, что может привести к его инактивации.

Так, повреждение комплекса I митохондрий , сукцинатдегидрогеназы и ферментов, содержащих железо-серные кластеры, в организме мышей, нокаутных по гену Mn-СОД , где супероксид-анион не утилизируется в достаточной степени, приводит к нарушению функции цикла трикарбоновых кислот и работы митохондриальной дыхательной цепи ( Raha and Robinson, 2000 ).

Карбоксильные группы белков под действием АФК превращаются в карбонильные группы, которые, в свою очередь, могут взаимодействовать с аминогруппами, образуя Шиффовы основания, приводящие в конечном итоге к образованию поперечных сшивок между белковыми молекулами и нарушению их активности ( Richter et al., 1988 ). Процесс химического сшивания наблюдается и при гликировании белков, который существенно активируется при окислительном стрессе.

источник

1. Оценка метаболизма глюкозы. Три десятилетия назад Bier и соавт. были первыми, кто определил продукцию глюкозы печенью, используя инфузию D-[6,6- 2 Н2]глюкозы у новорожденных детей, и показал практически линейную зависимость между массой головного мозга и продукцией глюкозы в человеческом организме, начиная с недоношенного ребенка с массой тела 1000 г и заканчивая взрослым человеком с массой тела 80 кг.

Эти ученые высказали предположение, что размер головного мозга может являться принципиальной детерминантой тех факторов, которые регулируют продукцию глюкозы печенью на протяжении всей жизни человека. С тех пор разведение изотопа широко использовали, например, для оценки ответной продукции глюкозы на инсулин.

Так, Farrag и соавт. обнаружили, что повышение уровня инсулина в плазме при поддержании глюкозы на одинаковом базальном уровне путем введения глюкозы извне (подход, имеющий классическое название «эугликемический зажим») не способно полностью подавить выработку эндогенной глюкозы у новорожденных в отличие от взрослых и детей старшего возраста.

Гликогенолиз и глюконеогенез представляют собой два основных пути продукции глюкозы. Глюконеогенез можно исследовать, применяя методы разведения изотопа: при сокращении дозы экзогенной глюкозы в два раза от необходимой у детей с ОНМТ, получающих полное парентеральное питание, инфузия [2- 13 С]глицерола показала, что он является основным предшественником глюконеогенеза, отвечая за 64% продукции эндогенной глюкозы.

Доля остальных субстратов для глюконеогенеза, преимущественно таких аминокислот, как аланин и глютамин, была определена по включению 2 Н2 в глюкозу в процессе инфузии 2 Н2О.

В совокупности эти исследования показывают, что в условиях дефицита глюкозы, но достаточного количества жира и аминокислот организм детей с ОНМТ в состоянии поддерживать уровень глюкозы благодаря глюконеогенезу, в котором роль основного субстрата принадлежит глицеролу.

2. Оценка синтеза лактозы. Лактоза — основной углевод молока. Ее молекула состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы галактозы. До недавнего времени путь образования лактозы грудного молока не был до конца понятен.

Комбинируя ведение [U- 13 С6]глюкозы и [2- 13 С]глицерола лактирующим матерям и мониторируя накопление 13 С в составе лактозы грудного молока, Sunehag и соавт. обнаружили, что после еды у ребенка практически вся глюкоза, находящаяся в составе лактозы молока, является производным глюкозы плазмы, в то время как только 68% галактозы образуется из глюкозы, а глицерол включается в новый синтез галактозы в молочной железе.

Некоторые стабильные изотопы, применяемые в исследованиях с использованием меченого атома у новорожденных детей in vivo

3. Оценка кинетики жира как источника энергии. Впервые выполненные более 20 лет назад исследования введения [1- 13 С]пальмитата или [2- 13 С]глицерола и [ 2 Н3]b-гидроксибутирата показали, что у новорожденных детей содержание глицерола, жирных кислот и кетоновых тел через 4 час с момента введения или натощак сравнимо с таковым у взрослых после 16—24 час голодания.

Было выявлено, что 75% транспортируемого глицерола конвертируется в глюкозу, что составляет 5% продукции глюкозы печенью. Более поздние исследования продемонстрировали появление 2Н в арахидоновой кислоте (20:4 n—6) и докозагексаеновой кислоте (22:6 n—3) после назначения 2Н-меченных линолевой (18:2 n-6) и линоленовой (18:3 n—3) кислот соответственно.

Это позволило сделать вывод о том, что организм младенцев обладает способностью конвертировать получаемые с пищей эссенциальные жирные кислоты в их длинноцепочечные полиненасыщенные кислые дериваты. Но даже в этом случае скорость их синтеза может быть недостаточна для удовлетворения потребностей ребенка. Было выявлено, что у получающих энтеральное питание недоношенных детей назначение среднецепочечных триглицеридов снижает окисление 13 С-меченной линолевой кислоты и длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот без ухудшения эндогенного синтеза омега-6 ДЦПНЖК.

4. Оценка синтеза липидов. Исследования с использованием инфузии [13С]ацетата в течение 12 час показали, что скорость эндогенного синтеза холестерола была примерно в 3 раза выше у недоношенных младенцев по сравнению со взрослыми, что свидетельствует о хорошо развитом механизме синтеза холестерола у недоношенных детей.

Для вычисления скорости синтеза сложных молекул необходимо определить накопление изотопа в истинном предшественнике, что сложно сделать, т.к. он может быть локализован в труднодоступных тканях, например в печени. Молекулы ДЦЖК можно представить в виде продукта полимеризации множества молекул-предшественников, содержащих двухуглеродные единицы ацетил-СоА, например 8-ацетил-СоА в пальмитиновой кислоте.

Анализ распределения изотопомера представляет собой инновационный подход, при котором сначала определяют характер распределения однократно или множественно меченных молекул с помощью масс-спектрометрии в большой «полимерной» молекуле, а затем с помощью метода статистического моделирования меченые молекулы подвергают «обратной калькуляции» с вычислением накопления изотопа в маленькой молекуле субъединицы предшественника.

Как было выявлено с помощью анализа распределения изотопомера, скорости липогенеза липопротеин-пальмитата у новорожденных схожи с таковыми у взрослых, получающих нормальное питание.

В течение последнего десятилетия скорость синтеза фосфолипидов сурфактанта была определена с помощью включения 13 С в ряд аспиратов из трахеи после суточного введения следовых количеств как [ 13 С]ацетата, [ 13 С]глюкозы, так и [ 13 С4]пальмитата или [ 2 Н] пальмитата, в то время как скорость синтеза сурфактант-ассоциированного протеина В может быть определена путем введения [ 13 С]валина.

источник

Поступив организм, молекулы пищевых веществ участвуют во многих реакциях. Эти ре-акции и другие проявления жизнедеятельности – метаболизм (обмен веществ). Пищевые вещества используются в качестве сырья для синтеза новых клеток, окисляются, доставляя энергию. Часть ее используется для синтеза новых клеток, другая часть – для функциониро-вания этих клеток. оставшаяся энергия освобождается в виде тепла. Процессы обмена:

1. анаболитические
2. катаболитические

Анаболизм (ассимиляция) – химический процесс, при котором простые вещества объеди-няются между собой в сложные. Это приводит к накоплению энергии и росту. Катаболизм — диссимиляция – расщепление сложных веществ на простые с выделением энергии. Сущ-ность обмена веществ – поступление в организм веществ, их усвоение, использование и вы-деление продуктов обмена. Функции метаболизма:

· извлечение энергии из внешней среды в форме химической энер-гии органических веществ

· превращение этих веществ в строительные блоки

· сборка клеточных компонентов из этих блоков

· синтез и разрушение биомолекул, которые необходимы для вы-полнения функций

Обмен белков – совокупность процессов превращения белков в организме, включая об-мен аминокислот. Белки – основа всех клеточных структур, материальные носители жизни, основной строительный материал. Суточная потребность – 100 – 120гр. Белки состоят из аминокислот (23):

· заменимые – могут образовываться из других в организме

· незаменимые – не могут синтезироваться в организме и должны

поступать с пищей — валин, лейцин, изолейцин, лизин, аргинин, триптофан, гистидин Этапы белкового обмена:

1. ферментативное расщепление белков пищи до аминокислот

2. всасывание аминокислот в кровь

3. превращение аминокислот в свойственные данному организму

4. биосинтез белков из этих кислот

5. расщепление и использование белков

6. образование продуктов расщепления аминокислот Всосавшись в кровеносные капилляры тонкого кишечника, аминокислоты по воротной

вене поступают в печень, где используются или задерживаются. Часть аминокислот остает-ся в крови, поступает в клетки, где из них строятся новые белки.

Период обновления белка у человека – 80 дней. Если с пищей поступает большое коли-чество белка, то ферменты печени отщепляют от них аминогруппы (NH2) – дезаминирова-ние. Другие ферменты соединяют аминогруппы с СО2, и образуется мочевина, которая по-ступает с кровью в почки и в норме выделяется с мочой. Белки почти не откладываются в депо, поэтому после истощения запасов углеводов и жиров используются не резервные бел-ки, а белки клеток. Это состояние очень опасно – белковое голодание – страдают головной мозг и другие органы (безбелковые диеты). Различают белки животного и растительного происхождения. Животные белки – мясо, рыба и морепродукты, растительные – соя, бобы, горох, чечевица, грибы, которые являются необходимыми для нормального белкового об-мена.

Обмен жиров – совокупность процессов превращения жиров в организме. Жиры — энерге-тический и пластический материал, они входят в состав оболочек и цитоплазмы клеток. Часть жиров накапливается в виде запасов в подкожной жировой клетчатке, большом и ма-лом сальниках и вокруг некоторых внутренних органов (почки) – 30% всей массы тела. Ос-новная масса жиров – нейтральный жир, который участвует в жировом обмене. Суточная потребность в жирах – 100 гр.

Некоторые жирные кислоты являются незаменимыми для организма и должны посту-пать с пищей – это полиненасыщенные жирные кислоты: линоленовая, линолевая, арахидо-новая, гамма – аминомасляная (морепродукты, молочные продукты). Гамма – аминомасля-ная кислота является основным тормозным веществом в ЦНС. Благодаря ей происходит ре-гулярная смена фаз сна и бодровствования, правильная работа нейронов. Жиры делятся на животные и растительные (масла), которые очень важны для нормального жирового обмена.

1. ферментативное расщепление жиров в ЖКТ до глицерина и жир-ных кислот

2. образование липопротеидов в слизистой оболочке кишечника

3. транспорт липопротеидов кровью

4. гидролиз этих соединений на поверхности клеточных мембран

5. всасывание глицерина и жирных кислот в клетки

6. синтез собственных липидов из продуктов распада жиров

7. окисление жиров с выделением энергии, СО2 и воды

При избыточном поступлении жиров с пищей он переходит в гликоген в печени или от-кладывается в запас. С пищей, богатой жирами, человек получает жироподобные вещества – фосфатиды и стеарины. Фосфатиды необходимы для построения клеточных мембран, ядер и

цитоплазмы. Ими богата нервная ткань. Главным представителем стеаринов является холе-стерин. Норма его в плазме – 3,11 – 6,47 ммоль/л. Холестеином богат желток куриного яйца, сливочное масло, печень. Он необходим для нормального функционирования нервной сис-темы, половой системы, из него стоятся клеточные мембраны, половые гормоны. При пато-логии он приводит к атеросклерозу.

Обмен углеводов – совокупность превращения углеводов в организме. Углеводы – ис-точник энергии в организме для непосредственного использования (глюкозы) или образо-вания депо (гликоген). Суточная потребность – 500 гр.

1. ферментативное расщепление углеводов пищи до моносахаридов

2. всасывание моносахаридов в тонком кишечнике

3. депонирование глюкозы в печени в виде гликогена или ее непосредственное использование

4. расщепление гликогена в печени и поступление глюкозы в кровь

5. окисление глюкозы с выделением СО2 и воды

Углеводы всасываются в ЖКТ в виде глюкозы, фруктозы и галактозы, поступают в кровь

– в печень поворотной вене – глюкоза переходит в гликоген. Процесс перехода глюкозы в гликоген в печени – гликогенез. Глюкоза – постоянная составляющая часть крови (80 – 120 млг/%). Увеличение уровня глюкозы в крови – гипергликемия, уменьшение – гипогликемия. Уменьшение уровня глюкозы до 70 млг/% вызывает чувство голода, до 40 млг/% — кому.

Процесс распада гликогена в печени до глюкозы – гликогенолиз. Процесс биосинтеза угле-водов из продуктов распада жиров и белков – гликонеогенез. Процесс расщепления углево-дов без кислорода с накоплением энергии и образованием молочной и пировиноградной кислот – гликолиз. При увеличении глюкозы в пище печень переводит ее в жир, который затем используется.

Питание – сложный процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения орга-низмом пищевых веществ. Оптимальное соотношение белков, жиров и углеводов для здо-рового человека: 1:1:4.

Читайте также:  Результат анализа суточная потеря белка

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

источник

Поступив организм, молекулы пищевых веществ участвуют во многих реакциях. Эти реакции и другие проявления жизнедеятельности – метаболизм (обмен веществ). Пищевые вещества используются в качестве сырья для синтеза новых клеток, окисляются, доставляя энергию. Часть ее используется для синтеза новых клеток, другая часть – для функционирования этих клеток. оставшаяся энергия освобождается в виде тепла. Процессы обмена:

Анаболизм (ассимиляция) – химический процесс, при котором простые вещества объединяются между собой в сложные. Это приводит к накоплению энергии и росту. Катаболизм — диссимиляция – расщепление сложных веществ на простые с выделением энергии. Сущность обмена веществ – поступление в организм веществ, их усвоение, использование и выделение продуктов обмена. Функции метаболизма:

· извлечение энергии из внешней среды в форме химической энергии органических веществ

· превращение этих веществ в строительные блоки

· сборка клеточных компонентов из этих блоков

· синтез и разрушение биомолекул, которые необходимы для выполнения функций

Обмен белков – совокупность процессов превращения белков в организме, включая обмен аминокислот. Белки – основа всех клеточных структур, материальные носители жизни, основной строительный материал. Суточная потребность – 100 – 120гр. Белки состоят из аминокислот (23):

· заменимые – могут образовываться из других в организме

· незаменимые – не могут синтезироваться в организме и должны поступать с пищей — валин, лейцин, изолейцин, лизин, аргинин, триптофан, гистидин

1. ферментативное расщепление белков пищи до аминокислот

2. всасывание аминокислот в кровь

3. превращение аминокислот в свойственные данному организму

4. биосинтез белков из этих кислот

5. расщепление и использование белков

6. образование продуктов расщепления аминокислот

Всосавшись в кровеносные капилляры тонкого кишечника, аминокислоты по воротной вене поступают в печень, где используются или задерживаются. Часть аминокислот остается в крови, поступает в клетки, где из них строятся новые белки.

Период обновления белка у человека – 80 дней. Если с пищей поступает большое количество белка, то ферменты печени отщепляют от них аминогруппы (NH2) – дезаминирование. Другие ферменты соединяют аминогруппы с СО2, и образуется мочевина, которая поступает с кровью в почки и в норме выделяется с мочой. Белки почти не откладываются в депо, поэтому после истощения запасов углеводов и жиров используются не резервные белки, а белки клеток. Это состояние очень опасно – белковое голодание – страдают головной мозг и другие органы (безбелковые диеты). Различают белки животного и растительного происхождения. Животные белки – мясо, рыба и морепродукты, растительные – соя, бобы, горох, чечевица, грибы, которые являются необходимыми для нормального белкового обмена.

Обмен жиров – совокупность процессов превращения жиров в организме. Жиры — энергетический и пластический материал, они входят в состав оболочек и цитоплазмы клеток. Часть жиров накапливается в виде запасов в подкожной жировой клетчатке, большом и малом сальниках и вокруг некоторых внутренних органов (почки) – 30% всей массы тела. Основная масса жиров – нейтральный жир, который участвует в жировом обмене. Суточная потребность в жирах – 100 гр.

Некоторые жирные кислоты являются незаменимыми для организма и должны поступать с пищей – это полиненасыщенные жирные кислоты: линоленовая, линолевая, арахидоновая, гамма – аминомасляная (морепродукты, молочные продукты). Гамма – аминомасляная кислота является основным тормозным веществом в ЦНС. Благодаря ей происходит регулярная смена фаз сна и бодровствования, правильная работа нейронов. Жиры делятся на животные и растительные (масла), которые очень важны для нормального жирового обмена.

1. ферментативное расщепление жиров в ЖКТ до глицерина и жирных кислот

2. образование липопротеидов в слизистой оболочке кишечника

3. транспорт липопротеидов кровью

4. гидролиз этих соединений на поверхности клеточных мембран

5. всасывание глицерина и жирных кислот в клетки

6. синтез собственных липидов из продуктов распада жиров

7. окисление жиров с выделением энергии, СО2 и воды

При избыточном поступлении жиров с пищей он переходит в гликоген в печени или откладывается в запас. С пищей, богатой жирами, человек получает жироподобные вещества – фосфатиды и стеарины. Фосфатиды необходимы для построения клеточных мембран, ядер и цитоплазмы. Ими богата нервная ткань. Главным представителем стеаринов является холестерин. Норма его в плазме – 3,11 – 6,47 ммоль/л. Холестеином богат желток куриного яйца, сливочное масло, печень. Он необходим для нормального функционирования нервной системы, половой системы, из него стоятся клеточные мембраны, половые гормоны. При патологии он приводит к атеросклерозу.

Обмен углеводов – совокупность превращения углеводов в организме. Углеводы – источник энергии в организме для непосредственного использования (глюкозы) или образования депо (гликоген). Суточная потребность – 500 гр.

1. ферментативное расщепление углеводов пищи до моносахаридов

2. всасывание моносахаридов в тонком кишечнике

3. депонирование глюкозы в печени в виде гликогена или ее непосредственное использование

4. расщепление гликогена в печени и поступление глюкозы в кровь

5. окисление глюкозы с выделением СО2 и воды

Углеводы всасываются в ЖКТ в виде глюкозы, фруктозы и галактозы, поступают в кровь – в печень поворотной вене – глюкоза переходит в гликоген. Процесс перехода глюкозы в гликоген в печени – гликогенез. Глюкоза – постоянная составляющая часть крови (80 – 120 млг/%). Увеличение уровня глюкозы в крови – гипергликемия, уменьшение – гипогликемия. Уменьшение уровня глюкозы до 70 млг/% вызывает чувство голода, до 40 млг/% — кому. Процесс распада гликогена в печени до глюкозы – гликогенолиз. Процесс биосинтеза углеводов из продуктов распада жиров и белков – гликонеогенез. Процесс расщепления углеводов без кислорода с накоплением энергии и образованием молочной и пировиноградной кислот – гликолиз. При увеличении глюкозы в пище печень переводит ее в жир, который затем используется.

Питание – сложный процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения организмом пищевых веществ. Оптимальное соотношение белков, жиров и углеводов для здорового человека: 1:1:4.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9354 — | 7421 — или читать все.

источник

Для поддержания гомеостатических констант в организме, мышечной активности, секреции, синтеза веществ и других функций организма в клетках постоянно протекают химические реакции, основная задача которых заключается в извлечении энергии из углеводов, жиров и белков. Около 45% энергии организм человека получает из углеводов, 40% — из жиров и 15% — из белков.

Углеводы. В физиологических условия 90% и более всех поступающих в организм углеводов в клетках подвергается гидролизу для преобразования заключенной в них энергии в энергию АТФ. В пищеварительном тракте полисахариды и дисахариды гидролизуются до моносахаров. В дальнейшем обмене углеводов в организме участвует только глюкоза.

Свободная диффузия глюкозы из крови через клеточную мембрану затруднена, поскольку ее молекула обладает высокой гидрофильно- стью, а размер существенно превышает диаметр пор мембраны клетки. Транспорт глюкозы происходит по механизму облегченной диффузии с помощью встроенного в мембрану специального белка — переносчика глюкозы. В клетках глюкоза под действием ферментов (глюкокиназы, гексокиназы) фосфорилируется до глюкозо-6-фосфата. Связь глюкозы с фосфатом делает невозможным ее обратный выход из клетки. Дальнейший внутриклеточный метаболизм глюкозы идет в двух направлениях: 1) накопление глюкозы в виде полимера — гликогена и 2) преобразование с высвобождением энергии, заключенной в ней.

Практически все клетки организма, главным образом печени и мышц, имеют запасы углеводов в виде гликогена. Процесс образования гликогена из глюкозы называется гликогенезом. Запас гликогена в организме составляет несколько сотен граммов. Он позволяет обеспечить энергией клетки органов и тканей только за счет углеводов на протяжении 12 ч. При необходимости гликоген под действием ферментов (фосфорилаз) расщепляется до глюкозы. Этот процесс называется гликогенолизом.

Расщепление и окисление глюкозы происходит в митохондриях. Глюкоза окисляется поэтапно, и на каждом этапе выделяемая порциями энергия заключается в связи АТФ. При полном окислении 1 грамм-молекулы глюкозы выделяется 2872 кДж энергии. Для образования 1 моля АТФ требуется 50,212 кДж энергии. Простой расчет показывает, что из 1 моля глюкозы может образоваться 57 грамм- молекул АТФ. Однако в клетках при полном расщеплении 1 моля глюкозы из-за тепловых потерь образуется не 57, а 38 молекул АТФ. Эффективность процесса (КПД) преобразования энергии при окислении глюкозы составляет 66%.

Регуляцию метаболизма углеводов осуществляют гормоны. Инсулин, продуцируемый (3-клетками поджелудочной железы, облегчает проникновение глюкозы в клетки, стимулирует гликогенез и тормозит гликогенолиз. Глюкагон (гормон а-клеток поджелудочной железы), соматотропин (гормон роста передней доли гипофиза), а также адреналин и кортизол (гормоны мозгового и коркового слоев надпочечников) активируют гликогенолиз и ускоряют переход гликогена в глюкозу — гликогенез.

Жиры. Жиры являются первостепенными депо энергии в организме. Из всех жиров (триглицериды, фосфолипиды, холестерин и др.), поступающих с пищей, для получения энергии организм использует преимущественно триглицериды. Триглицериды состоят из трех молекул жирных кислот, связанных молекулой глицерина. Перенос триглицеридов из кишечника в кровь осуществляется в виде мелкодисперсных капелек — хиломикронов. На эндотелии капилляров из хиломикронов под действием ферментов высвобождаются жирные кислоты и глицерин. Жирные кислоты свободно проникают в клетки органов и тканей, но особенно легко в клетки жировой ткани (адипоциты). В клетках жирные кислоты взаимодействуют с внутриклеточным глицерином и вновь переходят в связанное состояние. В результате этого превращения происходит накопление богатых энергией липидов в клетках — липогенез.

Если потребность организма в энергии возрастает и невозможно обеспечить ее за счет углеводов, внутриклеточные липиды подвергаются обратному гидролизу до свободных жирных кислот и глицерина — липолизу. Жирные кислоты быстро переходят из жировых клеток в кровь. Концентрация жирных кислот в крови невелика, но скорость их оборота очень высокая — в течение нескольких минут состав жирных кислот в плазме обновляется полностью.

Расщепление и окисление жирных кислот происходит в митохондриях. Транспорт жирных кислот через их мембраны осуществляется с помощью переносчика — карнитина. В митохондриях от молекул жирных кислот последовательно отщепляются их фрагменты. Этот процесс называется бета-окислением. Конечным продуктом бета-окисления жирных кислот является ацетил-КоА, который опосредует их поступление в единую с углеводами систему извлечения энергии. При полном окислении 1 молекулы жирной кислоты образуется 148 молекул АТФ, а чистый выход АТФ составляет 146 молекул.

Важная роль в регуляции обмена липидов отводиться инсулину и адреналину. При недостаточной чувствительности клеток к действию инсулина увеличивается содержание внутриклеточных липидов — липогенез. Повышение концентрации адреналина и инсулина стимулируют липолиз, уменьшая депо жировой ткани в организме.

Белки. В желудочно-кишечном тракте под действием ферментов происходит разрушение пептидных связей белков и образование аминокислот. Аминокислоты из кишечника поступают в кровь и быстро проникают в клетки органов и тканей, особенно интенсивно в печень. Из-за большого размера молекул перемещение аминокислот через плазматическую мембрану и внутри клетки осуществляет специализированная система активного транспорта. Внутри клеток аминокислоты вновь фиксируются друг с другом пептидными связями, образуя внутриклеточные соединения белковой природы. Они служат внутриклеточным депо аминокислот. При необходимости белки внутриклеточного депо могут вновь превращаться в аминокислоты.

Превращение аминокислот происходит главным образом в печени путем отщепления от них аминогрупп. Этот процесс называется дезаминированием. В результате дезаминирования образуются а-кетокислоты, которые используются для извлечения энергии и (или) образования глюкозы. Процесс превращения белков в глюкозу называется глюконеогенезом. При окислении 1 г белка образуется несколько меньше энергии АТФ, чем при окислении 1 г глюкозы.

Синтез белковых молекул усиливается под действием соматотро- пина, инсулина и андрогенов (мужских половых гормонов). При увеличении концентрации тироксина (гормона щитовидной железы), а также кортизола и адреналина в крови усиливается распад белков. При недостатке инсулина и ограничении поступления глюкозы в клетки аминокислоты служат важным источником энергии для организма.

источник

Редактировать статью СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНОЕ ОКИСЛЕНИЕ БЕЛКОВ И ЕГО СВЯЗЬ С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ СОСТОЯНИЕМ ОРГАНИЗМА

Кислород — буквально «тот, что порождает кислоту». Русское слово восходит к М. В. Ломоносову и является калькой французского слова oxygène, предложенного А. Лавуазье (от др.-греч. ὀξύς — «кислый» и γεννάω — «рождаю»).Атомный номер кислорода — 8; атомная масса — 15,9994. Плотность жидкого кислорода — 1,144; температура плавления составляет −218 ° C, температура кипения составляет −183 ° C. Элемент кислород занимает третье место после водорода и гелия по распространенности в Вселенной. Он — самый распространенный химический элемент на Земле — 47 % массы земной коры, 85,7 % массы гидросферы, 23,15 % массы атмосферы, 79 % и 65 % массы растений и животных соответственно. За объемом кислород занимает 92 % объема земной коры.

Функции кислорода в живых организмах • Участие в биосинтезе de novo биологически активных соединений;

Участие в обезвреживании биологически активных или токсичных метаболитов;

В реакциях, катализируемых ферментами-оксигеназами (обмен Фен и Тир);

80-90% фонда кислорода, поступающего в клетки, расходуется в основном на окисление субстратов в тканевом дыхании;

2%фонда кислорода идёт на образование АФК.

Участие в биосинтезе de novo биологически активных соединений.

Свободнорадикальное окисление белков

Атака и разрыв пептидной связи

Последовательность реакции начинается с извлечения гидроксил-радикалом водородного атома от α-атома углерода любого из аминокислотных остатков, что приводит к образованию алкильного радикала и воды (а). В результате последующего присоединения молекулы кислорода к алкильному радикалу образуется алкилпероксильный радикал (б), реагирующий далее с протонированным супероксид-анионом (НО . 2), либо с Fe 2+ и H + (в). Образованный алкилпероксид опять же может прореагировать любо (НО . 2), либо с Fe 2+ и H + , превращаясь в алкоксирадикал. На этой стадии возможен либо разрыв пептидной связи, либо еще одно окисление за счет протонированного супероксида или Fe 2+ и Н + до гидроксилпроизводного пептида (г). Алкил-, пероксил- и алкоксильные радикалы пептидов также могут абстрагировать атомы водорода из аминокислотных остатков, генерирую таким образом новые радикалы, способные вступать в аналогичные радикалы. При отсутствии О2 или его недостатке два алькильных производных пептидов могут провзаимодействовать между собой с образование внутри- и/или межпептидных сшивок.

Есть 4 механизма разрыва пептидной связи, вызванного активными формами кислорода:

1) Расщепление алкоксильных производных пептидов через α-амидный путь

Из N-конца осходного пептида образуется диамидное азотноцианидное производное

2) Расщепление алкоксильных производных пептидов через диамидный путь

Из бывшего N-конца образуется диамид и α-кетоацильное производное

3) Окисление боковых частей глутамильных и аспартильных остатков

Пример: Окисление глутамата

Расщепление начинается с извлечения гидроксильным радикалом атома водорода от γ-атома углерода глутаминового остатка. Далее следует серия превращений, аналогичных приведенным, и образуется щавелевая кислота и расщепляется пептидная связь. Фрагмент, образованный из N-концевой части исходного полипептида, представлен амидом, а из С-концевой – пирувиальной частью.

4) Окисление остатка пролина

Если в составе полипептида есть остатки моноаминодикарбоновых кислот, то по ним также возможно опосредованое окислением специфическое расщепление пептидной связи.

Читайте также:  Толстого анализ белка и волк

Г.Шусслер и К.Шиллинг установили, что количество образующихся пептидов сопоставимо с числом остатков пролина. А окисление пролиновых остатков приводит к образованию 2-пироллидиновых производных и расщеплению пептидной связи. В результате кислотного гидролиза 2-пирролидон превращается в 4-аминобутиловую кислоту, ее наличие расценивают как доказательство расщепления пептидов по 2 пирролидоновому пути.

Огромную роль в протекании свободнорадикального окисления белков имеют ионы железа. Они выступают донорами электронов, таким образом, иницируют данный процесс. В ряде патологических случаев ионы железа могут высвобождаться из клеточных депо, что приводит к интенсификации свободнорадикальных процессов с вытекающими отсюда последствиями.

Окисление боковых частей аминокислотных остатков

Практически все аминокислотные остатки могут подвергаться окислению гидроксильными радикалами, но только в ряде случаев установлена природа образуемых веществ. В таблице представлены данные по окислительной модификации аминокислотных остатков в составе белков, данные делятся на группы:

Фенилаланин может превращаться в моно- и дигидроксипроизводные, а тирозин в 3,4-дигидроксипроизводное. Данные вещества могут также подвергаться обратному окислению/восстановлению и генерировать АФК. Образующиеся при окислении тирозина радикалы могут также взаимодействовать между собой с образованием дитирозинов, что приводит к образованию внутри- и межмолекулярным сшивкам пептидов. Наличие 2,2’-бифенильных производных считается маркером индуцированных АФК повреждений белков.

Облучение триптофана γ-радиацией приводит к образованию разных гидроксилпроизводных, формилкинуренинов и 3-гидроксинуренинов. При УФ-облучении, в присутствии пероксинитрита, озона, Fe 2+ и H2O2, триптофан превращается в кинуренин и N-формилкинуренин. Триптофан и тирозин не являются основными целями для окисления.

Остатки гистидина, аргинина и лизина особенно чувствительны к АФК.

Аминокислоты, образующие карбоксильные группы при окислении

Окисление лизина, аргинина, гистидина и пролина ведет к образованию альдегидных или кетонных производных, а глутаминовой и аспарагиновой кислот к разрыву полипептидной цепи с образованием пирувиальной группы из N-концевой аминокислоты.

Окислительный разрыв полипептидной цепи по пути α-амидирования приводит к образованию 2-кетоацильного производного из N-концевой аминокислоты. Вдобавок, карбонильные группы могут быть введены в белки в результате из взаимодействия с углеводами-восстановителями, продуктами окисления углеводов (реакции гликооксидации и гликозилирования) или продуктами окисления липидов (малоновый диальдегид, 4-гидрокси-2-ноненаль). Образование дополнительных карбонильных групп позволяет определить продукты окисление белков с динитрофенилгидрозином. Гидразон считаются показателями свободнорадикальной модификации белков.

3)Содержащие серу аминокислоты (цистеин, метионин)

В ходе окисления цистеинового остатка, последовательно образуются производные сульфеновой, сульфиновой и сульфоновой кислот. Сульфеновые производные могут дальше либо окисляться до сульфиновых, либо образовывать смешанные эфиры с цистеином или глутамином. Сульфеновые производный могут восстанавливаться до цестеина ферментативным или не ферментативным путем. Полагают, что образование смешанных эфиров (сульфеновой к-ты с глутотионом) может препятствовать дальнейшему окислению серы.

Реакции с цистеином. Образованное дисульфидное производное (1) в результате реакции глутатион-дисульфидного обмена (2,3) превращается в исходные формы цистеинсодержащих пептидов. Конечным продуктами превращений (1-3) являются вода и окисленный глутатион, потом идет возобновление запасов восстановленного глутатиона. Дальше (4) реакция катализируется глутатионредуктазой и (5) восстанавливается NADPH

Реакции с метионином. При его окислении образуется MetSox (метионинсульфоксид) (6). Под действием фермента метионинсульфоксидредуктазы он восстанавливается до Met (7). Восстановительные компоненты поставляются тиоредоксином (T(SH)2), NADPH используется для его регенерации. Реакция восстановления T(SH)2 катализируется тиоредоксинредуктазой (8).

Индуцированное окисление с образованием поперечных сшивок

1) Взаимодействие 2-х алкильных радикалов –производных белков, которые образуются при окислении пептидной связи или боковых частей аминокислотных остатков (9).

2) Взаимодействие 2-х тирозильных радикалов (10).

3) Взаимодествие малонового и других диальдегидов с аминогруппами остатков лизина в молекулах двух разных белков (11).

4) Реакция присоединения Михаэля (продукт взаимодейтвия ГНЕ с к/л белком) с аминогруппой остатка лизина другого белка (12).

5) Взаимодействие карбонильной группы продуктов гликирования одного белка с аминогруппой остатка лизина другого белка (13).

6) Окисление активными формами остатков цистеина 2-х молекул белка (14).

Сшитые белки не деградируются мультикаталическими протеазами или протеросомами, что может приводить к аккумуляции окисленных белков при старении и ряде патологий. Данные комплексы могут ингибировать других окисленных белков.

Частичное окисление белков, приводящее к изменению их поверхностного заряда или гидрофобности, может быть одним из механизмов, ответственным за их пространственное распределение в клетке.

Окисление белков как показатель состояние организма

Содержание окисленных белков широко используется для оценки интенсивности стресса in vivo. В качестве наиболее применяемого метода используется определение содержания в белках одного из стабильных продуктов – дополнительно образованных карбонильных групп. В следующих состояниях организма надежно установлена активация свободнорадикальных процессов.

В ходе старения организма происходит аккумуляция окисленных белков и поскольку дополнительные карбоксильные группы образуются при окислении любой из форм АФК, то именно они используются в качестве маркеров.

Профессор Р. Сохаль изучал зависимость между накоплением карбонильных групп и продолжительностью жизни организмов. Он выявил закономерность, что при умеренной гипероксии, увеличивающей концентрацию белковых карбонилов, снижается продолжительность жизни. И поскольку увеличение образования АФК в МТХ стареющих организмов тесно связано с аккумуляцией белковых карбонилов, то именно окисление белков ответственно за процесс старения.

Так введение песчанкам и комнатным мухам спиновой ловушки с антиоксидантными свойствами (БФН) снижало уровень белковых карбонилов, что приводило к увеличению продолжительности жизни. А изменение когнитивных и моторных функций у мышей связанно с накоплением белковых карбонилов в зависимости от возраста. Увеличение белковых карбонилов приводило к снижению обучаемости, а увеличение окисления белков в мозжечке к потере двигательной концентрации.

Если данная теория старения корректна, а к этому склоняется большинство ученых, то замедлить старение можно снизив интенсивность генерации АФК или увеличить скорость его деградации. Это осуществимо использованием антиоксидантов или снижением калорийности пищи без нарушения сбалансированного питания.

На графике видна зависимость карбонильных групп в разных тканях разных организмов от возраста особи. С его увеличением содержание карбонильных групп в организме увеличивается. Этот график служит доказательством этой теории.

Ишемия-реперфузии

При ишемии уровень кислорода в тканях ниже нормального. При этом снижается интенсивность генерации АФК, карбонильных групп, повышается восстановительность внутриклеточной среды.

При 10-минутной ишемии песчанки, вызванной перекрытием двух каротидных артерий, уровень белковых карбонилов довольно быстро возрастал в ходе реперфузии. При этом была установлена связь между содержанием белковых карбонилов и активностью глатаминсинтетазы (ГС) – чем больше белковых карбонилов, тем меньше активность ГС. А снижение активности данного фермента приводит увеличению содержания глутамата, что может быть критическим фактором, приводящим к нейротоксичности и разрушению мозга при ишемии-реперфузии.

Нейродегенеративные болезни (Альцгеймера, Паркинсона, склероз).

Растмотрим на примере болезни Паркинсона. Данное нарушение характеризуется повышение содержания железа в substancia nigra pars compacta. Первопричиной же считается окислительный стресс, сопровождаемый интенсификацией пероксидного окисления липидов. Развитие же происходит под воздействием β-амилоида. Амилоидные пептиды объединяются в структуры, которые начинают проявлять нейротоксичность, нарушать гомеостаз ионов кальция и аккумулировать ионы железа. Данная цепочка усугубляет состояние организма и приводит к еще большему развитию заболевания.

У пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера, содержание белковых карбонилов не отличается от контрольного, но активность ГС ниже нормы. А как сказано ранее, снижение активности данного фермента приводит увеличению содержания глутамата, что может быть критическим фактором, приводящим к нейротоксичности и разрушению мозга.

Причиной в основном является недостаток образования инсулина β-клетками поджелудочной железы, которому в основном предшествуют развитие в клетках в них окислительного стресса. Важным моментом является аутоокислительное гликозилирование.

Атеросклероз

Установлено, что с развитием атеросклероза тесно связано окисление макромолекул. Большая часть аккумулированных липидов образуется из липопротеидов низкой плотности. Модификация их белковой апоформы альдегидами и окисление липидов считается ключевым моментом в образование бляшек при атеросклерозе. В белках бляшек повышенное содержание 3-нитротирозина.

Свободнорадикальное окисление белков:

Окисление белков вовлечено в регуляцию их обмена

Способность восстанавливать окисленные остатки серосодержащих АМК используется в регуляции клеточных процессов

Окисление белков регулирует пространственно-временное распределение белков в клетке

Окисление белков как показатель состояния организма:

Состояние организма тесно связано с процессом окисления белков

При старении увеличивается содержание карбонильных групп в белках разных тканей

При ишемии уровень белковых карбонилов значительно ниже, чем при реперфузии, что может приводить к разрушению мозга.

При нейродегенеративных заболеваниях наблюдается снижение активности глутаминсинтетазы

Значительную роль в развитии осложнений диабета отводят аутоокислению углеводов, которые могут быть связаны с белками

При атеросклерозе в белках бляшек наблюдается повышенное содержание 3-нитротирозина

Ряд других патологий также связан с увеличенным содержанием окисленных белков, но в большинстве случаев специфические белки не выявлены

Ферментативные пути антиоксидантной защиты организма

Одной из систем антиоксидантной защиты организма является ферментативная. К ферментам, защищающим клетки от действия активных форм кислорода, относят супероксиддисмутазу, каталазу и глутатионпероксидазу. Наиболее активны эти ферменты в печени, надпочечниках и почках, где содержание митохондрий, цитохрома Р450 и пероксисом особенно велико.

Супероксиддисмутаза (СОД) — основной фермент антирадикальной защиты клетки, широко распространённый в тканях. Его основная функция заключается в обезвреживании супероксидного аниона с образованием пероксида водорода и молекулярного кислорода.

Супероксиддисмутаза обладает совершенно феноменальной активностью— она почти в сто раз активнее каталазы, а одна молекула этого фермента за одну секунду способна разложить около миллиона молекул пероксида водорода. Таким способом организмы, потребляющие кислород, защищаются от его разрушительного действия.

Изучение этого фермента началось еще в 1938 г., когда из крови вола был выделен белок сине-зеленого цвета, содержащий медь. Позже выяснилось, что он содержит также цинк и обладает ферментативной активностью по отношению к реакции окисления супероксид-радикала.

Супероксиддисмутаза — один из наиболее распространенных популяционно-генетических маркеров; мутации в гене супероксиддисмутазы обусловливают некоторые наследственные заболевания человека (напр., атеросклероз, боковой амиотрофический синдром), что используется для диагностических целей. Препараты супероксиддисмутазы применяют в качестве противовоспалительного средства, напр. при артритах.

Каталаза (H2O2:H2O2-оксидоредуктаза) — фермент, катализирующий реакцию разложения пероксида водорода на воду и молекулярный кислород. .Каталаза, один из главных ферментов, связанных с метаболизмом пероксида водорода. Каталаза-тетрамерный фермент, прочно связанный с четырьмя молекулами НАДФН. НАДФН не является необходимым компонентом для ферментативного превращения перекиси водорода до кислорода и воды, но предохраняет этот энзим против инактивирорвания под действием перекиси водорода.

Показано, что энзим может неспецифически стимулировать распад гидроперекисей липидов собственным негемовым железом, а не только препятствовать образованию гидроксильных радикалов путем метаболического удаления перекиси водорода. Количественное соотношение каталазы, перекисей и доноров водородав клетке обуславливает возможность для реализцации либо каталезной функции, либо пероксидазной. Этот же принцип определяет различие между тканями: в эритроцитах преобладает пероксидная функция, а в печени-каталазная. Разница концентрации каталазы в различных тканях при физиологических и патологических состояниях определяют неоднозначность стационарной концентрации перекиси водорода при одной и той же скорости ее генерации. Например, в печени и почках концентрациия перекиси водорода низкая при высоком содержании каталазы, в сердце и мозге содержания перекиси водорода значительно выше из-за низкого содержания каталазы.

Каталитический распад перекиси водорода впервые наблюдал Тенар (1818). Позднее Шенбейн (1863) объяснил процесс разложения перекиси водорода живыми тканями действием фермента, который и был выделен в 1901 г. Левом, назвавшим его каталазой.

Биологическая роль состоит в разрушении перекиси водорода, образующейся в клетках в результате действия ряда флавопротеиновых оксидаз (ксантиноксидазы, глюкозооксидазы, моноаминоксидазы ). Присутствие каталазы обеспечивает эффективную защиту клеточных структур от деградации под действием перекиси водорода. Генетически обусловленная недостаточность каталазы является одной из причин наследственного заболевания у человека.

Каталаза широко распространена в тканях животных и растений и в микроорганизмах, но полностью отсутствует у некоторых анаэробных микроорганизмов.

У ферментов антиоксидантной защиты супероксиддисмутазы и каталазы присутствует синергизм.

Другим ферментом, контролирующим уровень пероксида водорода в клетке является глутатионпероксидаза, локализованная в цитозоле и матриксе митохондрий. Глутатионпероксидаза катализирует реакции разложения перекисей более широкого спектра, чем каталаза. Помимо пероксида водорода она способна восстанавливать гидроперекиси жирных кислот, а так же перекиси белкогового или нуклеинового происхождения.

Глутатионпероксидза способствует разложению пероксида водорода и других гидроперекисей в реакции окисления-восстановления глутатиона.

Фермент специфичен для восстановленного глутатиона(GSH). Активность глутатионпероксидазы зависит от концентрации доноров водорода в клетке. Достаточной уровень GSH поддерживается в клетке синтезом de novo и восстановленим окисленного глутатиона в сопряженной системен НАДФН-глутатионпероксидазы. Восстановлением окисленного глутатиона в сопряженной системе НАДФН-глутатионредуктазы. Восстановленный НАДФН, который необходим для работы глутаонредуктазы, происходит главным образом из пентозофосфатного шунта.

Глутатионпероксидаза – важнейший фермент, обеспечивающий инактивацию пероксида водорода и пероксидных радикалов. Он катализирует восстановление пероксидов при участии трипептида глутатиона. SH-группа глутатиона служит донором электронов и, окисляясь образует дисульфидную форму глутатиона:

Н2О2 + 2НS-глутатион → 2Н2О + глутатион-S-S-глутатион

Окисленный глутатион восстанавливается глутатионредуктазой:

глутатион-S-S-глутатион + НАДФН+Н + → 2 HS-глутатион + НАДФ +

Глутатионпероксидаза имеет две активные формы: селензависимую и селеннезависимую. Их распределение неодинаково в различных тканях. Селензависимая глутатионпероксидаза утилизирует в качестве субстратов перекись водорода и органические гидроперекиси, в то время как для селееннезависимой более специфичны органические гидроперекиси, и в присутствии H2O2 ее активность падает.

Работами Ошино и Чанса (1997) установлено, что оба фермента ответственны за процесс, контролирующий поддержание стационарной концентрации перекиси водорода на различных субклеточных уровнях и в разных типах клеток. Каталаза особенно эффективна при наличии больших количеств H2O2, генерируемой в пероксисомах. Глутатионпероксидаза способна не только утилизировать гидроперекиси мембран, но и метаболизировать Н2О2 в цитолозе и митохондриях. В метаболизме Н2О2 ни один энзиматический путь не исключает другой. В обычных физиологических условиях эндогенная перекись водорода образуется в пероксисомах, где 90% ее разлагается каталазой. Однако, небольшая ее часть может диффундировать в цитозоль и метаболизироваться в системе глатутионпероксидазы. Преимущественная компартментализация каталазы в пероксисомах, глутатионпероксидазы в цитозоле и в митохондриях облегчает их эффективное сотрудничество в метаболизме Н2О2 и обеспечивает поддержание ее концентрации в клетке на уровне 10 -9 — 10 -7 М.

Таким образом супероксиддисмутаза и каталаза образуют антиоксидантную защиту, которая борется со свободными радикалами кислорода, не давая им возможности запустить цепные процессы окисления. Глутатионпероксидаза обезвреживает липидные перекиси, обрывая тем самым цепное переокисление липидов.

Примеры защиты белков от окисления

Как правило, такие примеры демонстрируются на моделях микроорганизмов. При изучении роли митохондриальной NAD⃰-киназы S.cerevisiaeбыло показано, что инактивация гена POS5, кодирующего упомянутый фермент, приводила к увеличению в 28 раз количество карбонильных групп белков в митохондриях и многократно меньшей по сравнению с исходным штаммом активности чувствительных к окислению ферментов: аконитазы и сукцинатдегидрогеназы. В нашей лаборатории изучались некоторые показатели окислительного стресса у этого же вида дрожжей, причем использовались разные штаммы: исходный и его изогенные производные, дефектные по одной из 2х, а также по обеим присутствующим в дрожжах каталазам. Оказалось, что чем выше активность каталазы, тем ниже уровень карбонильных групп в белках.

Между активностями каталазы и ферментов, чувствительных к окислению: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и глутатионредуктазы, была обнаружена сильная положительная корреляция, т.е выходит, что чем выше активность каталазы, тем ниже уровень белковых карбонилов, но в тоже время выше активность чувствительных к окислению ферментов. При многократом подтверждении описанных выше результатов можно с определенной уверенностью говорить, что каталаза в условиях in vivo может защищать клеточные белки от свободнорадикального окисления.

На пекарских дрожжах также исследовали возможную защитную роль супероксиддисмутаз. Было использовано несколько разных методических подходов, но во всех случаях анализировали взаимосвязь между активностью супероксиддисмутазы и содержание карбонильных групп в белках. Изучаемая зависимость оказалась достаточно близкой к параболической. Выглядит так, будто бы в зависимости от активности супероксиддисмутаза может выступать как про-, так и антиоксидантом. В следующей работе условия несколько отличались от использованных в предыдущей работе, а результаты оказались на первый взгляд вообще противоположными. Зависимость содержания карбонильных групп в белках от активности супероксиддисмутазы имела куполообразную форму. Здесь также была выявлена хорошая положительная корреляция между активностями каталазы и супероксиддисмутазы. Похожие результаты были снова недавно получены нами при изучении влияния перекиси водорода на активность супероксиддисмутаз и каталаз у дрожжей. Поэтому мы пришли к выводу о том, что в усл. In vivo в нескольких различных экспериментальных моделях каталазы и супероксиддисмутазы могут защищать белки от свободно-радикального окисления, хотя, видимо, связь между ними не всегда линейная. В последние несколько лет было показано, что свободно-радикальное окисление определенных клеточных белков может индуцировать апоптоз. Очень интересную серию работ по свободно-радикальному окислению белков в связи с состоянием организма или отдельных клеток провели Т. Нистром с коллегами. Так, при исследовании почкующихся дрожжей Saccharomycescerevisiaeониустановили, что вне зависимости от «возраста»материнской клетки, от содержания в ней карбонильных групп белков в новой отпочковывающейся клетке концентрация окисленных белков всегда достаточно низка. При исследовании эмбриональных стволовых клеток ES теми же исследователями неожиданно было выявлено высокое содержание в них белковых карбонилов и конечных продуктов гликолизирования белков. Основными белками, подвергнутыми окислительной модификации, оказались шапероны и белки цитоскелета. Дифференциация клеток вызвала резкое снижение концентрации белковых карбонилов. Авторы считают, что описали часть ранее неизвестного процесса реювинализации на уровне белков, которая происходит на ранних стадиях эмбрионального развития. В прекрасном обзоре по роли свободно-радикального окисления белков в клетках разных организмов, пришел к выводу, что существует несколько вариантов развития в процессе раннего развития, созревания, произведения потомства и старения, но для получения целостной картины пока не хватает информации.

Читайте также:  Рефрактометрический метод анализа белка в молоке

Выражаем благодарность за помощь в консультации работы

руководителю кафедры химии и фармацевтической химии

кандидату биологических наук, доценту М.М. Павловой

источник

Белки, жиры и углеводы служат для организма строительным материалом и источником энергии.

Белки, полисахара и нуклеиновые кислоты – полимеры, состоят из мономеров (соответственно аминокислот, моносахаров и нуклеотидов).

БЕЛКИ – главный строительный материал, составляют 50% от сухой массы организма, входят в состав органоидов, мембран и цитоплазмы клеток. Функции: каталитическая (ускоряют реакции), транспортная, двигательная, защитная и др.

Белки в организме не запасаются, избыток белков превращается в жиры или углеводы. Сами белки из углеводов и жиров синтезировать нельзя, потому что в жирах и углеводах нет азота. Недостаток белков в пище опасен, особенно для детей и подростков.

При окислении белков получается углекислый газ, вода и аммиак. Аммиак током крови доносится до печени и там превращается в мочевину, которая выделяется с мочой и потом.

УГЛЕВОДЫ делятся на моносахара, дисахара и полисахара.

Моносахара (растворяются в воде и имеют сладкий вкус):

  • рибоза (входит в состав АТФ, РНК),
  • дезоксирибоза (входит в состав ДНК),
  • глюкоза (главный источник энергии, образуется при фотосинтезе, при дыхании окисляется до воды и углекислого газа).

Резервом, с помощью которого концентрация глюкозы в крови поддерживается на постоянном уровне, служит запас гликогена в печени. Избыток углеводов в организме превращается в жиры.

Полисахара (в воде не растворяются, вкуса не имеют). Выполняют строительную и запасающую функции:

  • крахмал – запасной углевод у растений,
  • гликоген – запасной углевод у животных и грибов,
  • целлюлоза – компонент клеточной стенки растений.

ЛИПИДЫ – это группа веществ, не растворяющихся в воде. К ним относятся жиры, фосфолипиды (входят в состав плазматической мембраны – строительная функция) и стероиды (половые и корковые гормоны – регуляторная функция).

ЖИРЫ – состоят из глицерина и жирных кислот. Функция – запас энергии. При окислении жира выделяется в два раза больше энергии, чем при окислении грамма белка или углевода, а так же вода и углекислый газ.

Жиры запасаются в подкожной жировой клетчатке и в прокладках между органами. Кроме запаса энергии, жировые ткани выполняют функции теплоизоляции, запаса воды и механической защиты.

Жиры в организме могут образовываться из белков и углеводов.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ участвуют в хранении и реализации наследственной информации.

  • ДНК входит в состав хромосом,
  • иРНК переносит информацию из ядра к рибосоме,
  • тРНК переносит аминокислоты к рибосоме,
  • рРНК входит в состав рибосом.

Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания особенностей полисахаридов. Определите два признака, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) выполняют структурную и запасающую функции
2) состоят из остатков аминокислот
3) обладают гидрофобностью
4) служат ферментами
5) входят в состав клеточной стенки

Выберите один, наиболее правильный вариант. В организме человека НЕ происходит превращение
1) белков в жиры
2) углеводов в белки
3) углеводов в жиры
4) органических веществ в неорганические

Установите соответствие между особенностями строения и свойств вещества и веществом, имеющим эти особенности: 1) Белки, 2) Углеводы, 3) Липиды, запишите цифры 1, 2 и 3 в правильном порядке.
А) Неполярны, нерастворимы в воде
Б) В состав входит остаток глицерина
В) Мономером является глюкоза
Г) Мономеры связаны пептидной связью
Д) Обладают ферментативными функциями
Е) Входит в состав клеточных стенок растительных клеток

Установите соответствие между функциями и свойствами органических веществ в клетке и их видами: 1) углеводы, 2) белки. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) выполняют транспортную функцию
Б) являются запасным веществом в клетке
В) состоят из мономеров глюкозы
Г) выполняют ферментативную функцию
Д) обеспечивают активный транспорт через мембраны
Е) образуют клеточную стенку

Выберите один, наиболее правильный вариант. Клетчатка, содержащаяся в сырых овощах и фруктах, употребляемых в пищу человеком, улучшает
1) пищеварение в желудке
2) расщепление углеводов
3) моторную функцию кишечника
4) всасывание питательных веществ в кровь


Проанализируйте таблицу «Органические вещества». Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин из предложенного списка и запишите выбранные цифры в порядке, соответствующем буквам.
1) ускорение химических реакций
2) хлоропласты
3) белки
4) гормоны
5) жиры
6) ядро
7) передача наследственной информации
8) витамины


Проанализируйте таблицу «Основные органические соединения». Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин из предложенного списка.
1) Нуклеиновые кислоты
2) 5-10%
3) Пластическая, запасающая, защитная
4) 0,2-2%
5) Белки
6) Энергетическая, пластическая, запасающая, защитная, регуляторная


Проанализируйте таблицу «Потребности организма в питательных веществах». Для каждой буквы выберите соответствующий термин из предложенного списка.
1) углеводы
2) витамины
3) чай, соки, супы
4) злаки, крупы, корнеплоды
5) масла, яйца, молочные продукты
6) для роста и регенерации тканей
7) главный источник быстрой энергии
8) для передачи нервного импульса, поддержания гомеостаза


Проанализируйте таблицу «Органические вещества». Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин из предложенного списка. Запишите выбранные цифры, в порядке, соответствующем буквам.
1) энергетическая, защитная, строительная
2) полисахариды
3) репликация
4) моносахариды
5) структурная, запасающая, транспортная
6) энергетическая, запасающая, регуляторная
7) регенерация
8) денатурация


Проанализируйте таблицу «Органические вещества клетки». Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин или соответствующее понятие из предложенного списка.
1) белки
2) липид
3) глицерин
4) жирные кислоты
5) нуклеотид
6) запасающая и ферментативная
7) транспортная и защитная
8) энергетическая

Выберите три варианта. Какие вещества относят к биополимерам?
1) крахмал
2) глицерин
3) глюкозу
4) белки
5) ДНК
6) фруктозу

Выберите три варианта. Белки, в отличие от нуклеиновых кислот,
1) участвуют в образовании плазматической мембраны
2) входят в состав хромосом
3) выполняют гуморальную регуляцию
4) осуществляют транспортную функцию
5) выполняют защитную функцию
6) переносят наследственную информацию из ядра к рибосоме

Установите соответствие между видами органических веществ: 1) углеводы, 2) нуклеиновые кислоты – и выполняемыми ими функциями в клетке. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
A) запасание энергии
Б) сигнальная
B) хранение генетической информации
Г) перенос энергии
Д) входит в состав клеточных стенок и мембран
Е) реализация генетической информации (синтез белка)

Выберите три варианта. Какие функции выполняют в клетке молекулы углеводов и липидов?
1) информационную
2) каталитическую
3) строительную
4) энергетическую
5) запасающую
6) двигательную

Установите соответствие между свойством или функцией органических веществ и их видом: 1) липиды, 2) моносахариды. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) растворимы в воде
Б) гидрофобны
В) составляют основу клеточных мембран
Г) состоят из остатков глицерина и жирных кислот
Д) образуются в результате расщепления крахмала

Выберите три варианта. Какие углеводы относят к моносахаридам?
1) рибоза
2) глюкоза
3) целлюлоза
4) фруктоза
5) крахмал
6) гликоген

Установите соответствие между характеристикой углевода и его группой: 1) моносахарид, 2) полисахарид
А) является биополимером
Б) обладает гидрофобностью
В) проявляет гидрофильность
Г) служит запасным питательным веществом в клетках животных
Д) образуется в результате фотосинтеза
Е) окисляется при гликолизе

Все приведенные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для определения свойств, строения и функций полисахаридов в клетке. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) выполняют запасающую функцию
2) выполняют каталитическую и транспортную функции
3) состоят из остатков молекул аминокислот
4) выполняют энергетическую функцию
5) входят в состав клеточных стенок

Выберите три варианта. Какие функции выполняют липиды в организме?
1) энергетическую
2) двигательную
3) информационную
4) строительную
5) защитную
6) транспортную

Все приведенные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для определения функций липидов в клетке. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) запасающая
2) регуляторная
3) транспортная
4) ферментативная
5) строительная

Установите соответствие между особенностями молекул углеводов и их видами: 1) целлюлоза, 2) глюкоза. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) мономер
Б) полимер
В) растворимы в воде
Г) не растворимы в воде
Д) входят в состав клеточных стенок растений
Е) входят в состав клеточного сока растений

Установите соответствие между строение и функцией вещества и его видом: 1) Гемоглобин, 2) Гликоген. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) Молекула сильно разветвлена
Б) Имеет четвертичную структуру
В) Откладывается в запас в печени
Г) Мономерами являются аминокислоты
Д) Используется для поддержания уровня кислорода

Какие превращения веществ могут происходить в организме человека? Выберите три верных ответа из шести. Запишите цифры, под которыми они указаны.
1) гликогена в глюкозу
2) жиров в белки
3) гормонов в ферменты
4) жиров в углеводы
5) гормонов в витамины
6) углеводов в жиры

Выберите один, наиболее правильный вариант. Только белки выполняют функцию
1) защитную
2) энергетическую
3) запасающую
4) двигательную

Установите соответствие между питательными веществами и продуктами питания, в которых они содержатся: 1) белки, 2) углеводы. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) хлеб
Б) мясо
В) картофель
Г) творог
Д) сыр
Е) сахар

Выберите три варианта. Какие продукты питания характеризуются большим содержанием белков?
1) сметана
2) творог
3) сыр
4) картофель
5) хлеб
6) рыба

1. Установите последовательность процессов обмена углеводов в организме человека. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) всасывание моносахаридов в ворсинки кишечника
2) поступление моносахаридов в клетки организма
3) синтез собственных полисахаридов в клетках организма
4) расщепление полисахаридов в пищеварительном канале
5) поступление моносахаридов в кровь

2. Установите последовательность процессов углеводного обмена в организме человека. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) поступление глюкозы в клетки организма и уменьшение ее концентрации в крови
2) расщепление крахмала ферментами пищеварительных соков до глюкозы
3) усиление секреции инсулина поджелудочной железой
4) поступление крахмала в организм с пищей
5) всасывание глюкозы и увеличение ее концентрации в крови

Установите правильную последовательность обмена жиров в организме человека, начиная с их поступления с пищей. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) образование глицерина и высших карбоновых кислот
2) синтез липоидов в клетках тела
3) обработка жиров пищи ферментом липазой в двенадцатиперстной кишке
4) образование энергии при окислении веществ до углекислого газа и воды
5) всасывание продуктов расщепления в лимфатические капилляры тонкого кишечника

Все приведённые ниже органические вещества, кроме двух, могут выполнять энергетическую функцию. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.
1) гликоген
2) глюкоза
3) липид
4) витамин А
5) гемоглобин

Установите соответствие между особенностями и видами молекул: 1) ДНК, 2) полисахарид. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) обладает способностью к репликации
Б) может образовывать разветвлённую структуру
В) состоит из нуклеотидов
Г) образуется путём соединения молекул простых углеводов
Д) выполняет защитную и энергетическую функции
Е) обеспечивает матричный синтез рибонуклеиновых кислот

Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания молекулы крахмала. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) состоит из одной цепи
2) хорошо растворяется в воде
3) в комплексе с белками образует клеточную стенку
4) подвергается гидролизу
5) является запасным веществом в растительных клетках

Установите соответствие между функциями и веществами: 1) углеводы, 2) липиды. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) обеспечивают узнавание клеток ткани своего типа
Б) образуют двойной слой мембраны
В) участвуют в гормональной регуляции
Г) образуют стенки растительных клеток
Д) защищают организм от теплопотерь


Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используются для описания изображенных на рисунке молекул. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) служат структурным компонентом мембран
2) ускоряют химические реакции
3) передают сигналы в организме
4) гидрофильны
5) могут служить запасом питательных веществ

Все перечисленные ниже характеристики используют для описания функций углеводов. Определите две характеристики, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) образуют клеточные стенки растений и грибов
2) ускоряют процессы метаболизма
3) запасаются в клетках
4) служат коферментами
5) входят в состав нуклеотидов

Установите соответствие между характеристиками и органическими веществами: 1) белки; 2) нуклеиновые кислоты. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) представлены глобулой
Б) имеют пептидные связи
В) синтезируются в ядре
Г) служат биокатализаторами
Д) включают полинуклеотидную цепь
Е) способны к репликации


Установите соответствие между химическими соединениями, изображенными на рисунке, и их характеристиками. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) аминокислота
Б) азотистое основание
В) глицин
Г) аденин
Д) входит в состав белков
Е) входит в состав нуклеиновых кислот

источник