Файл: Учебникрепетитор Издательские решения По лицензии Ridero 2019.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.12.2023
Просмотров: 39
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Юрий Кривенцев
Биохимия доступным
языком
Учебник-репетитор
Издательские решения
По лицензии Ridero
2019
Биохимия доступным
языком
Учебник-репетитор
Издательские решения
По лицензии Ridero
2019
УДК 61
ББК 53
К82
Рецензенты:
Николаев А. А, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой биоорганической химии Астраханского государственного медицинского университета
Бойко О. В, доктор медицинских наук, профессор кафедры зооинженерии и морфологии животных Астраханского государственного университета
Шрифты предоставлены компанией «ПараТайп»
Кривенцев Юрий
Биохимия доступным языком : Учебник-репетитор / Юрий
Кривенцев. — б. м : Издательские решения, 2019. — 120 с Публикация этой книги, написанной простым, доходчивым языком, жизненно необходима для студентов-естественников. Эта книга — квинтэссенция знаний по биохимии, без воды, здесь только самое важное. Уверен, она поможет, разъяснит, разложит все по полочкам, откроет глаза. Покупать ли ее Решайте сами.
Можно пройти мимо и завалить сессию, можно регулярно платить репетитору,
а можно один раз приобрести своего бумажного учителя, ивы убедитесь, что он далеко небесполезен.
К82
УДК 61
ББК 53
12+ В соответствии с ФЗ от 29.12.2010 №436-ФЗ
ISBN 978-5-4496-9885-8
© Юрий Кривенцев, 2019
ОТ АВТОРА
Привет, читатель!
Публикация этой книги — вынужденная мера, направленная на значительное облегчение работы учащихся, постигающих основы биохимии.
Я уже 26 лет преподаю этот предмет в университете и давно понял, насколько нуждаются студенты в подобном издании.
Так сложилось, что слушатели российских вузов считают биологическую химию одной из самых трудных наук. Почему Тут три причины. Во-первых, эта дисциплина совершенно нова для обучающихся (согласитесь, анатомия, физиология и др. знакомы им еще со школы, их учить легче. Во-вторых, биохимия довольно абстрактная наука, для ее постижения следует тренировать воображение, логику. Ну, и в-третьих, большинство учебников поэтому предмету написаны в заумном академическом стиле, понимание которого доступно далеко не каждому.
Так что делать Ответ прост — ОБЪЯСНЯТЬ простым доходчивым языком, на каждом занятии, на каждой лекции. Поверьте,
это реально помогает, студенты начинают вникать, у них загораются глаза, они вдруг понимают, что биохимия вовсе не страшна,
более того — интересна. С высоты своего опыта могу заявить,
такой подход эффективен, это многократно доказано результатами экзаменов.
Но всех не охватишь. Я работаю лишь в своих группах,
на своем факультете. Конечно, этого мало, багаж наработанного годами начинает рваться наружу. Убежден, что публикация кни- ги-репетитора по биохимии (без формул и уравнений, они есть в учебниках, написанной максимально простым, доходчивым языком, жизненно необходима как для моих подопечных (ведь одно дело — слова, которые можешь забытьи совсем иное готовые записи, таки для студентов любого вуза России, где преподают биологическую химию.
Сказано — сделано. Книжка перед вами, уважаемые студенты. Это квинтэссенция знаний по биохимии, труд, в котором я
Привет, читатель!
Публикация этой книги — вынужденная мера, направленная на значительное облегчение работы учащихся, постигающих основы биохимии.
Я уже 26 лет преподаю этот предмет в университете и давно понял, насколько нуждаются студенты в подобном издании.
Так сложилось, что слушатели российских вузов считают биологическую химию одной из самых трудных наук. Почему Тут три причины. Во-первых, эта дисциплина совершенно нова для обучающихся (согласитесь, анатомия, физиология и др. знакомы им еще со школы, их учить легче. Во-вторых, биохимия довольно абстрактная наука, для ее постижения следует тренировать воображение, логику. Ну, и в-третьих, большинство учебников поэтому предмету написаны в заумном академическом стиле, понимание которого доступно далеко не каждому.
Так что делать Ответ прост — ОБЪЯСНЯТЬ простым доходчивым языком, на каждом занятии, на каждой лекции. Поверьте,
это реально помогает, студенты начинают вникать, у них загораются глаза, они вдруг понимают, что биохимия вовсе не страшна,
более того — интересна. С высоты своего опыта могу заявить,
такой подход эффективен, это многократно доказано результатами экзаменов.
Но всех не охватишь. Я работаю лишь в своих группах,
на своем факультете. Конечно, этого мало, багаж наработанного годами начинает рваться наружу. Убежден, что публикация кни- ги-репетитора по биохимии (без формул и уравнений, они есть в учебниках, написанной максимально простым, доходчивым языком, жизненно необходима как для моих подопечных (ведь одно дело — слова, которые можешь забытьи совсем иное готовые записи, таки для студентов любого вуза России, где преподают биологическую химию.
Сказано — сделано. Книжка перед вами, уважаемые студенты. Это квинтэссенция знаний по биохимии, труд, в котором я
избавился отводы, которой изобилуют учебники и оставил только самое важное, лишь то, что с вас будут требовать преподаватели. Поверьте, эта книжонка поможет, разъяснит, разложит все по полочкам, откроет глаза. Ориентирована она, в основном, на учащихся медицинских вузов, но будет полезна и дру- гим.
Предупреждаю, это издание — не панацея, хоть оно значительно упростит вашу работу, сделает предмет гораздо понятнее, ноне полностью заменит ваш учебник. Открыв эту книгу,
вам не надо будет читать нудные длиннющие тексты учебника,
но вот графики и уравнения реакций придется брать именно оттуда (не переживайте, я укажу, что из письменного материала следует выучить, а что можно пропустить, как ненужное).
Покупать ли ее Решайте сами. Можно пройти мимо,
и (не дай Бог) завалить сессию, можно регулярно платить репетитору немалые деньги, а можно один раз приобрести своего бумажного учителя, ивы быстро убедитесь, что он далеко небес- полезен.
Удачи в учебе!
4
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Предупреждаю, это издание — не панацея, хоть оно значительно упростит вашу работу, сделает предмет гораздо понятнее, ноне полностью заменит ваш учебник. Открыв эту книгу,
вам не надо будет читать нудные длиннющие тексты учебника,
но вот графики и уравнения реакций придется брать именно оттуда (не переживайте, я укажу, что из письменного материала следует выучить, а что можно пропустить, как ненужное).
Покупать ли ее Решайте сами. Можно пройти мимо,
и (не дай Бог) завалить сессию, можно регулярно платить репетитору немалые деньги, а можно один раз приобрести своего бумажного учителя, ивы быстро убедитесь, что он далеко небес- полезен.
Удачи в учебе!
4
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
ПЕРВЫЙ СЕМЕСТР
ГЛАВА I БЕЛКИ
Белки (синоним — протеины) — биологические полимеры,
построенные из остатков аминокислот, соединенных друг с другом пептидной связью. Пептидная связь — ковалентная следовательно прочная, поэтому белковую нить не так уж легко по- рвать.
Почему мы начинаем наш курс с белков Да потому, что они — основа всего живого, белки и только белки (ферменты)
обеспечивают все функции организма, саму суть жизни, из них построено наше тело. Да что говорить Проще перечислить их функции (по мере их значимости. Каталитическая (ферменты) — важнейшая. Структурная (коллаген, альфа-кератины);
3. Транспортная (альбумин, в том числе и дыхательная (гемоглобин. Защитная (антитела. Регуляторная (белки-гормоны);
6. Сократительная (актин и миозин. Буферная (гемоглобин. Онкотическая (белки плазмы. Резервная (белки плазмы).
Обратите внимание, я не назвал энергетическую функцию.
Почему? Напомню, энергию организм получает путем окисления вещества, его разрушения. Белки — самый ценный, дефицитный материал в природе и расщеплять их ради энергии нерационально, это все равно, что забивать гвозди микроскопом
I. АМИНОКИСЛОТЫ
Обратите внимание на мономер протеина — аминокислоту.
Их множество, но ключевых всего два десятка. И формулы всех двадцати вам придется заучить. Чем раньше вы это сделаете,
тем меньше будет проблем. Это необходимо, поскольку аминокислоты будут вас преследовать до конца курса биохимии. Без этого знания вы просто не сможете двинуться дальше (вспомните начальные классы школы чтобы научиться читать, надо выучить все буквы, без этого — никак. Таки здесь).
Подскажу, как легче учить формулы аминокислот, используя тот же системный (логический) подход. Вслушайтесь аминокислота. Значит, у этого вещества есть аминогруппа (NH
2
) и кислотная группа (СООН), между ними должен быть атом-связка (СН),
куда ж без него Эта тройная структура есть в каждой аминокислоте (кроме пролина. Выходит, все аминокислоты отличаются друг от друга лишь строением радикала, который крепится к атому-связке. Вот мы и выучили половину. Осталось запомнить только 20 радикалов. И тут уж постарайтесь.
Важно знать классификацию аминокислот. Привожу ее ниже. Гидрофобные глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин 11Трехбуквенные обозначения аминокислот очень удобны и распространены. Они созданы на основе первых букв названия, например:
гли — глицин, про — пролин, иле — изолейцин. Можете применять их даже на контрольной работе, преподаватели поймут (прим. автора. Гидроксиаминокислоты: серин, треонин. Кислые аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота. Амиды аспарагин, глутамин. Основные лизин, аргинин. Серосодержащие цистеин, метионин. Ароматические фенилаланин, тирозин. Гетероциклические триптофан, гистидин;
8
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
9. Иминокислоты: пролин.
Замечу, подчеркнуты восемь незаменимых
1
аминокислот.
1
Незаменимое вещество — органическое вещество, которое не синтезируется в организме, но жизненно необходимо. Следовательно, незаменимые вещества обязательно должны находиться в пище (прим. ав- тора).
Знание этой классификации пригодиться, т. кв контрольной по белками, особенно, на экзамене, часто встречаются вопросы,
типа: какая из перечисленных аминокислот является незаменимой, или нарисуйте амидные аминокислоты (сами понимаете, чтобы их изобразить, надо знать, что к этой группе относятся аспарагин и глутамин. ГЛОБУЛЯРНЫЕ БЕЛКИ
По форме молекул белки подразделяются на глобулярные фибриллярные.
Молекулы глобулярных белков в высшей структуре имеют сферическую форму. Они прекрасно растворимы вводе, что определяет их функциональную направленность. В естественном состоянии все глобулярные протеины находятся в растворенном состоянии как внутри клеток, таки в различных биологических жидкостях организма. Глобулярные белки выполняют множество разнообразных функций. Они имеют четыре уровня структуры. Первичная структура — линейная последовательность аминокислот, соединенных пептидными связями. Имеет вид нити. У нее два конца конец (свободная группа) и С-конец
(свободная СООН-группа).
2. Вторичная структура — пространственная укладка первичной цепи. Она имеет два вида:
а) альфа-спираль — правозакрученная спираль цепи, фикси-
9
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Белки (синоним — протеины) — биологические полимеры,
построенные из остатков аминокислот, соединенных друг с другом пептидной связью. Пептидная связь — ковалентная следовательно прочная, поэтому белковую нить не так уж легко по- рвать.
Почему мы начинаем наш курс с белков Да потому, что они — основа всего живого, белки и только белки (ферменты)
обеспечивают все функции организма, саму суть жизни, из них построено наше тело. Да что говорить Проще перечислить их функции (по мере их значимости. Каталитическая (ферменты) — важнейшая. Структурная (коллаген, альфа-кератины);
3. Транспортная (альбумин, в том числе и дыхательная (гемоглобин. Защитная (антитела. Регуляторная (белки-гормоны);
6. Сократительная (актин и миозин. Буферная (гемоглобин. Онкотическая (белки плазмы. Резервная (белки плазмы).
Обратите внимание, я не назвал энергетическую функцию.
Почему? Напомню, энергию организм получает путем окисления вещества, его разрушения. Белки — самый ценный, дефицитный материал в природе и расщеплять их ради энергии нерационально, это все равно, что забивать гвозди микроскопом
I. АМИНОКИСЛОТЫ
Обратите внимание на мономер протеина — аминокислоту.
Их множество, но ключевых всего два десятка. И формулы всех двадцати вам придется заучить. Чем раньше вы это сделаете,
тем меньше будет проблем. Это необходимо, поскольку аминокислоты будут вас преследовать до конца курса биохимии. Без этого знания вы просто не сможете двинуться дальше (вспомните начальные классы школы чтобы научиться читать, надо выучить все буквы, без этого — никак. Таки здесь).
Подскажу, как легче учить формулы аминокислот, используя тот же системный (логический) подход. Вслушайтесь аминокислота. Значит, у этого вещества есть аминогруппа (NH
2
) и кислотная группа (СООН), между ними должен быть атом-связка (СН),
куда ж без него Эта тройная структура есть в каждой аминокислоте (кроме пролина. Выходит, все аминокислоты отличаются друг от друга лишь строением радикала, который крепится к атому-связке. Вот мы и выучили половину. Осталось запомнить только 20 радикалов. И тут уж постарайтесь.
Важно знать классификацию аминокислот. Привожу ее ниже. Гидрофобные глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин 11Трехбуквенные обозначения аминокислот очень удобны и распространены. Они созданы на основе первых букв названия, например:
гли — глицин, про — пролин, иле — изолейцин. Можете применять их даже на контрольной работе, преподаватели поймут (прим. автора. Гидроксиаминокислоты: серин, треонин. Кислые аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота. Амиды аспарагин, глутамин. Основные лизин, аргинин. Серосодержащие цистеин, метионин. Ароматические фенилаланин, тирозин. Гетероциклические триптофан, гистидин;
8
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
9. Иминокислоты: пролин.
Замечу, подчеркнуты восемь незаменимых
1
аминокислот.
1
Незаменимое вещество — органическое вещество, которое не синтезируется в организме, но жизненно необходимо. Следовательно, незаменимые вещества обязательно должны находиться в пище (прим. ав- тора).
Знание этой классификации пригодиться, т. кв контрольной по белками, особенно, на экзамене, часто встречаются вопросы,
типа: какая из перечисленных аминокислот является незаменимой, или нарисуйте амидные аминокислоты (сами понимаете, чтобы их изобразить, надо знать, что к этой группе относятся аспарагин и глутамин. ГЛОБУЛЯРНЫЕ БЕЛКИ
По форме молекул белки подразделяются на глобулярные фибриллярные.
Молекулы глобулярных белков в высшей структуре имеют сферическую форму. Они прекрасно растворимы вводе, что определяет их функциональную направленность. В естественном состоянии все глобулярные протеины находятся в растворенном состоянии как внутри клеток, таки в различных биологических жидкостях организма. Глобулярные белки выполняют множество разнообразных функций. Они имеют четыре уровня структуры. Первичная структура — линейная последовательность аминокислот, соединенных пептидными связями. Имеет вид нити. У нее два конца конец (свободная группа) и С-конец
(свободная СООН-группа).
2. Вторичная структура — пространственная укладка первичной цепи. Она имеет два вида:
а) альфа-спираль — правозакрученная спираль цепи, фикси-
9
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
руемая водородными связями между группами СО и Н основной пептидной цепи. Эта форма характерна для белков человека и высших животных;
б) бета-структура — несколько (до 6) параллельно расположенных пептидных цепей (направленных в обратные стороны относительно друг друга, соединенных между собой теми же поперечными водородными связями между СО и Н. Третичная структура — укладка вторичной спирали в более компактную форму. Чаще это самая удобная форма в природе шарик, по-латински — глобула. Не забывайте, что человек ходячий водный раствори все его белки находятся вводной среде. Третичная форма — это округлое образование,
все гидрофобные (нерастворимые) радикалы которой находятся внутри глобулы, скрыты от окружающей водной стихии,
а гидрофильные, наоборот — торчат наружу, покрывая все тело глобулы (как иглы ежа, притягивая воду к себе, создавая плотную гидратную оболочку.
Третичную структуру стабилизируют 4 вида связей:
а) водородные — образуются между радикалами с участием водорода. Например ОН-группа серина и азот гистидина;
б) электрофильные — возникают между разнозаряженными частицами аминокислот. Пример положительно заряженный лизин и отрицательная аспарагиновая кислота. Примечание:
не стоит называть электрофильные связи — ионными, это грубая ошибка;
в) гидрофобные — формируются между радикалами гидрофобных аминокислот (их список приведен в классификации);
г) дисульфидные — единственный вид ковалентных связей в третичной структуре. Образуется между двумя остатками аминокислоты цистеин, формирующих мостик S-S.
4. Четвертичная структура — характерна далеко не для всех протеинов (для большинства белков высшей структурой является третичная. Представляет собой объединение нескольких глобул воедино, их число всегда четное, от двух до нескольких тысяч. Такой белок называют мультимером (или олигомером),
10
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
б) бета-структура — несколько (до 6) параллельно расположенных пептидных цепей (направленных в обратные стороны относительно друг друга, соединенных между собой теми же поперечными водородными связями между СО и Н. Третичная структура — укладка вторичной спирали в более компактную форму. Чаще это самая удобная форма в природе шарик, по-латински — глобула. Не забывайте, что человек ходячий водный раствори все его белки находятся вводной среде. Третичная форма — это округлое образование,
все гидрофобные (нерастворимые) радикалы которой находятся внутри глобулы, скрыты от окружающей водной стихии,
а гидрофильные, наоборот — торчат наружу, покрывая все тело глобулы (как иглы ежа, притягивая воду к себе, создавая плотную гидратную оболочку.
Третичную структуру стабилизируют 4 вида связей:
а) водородные — образуются между радикалами с участием водорода. Например ОН-группа серина и азот гистидина;
б) электрофильные — возникают между разнозаряженными частицами аминокислот. Пример положительно заряженный лизин и отрицательная аспарагиновая кислота. Примечание:
не стоит называть электрофильные связи — ионными, это грубая ошибка;
в) гидрофобные — формируются между радикалами гидрофобных аминокислот (их список приведен в классификации);
г) дисульфидные — единственный вид ковалентных связей в третичной структуре. Образуется между двумя остатками аминокислоты цистеин, формирующих мостик S-S.
4. Четвертичная структура — характерна далеко не для всех протеинов (для большинства белков высшей структурой является третичная. Представляет собой объединение нескольких глобул воедино, их число всегда четное, от двух до нескольких тысяч. Такой белок называют мультимером (или олигомером),
10
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
а каждую из его глобул — протомером, или субъединицей.
Связи четвертичной структуры:
а) водородные;
б) электрофильные;
в) гидрофобные.
Замечу, что все связи в третичной и четвертичной структурах образуются только между радикалами аминокислот.
Таким образом, мы видим, что в белковой структуре имеются два вида ковалентных (прочных) связей пептидная и дисульфидная и три вида нековалентных (слабых) связей водородные,
электрофильные и гидрофобные.
Классическим примером мультимера является гемоглобин, молекула которого построена из х протомеров, каждый их которых имеет в своем составе небелковую часть — гем,
с ионом железа в центре. Именно гем отвечает за связывание и транспорт кислорода.
Выделяют 4 основных типа гемоглобина:
HbА
1
— гемоглобин взрослого, его молекула построена из двух α- и двух субъединиц. На его долю приходится более общего гемоглобина.
HbА
2
— минорный. 2 α и 2 δ частицы. 1% от общего Hb.
HbF — фетальный (2 α, 2 γ). Является основным гемоглобином плода — эмбриональный (2 α, 2 ε). Преобладает у эмбриона. ФИБРИЛЛЯРНЫЕ БЕЛКИ
Высшие структуры фибриллярных белков имеют форму длинной нити, они плохо растворимы вводе. Практически все они выполняют важнейшую структурную функцию. Иначе говоря, из фибриллярных белков построено наше тело. Классификация фибриллярных протеинов построению фибриллярные белки (кератины фибриллярные белки (кератины белки коллагенового типа.
11
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
1. фибриллярные белки (α-кератины)
α
-кератины являются основным структурным компонентом покровных тканей организмов позвоночных. На их долю приходится большая часть сухого остатка кожи и ее производных волосы, ногти, когти, рога, копыта, иглы, панцирь, чешуя.
а) Первичная структура имеет ряд особенностей а) много аминокислот с гидрофобными радикалами. Поэтому кератины совершенно нерастворимы вводе б) значительное количество цистеина в) кератины спирализованы по всей длине, ат. к.
пролин нарушают спирализацию, в их составе его нет.
б) Вторичная структура кератинов — классическая спираль (см. выше).
в) Третичную структуру этих протеинов можно рассмотреть на примере построения волоса. Три параллельно расположенных α-спирализованных цепи, с одинаковой направленностью жестко связаны друг с другом большим количеством поперечных дисульфидных связей (для этого и нужен цистеин. Триада спирализованных цепей полого закручиваются относительно друг друга, образуя суперспираль (протофибрилла).
2. фибриллярные белки (β-кератины)
В организме позвоночных отсутствуют кератины. Эти белки характерны для чуждого нам мира организмов — членистоногих. Наиболее типичные примеры фиброин шелка и кератин паутины. Основной отличительной особенностью построения подобных белков является β-структура.
а) Первичная структура. В кератинах преобладают аминокислоты с маленькими, необъемными радикалами глицин
(до 50%), аланин и др. В составе фиброина шелка, например глицина. Пептидные цепи кератинов плотно прижаты друг к другу, что исключает присутствие крупных аминокислот.
Благодаря такой компактности кератины являются самыми прочными волокнами в природе.
в) Вторичная структура — классическая структура, описанная выше. Фибриллярные белки коллагенового типа
12
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Связи четвертичной структуры:
а) водородные;
б) электрофильные;
в) гидрофобные.
Замечу, что все связи в третичной и четвертичной структурах образуются только между радикалами аминокислот.
Таким образом, мы видим, что в белковой структуре имеются два вида ковалентных (прочных) связей пептидная и дисульфидная и три вида нековалентных (слабых) связей водородные,
электрофильные и гидрофобные.
Классическим примером мультимера является гемоглобин, молекула которого построена из х протомеров, каждый их которых имеет в своем составе небелковую часть — гем,
с ионом железа в центре. Именно гем отвечает за связывание и транспорт кислорода.
Выделяют 4 основных типа гемоглобина:
HbА
1
— гемоглобин взрослого, его молекула построена из двух α- и двух субъединиц. На его долю приходится более общего гемоглобина.
HbА
2
— минорный. 2 α и 2 δ частицы. 1% от общего Hb.
HbF — фетальный (2 α, 2 γ). Является основным гемоглобином плода — эмбриональный (2 α, 2 ε). Преобладает у эмбриона. ФИБРИЛЛЯРНЫЕ БЕЛКИ
Высшие структуры фибриллярных белков имеют форму длинной нити, они плохо растворимы вводе. Практически все они выполняют важнейшую структурную функцию. Иначе говоря, из фибриллярных белков построено наше тело. Классификация фибриллярных протеинов построению фибриллярные белки (кератины фибриллярные белки (кератины белки коллагенового типа.
11
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
1. фибриллярные белки (α-кератины)
α
-кератины являются основным структурным компонентом покровных тканей организмов позвоночных. На их долю приходится большая часть сухого остатка кожи и ее производных волосы, ногти, когти, рога, копыта, иглы, панцирь, чешуя.
а) Первичная структура имеет ряд особенностей а) много аминокислот с гидрофобными радикалами. Поэтому кератины совершенно нерастворимы вводе б) значительное количество цистеина в) кератины спирализованы по всей длине, ат. к.
пролин нарушают спирализацию, в их составе его нет.
б) Вторичная структура кератинов — классическая спираль (см. выше).
в) Третичную структуру этих протеинов можно рассмотреть на примере построения волоса. Три параллельно расположенных α-спирализованных цепи, с одинаковой направленностью жестко связаны друг с другом большим количеством поперечных дисульфидных связей (для этого и нужен цистеин. Триада спирализованных цепей полого закручиваются относительно друг друга, образуя суперспираль (протофибрилла).
2. фибриллярные белки (β-кератины)
В организме позвоночных отсутствуют кератины. Эти белки характерны для чуждого нам мира организмов — членистоногих. Наиболее типичные примеры фиброин шелка и кератин паутины. Основной отличительной особенностью построения подобных белков является β-структура.
а) Первичная структура. В кератинах преобладают аминокислоты с маленькими, необъемными радикалами глицин
(до 50%), аланин и др. В составе фиброина шелка, например глицина. Пептидные цепи кератинов плотно прижаты друг к другу, что исключает присутствие крупных аминокислот.
Благодаря такой компактности кератины являются самыми прочными волокнами в природе.
в) Вторичная структура — классическая структура, описанная выше. Фибриллярные белки коллагенового типа
12
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Если фибриллярные белки лежат в основе построения покровных тканей позвоночных, а кератины в организме человека вообще отсутствуют, то протеины коллагенового типа являются основным строительным компонентом опорных тканей (соединительная ткань и ее производные кости, сухожилия, связки, хрящи).
Важнейшим компонентом соединительной ткани является коллаген. Это самый распространенный белок человеческого организма (1/3 от массы сухого остатка тела. Основная его функция — обеспечение механической прочности органов и тканей.
а) Первичная структура — преобладают глицин (до аланин (11%), гидроксипролин и гидроксилизин (21%). Стоит заметить, что гидроксипролин специфичен только для коллагена.
б) Вторичная структура — тропоколлаген — 3 коллагеновых нити, объединенные в общую суперспирализованною ча- стицу.
в) Третичная структура — множество единиц тропоколлаге- на, соединенных в единое коллагеновое волокно ковалентными
(эфирными лизин-лизиновыми) связями.
Другим важным соединительнотканным протеином является эластин. Его структурная организация во многом схожа с коллагеновой, но имеется ряд существенных отличий. В первичной структуре очень мало пролина. Это объясняет высокую спирали- зованность эластиновых цепей во вторичной структуре. Следует отметить, что эти спирали, обеспечивающие высокую растяжимость, не имеют ничего общего с классическими спиралями. БЕЛОК В РАСТВОРЕ
Практически все глобулярные протеины прекрасно растворимы вводе. Факторы, удерживающие белок в растворе:
а) Заряд белковой молекулы. Одноименно заряженные молекулы протеина, отталкиваясь друг от друга, не могут слипаться вместе и выпадать в осадок, что способствует их нахождению
13
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Важнейшим компонентом соединительной ткани является коллаген. Это самый распространенный белок человеческого организма (1/3 от массы сухого остатка тела. Основная его функция — обеспечение механической прочности органов и тканей.
а) Первичная структура — преобладают глицин (до аланин (11%), гидроксипролин и гидроксилизин (21%). Стоит заметить, что гидроксипролин специфичен только для коллагена.
б) Вторичная структура — тропоколлаген — 3 коллагеновых нити, объединенные в общую суперспирализованною ча- стицу.
в) Третичная структура — множество единиц тропоколлаге- на, соединенных в единое коллагеновое волокно ковалентными
(эфирными лизин-лизиновыми) связями.
Другим важным соединительнотканным протеином является эластин. Его структурная организация во многом схожа с коллагеновой, но имеется ряд существенных отличий. В первичной структуре очень мало пролина. Это объясняет высокую спирали- зованность эластиновых цепей во вторичной структуре. Следует отметить, что эти спирали, обеспечивающие высокую растяжимость, не имеют ничего общего с классическими спиралями. БЕЛОК В РАСТВОРЕ
Практически все глобулярные протеины прекрасно растворимы вводе. Факторы, удерживающие белок в растворе:
а) Заряд белковой молекулы. Одноименно заряженные молекулы протеина, отталкиваясь друг от друга, не могут слипаться вместе и выпадать в осадок, что способствует их нахождению
13
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
в растворе.
б) Гидратная оболочка. Как уже говорилось, поверхность глобулярного белка усеяна растворимыми радикалами, поэтому вокруг таких глобул образуется плотная водная оболочка, препятствующая слипанию и осаждению белка.
Осаждение белка вводных растворах, как правило протекает в две стадии агрегация белковых молекул и их выпадение в осадок. Этот процесс называют коагуляцией.
Различные виды осаждения можно разделить на. Необратимое. Чаще всего это денатурация — это необратимое разворачивание белка в первичную нить. Он теряет четвертичную, третичную и вторичную структуры. Понятно, что при этом белок лишается не только формы, но и всех своих функций и растворимости, но сохраняет аминокислотный состав. Причинами денатурации могут быть как физические (нагревание, радиация и др) и химические (воздействие кислот, щелочей, солей тяжелых металлов, спиртов, эфиров, и т. д. Обратимое осаждение (коагуляция) характерно для:
а) Изоэлектрического состояния — когда рН (кислотность)
раствора нейтрализует заряд молекул белка, что неизбежно приводит к осаждению. При изменении кислотности в любом направлении растворимость протеина вновь восстанавливается за счет приобретения заряда.
б) Высаливание — осаждение белка при добавлении солей щелочных металлов. Ионы солей стягивают гидратные оболочки белка и нейтрализуют его заряд. Оба фактора, удерживающих белок в растворе, исчезают, что приводит к обратимой коагуля- ции.
Адсорбционная пептизация — вторичное растворение осажденного белка в избытке солей тяжелых металлов.
Соотношение процессов денатурации и коагуляции белка неоднозначно. Возможны три варианта Денатурация с коагуляцией — возникают при кипячении в нейтральной, слабокислой или слабощелочной среде Денатурация без коагуляции — происходит в сильнокис-
14
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
б) Гидратная оболочка. Как уже говорилось, поверхность глобулярного белка усеяна растворимыми радикалами, поэтому вокруг таких глобул образуется плотная водная оболочка, препятствующая слипанию и осаждению белка.
Осаждение белка вводных растворах, как правило протекает в две стадии агрегация белковых молекул и их выпадение в осадок. Этот процесс называют коагуляцией.
Различные виды осаждения можно разделить на. Необратимое. Чаще всего это денатурация — это необратимое разворачивание белка в первичную нить. Он теряет четвертичную, третичную и вторичную структуры. Понятно, что при этом белок лишается не только формы, но и всех своих функций и растворимости, но сохраняет аминокислотный состав. Причинами денатурации могут быть как физические (нагревание, радиация и др) и химические (воздействие кислот, щелочей, солей тяжелых металлов, спиртов, эфиров, и т. д. Обратимое осаждение (коагуляция) характерно для:
а) Изоэлектрического состояния — когда рН (кислотность)
раствора нейтрализует заряд молекул белка, что неизбежно приводит к осаждению. При изменении кислотности в любом направлении растворимость протеина вновь восстанавливается за счет приобретения заряда.
б) Высаливание — осаждение белка при добавлении солей щелочных металлов. Ионы солей стягивают гидратные оболочки белка и нейтрализуют его заряд. Оба фактора, удерживающих белок в растворе, исчезают, что приводит к обратимой коагуля- ции.
Адсорбционная пептизация — вторичное растворение осажденного белка в избытке солей тяжелых металлов.
Соотношение процессов денатурации и коагуляции белка неоднозначно. Возможны три варианта Денатурация с коагуляцией — возникают при кипячении в нейтральной, слабокислой или слабощелочной среде Денатурация без коагуляции — происходит в сильнокис-
14
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
лой или сильнощелочной среде Коагуляция без денатурации — характерна для высаливания или изоэлектрического состояния.
15
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
15
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
ГЛАВА II ФЕРМЕНТЫ
Что может быть важнее ферментов (энзимов Любой биохимик ответит — ничего. Если белки — самый значимый класс биологических молекул, то энзимы — ключевая группа белков
(аналогия: белки — дворянство химического мира, ферменты королевский двор).
Жизнь — это, прежде всего — процесс, совокупность сложнейших функций, каждая из которых — набор биохимических реакций, и все эти реакции катализируют ферменты. Таким образом, энзимы — первейшая основа жизни. ФЕРМЕНТЫ, ИХ СТРОЕНИЕ, ИЗОФЕРМЕНТЫ. Общая характеристика
Ферменты — биологические катализаторы. Это доказывает сходство ферментов и катализаторов. повышают скорость химической реакции. действуют в мизерных концентрациях. не расходуются входе реакции. не смещают химическое равновесие реакций.
Но, поскольку все ферменты являются белками, существует ряд их отличий от неорганических катализаторов. ферменты более активны. они регулируемы;
3. работают только в узких рамках физиологических параметров (температура, рН и др, см. ниже. ферменты специфичны.
Рассмотрим подробнее типы специфичности ферментов:
а) абсолютная один фермент реагирует только с одним видом субстрата
1
(обозначается — S) в реакции только одного типа. Это самый распространенный тип специфичности, поэтому он не нуждается в примерах;
1
Что может быть важнее ферментов (энзимов Любой биохимик ответит — ничего. Если белки — самый значимый класс биологических молекул, то энзимы — ключевая группа белков
(аналогия: белки — дворянство химического мира, ферменты королевский двор).
Жизнь — это, прежде всего — процесс, совокупность сложнейших функций, каждая из которых — набор биохимических реакций, и все эти реакции катализируют ферменты. Таким образом, энзимы — первейшая основа жизни. ФЕРМЕНТЫ, ИХ СТРОЕНИЕ, ИЗОФЕРМЕНТЫ. Общая характеристика
Ферменты — биологические катализаторы. Это доказывает сходство ферментов и катализаторов. повышают скорость химической реакции. действуют в мизерных концентрациях. не расходуются входе реакции. не смещают химическое равновесие реакций.
Но, поскольку все ферменты являются белками, существует ряд их отличий от неорганических катализаторов. ферменты более активны. они регулируемы;
3. работают только в узких рамках физиологических параметров (температура, рН и др, см. ниже. ферменты специфичны.
Рассмотрим подробнее типы специфичности ферментов:
а) абсолютная один фермент реагирует только с одним видом субстрата
1
(обозначается — S) в реакции только одного типа. Это самый распространенный тип специфичности, поэтому он не нуждается в примерах;
1
1 2 3 4 5 6 7 8
Субстрат — так называют вещество, которое катализирует фермент
(прим. автора).
б) относительная 1 фермент — несколько субстратов —
1 реакция (пример пищеварительные ферменты);
в) стереоспецифичность: фермент работает только с одним из изомеров субстрата (пример малатдегидрогеназа).
2. Строение сложных ферментов
Замечу, что энзимы (как и все белки) делят на простые и сложные. Простые — их молекула построена только из аминокислот. Сложные — в их состав входит также небольшая небелковая часть.
Рассмотрим подробнее строение сложных ферментов. Белковая часть их молекулы (большая по размеру) — апофермент;
небелковая — кофактор.
Кофакторы делят на:
а) кофермент — связан с апоферментом легко, нековалент- но и поэтому может на время отходить от белковой части;
б) простетическая группа — связана с апоферментом ковалентно, жестко. Строение активного центра
Активный центр — это рабочий орган фермента, сего помощью энзим и проводит реакцию катализа. В его состав входят аминокислотные последовательности и кофактор (у сложных энзимов. Активный центр построен из двух частей:
а) контактная площадка — особая выемка в теле фермента, она выполняет две функции во-первых, контакт с субстратом) и его удержание во-вторых, она по форме и положению функциональных групп идеально сочетается с субстратом
(и только с ним, следовательно, обеспечивает специфичность.
17
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
б) каталитический участок — сердце энзима, именно он обеспечивает катализ, те ускорение реакции. Если фермент сложный, то его кофактор является тем самым каталитическим участком. Аллостерический центр
Если активный центр есть у каждого фермента, то аллосте- рический — лишь у избранных (о них я расскажу позднее, эту группу таки называют — аллостерические ферменты.
Аллостерический центр непохож на активный и выполняет иную функцию — регуляторную. К нему могут специфически присоединяться только особые вещества — эффекторы (модификаторы, которые делятся на активаторы (ускоряют работу энзима) и ингибиторы (замедляют).
Таким образом, аллостерический центр можно сравнить с выключателем, с помощью которого можно управлять ферментом (а, следовательно — и химической реакцией, те. подстегивать его работу или, наоборот, притормаживать. Повторю
1
,
функция аллостерического центра — регуляция скорости химического процесса.
1
В этой книге я повторяю только ту информацию, которую (судя по опыту) студенты усваивают с трудом (прим. автора. Изоферменты — разные формы одного фермента, немного различающиеся построению, свойствам, но катализирующие одну и туже реакцию.
Единственный пример изоферментов, который вы должны знать — ЛДГ (лактатдегидрогеназа). Молекула этого белка построена из 4 субъединиц, каждая из которых может быть Н- или
М-типа.
Таким образом, мы видим, что получается всего 5 комбинаций, которые приведены ниже:
ЛДГ-1 — построена из х Н-протомеров (НННН). Содержит-
18
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Если активный центр есть у каждого фермента, то аллосте- рический — лишь у избранных (о них я расскажу позднее, эту группу таки называют — аллостерические ферменты.
Аллостерический центр непохож на активный и выполняет иную функцию — регуляторную. К нему могут специфически присоединяться только особые вещества — эффекторы (модификаторы, которые делятся на активаторы (ускоряют работу энзима) и ингибиторы (замедляют).
Таким образом, аллостерический центр можно сравнить с выключателем, с помощью которого можно управлять ферментом (а, следовательно — и химической реакцией, те. подстегивать его работу или, наоборот, притормаживать. Повторю
1
,
функция аллостерического центра — регуляция скорости химического процесса.
1
В этой книге я повторяю только ту информацию, которую (судя по опыту) студенты усваивают с трудом (прим. автора. Изоферменты — разные формы одного фермента, немного различающиеся построению, свойствам, но катализирующие одну и туже реакцию.
Единственный пример изоферментов, который вы должны знать — ЛДГ (лактатдегидрогеназа). Молекула этого белка построена из 4 субъединиц, каждая из которых может быть Н- или
М-типа.
Таким образом, мы видим, что получается всего 5 комбинаций, которые приведены ниже:
ЛДГ-1 — построена из х Н-протомеров (НННН). Содержит-
18
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
ся, в основном, в сердце;
ЛДГ-2 — НННМ (в сердце);
ЛДГ-3 — ННММ (в почках и легких);
ЛДГ-4 — НМММ (в печени);
ЛДГ-5 — ММММ (в печении скелетных мышцах).
Эти изоформы имеют большое значение в медицине, как маркеры разрушения (деструкции) клеток. В норме, уровень ЛДГ
в крови очень низок, но при массивной гибели клеток (некроз,
инфаркт, агрессивное вирусное воспаление) повышаются отдельные изоформы. Например, при вирусном гепатите (болезнь печени) подскакивает уровень ЛДГ й и й изоформ. При инфаркте миокарда резко увеличивается концентрация ЛДГ й и й изоформ, которые находятся в сердце. Замечу, что при ишемической болезни сердца (ИБС, стенокардия) ЛДГ будет в норме этот тест прекрасно помогает отличить ИБС от инфаркта (это важно, поскольку лечение при этих заболеваниях отличается. Мультиферментные системы
Надо помнить, что в нашем организме нет отдельных химических реакций, есть процессы — несколько последовательных реакций, выполняющих какую-то функцию. Если, к примеру,
в процессе 6 реакций, значит его обеспечивают 6 видов ферментов. Все просто. Обычно эта группа энзимов беспорядочно взвешена (растворена) в цитоплазме, или иной жидкости, в такой системе нет выраженной последовательности. Но бывают и другие типы расположения ферментов мультиферментная система — группа ферментов, катализирующих реакции одного процесса и жестко фиксированных (на мембране или органелле)
в порядке следования реакций. Такой подход выгоден, т. к. сокращает время процесса (увеличивает скорость. Представьте,
стоит субстрату связаться с активным центром первого фермента ион попал, S уже не вырвется, он обречен перескакивать с одного активного центра на другой, пока не пройдет все превращения до последнего.
19
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
ЛДГ-2 — НННМ (в сердце);
ЛДГ-3 — ННММ (в почках и легких);
ЛДГ-4 — НМММ (в печени);
ЛДГ-5 — ММММ (в печении скелетных мышцах).
Эти изоформы имеют большое значение в медицине, как маркеры разрушения (деструкции) клеток. В норме, уровень ЛДГ
в крови очень низок, но при массивной гибели клеток (некроз,
инфаркт, агрессивное вирусное воспаление) повышаются отдельные изоформы. Например, при вирусном гепатите (болезнь печени) подскакивает уровень ЛДГ й и й изоформ. При инфаркте миокарда резко увеличивается концентрация ЛДГ й и й изоформ, которые находятся в сердце. Замечу, что при ишемической болезни сердца (ИБС, стенокардия) ЛДГ будет в норме этот тест прекрасно помогает отличить ИБС от инфаркта (это важно, поскольку лечение при этих заболеваниях отличается. Мультиферментные системы
Надо помнить, что в нашем организме нет отдельных химических реакций, есть процессы — несколько последовательных реакций, выполняющих какую-то функцию. Если, к примеру,
в процессе 6 реакций, значит его обеспечивают 6 видов ферментов. Все просто. Обычно эта группа энзимов беспорядочно взвешена (растворена) в цитоплазме, или иной жидкости, в такой системе нет выраженной последовательности. Но бывают и другие типы расположения ферментов мультиферментная система — группа ферментов, катализирующих реакции одного процесса и жестко фиксированных (на мембране или органелле)
в порядке следования реакций. Такой подход выгоден, т. к. сокращает время процесса (увеличивает скорость. Представьте,
стоит субстрату связаться с активным центром первого фермента ион попал, S уже не вырвется, он обречен перескакивать с одного активного центра на другой, пока не пройдет все превращения до последнего.
19
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Примеры мультиферментных систем дыхательная цепь пи- руватдегидрогеназный комплекс альфа-кетоглутаратдегидроге- назный комплекс. КИНЕТИКА И МЕХАНИЗМ ФЕРМЕНТАТИВНЫХ
РЕАКЦИЙ
1. Кинетика ферментативных реакций
Как правило, к этой теме студенты подходят с опаской. Их пугает раздутая математическая часть. А зря. Ведь 90% этого
«ужаса» можно спокойно пропустить. Из письменного материала вам необходимо запомнить лишь три легчайших графика и одно уравнение. Если разобраться, это довольно простая, логически стройная, интересная тема. Итак, приступим.
Кинетика — раздел физикохимии, изучающий скорость химических реакций и факторы, влияющие на нее.
Разберемся с терминами.
Энергия активации — минимальная энергия, необходимая для запуска реакции. Она количественно равна барьеру отталкивания между молекулами. Понятно чем больше барьер (чем выше энергия активации, тем ниже скорость реакции. Значит,
чтобы ускорить реакцию, надо понизить энергию активации (что и делают ферменты).
Молекулярность — число, равное количеству молекул, участвующих в акте реакции. Пример если водном акте реакции участвуют две молекулы (скажем щелочь и кислота, молекуляр- ность равна двум. Молекулярность может иметь только следующие значения 1, 2 и Порядок реакций. В учебниках определение порядка дано настолько отвратительно, что 99% студентов не понимают его суть. Даю свое определение. Порядок — числовая величина, показывающая, от концентрации скольких веществ зависит скорость химической реакции. Как видите, все просто. Если скорость реакции зависит от концентрации двух веществ, порядок равен 2, если от одного — единице. Если порядок равен нулю,
20
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
РЕАКЦИЙ
1. Кинетика ферментативных реакций
Как правило, к этой теме студенты подходят с опаской. Их пугает раздутая математическая часть. А зря. Ведь 90% этого
«ужаса» можно спокойно пропустить. Из письменного материала вам необходимо запомнить лишь три легчайших графика и одно уравнение. Если разобраться, это довольно простая, логически стройная, интересная тема. Итак, приступим.
Кинетика — раздел физикохимии, изучающий скорость химических реакций и факторы, влияющие на нее.
Разберемся с терминами.
Энергия активации — минимальная энергия, необходимая для запуска реакции. Она количественно равна барьеру отталкивания между молекулами. Понятно чем больше барьер (чем выше энергия активации, тем ниже скорость реакции. Значит,
чтобы ускорить реакцию, надо понизить энергию активации (что и делают ферменты).
Молекулярность — число, равное количеству молекул, участвующих в акте реакции. Пример если водном акте реакции участвуют две молекулы (скажем щелочь и кислота, молекуляр- ность равна двум. Молекулярность может иметь только следующие значения 1, 2 и Порядок реакций. В учебниках определение порядка дано настолько отвратительно, что 99% студентов не понимают его суть. Даю свое определение. Порядок — числовая величина, показывающая, от концентрации скольких веществ зависит скорость химической реакции. Как видите, все просто. Если скорость реакции зависит от концентрации двух веществ, порядок равен 2, если от одного — единице. Если порядок равен нулю,
20
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
это говорит о том, что скорость вообще не зависит от концен- трации.
Факторы, от которых зависит скорость реакции. Концентрация реагирующих веществ. Температура среды. Давление (на ферментативные реакции не влияет. рН;
5. Катализ.
В изучении ферментов два из пяти факторов отбрасываем сразу катализ (ферменты и есть катализаторы, что уж тут говорить) и давление. Почему убираем давление Из школьного курса вы помните, что давление влияет только на реакции в газовых средах, а энзимы, как вы уже поняли, живут и работают вводной среде (все биохимические процессы протекают только вводной фазе. Значит, давление не влияет на ферментативные процессы.
Теперь разберемся по порядку с ключевыми факторами. Концентрация реагирующих веществ
В ферментативных реакциях реагирующее вещество, как правило, одно — субстрат (фермент не считается реагентом, т. кон — катализатор).
В простых реакциях эта зависимость описывается законом действующих масс (вспомните школу) — чем больше концентрация, тем выше скорость.
С ферментами сложнее. Посмотрите на график Зависимость между скоростью ферментативной реакции и концентрацией субстрата в вашем учебнике. Мы видим, что при повышении концентрации S, вначале скорость растет почти линейно
(реакция го порядка, но, если мы будем добавлять все больше, темпы роста скорости падают ив конце концов, ее рост останавливается, выходит на плато, те. скорость больше не зависит от концентрации субстрата (реакция го порядка. Почему так?
Ответ прост наступил момент, когда все молекулы фермента насыщены субстратом (который в избытке, а вступает в реакцию только тот S, который связан с энзимом, остальные молекулы БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Факторы, от которых зависит скорость реакции. Концентрация реагирующих веществ. Температура среды. Давление (на ферментативные реакции не влияет. рН;
5. Катализ.
В изучении ферментов два из пяти факторов отбрасываем сразу катализ (ферменты и есть катализаторы, что уж тут говорить) и давление. Почему убираем давление Из школьного курса вы помните, что давление влияет только на реакции в газовых средах, а энзимы, как вы уже поняли, живут и работают вводной среде (все биохимические процессы протекают только вводной фазе. Значит, давление не влияет на ферментативные процессы.
Теперь разберемся по порядку с ключевыми факторами. Концентрация реагирующих веществ
В ферментативных реакциях реагирующее вещество, как правило, одно — субстрат (фермент не считается реагентом, т. кон — катализатор).
В простых реакциях эта зависимость описывается законом действующих масс (вспомните школу) — чем больше концентрация, тем выше скорость.
С ферментами сложнее. Посмотрите на график Зависимость между скоростью ферментативной реакции и концентрацией субстрата в вашем учебнике. Мы видим, что при повышении концентрации S, вначале скорость растет почти линейно
(реакция го порядка, но, если мы будем добавлять все больше, темпы роста скорости падают ив конце концов, ее рост останавливается, выходит на плато, те. скорость больше не зависит от концентрации субстрата (реакция го порядка. Почему так?
Ответ прост наступил момент, когда все молекулы фермента насыщены субстратом (который в избытке, а вступает в реакцию только тот S, который связан с энзимом, остальные молекулы БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
пассивно висят в растворе и ждут своей очереди. Достигнута максимальная скорость. Бросьте в колбу хоть килограмм субстрата, скорость не изменится (повысить ее можно только одним способом — добавить еще фермента).
Этот процесс описывает уравнение Михаэлиса-Ментен:
v = v max
[S] / K
m
+ где v max
— максимальная скорость, [S] — концентрация субстрата, а K
m
— константа Михаэлиса посмотрите, она есть на графике, это концентрация S, при которой скорость равна половине от максимальной. Все ферменты различаются по активности важнейшая характеристика, отражающая энергичность конкретного фермента. Чем она меньше, тем активнее фермент. Температура среды — единственный фактор, который влияет на скорость всех, без исключения химических реакций.
В обычной реакции зависимость линейная чем выше температура, тем быстрее протекает процесс. Ноу ферментов все не так. Посмотрите на график Влияние температуры на скорость катализируемой ферментом реакции в вашем учебнике. Мы видим, что при повышении t, вначале скорость реакции растет, нов какой-то момент она достигает пика и начинает резко падать до нуля. Это легко объяснить. Любой фермент — белок, и, как белок, он денатурирует (теряет активность) при сильном нагревании. Разве это сложно?
Теперь о цифрах. В разных учебниках по биохимии на этом графике приводятся различные цифры (иногда они вообще отсутствуют, поэтому даю максимально приближенные к истине.
Их всего две оптимум (самая высокая точка графика) — 36,6 0
С;
полное ингибирование (когда кривая падает до 0) — 45 0
С.
Некоторые энзимы выключаются уже при 42 С, поэтому на медицинских термометрах 42 С — крайняя точка, температура, которую человек, как правило, не переживает. Это в очередной раз доказывает, что ферменты — основа жизни, и угнетение
22
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Этот процесс описывает уравнение Михаэлиса-Ментен:
v = v max
[S] / K
m
+ где v max
— максимальная скорость, [S] — концентрация субстрата, а K
m
— константа Михаэлиса посмотрите, она есть на графике, это концентрация S, при которой скорость равна половине от максимальной. Все ферменты различаются по активности важнейшая характеристика, отражающая энергичность конкретного фермента. Чем она меньше, тем активнее фермент. Температура среды — единственный фактор, который влияет на скорость всех, без исключения химических реакций.
В обычной реакции зависимость линейная чем выше температура, тем быстрее протекает процесс. Ноу ферментов все не так. Посмотрите на график Влияние температуры на скорость катализируемой ферментом реакции в вашем учебнике. Мы видим, что при повышении t, вначале скорость реакции растет, нов какой-то момент она достигает пика и начинает резко падать до нуля. Это легко объяснить. Любой фермент — белок, и, как белок, он денатурирует (теряет активность) при сильном нагревании. Разве это сложно?
Теперь о цифрах. В разных учебниках по биохимии на этом графике приводятся различные цифры (иногда они вообще отсутствуют, поэтому даю максимально приближенные к истине.
Их всего две оптимум (самая высокая точка графика) — 36,6 0
С;
полное ингибирование (когда кривая падает до 0) — 45 0
С.
Некоторые энзимы выключаются уже при 42 С, поэтому на медицинских термометрах 42 С — крайняя точка, температура, которую человек, как правило, не переживает. Это в очередной раз доказывает, что ферменты — основа жизни, и угнетение
22
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
даже одного из них чревато смертью. Кислотность среды (рН)
Энзимы очень чувствительны к изменению кислотности раствора, и при сдвиге рН в ту или иную сторону, они прекращают работать. Идеальной рН для подавляющего большинства ферментов является значение 7,4, хотя они способны функционировать в диапазоне от 6,5 до 8,5. Это показано на графике:
«Влияние рН на скорость катализируемой ферментов реакции»
в вашем учебнике.
Есть исключения. К примеру, пепсин желудка активен в сильнокислой среде (рН 1,5—2,5), а аргиназа — в щелочной
(рН около Обратите внимание гомеостаз, постоянство внутренних параметров организма, направлено на оптимальную работу его величества фермента, он первичен, что доказывает сказанное выше. Почему нормальная температура тела человека —
36,6 С Да потому, что именно в этих условиях большинство наших энзимов чувствуют себя великолепно. По этой же причине норма рН биологических жидкостей человека равна 7,4.
2. Механизм ферментативных реакций
Еще вначале прошлого века Анри Михаэлис доказал, что в ферментативной реакции обязателен контакт фермента (E) и образование фермент-субстратного комплекса = ES = E+P (продукт),
который играет ключевую роль в процессе.
В ходе изучения этого вопроса, особого внимания заслуживают две теории механизма ферментативного катализа:
а) Теория Фишера (теория ключа и замка теория соответствия. Согласно Фишеру, субстрат идеально соответствует активному центру фермента, как ключ соответствует «личинке»
своего замка. S входит в активный центр (АЦ), заполняя его. При этом все функциональные группы субстрата вступают в связь с соответствующими группами АЦ. Таким образом, соответствие является как пространственным, таки химическим.
23
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Энзимы очень чувствительны к изменению кислотности раствора, и при сдвиге рН в ту или иную сторону, они прекращают работать. Идеальной рН для подавляющего большинства ферментов является значение 7,4, хотя они способны функционировать в диапазоне от 6,5 до 8,5. Это показано на графике:
«Влияние рН на скорость катализируемой ферментов реакции»
в вашем учебнике.
Есть исключения. К примеру, пепсин желудка активен в сильнокислой среде (рН 1,5—2,5), а аргиназа — в щелочной
(рН около Обратите внимание гомеостаз, постоянство внутренних параметров организма, направлено на оптимальную работу его величества фермента, он первичен, что доказывает сказанное выше. Почему нормальная температура тела человека —
36,6 С Да потому, что именно в этих условиях большинство наших энзимов чувствуют себя великолепно. По этой же причине норма рН биологических жидкостей человека равна 7,4.
2. Механизм ферментативных реакций
Еще вначале прошлого века Анри Михаэлис доказал, что в ферментативной реакции обязателен контакт фермента (E) и образование фермент-субстратного комплекса = ES = E+P (продукт),
который играет ключевую роль в процессе.
В ходе изучения этого вопроса, особого внимания заслуживают две теории механизма ферментативного катализа:
а) Теория Фишера (теория ключа и замка теория соответствия. Согласно Фишеру, субстрат идеально соответствует активному центру фермента, как ключ соответствует «личинке»
своего замка. S входит в активный центр (АЦ), заполняя его. При этом все функциональные группы субстрата вступают в связь с соответствующими группами АЦ. Таким образом, соответствие является как пространственным, таки химическим.
23
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
б) Теория Кошленда (теория руки и перчатки теория индуцированного катализа. По Кошленду, АЦ фермента не полностью соответствует субстрату (как лежащая перчатка не повторяет форму руки, но, как только S приближается как- тивному центру (рука к перчатке, тот расправляется, приобретая нужную форму и вступая в связь с S. Мы видим, что в этом случае субстрат выступает как активный реагент, воздействующий на энзим.
Какая же из этих теорий верна Обе. Часть ферментов работают согласно версии Фишера, часть — по Кошленду.
Современные представления о механизме ферментативного катализа
Согласно современным данным, ферментативная реакция протекает в 4 стадии) E+S = ES; 2) ES = EX; 3) EX = EP; 4) EP = Как видно из схемы, субстрат не сразу становится продуктом реакции (Р, до этого он превращается в Х — переходную форму,
где старые связи еще не разрушены, а новые уже начинают образовываться. Весь фокус в постепенности превращения. Нет резких переходов, есть плавное медленное перетекание от к Р, через переходную форму Х. При этом нет нужды в трате больших количеств энергии (как, если бы вы, вместо того, чтобы надрываться, карабкаясь на й этаж по стене, вы не торопясь поднялись бы по лестнице. Именно эта плавность и обеспечивает значительное снижение энергии активации и, следовательно ускорение реакции. РЕГУЛЯЦИЯ ФЕРМЕНТОВ, КЛАССИФИКАЦИЯ. Виды регуляции
а) Изменение количества фермента. Т. к. все энзимы — белки, они синтезируются также, как белки — на рибосомах, при участии м-РНК, под управлением ядра. Если клетка хочет уве-
24
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Какая же из этих теорий верна Обе. Часть ферментов работают согласно версии Фишера, часть — по Кошленду.
Современные представления о механизме ферментативного катализа
Согласно современным данным, ферментативная реакция протекает в 4 стадии) E+S = ES; 2) ES = EX; 3) EX = EP; 4) EP = Как видно из схемы, субстрат не сразу становится продуктом реакции (Р, до этого он превращается в Х — переходную форму,
где старые связи еще не разрушены, а новые уже начинают образовываться. Весь фокус в постепенности превращения. Нет резких переходов, есть плавное медленное перетекание от к Р, через переходную форму Х. При этом нет нужды в трате больших количеств энергии (как, если бы вы, вместо того, чтобы надрываться, карабкаясь на й этаж по стене, вы не торопясь поднялись бы по лестнице. Именно эта плавность и обеспечивает значительное снижение энергии активации и, следовательно ускорение реакции. РЕГУЛЯЦИЯ ФЕРМЕНТОВ, КЛАССИФИКАЦИЯ. Виды регуляции
а) Изменение количества фермента. Т. к. все энзимы — белки, они синтезируются также, как белки — на рибосомах, при участии м-РНК, под управлением ядра. Если клетка хочет уве-
24
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
личить концентрацию фермента, в ядре включается ген этого белка, образуется его м-РНК, которая идет в цитоплазму и запускает образование фермента на рибосоме. Если необходимо уменьшить количество Е, его ген блокируется. Как понимаете,
этот вид регуляции запускается довольно медленно, но действует долго.
б) Изменение активности фермента Химическая модификация (в т.ч. проферменты. Модификация это изменение. Чтобы запустить или выключить фермент, к его молекуле присоединяются (или отщепляются) различные химические группы фосфат, пептидные участки и др.
Пример: профермент пепсиноген превращается в активный пепсин путем отщепления от него крупного пептидного фрагмента Аллостерическая регуляция — самый красивый и распространенный тип регуляции. Любой биохимический процесс состоит из нескольких последовательных реакций. Скорость всего процесса равна скорости лимитирующей самой медленной) реакции. Эту реакцию (и только ее) катализирует аллостерический фермент (те. фермент с выключателем. Теперь вы понимаете, почему не все ферменты являются аллостерическими? Для каждого процесса достаточно одного такого энзима. Эволюционно так сложилось, что в каждом процессе исходные вещества являются активаторами аллостерического фермента, а продукты реакции — выключают (ингибируют) его. Это гармоничная система. Стоит процессу слишком разогнаться, он образует избыток продуктов, которые тормозят аллостерический фермента если процесс течет вяло, накапливаются исходные вещества, которые
«подстегивают» его. Таким образом, процесс сам управляет собой, без внешнего вмешательства.
Замечу, что во втором семестре вам часто придется сталкиваться с аллостерической регуляцией того или иного процесса,
так что обратите особое внимание на этот вопрос. Это поможет. Активаторы — вещества, стимулирующие работу фер-
25
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
этот вид регуляции запускается довольно медленно, но действует долго.
б) Изменение активности фермента Химическая модификация (в т.ч. проферменты. Модификация это изменение. Чтобы запустить или выключить фермент, к его молекуле присоединяются (или отщепляются) различные химические группы фосфат, пептидные участки и др.
Пример: профермент пепсиноген превращается в активный пепсин путем отщепления от него крупного пептидного фрагмента Аллостерическая регуляция — самый красивый и распространенный тип регуляции. Любой биохимический процесс состоит из нескольких последовательных реакций. Скорость всего процесса равна скорости лимитирующей самой медленной) реакции. Эту реакцию (и только ее) катализирует аллостерический фермент (те. фермент с выключателем. Теперь вы понимаете, почему не все ферменты являются аллостерическими? Для каждого процесса достаточно одного такого энзима. Эволюционно так сложилось, что в каждом процессе исходные вещества являются активаторами аллостерического фермента, а продукты реакции — выключают (ингибируют) его. Это гармоничная система. Стоит процессу слишком разогнаться, он образует избыток продуктов, которые тормозят аллостерический фермента если процесс течет вяло, накапливаются исходные вещества, которые
«подстегивают» его. Таким образом, процесс сам управляет собой, без внешнего вмешательства.
Замечу, что во втором семестре вам часто придется сталкиваться с аллостерической регуляцией того или иного процесса,
так что обратите особое внимание на этот вопрос. Это поможет. Активаторы — вещества, стимулирующие работу фер-
25
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
ментов. Вот и все, собственно. И сказать-то нечего. Поэтому поданному вопросу преподаватель будет требовать примеры.
Приведем их:
Пепсин + соляная кислота — активируют пепсиноген;
Колипаза + желчные кислоты — активируют липазу;
Энтерокиназа — активирует трипсиноген;
Трипсин — активирует химотрипсиногены и проэластазу.
Распространенными активаторами многих энзимов являются ионы двухвалентных металлов Mg
2+
, Mn
2+
, Zn
2+
, Co
2+
, и др. Ингибиторы обозначаются — I) — вещества, замедляющие работу ферментов. Ингибирование делят на необратимое,
приводящее к денатурации (кипячение, радиация, кислоты, щелочи и др) и обратимое, которое, в свою очередь, делят на:
а) конкурентные I — имеют три особенности, причем, каждая из последующих является следствием предыдущей. Во-первых,
молекула конкурентного ингибитора очень похожа на субстрат,
во-вторых, он взаимодействует с активным центром энзима, в- третьих, активность ингибирования зависит от концентрации:
чем I больше, тем сильнее он подавляет реакцию.
Поясню, бывает такое, что чужой ключ, волей случая, настолько сходен с вашим, что его можно вставить в замок,
но провернуть не получится. Такие I, подобно S, связываются с АЦ фермента, временно выключая его из реакции. Предположим, что в растворе одинаковое количество I и S, тогда, примерно половина фермента будет связана с конкурентным ингибитором те выключена из реакции. И только половина энзима будет работать с субстратом. Во сколько раз снизится скорость реакции в этом случае Ответ очевиден — в два.
Примером конкурентных I являются сульфаниламидные лекарства (норсульфазол, фталазол, бисептол и др. Они конку- рентно вытесняют субстрат — ПАБК
1
бактерий из синтеза фоли-
1
ПАБК — парааминобензойная кислота (прим. автора).
26
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Приведем их:
Пепсин + соляная кислота — активируют пепсиноген;
Колипаза + желчные кислоты — активируют липазу;
Энтерокиназа — активирует трипсиноген;
Трипсин — активирует химотрипсиногены и проэластазу.
Распространенными активаторами многих энзимов являются ионы двухвалентных металлов Mg
2+
, Mn
2+
, Zn
2+
, Co
2+
, и др. Ингибиторы обозначаются — I) — вещества, замедляющие работу ферментов. Ингибирование делят на необратимое,
приводящее к денатурации (кипячение, радиация, кислоты, щелочи и др) и обратимое, которое, в свою очередь, делят на:
а) конкурентные I — имеют три особенности, причем, каждая из последующих является следствием предыдущей. Во-первых,
молекула конкурентного ингибитора очень похожа на субстрат,
во-вторых, он взаимодействует с активным центром энзима, в- третьих, активность ингибирования зависит от концентрации:
чем I больше, тем сильнее он подавляет реакцию.
Поясню, бывает такое, что чужой ключ, волей случая, настолько сходен с вашим, что его можно вставить в замок,
но провернуть не получится. Такие I, подобно S, связываются с АЦ фермента, временно выключая его из реакции. Предположим, что в растворе одинаковое количество I и S, тогда, примерно половина фермента будет связана с конкурентным ингибитором те выключена из реакции. И только половина энзима будет работать с субстратом. Во сколько раз снизится скорость реакции в этом случае Ответ очевиден — в два.
Примером конкурентных I являются сульфаниламидные лекарства (норсульфазол, фталазол, бисептол и др. Они конку- рентно вытесняют субстрат — ПАБК
1
бактерий из синтеза фоли-
1
ПАБК — парааминобензойная кислота (прим. автора).
26
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
евой кислоты, необходимой для их размножения. В результате колония микробов угасает, человек выздоравливает. Но следует помнить, что эти лекарства (будучи конкурентными) активны только в высоких концентрациях. Поэтому, при применении сульфаниламидов, в первый день пьют ударную дозу (чтобы достичь нужной концентрации, затем — поддерживающие.
б) неконкурентные I имеют те же три особенности, только с противоположным знаком. Во-первых, их молекула непохожа на субстрат, во-вторых, она взаимодействует нес активным центром (чаще — с аллостерическим), в-третьих, активность ингибирования не зависит от концентрации, неконкурентные I активны даже в мизерных дозах. Классификация ферментов по типу реакции:
а) оксидоредуктазы — обеспечивают окислительно-восста- новительные реакции. Примеры дегидрогеназы, цитохромы,
гидроксилазы;
б) трансферазы — катализируют реакции переноса;
в) гидролазы — самая распространенная группа, обеспечивает реакции гидролиза, распада. Примеры пептидазы — расщепляют белок, гликозидазы — гидролизуют углеводы;
г) лиазы — катализируют реакции отщепления с образованием двойной связи;
д) изомеразы — проводят реакции изомеризации, теизме- нения внутри молекулы;
е) синтетазы (лигазы) — катализируют реакции синтеза, т. е.
образования крупных молекул из более мелких. Важно они работают только при обеспечении энергией (АТФ и др. Медицинская энзимология
Энзимология — наука о ферментах. Медицинская энзимология имеет три направления:
а) Энзимопатология — изучает энзимопатии — заболевания,
связанные с нарушением работы фермента. Энзимопатии делят на приобретенные (панкреатит) и врожденные, примеры кото-
27
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
б) неконкурентные I имеют те же три особенности, только с противоположным знаком. Во-первых, их молекула непохожа на субстрат, во-вторых, она взаимодействует нес активным центром (чаще — с аллостерическим), в-третьих, активность ингибирования не зависит от концентрации, неконкурентные I активны даже в мизерных дозах. Классификация ферментов по типу реакции:
а) оксидоредуктазы — обеспечивают окислительно-восста- новительные реакции. Примеры дегидрогеназы, цитохромы,
гидроксилазы;
б) трансферазы — катализируют реакции переноса;
в) гидролазы — самая распространенная группа, обеспечивает реакции гидролиза, распада. Примеры пептидазы — расщепляют белок, гликозидазы — гидролизуют углеводы;
г) лиазы — катализируют реакции отщепления с образованием двойной связи;
д) изомеразы — проводят реакции изомеризации, теизме- нения внутри молекулы;
е) синтетазы (лигазы) — катализируют реакции синтеза, т. е.
образования крупных молекул из более мелких. Важно они работают только при обеспечении энергией (АТФ и др. Медицинская энзимология
Энзимология — наука о ферментах. Медицинская энзимология имеет три направления:
а) Энзимопатология — изучает энзимопатии — заболевания,
связанные с нарушением работы фермента. Энзимопатии делят на приобретенные (панкреатит) и врожденные, примеры кото-
27
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
рых приведены ниже:
Фенилкетонурия — поломка фермента, обеспечивающего превращение фенилаланина в тирозин. При этом токсические продукты поражают мозг ребенка, вызывая слабоумие. Единственный способ борьбы с осложнениями — ограничивать употребление продуктов, содержащих фенилаланин.
1
Если в данной книге я не привожу конкретное название фермента,
значит запоминание названия необязательно (прим. автора).
Алкаптонурия — отсутствие фермента, расщепляющего го-
могентизиновую кислоту. Это пигмент, придающий темный цвет моче, а в запущенных случаях — кончикам ушей и носа.
Альбинизм — поломка одного из ферментов, участвующих в синтезе меланина — покровного пигмента человека, защищающего кожу от ультрафиолета. У альбиносов бледная кожа, белые волосы и розовая радужка (из-за просвечивания сквозь нее сетчатой оболочки глаза).
б) Энзимодиагностика — постановка диагноза с помощью ферментов. Имеет два направления Определение фермента в крови. В качестве примера рассказываете все об ЛДГ (см. выше. Этого достаточно Определение в крови другого вещества с помощью фермента, имеющегося в лаборатории. Пример — иммунофермент- ный анализ (ИФА).
в) Энзимотерапия — лечение с помощью ферментов. Примеры пищевые ферментативные препараты (Панкреатин, Фестал,
Энзистал, Мезим, Креон и др) — эффективны не только при лечении заболеваний ЖКТ, но и при банальном переедании гиа- луронидаза («Лидаза») — применяется для предотвращения разрастания рубцов раствор трипсина — для очисти гнойных ранит. д.
28
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Фенилкетонурия — поломка фермента, обеспечивающего превращение фенилаланина в тирозин. При этом токсические продукты поражают мозг ребенка, вызывая слабоумие. Единственный способ борьбы с осложнениями — ограничивать употребление продуктов, содержащих фенилаланин.
1
Если в данной книге я не привожу конкретное название фермента,
значит запоминание названия необязательно (прим. автора).
Алкаптонурия — отсутствие фермента, расщепляющего го-
могентизиновую кислоту. Это пигмент, придающий темный цвет моче, а в запущенных случаях — кончикам ушей и носа.
Альбинизм — поломка одного из ферментов, участвующих в синтезе меланина — покровного пигмента человека, защищающего кожу от ультрафиолета. У альбиносов бледная кожа, белые волосы и розовая радужка (из-за просвечивания сквозь нее сетчатой оболочки глаза).
б) Энзимодиагностика — постановка диагноза с помощью ферментов. Имеет два направления Определение фермента в крови. В качестве примера рассказываете все об ЛДГ (см. выше. Этого достаточно Определение в крови другого вещества с помощью фермента, имеющегося в лаборатории. Пример — иммунофермент- ный анализ (ИФА).
в) Энзимотерапия — лечение с помощью ферментов. Примеры пищевые ферментативные препараты (Панкреатин, Фестал,
Энзистал, Мезим, Креон и др) — эффективны не только при лечении заболеваний ЖКТ, но и при банальном переедании гиа- луронидаза («Лидаза») — применяется для предотвращения разрастания рубцов раствор трипсина — для очисти гнойных ранит. д.
28
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
ГЛАВА III ВИТАМИНЫ
Важнейшей группой незаменимых веществ являются витамины. Подтверждением их метаболической значимости служит вся история человечества, в процессе которой отмечались регулярные страшнейшие вспышки гиповитаминозов, уносившие десятки и сотни тысяч жизней.
Цинга скорбут) — гиповитаминоз С чаще встречался в средних и полярных широтах, те. на тех территориях, где не так распространены овощи и фрукты, богатые витамином С. Цинга являлась тяжелейшим бичом российского народа на протяжении столетий. Нередко этот гиповитаминоз охватывал целые страны и группы стран. На пике вспышек летальность от этой патологии достигала 80%!
Бери-бери — алиментарный недостаток витамина В. Масштабы человеческих потерь от бери-бери были выше, чем от цинги, т. к. эта болезнь распространена в районах с высокой плотностью населения — южной и юго-восточной Азии (Индия,
Бангладеш, Бирма, Китай, Индокитай, Индонезия, Япония и др.).
Основным пищевым продуктом населения этих регионов является рис, который чаще употребляют в пищу в шелушенном виде,
а содержание В
1
в нем очень невелико.
По разделу Витамины на кафедрах биохимии, как правило, проводят контрольную работу, вопросы в которой можно условно разделить на две подтемы: ключевые понятия о витаминах в общем (об этом речь пойдет ниже) и вопросы по конкретным витаминам (частная витаминология).
Вопросов по частной витаминологии мы коснемся минимально, т. к. там нечего объяснять, надо просто сесть и выучить.
Но пару советов на эту тему ядам. Дело в том, что раздел Витамины в учебниках по биохимии непомерно раздут (особенно в книге Т. Т. Березова), очень много лишнего, чего нет в контрольной. Каждому витамину отводится аж по 4—5 стр. Пусть вас это не пугает. Запомните, по любому из витаминов вам достаточно выучить всего пять фактов 1) название 2) формула биологическая роль — здесь не заморачивайтесь, биологическую роль я подробно дам ниже 4) патология — название и очень краткое описание симптомов конкретного гиповитаминоза) содержание в продуктах. Все Согласитесь, не так ужи много. Остальное можете смело пропускать.
Итак, с частной витаминологией закончили, переходим к общей. Общие сведения
В России изучению витаминов значительную роль уделили
Н.И.Лунин и Н. Д. Зелинский.
Первым витамином, полученном в чистом виде был тиамин
(В
1
), который получил Казимир Функ в 1912 году и назвал это вещество витамином. В дальнейшем, название конкретного вещества постепенно превратилось в наименование целой группы.
Витамины — группа незаменимых органических веществ,
присутствующих в клетках в очень малых концентрациях и обеспечивающих их нормальную жизнедеятельность.
Согласитесь, не очень удачное определение, поэтому ниже перечислим критерии витаминов:
а) Незаменимость. Классический витамин обязательно незаменим (не синтезируется в организме, поэтому должен присутствовать в пище в необходимых количествах. Здесь особо стоит отметить витамин Д, который способен синтезироваться в коже человека под действием ультрафиолета, но его недостаток вор- ганизме также вызывает серьезный гиповитаминоз. Следовательно, витамин Д, по сути, не является витамином.
б) Витамины не выполняют энергетических или пластических функций. Они являются слишком дорогим материалом,
чтобы просто расходоваться на подобные потребности.
в) Коферментная роль — о ней скажу ниже.
30
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Важнейшей группой незаменимых веществ являются витамины. Подтверждением их метаболической значимости служит вся история человечества, в процессе которой отмечались регулярные страшнейшие вспышки гиповитаминозов, уносившие десятки и сотни тысяч жизней.
Цинга скорбут) — гиповитаминоз С чаще встречался в средних и полярных широтах, те. на тех территориях, где не так распространены овощи и фрукты, богатые витамином С. Цинга являлась тяжелейшим бичом российского народа на протяжении столетий. Нередко этот гиповитаминоз охватывал целые страны и группы стран. На пике вспышек летальность от этой патологии достигала 80%!
Бери-бери — алиментарный недостаток витамина В. Масштабы человеческих потерь от бери-бери были выше, чем от цинги, т. к. эта болезнь распространена в районах с высокой плотностью населения — южной и юго-восточной Азии (Индия,
Бангладеш, Бирма, Китай, Индокитай, Индонезия, Япония и др.).
Основным пищевым продуктом населения этих регионов является рис, который чаще употребляют в пищу в шелушенном виде,
а содержание В
1
в нем очень невелико.
По разделу Витамины на кафедрах биохимии, как правило, проводят контрольную работу, вопросы в которой можно условно разделить на две подтемы: ключевые понятия о витаминах в общем (об этом речь пойдет ниже) и вопросы по конкретным витаминам (частная витаминология).
Вопросов по частной витаминологии мы коснемся минимально, т. к. там нечего объяснять, надо просто сесть и выучить.
Но пару советов на эту тему ядам. Дело в том, что раздел Витамины в учебниках по биохимии непомерно раздут (особенно в книге Т. Т. Березова), очень много лишнего, чего нет в контрольной. Каждому витамину отводится аж по 4—5 стр. Пусть вас это не пугает. Запомните, по любому из витаминов вам достаточно выучить всего пять фактов 1) название 2) формула биологическая роль — здесь не заморачивайтесь, биологическую роль я подробно дам ниже 4) патология — название и очень краткое описание симптомов конкретного гиповитаминоза) содержание в продуктах. Все Согласитесь, не так ужи много. Остальное можете смело пропускать.
Итак, с частной витаминологией закончили, переходим к общей. Общие сведения
В России изучению витаминов значительную роль уделили
Н.И.Лунин и Н. Д. Зелинский.
Первым витамином, полученном в чистом виде был тиамин
(В
1
), который получил Казимир Функ в 1912 году и назвал это вещество витамином. В дальнейшем, название конкретного вещества постепенно превратилось в наименование целой группы.
Витамины — группа незаменимых органических веществ,
присутствующих в клетках в очень малых концентрациях и обеспечивающих их нормальную жизнедеятельность.
Согласитесь, не очень удачное определение, поэтому ниже перечислим критерии витаминов:
а) Незаменимость. Классический витамин обязательно незаменим (не синтезируется в организме, поэтому должен присутствовать в пище в необходимых количествах. Здесь особо стоит отметить витамин Д, который способен синтезироваться в коже человека под действием ультрафиолета, но его недостаток вор- ганизме также вызывает серьезный гиповитаминоз. Следовательно, витамин Д, по сути, не является витамином.
б) Витамины не выполняют энергетических или пластических функций. Они являются слишком дорогим материалом,
чтобы просто расходоваться на подобные потребности.
в) Коферментная роль — о ней скажу ниже.
30
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
1 2 3 4 5 6 7 8
2. Витаминопатология
Существует ряд паталогических состояний, причиной возникновения которых является изменение количества витаминов в организме. Наиболее значимыми из них являются следующие:
Гипервитаминоз — заболевание, развивающееся в результате избыточного поступления витамина в организм.
Важно: гипервитаминозы чаще встречаются при передозировке жирорастворимых витаминов АДЕ, К. Это объяснимо:
избыток водорастворимых витаминов легко выводится с мочой
(т. к. это — водный раствор. Избавление от избытка жирорас- творимых витаминов более сложно, т. к. эти вещества плохо растворимы вводе. При передозировке они быстро накапливаются в тканях, что приводит к токсическому эффекту вплоть доле- тального исхода.
Гиповитаминоз — заболевание, развивающееся в результате недостаточного поступления витамина в организм.
Авитаминоз — заболевание, развивающееся в результате полного нарушения поступления витамина в организм.
Авитаминоз — теоретическое понятие, его не встретишь на практике, чего не скажешь о гиповитаминозах.
Гиповитаминозы делят на две группы:
а) Экзогенные первичные, алиментарные. Они возникают при дефиците витамина в пище. Исторические гиповитаминозы,
такие как цинга, бери-бери, пеллагра, рахит и др. принадлежат к этой группе.
б) Эндогенные вторичные) гиповитаминозы — развиваются по внутренним причинам, даже если количество витамина в пище соответствует норме. Их причины делят натри группы Заболевания ЖКТ
1
, приводящие к нарушению всасывания витаминов в кишечнике. Такое возможно при гастритах,
дуоденитах, панкреатитах, желчнокаменной болезни, дискине- зиях желчевыводящих путей и, особенно, при хронических энте-
1
ЖКТ — желудочно-кишечный тракт (прим. автора).
31
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
ритах.
— Перехват вещества чужеродными организмами, когда витамин пищи просто не доходит до пациента. Такое происходит при дисбактериозе или глистной инвазии Повышенная потребность в витаминах. Подобное отмечается при беременности, кормлении грудью, усиленной физической нагрузке, тиреотоксикозе, истощении и др.
Вопрос: зачем нужно делить гиповитаминозы на экзо- и эндогенные Это объяснимо. В зависимости от этого зависит тактика их лечения. Особенностью терапии экзогенных гиповитами- нозов является несоответствие тяжести заболевания и легкости его лечения. Трудно найти примеры других заболеваний, уносящих такое количество жизней, которые лечились бы так легко.
Чаще, для полного выздоровления, достаточно назначение таблетированных витаминов.
А вот в случае эндогенного гиповитаминоза таблетка не поможет, она просто не всосется. Эту патологию лечат инъекциями витаминов. Биологическая роль витаминов
Чем же объясняется такая высокая биологическая роль этих веществ?
Подавляющее большинство витаминов (кроме Д и Е, поступая в организм, превращаются в соответствующие коферменты важнейших ферментативных систем. Таким образом, витамины,
обеспечивая работу ферментов, лежат в основе практически всех жизненно важных процессов организма на молекулярном уровне.
Самая распространенная группа вопросов в контрольной:
«Какова биологическая роль витамина …?», В этом случае вы отвечаете следующим образом данный витамин превращается в кофермент такой-то, который участвует в таких-то реакциях организма. Все.
Привожу информацию по биологической роли основных витаминов в последовательности название витамина — наимено-
32
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
— Перехват вещества чужеродными организмами, когда витамин пищи просто не доходит до пациента. Такое происходит при дисбактериозе или глистной инвазии Повышенная потребность в витаминах. Подобное отмечается при беременности, кормлении грудью, усиленной физической нагрузке, тиреотоксикозе, истощении и др.
Вопрос: зачем нужно делить гиповитаминозы на экзо- и эндогенные Это объяснимо. В зависимости от этого зависит тактика их лечения. Особенностью терапии экзогенных гиповитами- нозов является несоответствие тяжести заболевания и легкости его лечения. Трудно найти примеры других заболеваний, уносящих такое количество жизней, которые лечились бы так легко.
Чаще, для полного выздоровления, достаточно назначение таблетированных витаминов.
А вот в случае эндогенного гиповитаминоза таблетка не поможет, она просто не всосется. Эту патологию лечат инъекциями витаминов. Биологическая роль витаминов
Чем же объясняется такая высокая биологическая роль этих веществ?
Подавляющее большинство витаминов (кроме Д и Е, поступая в организм, превращаются в соответствующие коферменты важнейших ферментативных систем. Таким образом, витамины,
обеспечивая работу ферментов, лежат в основе практически всех жизненно важных процессов организма на молекулярном уровне.
Самая распространенная группа вопросов в контрольной:
«Какова биологическая роль витамина …?», В этом случае вы отвечаете следующим образом данный витамин превращается в кофермент такой-то, который участвует в таких-то реакциях организма. Все.
Привожу информацию по биологической роли основных витаминов в последовательности название витамина — наимено-
32
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
вание его кофермента — биологическая роль:
В
1
(тиамин) — ТДФ — окисление пирувата и α-кетоглутарата
В
2
(рибофлавин) — ФМН, ФАД — биологическое окисление
РР (никотиновая кислота) — НАД — биологическое окисление
В
5
(пантотеновая кислота) — КоА — перенос ацильных групп,
взаимосвязь обменов
В
6
(пиридоксин) — Пиридоксальфосфат, пиридоксаминфос- фат — трансаминирование и декарбоксилирование
Н (биотин) — Биотин-коэнзим — карбоксилирование и тран- скарбоксилирование
В
с
(фолиевая кислота) — ТГФК — перенос одноуглеродных групп, рост и размножения клеток
А (ретинол) — Ретиналь — акт светоощущения, защита эпителия (кальциферол) — депонирование кальция и фосфатов
К (нафтохиноны) — синтез протромбина, свертывание крови
Е (токоферол) — антиоксидант
В
12
(кобаламин) — кроветворение
С (аскорбиновая кислота) — синтез коллагена, антиоксидант
Р (рутин) — укрепляет сосуды
33
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
4. Антивитамины. Провитамины.
Антивитамины — вещества, снижающие биологическую активность витаминов. По механизму действия эти соединения делятся на две группы:
а) Конкурентные антивитамины — их строение очень сходно со структурой витамина. Таким образом, при достаточной концентрации они вытесняют кофермент-витамин из фермента.
Пример: фтивазид — конкурентный ингибитор В
6
б) Необратимые антивитамины — это белки, способные разрушать витамин. Пример белок авидин расщепляет витамин Н.
Очевидно, что при действии антивитамина на организм, развивается соответствующий гиповитаминоз.
Провитамины — экзогенные органические соединения, способные превращаться в витамин внутри организма. Наиболее ярким примером является бета-каротин, являющийся провитамином А. Если витамин А содержится исключительно в животных жирных продуктах, то каротин — типичный компонент растительных плодов красно-оранжевого цвета. (морковь, свекла, перец, смородина и др. Чем интенсивнее окраска, тем больше концентрация этого вещества в продукте. В клетках человека
β
-каротин претерпевает распад, превращаясь в ретинол. Витаминоподобные вещества (витаминоиды) — это органические вещества, отличающиеся по механизму действия от витаминов, но при их недостаточном поступлении в организм развиваются патологические состояния, подобные гиповитами- нозам.
Ниже приведены примеры этих веществ в последовательности витаминоид — его функция:
Холин и инозит — пластическая роль, являются компонентами фосфолипидов
В
15
(пангамовая кислота) и витамин U — доноры метильных
34
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
групп
ПАБК — провитамин фолиевой кислоты
Кофермент Q и липоевая кислота — коферментная функция
Ну и напоследок замечу к контрольной следует выучить формулы всех витаминов, кроме В, а также формулы холина,
инозита, ПАБК и липоевой кислоты.
35
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
ПАБК — провитамин фолиевой кислоты
Кофермент Q и липоевая кислота — коферментная функция
Ну и напоследок замечу к контрольной следует выучить формулы всех витаминов, кроме В, а также формулы холина,
инозита, ПАБК и липоевой кислоты.
35
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
ГЛАВА IV ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ
ОБМЕН
I. ОСНОВЫ ОБМЕНА. Обмен веществ и энергии — совокупность энергетического и вещественного взаимодействия организма с внешним миром и сопутствующие им внутриклеточные процессы.
Всю общность процессов обмена можно условно разбить натри составляющие:
а) процессы поглощения вещества и энергии из окружающей среды;
б) метаболизм — совокупность всех внутриклеточных (внут- риорганизменных) биохимических процессов;
в) выведение ненужных организму продуктов метаболизма во внешнюю среду, а также энергетические потери.
Надеюсь, теперь вы поняли, что метаболизм и обмен не одно и тоже. Метаболизм представляет сложнейшую составляющую обмена, но является более узким понятием, включающим хоть и самую объемную, но только внутриклеточную часть обмена.
Среди метаболических процессов выделяют:
Анаболизм — совокупность всех реакций синтеза крупных органических субстратов из более мелких. Биологическая роль анаболизма — рост, обновление структур. Он превалирует при беременности, в детском возрасте. Все без исключения реакции анаболизма нуждаются в энергетических затратах (эндэргониче-
ские реакции).
Катаболизм — совокупность внутриклеточных процессов распада. Если реакции синтеза требуют затрат энергии, то процессы катаболизма, наоборот, протекают с ее выделением, те являются экзергоническими. Следовательно, основной биологической функцией катаболических процессов является энергетическая функция. Это главный источник энергии для гетеротро- фов.
Индифферентные процессы — протекают без энергетического эффекта. Это самая большая группа биохимических реакций
(трансферазные, изомеразные, обменные, ассоциативно-диссо- циативные и др. Типы поглощения
Как было сказано выше, структура обмена веществ представлена тремя суперсоставляющими: поглощение, межуточный обмен и выведение. И если процессы выведения и, особенно,
метаболизма, будут подробно представлены в последующих разделах данного курса, то поглощение как афферентная часть обмена рассматривается в данной подглавке.
Поглощение является единственным источником усвоения вещества и энергии из окружающей среды. Выделяют три типа поглощения:
а) утилизация световой энергии (фотосинтез);
б) дыхание;
в) питание.
По типу поглощения все организмы делят на) Аутотрофы — усваивают энергию и вещества всеми тремя перечисленными способами. Их подразделяют на:
фототрофы, для которых главный путь потребления энергии свет (зеленые клетки растений, некоторые бактерии);
хемотрофы — редчайшая группа, использующая энергию неорганических веществ) Гетеротрофы — используют только дыхание и питание
(животные, грибы, микроорганизмы. Причем органические вещества, получаемые в процессе питания, являются для них единственным источником внешней энергии. Градацию гетеротрофов мы разберем чуть ниже.
37
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
3. Энергетический обмен
Жизнь представляет собой равновесный динамический процесс стабильного движения энергии. Именно энергетическая составляющая обмена определяет суть существования жизни.
Вам, как будущим медикам, белее интересны гетеротрофы
(к которым относится человек. О них и поговорим.
Для гетеротрофных организмов единственным внешним источником энергии является сила химических связей органических веществ, находящихся в пищевых продуктах. Перед гетеротрофами встает проблема извлечения этой энергии, а лучшим способом такого раскупоривания являются реакции распада,
т. е. катаболические процессы (см. выше, наиболее эффективными из которых являются реакции окисления.
По типу усвоения этой энергии, гетеротрофы делят на:
Аэробы — извлекают энергию органических связей путем окисления при участии кислорода (дыхание);
Анаэробы — подразделяются на факультативные — способны получать органическую энергию как анаэробным, таки аэробным способом облигатные — используют только бескислородные механизмы окисления. Более того, кислородная атмосфера для них смертельна.
Преимуществом аэробного окисления является гораздо бо̀льший выход энергии. Пример при полном аэробном окислении одной молекулы глюкозы образуется 36—38 молекул
АТФ, тогда как при анаэробном окислении этого вещества синтезируется лишь 2 молекулы АТФ. Таким образом, мы видим,
что в количественном плане, аэробный энергетический катаболизм гораздо эффективнее анаэробного, что определяет большую эволюционную прогрессивность организмов, использующих дыхание. Питание
Для человека (как и иных гетеротрофов) питание является основным типом поглощения. Именно питание дает нам боль-
38
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
ОБМЕН
I. ОСНОВЫ ОБМЕНА. Обмен веществ и энергии — совокупность энергетического и вещественного взаимодействия организма с внешним миром и сопутствующие им внутриклеточные процессы.
Всю общность процессов обмена можно условно разбить натри составляющие:
а) процессы поглощения вещества и энергии из окружающей среды;
б) метаболизм — совокупность всех внутриклеточных (внут- риорганизменных) биохимических процессов;
в) выведение ненужных организму продуктов метаболизма во внешнюю среду, а также энергетические потери.
Надеюсь, теперь вы поняли, что метаболизм и обмен не одно и тоже. Метаболизм представляет сложнейшую составляющую обмена, но является более узким понятием, включающим хоть и самую объемную, но только внутриклеточную часть обмена.
Среди метаболических процессов выделяют:
Анаболизм — совокупность всех реакций синтеза крупных органических субстратов из более мелких. Биологическая роль анаболизма — рост, обновление структур. Он превалирует при беременности, в детском возрасте. Все без исключения реакции анаболизма нуждаются в энергетических затратах (эндэргониче-
ские реакции).
Катаболизм — совокупность внутриклеточных процессов распада. Если реакции синтеза требуют затрат энергии, то процессы катаболизма, наоборот, протекают с ее выделением, те являются экзергоническими. Следовательно, основной биологической функцией катаболических процессов является энергетическая функция. Это главный источник энергии для гетеротро- фов.
Индифферентные процессы — протекают без энергетического эффекта. Это самая большая группа биохимических реакций
(трансферазные, изомеразные, обменные, ассоциативно-диссо- циативные и др. Типы поглощения
Как было сказано выше, структура обмена веществ представлена тремя суперсоставляющими: поглощение, межуточный обмен и выведение. И если процессы выведения и, особенно,
метаболизма, будут подробно представлены в последующих разделах данного курса, то поглощение как афферентная часть обмена рассматривается в данной подглавке.
Поглощение является единственным источником усвоения вещества и энергии из окружающей среды. Выделяют три типа поглощения:
а) утилизация световой энергии (фотосинтез);
б) дыхание;
в) питание.
По типу поглощения все организмы делят на) Аутотрофы — усваивают энергию и вещества всеми тремя перечисленными способами. Их подразделяют на:
фототрофы, для которых главный путь потребления энергии свет (зеленые клетки растений, некоторые бактерии);
хемотрофы — редчайшая группа, использующая энергию неорганических веществ) Гетеротрофы — используют только дыхание и питание
(животные, грибы, микроорганизмы. Причем органические вещества, получаемые в процессе питания, являются для них единственным источником внешней энергии. Градацию гетеротрофов мы разберем чуть ниже.
37
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
3. Энергетический обмен
Жизнь представляет собой равновесный динамический процесс стабильного движения энергии. Именно энергетическая составляющая обмена определяет суть существования жизни.
Вам, как будущим медикам, белее интересны гетеротрофы
(к которым относится человек. О них и поговорим.
Для гетеротрофных организмов единственным внешним источником энергии является сила химических связей органических веществ, находящихся в пищевых продуктах. Перед гетеротрофами встает проблема извлечения этой энергии, а лучшим способом такого раскупоривания являются реакции распада,
т. е. катаболические процессы (см. выше, наиболее эффективными из которых являются реакции окисления.
По типу усвоения этой энергии, гетеротрофы делят на:
Аэробы — извлекают энергию органических связей путем окисления при участии кислорода (дыхание);
Анаэробы — подразделяются на факультативные — способны получать органическую энергию как анаэробным, таки аэробным способом облигатные — используют только бескислородные механизмы окисления. Более того, кислородная атмосфера для них смертельна.
Преимуществом аэробного окисления является гораздо бо̀льший выход энергии. Пример при полном аэробном окислении одной молекулы глюкозы образуется 36—38 молекул
АТФ, тогда как при анаэробном окислении этого вещества синтезируется лишь 2 молекулы АТФ. Таким образом, мы видим,
что в количественном плане, аэробный энергетический катаболизм гораздо эффективнее анаэробного, что определяет большую эволюционную прогрессивность организмов, использующих дыхание. Питание
Для человека (как и иных гетеротрофов) питание является основным типом поглощения. Именно питание дает нам боль-
38
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
шую часть вещества и всю энергию.
В биомедицинском аспекте следует рассматривать качественный и количественный состав пищи, регулярное употребление которой способно обеспечить нормальный метаболизм человеческого организма.
В качественном плане пища человека должна включать шесть необходимых компонентов белки липиды углеводы витамины минералы вода.
Пища выполняет две основных функции:
а) структурная. Здесь первую скрипку играют белки, поскольку наше тело построено преимущественно их этих веществ. Важна также роль фосфолипидов, образующих мембраны всех живых клеток;
б) энергетическая. Роль главного источника энергии играют углеводы (4,1 кКал/г), по причине своей распространенности и легкости утилизации. Липиды (нейтральные жиры) также выполняют эту функцию, и хоть они более энергоемки (9,3 кКал/г),
но являются энергетиком №2» в силу вышеназванных причин.
Рассмотрим количественный состав белков, липидов и угле- водов.
В пище человека нормальной считается пропорция 1:1:4, те. на одну массовую часть белка должна приходиться одна часть жиров и четыре части углеводов. Общая калорийность (энерго- запас) суточного рациона зависит от физической нагрузки и температуры окружающей среды и
колеблется от 2800 до 4500 кКал/сут.
На долю пищевого белка должно приходиться примерно от общего калоража (80—160 г/сут). Не менее 50% этой массы белок животного происхождения.
Липиды должны составлять около 30% от суточного калора-
39
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
В биомедицинском аспекте следует рассматривать качественный и количественный состав пищи, регулярное употребление которой способно обеспечить нормальный метаболизм человеческого организма.
В качественном плане пища человека должна включать шесть необходимых компонентов белки липиды углеводы витамины минералы вода.
Пища выполняет две основных функции:
а) структурная. Здесь первую скрипку играют белки, поскольку наше тело построено преимущественно их этих веществ. Важна также роль фосфолипидов, образующих мембраны всех живых клеток;
б) энергетическая. Роль главного источника энергии играют углеводы (4,1 кКал/г), по причине своей распространенности и легкости утилизации. Липиды (нейтральные жиры) также выполняют эту функцию, и хоть они более энергоемки (9,3 кКал/г),
но являются энергетиком №2» в силу вышеназванных причин.
Рассмотрим количественный состав белков, липидов и угле- водов.
В пище человека нормальной считается пропорция 1:1:4, те. на одну массовую часть белка должна приходиться одна часть жиров и четыре части углеводов. Общая калорийность (энерго- запас) суточного рациона зависит от физической нагрузки и температуры окружающей среды и
колеблется от 2800 до 4500 кКал/сут.
На долю пищевого белка должно приходиться примерно от общего калоража (80—160 г/сут). Не менее 50% этой массы белок животного происхождения.
Липиды должны составлять около 30% от суточного калора-
39
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
жа (90—145 г/сут). Соотношение животных и растительных жиров Углеводы составляют основную массу сухого остатка пищи.
Большая их часть должна быть представлена естественными углеводными компонентами (овощи, фрукты, каши, серый хлеб и др. Легкоусвояемые углеводы (сахар, кондитерские изделия,
сдоба, макароны и др) желательно свести к минимуму.
Незаменимые компоненты пищи — вещества органического происхождения, не синтезирующиеся в организме, но необходимые для обеспечения его жизнедеятельности. Следовательно,
они должны присутствовать в пище.
Незаменимые пищевые компоненты можно разделить натри группы:
а) витамины см. гл. б) незаменимые (эссенциальные) жирные кислоты — их всего две линолевая и линоленовая. Иногда их объединяют подтер- мином витамин F», хотя, исходя из критериев (см. гл. III), они никоим образом не относятся к витаминам;
в) незаменимые аминокислоты — вал, лей, иле, тре, лиз, мет,
фен, три. Выделяют также условно незаменимые аминокислоты
(арг, гис), которые синтезируются в организме человека, нов таких незначительных количествах, что должны присутствовать в пище (особенно у детей. ОСНОВЫ БИОЭНЕРГЕТИКИ. Терминология, строение митохондрий
Ну что ж, разберемся, откуда берется энергия в организме человека.
Сначала — основные понятия и их взаимосвязь.
Энергетический обмен — совокупность всех энергетических процессов в организме, включающий потребление, обмен и расход энергии (сокращенно — Э. Подобно обмену веществ,
он состоит из трех процессов получение энергии (афферентная часть, внутриклеточные превращения Э и потери Э;
40
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Большая их часть должна быть представлена естественными углеводными компонентами (овощи, фрукты, каши, серый хлеб и др. Легкоусвояемые углеводы (сахар, кондитерские изделия,
сдоба, макароны и др) желательно свести к минимуму.
Незаменимые компоненты пищи — вещества органического происхождения, не синтезирующиеся в организме, но необходимые для обеспечения его жизнедеятельности. Следовательно,
они должны присутствовать в пище.
Незаменимые пищевые компоненты можно разделить натри группы:
а) витамины см. гл. б) незаменимые (эссенциальные) жирные кислоты — их всего две линолевая и линоленовая. Иногда их объединяют подтер- мином витамин F», хотя, исходя из критериев (см. гл. III), они никоим образом не относятся к витаминам;
в) незаменимые аминокислоты — вал, лей, иле, тре, лиз, мет,
фен, три. Выделяют также условно незаменимые аминокислоты
(арг, гис), которые синтезируются в организме человека, нов таких незначительных количествах, что должны присутствовать в пище (особенно у детей. ОСНОВЫ БИОЭНЕРГЕТИКИ. Терминология, строение митохондрий
Ну что ж, разберемся, откуда берется энергия в организме человека.
Сначала — основные понятия и их взаимосвязь.
Энергетический обмен — совокупность всех энергетических процессов в организме, включающий потребление, обмен и расход энергии (сокращенно — Э. Подобно обмену веществ,
он состоит из трех процессов получение энергии (афферентная часть, внутриклеточные превращения Э и потери Э;
40
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Биологическое окисление — первая, афферентная часть энергетического обмена, включающая процессы катаболизма с выделением энергии;
Тканевое дыхание — кислородная часть биологического окисления, протекает в митохондриях. На ее долю приходится более биологического окисления.
Как видите, каждое последующие понятие является частью предыдущего (самое широкое — энергетический обмен, самое узкое — дыхание, те, они соотносятся между собой, как матрешки, находящиеся внутри друг друга.
Суть и строение митохондрий
Митохондрии — главные дыхательные органеллы, энергетические станции клетки, синтезирующие АТФ АТФ (аденозинтрифосфат) — главный аккумулятор и переносчик энергии в клетке (прим. автора).
Основные компоненты митохондрий:
а) Внешняя мембрана — отделяет пространство митохондрии от цитоплазмы, ее основная функция — ограничивающая;
б) Внутренняя мембрана — сложная структура, образующая многочисленные складки и выпячивания (кристы), увеличивающие ее поверхность. На ней фиксированы дыхательные цепочки
(о них — ниже) и АТФ-аза, те. структуры, отвечающие за синтез АТФ;
в) Межмембранное пространство — щель между внешней и внутренней мембраной, участвующая в синтезе АТФ путем формирования потенциала рН;
г) Матрикс — центральная часть митохондрии, окруженная внутренней мембраной, в нем расположены ферменты главных окислительных процессов цикла Кребса, окисления глицерина,
бета-окисления. Матрикс подобен топке в нем окисляются, сгорают органические вещества (как правило углеводы и жиры),
высвобождая огромное количество энергии, примерно 50% которой рассеивается в виде тепла, а вторая половина улавливает-
41
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Тканевое дыхание — кислородная часть биологического окисления, протекает в митохондриях. На ее долю приходится более биологического окисления.
Как видите, каждое последующие понятие является частью предыдущего (самое широкое — энергетический обмен, самое узкое — дыхание, те, они соотносятся между собой, как матрешки, находящиеся внутри друг друга.
Суть и строение митохондрий
Митохондрии — главные дыхательные органеллы, энергетические станции клетки, синтезирующие АТФ АТФ (аденозинтрифосфат) — главный аккумулятор и переносчик энергии в клетке (прим. автора).
Основные компоненты митохондрий:
а) Внешняя мембрана — отделяет пространство митохондрии от цитоплазмы, ее основная функция — ограничивающая;
б) Внутренняя мембрана — сложная структура, образующая многочисленные складки и выпячивания (кристы), увеличивающие ее поверхность. На ней фиксированы дыхательные цепочки
(о них — ниже) и АТФ-аза, те. структуры, отвечающие за синтез АТФ;
в) Межмембранное пространство — щель между внешней и внутренней мембраной, участвующая в синтезе АТФ путем формирования потенциала рН;
г) Матрикс — центральная часть митохондрии, окруженная внутренней мембраной, в нем расположены ферменты главных окислительных процессов цикла Кребса, окисления глицерина,
бета-окисления. Матрикс подобен топке в нем окисляются, сгорают органические вещества (как правило углеводы и жиры),
высвобождая огромное количество энергии, примерно 50% которой рассеивается в виде тепла, а вторая половина улавливает-
41
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
ся компонентами дыхательной цепи и, таким образом — идёт на образование АТФ.
Некогда (в архейскую. эру, далекие предки митохондрий были самостоятельными организмами, бактериями, паразитировавшими внутри одноклеточных. В какой-то момент они научились дышать, те. образовывать огромное количество АТФ путем окисления с участием О. Забирая органику, избыток АТФ они отдавали клетке-хозяину. Так паразитизм превратился в самый глобальный пример симбиоза. За миллиарды лет эти создания упростились, редуцировались до органелл, хотя митохондрии до сих пор имеют свидетельство бывшей самостоятельности — собственный геном (ДНК. Дыхательная цепь (цепь переноса электронов, ЦПЭ) фундаментальная мультиферментная система, обеспечивающая превращение выделенной в матриксе энергии в энергию АТФ.
К сожалению, нив одном учебнике или пособии я не нашел
42
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Некогда (в архейскую. эру, далекие предки митохондрий были самостоятельными организмами, бактериями, паразитировавшими внутри одноклеточных. В какой-то момент они научились дышать, те. образовывать огромное количество АТФ путем окисления с участием О. Забирая органику, избыток АТФ они отдавали клетке-хозяину. Так паразитизм превратился в самый глобальный пример симбиоза. За миллиарды лет эти создания упростились, редуцировались до органелл, хотя митохондрии до сих пор имеют свидетельство бывшей самостоятельности — собственный геном (ДНК. Дыхательная цепь (цепь переноса электронов, ЦПЭ) фундаментальная мультиферментная система, обеспечивающая превращение выделенной в матриксе энергии в энергию АТФ.
К сожалению, нив одном учебнике или пособии я не нашел
42
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
нормальную схему ЦПЭ, поэтому предлагаю свою, упрощенную:
Как видите, любой пищевой субстрат (глюкоза, глицерин,
жирная кислота и др, сгорающий в матриксе, отдает свою энергию (в виде электронов (ē) и Н) на дыхательную цепь, имеющую целую серию посредников (НАД, ФАД, коэнзим Q, цитохромы b,
c, c
1
, aa
3
). По пути к кислороду, вдыхательной цепи имеется три выплеска энергии, которые (как указано на схеме) идут на синтез трех молекул АТФ.
Коэффициент РО — среднее число АТФ, образующееся вдыхательной цепи за один проброс. Как видно из схемы, это число должно быть равно трем. В действительности — чуть ниже, но стремится к 3. Это объясняется тем, что не все субстраты начинают окисляться с НАД, есть такие (пример — сукцинат), которые минуют первый этап и отдают свою энергию сразу на ФАД. Как видите, в этом случае первая АТФ теряется, образуются лишь две молекулы.
Запомните (это пригодится во втором семестре, в митохондриях НАД
Н дает 3 АТФ, ФАД
Н
2
— 2 АТФ. Синтез АТФ
Пусть вас не пугает непонятный термин фосфорилирование, этим словом часто обозначают образование АТФ.
Выделяют два типа синтеза АТФ:
а) Субстратное фосфорилирование — АТФ образуется непосредственно в реакции (самый простой и древний способ, возникший с появлением жизни);
б) Окислительное фосфорилирование — двойной процесс, состоящий из сопряженных между собой окисления органики в матриксе и синтеза АТФ на внутренней мембране, вдыхательной цепи (см. выше. Этот процесс более эффективен, чем субстратный синтез. Немудрено, что большая часть АТФ в организме образуется этим путем.
Различить эти два процесса на бумаге очень легко. Если перед вами уравнение реакции, в правой части которого образуется АТФ — это субстратное фосфорилирование, если в пра-
43
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Как видите, любой пищевой субстрат (глюкоза, глицерин,
жирная кислота и др, сгорающий в матриксе, отдает свою энергию (в виде электронов (ē) и Н) на дыхательную цепь, имеющую целую серию посредников (НАД, ФАД, коэнзим Q, цитохромы b,
c, c
1
, aa
3
). По пути к кислороду, вдыхательной цепи имеется три выплеска энергии, которые (как указано на схеме) идут на синтез трех молекул АТФ.
Коэффициент РО — среднее число АТФ, образующееся вдыхательной цепи за один проброс. Как видно из схемы, это число должно быть равно трем. В действительности — чуть ниже, но стремится к 3. Это объясняется тем, что не все субстраты начинают окисляться с НАД, есть такие (пример — сукцинат), которые минуют первый этап и отдают свою энергию сразу на ФАД. Как видите, в этом случае первая АТФ теряется, образуются лишь две молекулы.
Запомните (это пригодится во втором семестре, в митохондриях НАД
Н дает 3 АТФ, ФАД
Н
2
— 2 АТФ. Синтез АТФ
Пусть вас не пугает непонятный термин фосфорилирование, этим словом часто обозначают образование АТФ.
Выделяют два типа синтеза АТФ:
а) Субстратное фосфорилирование — АТФ образуется непосредственно в реакции (самый простой и древний способ, возникший с появлением жизни);
б) Окислительное фосфорилирование — двойной процесс, состоящий из сопряженных между собой окисления органики в матриксе и синтеза АТФ на внутренней мембране, вдыхательной цепи (см. выше. Этот процесс более эффективен, чем субстратный синтез. Немудрено, что большая часть АТФ в организме образуется этим путем.
Различить эти два процесса на бумаге очень легко. Если перед вами уравнение реакции, в правой части которого образуется АТФ — это субстратное фосфорилирование, если в пра-
43
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
вой части вы видите образование НАД
Н, или ФАД
Н
2
— окис- лительное.
Химиоосмотическая теория Митчелла
В 1961 г. англичанин Питер Митчелл вывел гипотезу, объясняющую механизм синтеза АТФ в митохондриях.
В большинстве учебников этот вопрос дан не совсем понятно. Попытаюсь объяснить попроще. Для начала найдите в своем учебнике рисунок Механизм образования АТФ согласно химиоосмотической гипотезе. Теперь слушайте. Как вы уже знаете, окисляясь в матриксе, субстрат отдает электроны на дыхательную цепь, двигаясь по которой, они выделяют энергию, которая идёт на перекачку Низ матрикса в межмем- бранное пространство (сквозь внутреннюю мембрану. Входе процесса, в этом пространстве накапливается избыток Н, т. е.
положительный заряда в матриксе — отрицательный. В результате разности потенциалов, Н
+
вновь стремятся назад,
в матрикс, чтобы вернуть прежнее равновесие. Они продираются через тонкие каналы фермента АТФ-азы (которые соединяют эти два пространства, попутно возбуждая этот фермент.
Возбужденная АТФ-аза превращает АДФ + фосфат в
Н, или ФАД
Н
2
— окис- лительное.
Химиоосмотическая теория Митчелла
В 1961 г. англичанин Питер Митчелл вывел гипотезу, объясняющую механизм синтеза АТФ в митохондриях.
В большинстве учебников этот вопрос дан не совсем понятно. Попытаюсь объяснить попроще. Для начала найдите в своем учебнике рисунок Механизм образования АТФ согласно химиоосмотической гипотезе. Теперь слушайте. Как вы уже знаете, окисляясь в матриксе, субстрат отдает электроны на дыхательную цепь, двигаясь по которой, они выделяют энергию, которая идёт на перекачку Низ матрикса в межмем- бранное пространство (сквозь внутреннюю мембрану. Входе процесса, в этом пространстве накапливается избыток Н, т. е.
положительный заряда в матриксе — отрицательный. В результате разности потенциалов, Н
+
вновь стремятся назад,
в матрикс, чтобы вернуть прежнее равновесие. Они продираются через тонкие каналы фермента АТФ-азы (которые соединяют эти два пространства, попутно возбуждая этот фермент.
Возбужденная АТФ-аза превращает АДФ + фосфат в
1 2 3 4 5 6 7 8
АТФ.
Вот и все.
Цикл Кребса. Как вы заметили, мы начали с конца — с синтеза АТФ (так удобнее для восприятия, а теперь вернемся к процессам окисления в матриксе, что дают энергию для всего этого.
Важнейший окислительный процесс (не только в матриксе,
но ив организме в целом) — цикл Кребса (цитратный цикл,
цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), цикл лимонной кислоты…),
открытый ХА. Кребсом в середине прошлого века. Это ключевой процесс распада, в который, как в воронку водоворота,
стекаются все катаболические пути. Это главный механизм получения энергии гетеротрофами. ЦТК выполняет не только энергетическую функцию, но и функцию центрального процесса взаимосвязи обменов. Цикл Кребса состоит из 8 последовательных реакций. Обязан предупредить все восемь вам при-
44
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
дется выучить (они есть в вашем учебнике).
Вы должны знать, сколько энергии дает цитратный цикл. Давайте разберем его энергетический баланс (напомню НАД
Н —
3 АТФ, ФАД
Н
2
— я, я и я реакции 3 НАД
Н = х = 9 АТФ;
5-я реакция 1 ГТФ — идентично 1 АТФ;
6-я реакция 1 ФАД
Н
2
= 2 АТФ;
ВСЕГО = 12 АТФ. Регуляция и патология дыхания
Регуляция дыхания включает два аспекта физиологический и молекулярный:
а) Дыхательный контроль — изменение интенсивности дыхания в зависимости от соотношения АТФ/АДФ по принципу обратной связи. Тут все просто, поскольку именно дыхание снабжает организм энергией, следовательно, избыток АТФ (носителя
Э) будет тормозить интенсивность дыхания, а избыток АДФ (его антагониста) — стимулировать.
б) Молекулярная регуляция ЦТК. Вы уже знакомы с системой аллостерического управления. В координации работы цикла
Кребса те же принципы лимитирующей является реакция следовательно, аллостерический фермент — №3 — изоцитратде- гидрогеназа. Он ингибируется избытком АТФ и НАД
Н (как косвенных продуктов процесса, а активируется АДФ и НАД.
Разобщение — процесс, при котором окислительная энергия
(матрикс) идет не на синтез АТФ (внутр. мембрана, а рассеивается в форме тепла. Разобщение не бывает полным (это повлекло бы мгновенную смерть. Для этого процесса характерны два ярких признака коэффициент P/O снижается, а теплопродукция повышается.
Типы разобщения Токсическое — при отравлении разобщающими ядами
(2,4-нитрофенол);
— Физиологическое — при замерзании, способствует согреванию за счет усиленной теплопродукции.
45
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Вы должны знать, сколько энергии дает цитратный цикл. Давайте разберем его энергетический баланс (напомню НАД
Н —
3 АТФ, ФАД
Н
2
— я, я и я реакции 3 НАД
Н = х = 9 АТФ;
5-я реакция 1 ГТФ — идентично 1 АТФ;
6-я реакция 1 ФАД
Н
2
= 2 АТФ;
ВСЕГО = 12 АТФ. Регуляция и патология дыхания
Регуляция дыхания включает два аспекта физиологический и молекулярный:
а) Дыхательный контроль — изменение интенсивности дыхания в зависимости от соотношения АТФ/АДФ по принципу обратной связи. Тут все просто, поскольку именно дыхание снабжает организм энергией, следовательно, избыток АТФ (носителя
Э) будет тормозить интенсивность дыхания, а избыток АДФ (его антагониста) — стимулировать.
б) Молекулярная регуляция ЦТК. Вы уже знакомы с системой аллостерического управления. В координации работы цикла
Кребса те же принципы лимитирующей является реакция следовательно, аллостерический фермент — №3 — изоцитратде- гидрогеназа. Он ингибируется избытком АТФ и НАД
Н (как косвенных продуктов процесса, а активируется АДФ и НАД.
Разобщение — процесс, при котором окислительная энергия
(матрикс) идет не на синтез АТФ (внутр. мембрана, а рассеивается в форме тепла. Разобщение не бывает полным (это повлекло бы мгновенную смерть. Для этого процесса характерны два ярких признака коэффициент P/O снижается, а теплопродукция повышается.
Типы разобщения Токсическое — при отравлении разобщающими ядами
(2,4-нитрофенол);
— Физиологическое — при замерзании, способствует согреванию за счет усиленной теплопродукции.
45
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Гипоксия — патологическое состояние, при котором отмечается общая нехватка кислорода в организме.
Классификация гипоксий:
1) экзогенная — возникает при снижении уровня О
2
во внешней среде (пожар, закрытые помещения, высокогорье) Эндогенная — возникает в результате нарушений функций организма. Делят на:
а) дыхательная респираторная — в результате дисфункции дыхательных путей (инородное тело, удушение, бронхиальная астма легочная — при поражении паренхимы легких (пневмония, туберкулез);
б) гемическая:
— анемическая — при значительном снижении гемоглобина,
ответственного за транспорт кислорода (анемии циркуляторная — возникает при тяжелых поражениях сердца приводящих к сердечной недостаточности;
в) тканевая — при нарушении дыхательных процессов на уровне митохондрий (отравление цианидами, сероводоро- дом).
Не следует путать гипоксию с ишемией — местным дефицитом О
2
в конкретной ткани. Микросомальное окисление
Львиная доля вдыхаемого нами кислорода идет на энергетические процессы, описанные выше. Но какая-то часть тратится на иные нужды — микросомальное окисление. Этот процесс протекает в эндоплазматической сети (не в микросомах, таких органелл нет) печении надпочечников. Основные ферменты:
диоксигеназы (присоединяющие 2 атома кислорода) и более распространенные монооксигеназы (гидроксилазы), образующие гидроксильную группу на основе одного атома кислорода.
Цепь микросомального окисления (см. учебник) немного напоминает ЦПЭ, но значительно короче. Ее основное назначение предотвращение образования перекисных свободных ра-
46
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Классификация гипоксий:
1) экзогенная — возникает при снижении уровня О
2
во внешней среде (пожар, закрытые помещения, высокогорье) Эндогенная — возникает в результате нарушений функций организма. Делят на:
а) дыхательная респираторная — в результате дисфункции дыхательных путей (инородное тело, удушение, бронхиальная астма легочная — при поражении паренхимы легких (пневмония, туберкулез);
б) гемическая:
— анемическая — при значительном снижении гемоглобина,
ответственного за транспорт кислорода (анемии циркуляторная — возникает при тяжелых поражениях сердца приводящих к сердечной недостаточности;
в) тканевая — при нарушении дыхательных процессов на уровне митохондрий (отравление цианидами, сероводоро- дом).
Не следует путать гипоксию с ишемией — местным дефицитом О
2
в конкретной ткани. Микросомальное окисление
Львиная доля вдыхаемого нами кислорода идет на энергетические процессы, описанные выше. Но какая-то часть тратится на иные нужды — микросомальное окисление. Этот процесс протекает в эндоплазматической сети (не в микросомах, таких органелл нет) печении надпочечников. Основные ферменты:
диоксигеназы (присоединяющие 2 атома кислорода) и более распространенные монооксигеназы (гидроксилазы), образующие гидроксильную группу на основе одного атома кислорода.
Цепь микросомального окисления (см. учебник) немного напоминает ЦПЭ, но значительно короче. Ее основное назначение предотвращение образования перекисных свободных ра-
46
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
дикалов входе этого процесса.
Функции микросомального окисления:
а) Синтез веществ, содержащих кислород (адреналин, холестерин и др.).
б) Дезинтоксикационная функция печени — ключевую роль в этом процессе играет главный фермент микросомального окисления цитохром Р. Полезнейшее свойство этого белка способность повышать свою концентрацию при регулярном попадании яда в организм. Это способствует активной борьбе с интоксикацией. Подробнее о дезинтоксикации в конце второго раздела (семестра).
47
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Функции микросомального окисления:
а) Синтез веществ, содержащих кислород (адреналин, холестерин и др.).
б) Дезинтоксикационная функция печени — ключевую роль в этом процессе играет главный фермент микросомального окисления цитохром Р. Полезнейшее свойство этого белка способность повышать свою концентрацию при регулярном попадании яда в организм. Это способствует активной борьбе с интоксикацией. Подробнее о дезинтоксикации в конце второго раздела (семестра).
47
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
ГЛАВА V МАТРИЧНЫЕ
БИОСИНТЕЗЫ
I. СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ. Азотистые основания — основная составляющая нуклеиновых кислот (ДНК и РНК, именно они являются хранителями наследственной информации. Существуют множество азотистых оснований, но главных всего пять. Два пуриновых аденин далее А, гуанин (Г) и три пиримидиновых цитозин (Ц, тимин (Т,
характерный для ДНК, и урацил (У, встречающийся только в РНК).
Чтобы легче выучить формулы азотистых оснований, надо усвоить несколько простейших правил в шестиугольном цикле (и у пуринов, и у пиримидинов)
всегда 2 атома N (в нижнем углу ив верхнем боковом в пятиугольном тоже 2 (вверху и внизу в шестиугольнике всегда 3 двойных связи (включая двойные связи у кислорода двойные связи чередуются с оди- нарными.
Лактим-лактамная таутомерия (схема дана в учебнике) — характерна для всех азотистых оснований, кроме аденина. Ее суть:
водород от азота мигрирует к кислороду, а двойная связь от кислорода к азоту, затем наоборот, до бесконечности.
Минорные
1
основания — группа из нескольких десятков азотистых оснований, не относящихся к 5 главным, встречаю-
1
Запомните это прилагательное, которое часто употребляют в медицине. Минорный, значит — неосновной, редко встречающийся (прим.
автора).
48
БИОСИНТЕЗЫ
I. СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ. Азотистые основания — основная составляющая нуклеиновых кислот (ДНК и РНК, именно они являются хранителями наследственной информации. Существуют множество азотистых оснований, но главных всего пять. Два пуриновых аденин далее А, гуанин (Г) и три пиримидиновых цитозин (Ц, тимин (Т,
характерный для ДНК, и урацил (У, встречающийся только в РНК).
Чтобы легче выучить формулы азотистых оснований, надо усвоить несколько простейших правил в шестиугольном цикле (и у пуринов, и у пиримидинов)
всегда 2 атома N (в нижнем углу ив верхнем боковом в пятиугольном тоже 2 (вверху и внизу в шестиугольнике всегда 3 двойных связи (включая двойные связи у кислорода двойные связи чередуются с оди- нарными.
Лактим-лактамная таутомерия (схема дана в учебнике) — характерна для всех азотистых оснований, кроме аденина. Ее суть:
водород от азота мигрирует к кислороду, а двойная связь от кислорода к азоту, затем наоборот, до бесконечности.
Минорные
1
основания — группа из нескольких десятков азотистых оснований, не относящихся к 5 главным, встречаю-
1
Запомните это прилагательное, которое часто употребляют в медицине. Минорный, значит — неосновной, редко встречающийся (прим.
автора).
48
щихся значительно реже и отличающихся наличием одной или нескольких метильных групп — СН
3
. Минорные основания присутствуют только в РНК (до 15%), делая эту молекулу более устойчивой к повреждениям. Не стоит учить такую массу формул. Есть более простой способ. По учебнику запоминаете нумерацию атомов в цикле пурина (от 1 дои пиримидина
(от 1 до 6). Далее — совсем просто. Допустим, вас просят нарисовать минорное основание 3-метил-цитозин. Рисуете знакомый вам цитозин ив м положении, пририсовываете –СН
3
(не забыв убрать один Ну азота. Все!
б) Нуклеотиды — мономеры (составные единицы) ДНК
и РНК. Проблема в том, что сам нуклеотид построен из трех составных частей (см. учебник азотистого основания, пентозы
(рибозы или дезоксирибозы) и фосфата. Надо научиться соединять их. Пентоза соединяется с основанием N-гликозидной связью, через кислород. Те, первый (по нумерации) атом С рибозы соединяется с первым азотом у пиримидинов, или см у пуринов. Фосфат всегда присоединяется к рибозе через группу
-О-СН
2
- (й атом. Причем, фосфатных остатков может быть от 1 до 3. Это отображается в названии. Нуклеотиды имеют трехбуквенные сокращенные обозначения. Пример ГМФ — гуа- нозинмонофосфат: гуанин — рибоза — фосфат ЦТФ — цитидин- трифосфат: цитозин — рибоза — три фосфата. Как вы заметили,
в этом случае пурины имеют окончание «озин», пиримидины —
«идин».
II. Структура ДНК
Первичная структура. Здесь опять обращаемся к схеме в учебнике. Вы видите, что азотистые основания не участвуют в образовании первичной структуры. Она формируется фосфо- диэфирными связями между фосфатными остатками и пентозой.
Причем, предыдущий фосфат крепится к 5-му атому пентозы,
а последующий — к 3-му. Собственно, этим все сказано. Здесь главное — понять принцип соединения. Советую серьезно потренироваться дома. Таким образом, любая цепь (и ДНК, и РНК)
49
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
серами — свободными фрагментами ДНК, защищенными гисто- ном Н. РНК
Если ДНК — хранители генетической информации, то РНК ее реализаторы. Выделяют 3 основных типа:
м-РНК (и-РНК) — 3% от общего количества РНК в клетке.
Выполняет функцию переноса генетической информации о белке от ДНК к месту его синтеза — рибосоме;
т-РНК (15%) — ее функция — не транспортная, как думают многие (аминокислота и без ее помощи дойдет до рибосомы. т-
РНК — это адаптер (переходник, переводящий генетический код в код аминокислотной последовательности;
р-РНК (более 80%) — ее функция — структурная. р-РНК входит в состав рибосом (до 50% от общего веса. Вот почему этих молекул так много в клетке.
Обратите внимание, по этой теме вас ждет контрольная работа. Удивительно, но для того, чтобы справиться с ней, достаточно знать формулы всего семи несложных веществ аденина,
гуанина, цитозина, тимина, урацила, рибозы и фосфатного остатка. Чего уж проще Но это не все. Главное — научиться связывать названные молекулы в нуклеотиды, а нуклеотиды — впер- вичную цепь ДНК. Все это прекрасно дано в ваших учебниках.
Дерзайте!
II МАТРИЧНЫЕ БИОСИНТЕЗЫ
I. Вводные понятия
Движение генетической информации. В это смысле выделяют три объекта ДНК (хранитель, РНК (реализатор, белок (конечная цель).
Возможны следующие типы движения репликация — передача информации от ДНК к ДНК транскрипция — от ДНК к РНК трансляция — от м-РНК к белку (синтез белка на рибо-
51
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
II. Механизм биосинтезов
1. Репликация — удвоение цепи ДНК, в широком смысле удвоение генома. Происходит исключительно при делении клеток. Репликация протекает полуконсервативным путем (консервативного пути нет, он невозможен даже теоретически, это всего лишь ошибочная версия) и имеет три стадии:
а) Инициация начало, см. рис. репликативной вилки в вашем учебнике) — начало процесса. Под действием хеликазы
происходит разрыв водородных связей и частичное раскручивание рукавов двойной спирали — образование вилки. белки удерживают ДНК в раскрученном состоянии, топоизоме-
раза предотвращает образование антивитков при дальнейшем раскручивании. Альфа-ДНК-полимераза образует вначале цепей праймер малую последовательность РНК) — стартовую затравку для дальнейшего синтеза ДНК.
б) Элонгация удлинение) — собственно удвоение ДНК. Основным ферментом этого процесса является ДНК-полимераза.
Выделяют 5 ее типов Альфа — синтезирует праймер;
— Бета — заменяет праймер на участок ДНК Гамма — обеспечивает репарацию Дельта и эпсилон — отвечают за репликацию. Именно эти два типа обеспечивают удвоение цепи ДНК, прикрепляясь к праймеру и подстраивая нуклеотиды напротив старой цепи по принципу комплементарности, создавая, таким образом, ан- тикопию цепи матрицы.
Т. к. движение синтеза идёт только водном направлении:
от 5 к 3 концу, а направление цепей противоположно друг другу,
следовательно, цепи в паре неравнозначны. Лидирующая цепь та, где движение ДНК-полимеразы идет от конца, непрерывно;
Отстающая цепь — та, где синтез идёт в противоположном направлении. Как только участок цепи заканчивается, ДНК-поли- мераза крепится к новому праймеру вновь раскрученного участка ДНК, и все начинается сначала. Таким образом, на отстающей цепи синтез идёт прерывисто, образуя фрагменты Оказаки.
53
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
3
. Минорные основания присутствуют только в РНК (до 15%), делая эту молекулу более устойчивой к повреждениям. Не стоит учить такую массу формул. Есть более простой способ. По учебнику запоминаете нумерацию атомов в цикле пурина (от 1 дои пиримидина
(от 1 до 6). Далее — совсем просто. Допустим, вас просят нарисовать минорное основание 3-метил-цитозин. Рисуете знакомый вам цитозин ив м положении, пририсовываете –СН
3
(не забыв убрать один Ну азота. Все!
б) Нуклеотиды — мономеры (составные единицы) ДНК
и РНК. Проблема в том, что сам нуклеотид построен из трех составных частей (см. учебник азотистого основания, пентозы
(рибозы или дезоксирибозы) и фосфата. Надо научиться соединять их. Пентоза соединяется с основанием N-гликозидной связью, через кислород. Те, первый (по нумерации) атом С рибозы соединяется с первым азотом у пиримидинов, или см у пуринов. Фосфат всегда присоединяется к рибозе через группу
-О-СН
2
- (й атом. Причем, фосфатных остатков может быть от 1 до 3. Это отображается в названии. Нуклеотиды имеют трехбуквенные сокращенные обозначения. Пример ГМФ — гуа- нозинмонофосфат: гуанин — рибоза — фосфат ЦТФ — цитидин- трифосфат: цитозин — рибоза — три фосфата. Как вы заметили,
в этом случае пурины имеют окончание «озин», пиримидины —
«идин».
II. Структура ДНК
Первичная структура. Здесь опять обращаемся к схеме в учебнике. Вы видите, что азотистые основания не участвуют в образовании первичной структуры. Она формируется фосфо- диэфирными связями между фосфатными остатками и пентозой.
Причем, предыдущий фосфат крепится к 5-му атому пентозы,
а последующий — к 3-му. Собственно, этим все сказано. Здесь главное — понять принцип соединения. Советую серьезно потренироваться дома. Таким образом, любая цепь (и ДНК, и РНК)
49
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
имеет два конца конец и 3-конец.
Все знают, что в ДНК зашифрован геном. Но что это такое.
Удивительно, но практически вся генетическая информация, это запись строения первичной структуры всех белков организма.
И ничего более Этот факт подтверждает то, что именно белки обеспечивают жизнь, как таковую, до последнего процесса. Достаточно, опираясь на информацию в ДНК, синтезировать первичную структуру белка, как она автоматически приобретает лишь один (самый выгодный из миллионов) вариант вторичной,
третичной и четвертичной структуры (процесс самосборки структур белка называют фолдинг). Таким образом, первичная структура белка зашифрована в ДНК, а в первичной белковой последовательности закодированы остальные высшие структуры, обеспечивающие все функции живого.
Вторичная структура. Ее открытию предшествовало выведение правил Чаргаффа: 1) Количество пуринов равно количеству пиримидинов (А+Г=Е+Ц); 2) А+Ц=Г+Т; 3) АТ, Г=Ц.
Коэффициент специфичности Г+Ц/А+Т
У прокариоту эукариот Вторичная структура — двойная спираль антипараллельных цепей ДНК (открытая Дж. Уотсоном и Ф. Криком в середине прошлого века, в которой две первичных последовательности бережно окутывают главную ценность — находящиеся внутри азотистые основания, соединенные в поперечные пары по принципу комплементарности АТ (2 водородных связи ГЦ. На один виток спирали приходится 10 пар. В данном положении носители генома (азотистые основания) полностью защищены двумя фосфопентозными шлейфами от внешнего воздействия. Поэтому повреждения (мутации) в этом состоянии невозможны (они происходят только при раскручивании спирали ДНК в процессе репликации или транскрипции).
Третичная структура (данный вопрос в учебнике отсутствует компактное сворачивание спирали, образующее нуклеосо-
мы — конденсация ДНК с восемью глобулами белков гистонов типа На, Н, H3, H4 (каждый — по 2), перемежающиеся спей-
50
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Все знают, что в ДНК зашифрован геном. Но что это такое.
Удивительно, но практически вся генетическая информация, это запись строения первичной структуры всех белков организма.
И ничего более Этот факт подтверждает то, что именно белки обеспечивают жизнь, как таковую, до последнего процесса. Достаточно, опираясь на информацию в ДНК, синтезировать первичную структуру белка, как она автоматически приобретает лишь один (самый выгодный из миллионов) вариант вторичной,
третичной и четвертичной структуры (процесс самосборки структур белка называют фолдинг). Таким образом, первичная структура белка зашифрована в ДНК, а в первичной белковой последовательности закодированы остальные высшие структуры, обеспечивающие все функции живого.
Вторичная структура. Ее открытию предшествовало выведение правил Чаргаффа: 1) Количество пуринов равно количеству пиримидинов (А+Г=Е+Ц); 2) А+Ц=Г+Т; 3) АТ, Г=Ц.
Коэффициент специфичности Г+Ц/А+Т
У прокариоту эукариот Вторичная структура — двойная спираль антипараллельных цепей ДНК (открытая Дж. Уотсоном и Ф. Криком в середине прошлого века, в которой две первичных последовательности бережно окутывают главную ценность — находящиеся внутри азотистые основания, соединенные в поперечные пары по принципу комплементарности АТ (2 водородных связи ГЦ. На один виток спирали приходится 10 пар. В данном положении носители генома (азотистые основания) полностью защищены двумя фосфопентозными шлейфами от внешнего воздействия. Поэтому повреждения (мутации) в этом состоянии невозможны (они происходят только при раскручивании спирали ДНК в процессе репликации или транскрипции).
Третичная структура (данный вопрос в учебнике отсутствует компактное сворачивание спирали, образующее нуклеосо-
мы — конденсация ДНК с восемью глобулами белков гистонов типа На, Н, H3, H4 (каждый — по 2), перемежающиеся спей-
50
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
серами — свободными фрагментами ДНК, защищенными гисто- ном Н. РНК
Если ДНК — хранители генетической информации, то РНК ее реализаторы. Выделяют 3 основных типа:
м-РНК (и-РНК) — 3% от общего количества РНК в клетке.
Выполняет функцию переноса генетической информации о белке от ДНК к месту его синтеза — рибосоме;
т-РНК (15%) — ее функция — не транспортная, как думают многие (аминокислота и без ее помощи дойдет до рибосомы. т-
РНК — это адаптер (переходник, переводящий генетический код в код аминокислотной последовательности;
р-РНК (более 80%) — ее функция — структурная. р-РНК входит в состав рибосом (до 50% от общего веса. Вот почему этих молекул так много в клетке.
Обратите внимание, по этой теме вас ждет контрольная работа. Удивительно, но для того, чтобы справиться с ней, достаточно знать формулы всего семи несложных веществ аденина,
гуанина, цитозина, тимина, урацила, рибозы и фосфатного остатка. Чего уж проще Но это не все. Главное — научиться связывать названные молекулы в нуклеотиды, а нуклеотиды — впер- вичную цепь ДНК. Все это прекрасно дано в ваших учебниках.
Дерзайте!
II МАТРИЧНЫЕ БИОСИНТЕЗЫ
I. Вводные понятия
Движение генетической информации. В это смысле выделяют три объекта ДНК (хранитель, РНК (реализатор, белок (конечная цель).
Возможны следующие типы движения репликация — передача информации от ДНК к ДНК транскрипция — от ДНК к РНК трансляция — от м-РНК к белку (синтез белка на рибо-
51
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
соме РНК-репликация — от РНК к РНК (типично для РНК-виру- сов обратная транскрипция — от РНК к ДНК (характерно для ретро- (онко) вирусов).
Свойства генетического кода (постулаты Ф. Крика) триплетность — 1 аминокислота кодируется последовательностью из трех азотистых оснований — триплетом (кодоном) вырожденность — поскольку комбинаций активных триплетов, а аминокислот всего 20, следовательно, каждая из аминокислот (кроме метионина и триптофана) кодируется несколькими триплетами. При этому кодонов, определяющих одну и туже аминокислоту, первые два основания фиксированы, а третье положение может занимать одно из четырех разных оснований) специфичность — каждый кодон соответствует только одной аминокислоте) универсальность — все живые организмы — эукариоты,
прокариоты и вирусы — используют один и тот же код) неперекрываемость и непрерывность — один и тот же нуклеотид не может входить в два рядом расположенных триплета одновременно, триплеты идут непрерывно, без разрывов) линейность и однонаправленность — полагаю, не требует объяснений.
Белоксинтезирующая система — набор факторов, необходимых для синтеза белка. В него входят рибосома м-РНК; аминокислоты видов т-РНК (20 видов аминоацил-т-РНК-синтета- за (20 видов АТФ и ГТФ; факторы синтеза ионы магния.
Стадии синтеза белка) Ядерная — транскрипция (иногда и репликация) Цитозольная: а) активация аминокислот б) трансляция.
У эукариот репликация каждой ДНК идёт сразу в тысячах точек репликации одновременно. Это экономит время.
52
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Свойства генетического кода (постулаты Ф. Крика) триплетность — 1 аминокислота кодируется последовательностью из трех азотистых оснований — триплетом (кодоном) вырожденность — поскольку комбинаций активных триплетов, а аминокислот всего 20, следовательно, каждая из аминокислот (кроме метионина и триптофана) кодируется несколькими триплетами. При этому кодонов, определяющих одну и туже аминокислоту, первые два основания фиксированы, а третье положение может занимать одно из четырех разных оснований) специфичность — каждый кодон соответствует только одной аминокислоте) универсальность — все живые организмы — эукариоты,
прокариоты и вирусы — используют один и тот же код) неперекрываемость и непрерывность — один и тот же нуклеотид не может входить в два рядом расположенных триплета одновременно, триплеты идут непрерывно, без разрывов) линейность и однонаправленность — полагаю, не требует объяснений.
Белоксинтезирующая система — набор факторов, необходимых для синтеза белка. В него входят рибосома м-РНК; аминокислоты видов т-РНК (20 видов аминоацил-т-РНК-синтета- за (20 видов АТФ и ГТФ; факторы синтеза ионы магния.
Стадии синтеза белка) Ядерная — транскрипция (иногда и репликация) Цитозольная: а) активация аминокислот б) трансляция.
У эукариот репликация каждой ДНК идёт сразу в тысячах точек репликации одновременно. Это экономит время.
52
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
II. Механизм биосинтезов
1. Репликация — удвоение цепи ДНК, в широком смысле удвоение генома. Происходит исключительно при делении клеток. Репликация протекает полуконсервативным путем (консервативного пути нет, он невозможен даже теоретически, это всего лишь ошибочная версия) и имеет три стадии:
а) Инициация начало, см. рис. репликативной вилки в вашем учебнике) — начало процесса. Под действием хеликазы
происходит разрыв водородных связей и частичное раскручивание рукавов двойной спирали — образование вилки. белки удерживают ДНК в раскрученном состоянии, топоизоме-
раза предотвращает образование антивитков при дальнейшем раскручивании. Альфа-ДНК-полимераза образует вначале цепей праймер малую последовательность РНК) — стартовую затравку для дальнейшего синтеза ДНК.
б) Элонгация удлинение) — собственно удвоение ДНК. Основным ферментом этого процесса является ДНК-полимераза.
Выделяют 5 ее типов Альфа — синтезирует праймер;
— Бета — заменяет праймер на участок ДНК Гамма — обеспечивает репарацию Дельта и эпсилон — отвечают за репликацию. Именно эти два типа обеспечивают удвоение цепи ДНК, прикрепляясь к праймеру и подстраивая нуклеотиды напротив старой цепи по принципу комплементарности, создавая, таким образом, ан- тикопию цепи матрицы.
Т. к. движение синтеза идёт только водном направлении:
от 5 к 3 концу, а направление цепей противоположно друг другу,
следовательно, цепи в паре неравнозначны. Лидирующая цепь та, где движение ДНК-полимеразы идет от конца, непрерывно;
Отстающая цепь — та, где синтез идёт в противоположном направлении. Как только участок цепи заканчивается, ДНК-поли- мераза крепится к новому праймеру вновь раскрученного участка ДНК, и все начинается сначала. Таким образом, на отстающей цепи синтез идёт прерывисто, образуя фрагменты Оказаки.
53
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Источником синтеза являются нуклеозидтрифосфаты (АТФ,
ГТФ, ЦТФ и ТТФ), которые являются не только строительным материалом, но и несут энергию для синтеза.
в) терминация окончание, вспомните терминатора, пытавшегося окончить жизнь Сары Коннор) — когда удвоение ДНК закончено, бета-ДНК-полимераза разрушает все праймеры, достраивая эти места соответствующими участками ДНК, а ДНК- лигазы склеивают отдельные фрагменты в единую цепь ДНК. Транскрипция — переписывание генетической информации с ДНК на РНК. В этом процессе образуются все три типа
РНК, нов плане синтеза белка, нас интересует м-РНК. Фрагмент
ДНК, подвергающийся переписыванию, называется тран-
скриптон оперон, он построен из последовательно расположенных участков промотор (место, куда крепится РНК-полиме- раза, оператор (о нем будет сказано позднее, ген (главный фрагмент, несущий информацию о конкретном белке, терминатор (участок, заканчивающий транскрипцию. Существует 3 типа
РНК-полимераз:
— РНК-полимераза I — синтез р-РНК;
— РНК-полимераза II — синтез м-РНК;
— РНК-полимераза III — синтез т-РНК иго вида р-РНК
Стадии репликации:
а) Инициация — идентична таковой в репликации. Разница лишь в том, что раскручивается лишь небольшой участок ДНК.
б) Элонгация — протекает по тем же принципам, что и элонгация репликации. Разница лишь в ферментах (РНК-полимераза вместо ДНК-полимераз).
в) Терминация — транскрипция заканчивается, когда полиме- раза достигает терминатора и соскакивает с него.
г) Постранскрипционный процессинг — дозревание синтезированной м-РНК. Первичная м-РНК имеет в своем составе как нужные участки — экзоны несущие информацию о белке, таки бесполезные — интроны, копию промотора, оператора Все ненужные части проходят рестрикцию — вырезание с помощью рестриктаз и разрушение эндонуклеазами. Оставшиеся экзоны
54
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
ГТФ, ЦТФ и ТТФ), которые являются не только строительным материалом, но и несут энергию для синтеза.
в) терминация окончание, вспомните терминатора, пытавшегося окончить жизнь Сары Коннор) — когда удвоение ДНК закончено, бета-ДНК-полимераза разрушает все праймеры, достраивая эти места соответствующими участками ДНК, а ДНК- лигазы склеивают отдельные фрагменты в единую цепь ДНК. Транскрипция — переписывание генетической информации с ДНК на РНК. В этом процессе образуются все три типа
РНК, нов плане синтеза белка, нас интересует м-РНК. Фрагмент
ДНК, подвергающийся переписыванию, называется тран-
скриптон оперон, он построен из последовательно расположенных участков промотор (место, куда крепится РНК-полиме- раза, оператор (о нем будет сказано позднее, ген (главный фрагмент, несущий информацию о конкретном белке, терминатор (участок, заканчивающий транскрипцию. Существует 3 типа
РНК-полимераз:
— РНК-полимераза I — синтез р-РНК;
— РНК-полимераза II — синтез м-РНК;
— РНК-полимераза III — синтез т-РНК иго вида р-РНК
Стадии репликации:
а) Инициация — идентична таковой в репликации. Разница лишь в том, что раскручивается лишь небольшой участок ДНК.
б) Элонгация — протекает по тем же принципам, что и элонгация репликации. Разница лишь в ферментах (РНК-полимераза вместо ДНК-полимераз).
в) Терминация — транскрипция заканчивается, когда полиме- раза достигает терминатора и соскакивает с него.
г) Постранскрипционный процессинг — дозревание синтезированной м-РНК. Первичная м-РНК имеет в своем составе как нужные участки — экзоны несущие информацию о белке, таки бесполезные — интроны, копию промотора, оператора Все ненужные части проходят рестрикцию — вырезание с помощью рестриктаз и разрушение эндонуклеазами. Оставшиеся экзоны
54
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
претерпевают сплайсинг — склеивание ДНК-лигазами в единую цепь. Образовавшаяся вторичная м-РНК нуждается в защите от агрессивной среды цитоплазмы. Это обеспечивается присоединением к ее концу «кэпа
1
», а к концу — поли-А — последовательности из 100—200 нуклеотидов А. После этого м-РНК
готова двигаться к рибосоме.
1
Кэп — по-английски — кепка, его функцию выполняет 7-метилгуано- зин (прим. автора. Репарация — процесс исправления повреждений в ДНК.
Она основана на том, что ДНК — двухцепочечная молекула, если одна последовательность повреждается, информацию можно восстановить по второй, комплементарной цепи. Как сказано выше, этот процесс осуществляет гамма-ДНК-полимераза. Репарация имеет следующие этапы:
а) выявление нарушений ДНК;
б) устранение неправильных нуклеотидов;
в) восстановление целостности цепи по принципу компле- ментарности.
Благодаря репарации процент реализованных мутаций так мал.
Обратите внимание если повреждаются обе цепи ДНК репарация невозможна. Синтез белка на рибосоме — этот процесс имеет две стадии активация аминокислот (которой касаться не будем, она прекрасно описана в ваших учебниках, не забудьте выучить обе реакции этого процесса) и собственно синтез белка — трансляция. Ниже приведении ее фазы:
а) Инициация. м-РНК, кодирующая нужный белок, крепится своим стартовым кодоном АУГ (этот триплет, кодирующий метионин, является начальным практически для всех белков) к малой субчастице рибосомы. К ней же крепятся т-РНК с метионином
(начальная аминокислота, ГТФ и факторы инициации. Затем,
2
Не стоит корпеть над заучиванием многочисленных факторов иници-
55
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
1
», а к концу — поли-А — последовательности из 100—200 нуклеотидов А. После этого м-РНК
готова двигаться к рибосоме.
1
Кэп — по-английски — кепка, его функцию выполняет 7-метилгуано- зин (прим. автора. Репарация — процесс исправления повреждений в ДНК.
Она основана на том, что ДНК — двухцепочечная молекула, если одна последовательность повреждается, информацию можно восстановить по второй, комплементарной цепи. Как сказано выше, этот процесс осуществляет гамма-ДНК-полимераза. Репарация имеет следующие этапы:
а) выявление нарушений ДНК;
б) устранение неправильных нуклеотидов;
в) восстановление целостности цепи по принципу компле- ментарности.
Благодаря репарации процент реализованных мутаций так мал.
Обратите внимание если повреждаются обе цепи ДНК репарация невозможна. Синтез белка на рибосоме — этот процесс имеет две стадии активация аминокислот (которой касаться не будем, она прекрасно описана в ваших учебниках, не забудьте выучить обе реакции этого процесса) и собственно синтез белка — трансляция. Ниже приведении ее фазы:
а) Инициация. м-РНК, кодирующая нужный белок, крепится своим стартовым кодоном АУГ (этот триплет, кодирующий метионин, является начальным практически для всех белков) к малой субчастице рибосомы. К ней же крепятся т-РНК с метионином
(начальная аминокислота, ГТФ и факторы инициации. Затем,
2
Не стоит корпеть над заучиванием многочисленных факторов иници-
55
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
за счет энергии ГТФ, присоединяется большая субчастица рибосомы. Образование инициаторного комплекса закончено.
ации, элоншации и терминации. Ни один адекватный преподаватель биохимии не требует этих знаний (пим. автора).
б) Элонгация — рост цепи белка. Если в инициации основную роль играла малая субчастица рибосомы, тов элонгации большая. В ней имеются два активных центра аминоацильный
(далее — А-центр) и пептидильный (П-центр). Элонгация начинается с присоединения т-РНК-метионин к стартовому кодону м-РНК в П-центре. В А-центр проникает следующая т-РНК
(в соответствии со следующим кодовым триплетом м-РНК),
несущая очередную аминокислоту. Фермент пептидилтрансфе-
раза соединяет метионин с аминокислотой №2, образуя первую пептидную связь зарождающегося белка. Далее, пеп-
тидилтранслоказа использующая энергию ГТФ и факторы элонгации) переносит образовавшийся комплекс в П-центр.
В освободившийся А-центр входит т-РНК, несущая очередную.
аминокислоту (кодируемую триплетом №3 м-РНК) и цикл по- вторяется.
в) Терминация — завершение синтеза белка. происходит,
когда в А-центре оказывается один из терминирующих триплетов м-РНК: УГА, УАА, УАГ. В этом случае, напротив этого кодона становится не т-РНК, а один из факторов терминации, что приводит к обрыву синтеза. Новая молекула белка отделяется от рибосомы.
г) Посттрансляционный процессинг. Новорожденная белковая молекула еще неготова к работе. Она должна пройти своеобразное дозревание. которое можно разбить на две составляющие химическая модификация — сразу после синтеза многие протеины претерпевают изменения. С одной стороны, это присоединение активных групп (коферментов, остатков фосфата,
метила, ацетила, некоторых металлов (пример гемоглобин пре-
56
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
ации, элоншации и терминации. Ни один адекватный преподаватель биохимии не требует этих знаний (пим. автора).
б) Элонгация — рост цепи белка. Если в инициации основную роль играла малая субчастица рибосомы, тов элонгации большая. В ней имеются два активных центра аминоацильный
(далее — А-центр) и пептидильный (П-центр). Элонгация начинается с присоединения т-РНК-метионин к стартовому кодону м-РНК в П-центре. В А-центр проникает следующая т-РНК
(в соответствии со следующим кодовым триплетом м-РНК),
несущая очередную аминокислоту. Фермент пептидилтрансфе-
раза соединяет метионин с аминокислотой №2, образуя первую пептидную связь зарождающегося белка. Далее, пеп-
тидилтранслоказа использующая энергию ГТФ и факторы элонгации) переносит образовавшийся комплекс в П-центр.
В освободившийся А-центр входит т-РНК, несущая очередную.
аминокислоту (кодируемую триплетом №3 м-РНК) и цикл по- вторяется.
в) Терминация — завершение синтеза белка. происходит,
когда в А-центре оказывается один из терминирующих триплетов м-РНК: УГА, УАА, УАГ. В этом случае, напротив этого кодона становится не т-РНК, а один из факторов терминации, что приводит к обрыву синтеза. Новая молекула белка отделяется от рибосомы.
г) Посттрансляционный процессинг. Новорожденная белковая молекула еще неготова к работе. Она должна пройти своеобразное дозревание. которое можно разбить на две составляющие химическая модификация — сразу после синтеза многие протеины претерпевают изменения. С одной стороны, это присоединение активных групп (коферментов, остатков фосфата,
метила, ацетила, некоторых металлов (пример гемоглобин пре-
56
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
вращается в таковой только после присоединения Fe
2+
). С другой стороны — удаление ненужных участков (стартовой аминокислоты метионина, отцепление белковых фрагментов (именно так пепсиноген превращается в пепсин. Все эти превращения направлены на одно — перевести белок в активное, рабочее состояние фолдинг — самосборка белка, те. приобретение им вторичной и др. высших структур. Как правило, этот процесс протекает самостоятельно, но фолдинг некоторых протеинов требует присутствия особых белков — шаперонов, которые помогают новой молекуле приобрести правильную форму. Регуляция синтеза белка. Регуляция синтеза белка у прокариот (теория Ф. Жакоба и Ж. Моно, 1961 г. Согласно этой теории, управление ведется через транскриптон (см. выше. Предположим, мы наблюдаем синтез фермента А. Ключевым является ген-регулятор (порой расположенный довольно далеко от транскриптона), который кодирует образование белка репрессора. Этот протеин способен специфически объединяться с оператором транскриптона, блокируя транскрипцию и синтез белка А в целом. В этом случае концентрация белка А в клетке снижается. Но, поскольку этот белок является ферментом, в клетке накапливаются исходные вещества катализируемой реакции. Эволюционно сложилось,
что именно они (исходные вещества, как правило, аллостериче- ски ингибируют репрессор, он сходит с оператора ДНК и транскрипция запускается (такой механизм регуляции называется
индукцией).
Некоторые репрессоры в норме неактивны и транскрипция идет постоянно. Но если синтезируемый фермент (белок Боб- разуется в избытке, то накапливаются продукты его реакции, которые активируют репрессор, заставляя его блокировать синтез белка Б (механизм называется репрессией. Регуляция синтеза белка у эукариот — протекает по тем же принципам, что и у прокариот, но имеет ряд отличи-
57
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
2+
). С другой стороны — удаление ненужных участков (стартовой аминокислоты метионина, отцепление белковых фрагментов (именно так пепсиноген превращается в пепсин. Все эти превращения направлены на одно — перевести белок в активное, рабочее состояние фолдинг — самосборка белка, те. приобретение им вторичной и др. высших структур. Как правило, этот процесс протекает самостоятельно, но фолдинг некоторых протеинов требует присутствия особых белков — шаперонов, которые помогают новой молекуле приобрести правильную форму. Регуляция синтеза белка. Регуляция синтеза белка у прокариот (теория Ф. Жакоба и Ж. Моно, 1961 г. Согласно этой теории, управление ведется через транскриптон (см. выше. Предположим, мы наблюдаем синтез фермента А. Ключевым является ген-регулятор (порой расположенный довольно далеко от транскриптона), который кодирует образование белка репрессора. Этот протеин способен специфически объединяться с оператором транскриптона, блокируя транскрипцию и синтез белка А в целом. В этом случае концентрация белка А в клетке снижается. Но, поскольку этот белок является ферментом, в клетке накапливаются исходные вещества катализируемой реакции. Эволюционно сложилось,
что именно они (исходные вещества, как правило, аллостериче- ски ингибируют репрессор, он сходит с оператора ДНК и транскрипция запускается (такой механизм регуляции называется
индукцией).
Некоторые репрессоры в норме неактивны и транскрипция идет постоянно. Но если синтезируемый фермент (белок Боб- разуется в избытке, то накапливаются продукты его реакции, которые активируют репрессор, заставляя его блокировать синтез белка Б (механизм называется репрессией. Регуляция синтеза белка у эукариот — протекает по тем же принципам, что и у прокариот, но имеет ряд отличи-
57
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
тельных особенностей наличие лишних участков ДНК, функция которых еще не определена репликация идет сразу в тысячах точек гены моноцистронны, теза раз транскрибируется информация об одном гене рибосомы эукариот в 2 раза крупнее роль репрессоров выполняют гистоны;
— присутствует также регуляция на уровне рибосом. Мутации, наследственные болезни
Мутации — спонтанные изменения генетической информации. Существует ряд классификаций этого явления. Классификация мутаций по локализации. Соматические — мутации клеток тела (не половых, не передаются по наследству. Половые — мутации половых клеток, при определенных условиях передаются по наследству их делят на:
а) негативные — главная причина наследственных заболеваний б) молчащие — если повреждения незначительны, они, как правило, остаются незамеченными;
в) позитивные — крайне редко, возникшая мутация настолько кардинально меняет признак в лучшую сторону, что это влечет к резкому повышению приспособленности популяции к внешним условиями, как правило — возникновению нового вида. Позитивные мутации — главный движущий фактор эволюции. Классификация по масштабу (обычно ее применяют только к негативным мутациям — причине наследственных болезней. Геномные — мутации в масштабе всего генома, характеризуются изменением числа хромосом (трисомии, моносомии
2
и др. Являются причиной таких заболеваний, как болезнь Дау- на (трисомия пой хромосоме, синдром Клайнфельтера (по-
58
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
— присутствует также регуляция на уровне рибосом. Мутации, наследственные болезни
Мутации — спонтанные изменения генетической информации. Существует ряд классификаций этого явления. Классификация мутаций по локализации. Соматические — мутации клеток тела (не половых, не передаются по наследству. Половые — мутации половых клеток, при определенных условиях передаются по наследству их делят на:
а) негативные — главная причина наследственных заболеваний б) молчащие — если повреждения незначительны, они, как правило, остаются незамеченными;
в) позитивные — крайне редко, возникшая мутация настолько кардинально меняет признак в лучшую сторону, что это влечет к резкому повышению приспособленности популяции к внешним условиями, как правило — возникновению нового вида. Позитивные мутации — главный движущий фактор эволюции. Классификация по масштабу (обычно ее применяют только к негативным мутациям — причине наследственных болезней. Геномные — мутации в масштабе всего генома, характеризуются изменением числа хромосом (трисомии, моносомии
2
и др. Являются причиной таких заболеваний, как болезнь Дау- на (трисомия пой хромосоме, синдром Клайнфельтера (по-
58
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
лисомия по половым хромосомами др, синдром Шершевского-Тернера (моносомия по женской половой хромосоме ХО).
1
1
1 2 3 4 5 6 7 8
Трисомия — появление третьей хромосомы в классической паре хромосом (прим. автора).
2
Моносомия — исчезновение одной из двух хромосом в классической паре (прим. автора. Хромосомные — мутации в масштабе одной хромосомы,
чаще — поражение одного гена. Их подразделяют на:
а) делеция — утрата фрагмента хромосомы;
б) вставка;
в) дупликация — удвоение участка;
г) инверсия — поворот фрагмента над) транслокация — перенос участка на другую хромосому.
Примеры хромосомных заболеваний синдром кошачьего крика (делеция короткого плеча й хромосомы, синдром Вмь- фа-Хирш-хорна (делеция короткого плеча 9 хромосомы) и др. Генные точечные, миссенс-мутации) — самые распространенные мутации, совершаются в масштабах одного гена, чаще,
это изменение в пределах одного триплета (и меньше. Примеры болезней, вызванных точечными мутациями серповидноклеточная анемия, фенилкетонурия, алкаптонурия, болезнь
Хартнупа, альбинизм и др. (см. гл. Ферменты — тема №3 —
«Энзимопатология»).
59
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
ГЛАВА VI БЕЛКИ ПЛАЗМЫ КРОВИ. Общие понятия
Система крови является одной из трех систем (наряду с нервной и гуморальной, объединяющих сотни миллиардов клеток в единый организм.
Функции крови. Транспортная а) регуляторная (транспорт гормонов б)
дыхательная (транспорт О
2
гемоглобином); в) питательная г) выделительная. Защитная а) иммунная б) свертывающая (защита от потери крови. Гомеостатическая постоянство внутренних среда) буферная б) температурная в) электролитная г) онкотическая.
Состав крови. Форменные элементы эритроциты, лейкоциты, тромбоциты от общего объема. Плазма 55%. Из них 90—91% — вода 6,5—8,5% белки остальное — соли.
1
Плазма крови имеет принципиальное отличие от сыворотки плазма в организме сыворотка — в пробирке. В сыворотке, в отличие от плазмы, отсутствует фибриноген (прим. автора. Белки плазмы
Норма общего белка плазмы — 65—85 г/л.
На основе электрофоретического разделения, белки плазмы делят на. Альбумины ≈60% от массы общего белка. Подразделяют на А-альбумин и В-альбумин;
60
Система крови является одной из трех систем (наряду с нервной и гуморальной, объединяющих сотни миллиардов клеток в единый организм.
Функции крови. Транспортная а) регуляторная (транспорт гормонов б)
дыхательная (транспорт О
2
гемоглобином); в) питательная г) выделительная. Защитная а) иммунная б) свертывающая (защита от потери крови. Гомеостатическая постоянство внутренних среда) буферная б) температурная в) электролитная г) онкотическая.
Состав крови. Форменные элементы эритроциты, лейкоциты, тромбоциты от общего объема. Плазма 55%. Из них 90—91% — вода 6,5—8,5% белки остальное — соли.
1
Плазма крови имеет принципиальное отличие от сыворотки плазма в организме сыворотка — в пробирке. В сыворотке, в отличие от плазмы, отсутствует фибриноген (прим. автора. Белки плазмы
Норма общего белка плазмы — 65—85 г/л.
На основе электрофоретического разделения, белки плазмы делят на. Альбумины ≈60% от массы общего белка. Подразделяют на А-альбумин и В-альбумин;
60
2. Глобулины — примерно 45%. Делят на:
α
1
-глобулины ≈ 4% (нормы запоминаем методом четверок,
прибавляя к каждой последующей фракции по глобулины ≈ глобулины ≈ глобулины ≈ 16%;
3. Фибриноген ≈ 0,3%.
3. Иммуноглобулины (Ig) или антитела — основной фактор гуморальной защиты от внешней антигенной агрессии.
Молекула иммуноглобулина (на примере IgG) — сложный белок, построенный из х тяжелых Ни двух легких цепей, соединенных воедино дисульфидными связями. Каждое антитело имеет рецепторную часть, с помощью которой оно соединяется с чужеродным белком. Это взаимодействие сугубо специфично:
каждый антиген обезвреживается только соответствующей генерацией Типы иммуноглобулинов. IgG — типичные антитела, доминантный тип, на его долю приходится 75—80% Ig;
2. IgA. Имеет два подтипа секреторный (накапливается в слизистых, составляя первый эшелон защиты) и сывороточный. IgM. Самый тяжелый (пентамер) и древний. Этот тип не имеет специфичности, его молекулы готовы к нейтрализации любого антигена. IgE. Определение этого типа чрезвычайно важно в медицине, т. к. повышение концентрации IgE в плазме характерно для аллергических процессов. IgD — рецепторная функция. Протеинопатология
1. Гиперпротеинэмия — повышение уровня общего белка плазмы:
а) Абсолютная гиперпротеинэмия — действительное повышение уровня белка в плазме (примеры см. парапротеинэмия);
61
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
б) Относительная — повышение концентрации белка за счет потерь воды, обезвоживания (кишечные инфекции, лихорадка у детей, кишечная непроходимость, обширные ожоги и др. Гипопротеинэмия — снижение уровня общего белка плазмы. Характерна для нефротического синдрома (заболевания почек, тяжелых поражений печени, длительной жажды и др. Диспротеинэмия — изменение концентрации отдельных фракций при норме общего белка. Например, альбумины чаще снижаются (см. гипопротеинэмия); повышение глобулинов характерно для острых воспалительных процессов, а глобулинов для хронических. Парапротеинэмия — появление в плазме аномальных белков, которые отсутствуют в норме. Примеры а) миеломная болезнь злокачественная патология, при которой плазма наводняется легкими цепями антител б) болезнь Вальденстрема появление в крови тяжелых макроглобулинов.
62
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
62
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
ВТОРОЙ СЕМЕСТР
Если в первом семестре вы изучали общую биохимию, т. е.
фундаментальные понятия основ жизнедеятельности, то во втором семестре вас ждет частная биохимия — разбор конкретных метаболических процессов. А раз так, настройтесь на обилие графического материала уравнения реакций, формулы, графики, которые вам придется рисовать. Не всем это нравится (да и мало кому нужно, но что поделаешь — это есть в программе,
а значит — надо учить, ноне все. Вначале каждой темы, подзаголовком Письменные вопросы темы, которые необходимо запомнить по вашему учебнику, я буду называть то, что надо усвоить, остальное смело можете пропускать
фундаментальные понятия основ жизнедеятельности, то во втором семестре вас ждет частная биохимия — разбор конкретных метаболических процессов. А раз так, настройтесь на обилие графического материала уравнения реакций, формулы, графики, которые вам придется рисовать. Не всем это нравится (да и мало кому нужно, но что поделаешь — это есть в программе,
а значит — надо учить, ноне все. Вначале каждой темы, подзаголовком Письменные вопросы темы, которые необходимо запомнить по вашему учебнику, я буду называть то, что надо усвоить, остальное смело можете пропускать
ГЛАВА VII МЕТАБОЛИЗМ
УГЛЕВОДОВ
I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, УТИЛИЗАЦИЯ
УГЛЕВОДОВ
Письменные вопросы темы, которые необходимо запомнить
по вашему учебнику всего два микровопроса: синтез и распад гликогена. Функции и градация углеводов
Эпитет легкий как нельзя больше подходит к характеристике этого класса. Углеводы легко перевариваются, легко отдают энергию, углеводы — легкие метаболиты, не образующие шлаков, ну и, наконец, раздел Углеводы довольно легко усваивается студентами. Это самый распространенных класс органических веществ. На их долю приходится 70% от общей биомассы Земли.
Функции углеводов. Энергетическая — является главной, а для высших позвоночных важнейшей. Почему не липиды, энергетическая ценность которых в два с лишним раза выше, а именно углеводы являются главным источником энергии для большинства гетеротрофов Ответ прост во-первых, углеводы легче отдают свою энергию, во-вторых, они гораздо более распространены. Структурная — у человека и других позвоночных эта функция углеводов не является основной (главные роли здесь выполняют белки и липиды. Однако некоторые примеры структурной роли углеводов заслуживают внимания мукополисахариды соединительной ткани, гликокаликс клеток. Дезинтоксикационная. Главным веществом, используемым
УГЛЕВОДОВ
I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, УТИЛИЗАЦИЯ
УГЛЕВОДОВ
Письменные вопросы темы, которые необходимо запомнить
по вашему учебнику всего два микровопроса: синтез и распад гликогена. Функции и градация углеводов
Эпитет легкий как нельзя больше подходит к характеристике этого класса. Углеводы легко перевариваются, легко отдают энергию, углеводы — легкие метаболиты, не образующие шлаков, ну и, наконец, раздел Углеводы довольно легко усваивается студентами. Это самый распространенных класс органических веществ. На их долю приходится 70% от общей биомассы Земли.
Функции углеводов. Энергетическая — является главной, а для высших позвоночных важнейшей. Почему не липиды, энергетическая ценность которых в два с лишним раза выше, а именно углеводы являются главным источником энергии для большинства гетеротрофов Ответ прост во-первых, углеводы легче отдают свою энергию, во-вторых, они гораздо более распространены. Структурная — у человека и других позвоночных эта функция углеводов не является основной (главные роли здесь выполняют белки и липиды. Однако некоторые примеры структурной роли углеводов заслуживают внимания мукополисахариды соединительной ткани, гликокаликс клеток. Дезинтоксикационная. Главным веществом, используемым
клетками печени для обезвреживания большинства ядов, является моносахарид глюкуроновая кислота (не путать с гиалуроновой кислотой).
Классификация и характеристика. Построению, углеводы делят на. Моносахариды — простейшие углеводы, входящие в состав более сложных. К ним относятся глюкоза, фруктоза, галактоза,
рибоза и др. Именно моносахара являются той первичной органикой, которая рождается в процессе фотосинтеза. Это из них впоследствии образуются остальные органические вещества.
Однако, вы не встретите моносахарид в чистом виде в природе
(разве что глюкоза в виноградном соке, т. кони входят в состав иных углеводов. Ди- и олигосахариды. Согласно программе, разбираем только дисахара — соединения из двух моносахаридов сахарозу (дуэт глюкозы и фруктозы, α-1,2-гликозидная связь, лактозу
(глюкоза + галактоза, β-1-4- гликозидная связь) и мальтозу глюкозы, α-1,4-гликозидная связь. В природе встречаются сахароза (овощи, фрукты, пищевой сахар) и лактоза (молоко).
Мальтоза является структурным компонентом крахмала. Полисахариды — полимеры, образованные тысячами мо- носахаридных остатков. Наиболее значимы:
а) Крахмал — резервный полисахарид растений (содержится в плодах и клубнях, представленный линейной разновидностью амилозой (остатки глюкозы, соединенные α-1,4-глико- зидной связью) и ветвящейся — амилопектином (строение то же,
но в точках ветвления связь. Крахмал — основной источник пищевой энергии, получаемой человеком.
б) Гликоген — животный аналог крахмала (тот же состав,
те же связи и та же резервная функция, отличается лишь большей массой, и большей степенью ветвления. Находится во всех клетках, но преобладает в печении скелетных мышцах.
в) Целлюлоза (клетчатка) — самое распространенное органическое вещество в природе. Выполняет структурную функцию у всех растений. Построена из остатков глюкозы, линейно со-
67
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Классификация и характеристика. Построению, углеводы делят на. Моносахариды — простейшие углеводы, входящие в состав более сложных. К ним относятся глюкоза, фруктоза, галактоза,
рибоза и др. Именно моносахара являются той первичной органикой, которая рождается в процессе фотосинтеза. Это из них впоследствии образуются остальные органические вещества.
Однако, вы не встретите моносахарид в чистом виде в природе
(разве что глюкоза в виноградном соке, т. кони входят в состав иных углеводов. Ди- и олигосахариды. Согласно программе, разбираем только дисахара — соединения из двух моносахаридов сахарозу (дуэт глюкозы и фруктозы, α-1,2-гликозидная связь, лактозу
(глюкоза + галактоза, β-1-4- гликозидная связь) и мальтозу глюкозы, α-1,4-гликозидная связь. В природе встречаются сахароза (овощи, фрукты, пищевой сахар) и лактоза (молоко).
Мальтоза является структурным компонентом крахмала. Полисахариды — полимеры, образованные тысячами мо- носахаридных остатков. Наиболее значимы:
а) Крахмал — резервный полисахарид растений (содержится в плодах и клубнях, представленный линейной разновидностью амилозой (остатки глюкозы, соединенные α-1,4-глико- зидной связью) и ветвящейся — амилопектином (строение то же,
но в точках ветвления связь. Крахмал — основной источник пищевой энергии, получаемой человеком.
б) Гликоген — животный аналог крахмала (тот же состав,
те же связи и та же резервная функция, отличается лишь большей массой, и большей степенью ветвления. Находится во всех клетках, но преобладает в печении скелетных мышцах.
в) Целлюлоза (клетчатка) — самое распространенное органическое вещество в природе. Выполняет структурную функцию у всех растений. Построена из остатков глюкозы, линейно со-
67
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
единенных β-1-4-гликозидной связью, не ветвится, отличается высокой прочностью и химической инертностью. Не переваривается в ЖКТ человека и проходит через кишечник неизменен- ной. Тем не менее она выполняет ряд важнейших функций:
оформляет пищевые и каловые массы, придает им объем, стимулирует перистальтику кишечника, способствует механической очистке кишечного канала, предотвращает запоры, сорбирует токсины из крови сквозь эпителий и является средой для обитания нашего симбионта — кишечной палочки. Переваривание и всасывание углеводов является одним из самых простых процессов пищеварения.
Основным исходным субстратом углеводного пищеварения человека является крахмал. Уже в ротовой полости происходит частичный гидролиз крахмала под действием амилазы слюны.
После проглатывания пищевого комка переваривание углеводов в желудке временно приостанавливается из-за кислой среды желудочного содержимого.
Основная масса углеводов переваривается в двенадцатиперстной кишке и проксимальных отделах тонкого кишечника.
Кишечное переваривание углеводов можно разделить на две фазы:
а) Полостное пищеварение. Основным ферментом здесь служит панкреатическая амилаза, которая расщепляет полисахариды только до дисахаридов — мальтозы и изомальтозы.
б) Пристеночное пищеварение. После полостного процесса в кишечнике остаются только дисахариды, которые гидролизуются на втором этапе до моносахаров под действием ферментов, локализованных на поверхности микроворсинок эпителия тонкого кишечника. Фермент лактаза гидролизует лактозу на глюкозу и галактозу. Мальтаза расщепляет 20% мальтозы до глюкозы. Более 80% мальтозы, всю сахарозу и изомальтозу гидролизует сахаразно-изомальтазный комплекс.
Всасывание продуктов переваривания углеводов происходит в проксимальных отделах тонкого кишечника. Всасыванию
68
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
оформляет пищевые и каловые массы, придает им объем, стимулирует перистальтику кишечника, способствует механической очистке кишечного канала, предотвращает запоры, сорбирует токсины из крови сквозь эпителий и является средой для обитания нашего симбионта — кишечной палочки. Переваривание и всасывание углеводов является одним из самых простых процессов пищеварения.
Основным исходным субстратом углеводного пищеварения человека является крахмал. Уже в ротовой полости происходит частичный гидролиз крахмала под действием амилазы слюны.
После проглатывания пищевого комка переваривание углеводов в желудке временно приостанавливается из-за кислой среды желудочного содержимого.
Основная масса углеводов переваривается в двенадцатиперстной кишке и проксимальных отделах тонкого кишечника.
Кишечное переваривание углеводов можно разделить на две фазы:
а) Полостное пищеварение. Основным ферментом здесь служит панкреатическая амилаза, которая расщепляет полисахариды только до дисахаридов — мальтозы и изомальтозы.
б) Пристеночное пищеварение. После полостного процесса в кишечнике остаются только дисахариды, которые гидролизуются на втором этапе до моносахаров под действием ферментов, локализованных на поверхности микроворсинок эпителия тонкого кишечника. Фермент лактаза гидролизует лактозу на глюкозу и галактозу. Мальтаза расщепляет 20% мальтозы до глюкозы. Более 80% мальтозы, всю сахарозу и изомальтозу гидролизует сахаразно-изомальтазный комплекс.
Всасывание продуктов переваривания углеводов происходит в проксимальных отделах тонкого кишечника. Всасыванию
68
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
подвергаются только моносахариды. Существует два механизма всасывания:
а) Облегченная диффузия — пассивный транспорт моносахаридов сквозь клеточные мембраны по градиенту концентрации.
Такой механизм не требует затрат энергии и является основным путем всасывания для всех моносахаров, когда их концентрация в полости кишечника выше нежели во внутренних средах орга- низма.
б) Активный транспорт — энергозатратный процесс, осуществляемый против градиента концентрации. У человека таким образом всасываются глюкоза и галактоза, поэтому скорость их всасывания выше. Процесс протекает с затратой энергии АТФ
в присутствии ионов Na
+
III. Глюкоза, как основной метаболит углеводного обмена
Глюкоза — ключевой продукт метаболизма углеводов. Если главным источником энергии внутри клетки является АТФ, то глюкоза — главный носитель энергии вне клеток (в крови и др.
жидкостях), основное горючее для тканей.
Норма глюкозы в крови — 3,3—5,5 мМоль/л, в моче — отсут- ствует.
Глюкоза легко проникает внутрь большинства клеток. Исключение составляют лишь мышечная и жировая ткани, в которые глюкоза способна попасть только под действием гормона
инсулина. Попавшая в клетки глюкоза превращается (при участии АТФ) в свою активную форму — глюкозо-6-фосфат. Другие гексозы, такие как галактоза, фруктоза и пр, легко превращаются в глюкозо-6-фосфат под действием изомераз.
Источники глюкозы в организме:
а) пищеварение;
б) распад гликогена;
в) глюконеогенез (см. ниже);
г) другие гексозы.
Пути расходования глюкозы:
а) синтез гликогена;
69
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
а) Облегченная диффузия — пассивный транспорт моносахаридов сквозь клеточные мембраны по градиенту концентрации.
Такой механизм не требует затрат энергии и является основным путем всасывания для всех моносахаров, когда их концентрация в полости кишечника выше нежели во внутренних средах орга- низма.
б) Активный транспорт — энергозатратный процесс, осуществляемый против градиента концентрации. У человека таким образом всасываются глюкоза и галактоза, поэтому скорость их всасывания выше. Процесс протекает с затратой энергии АТФ
в присутствии ионов Na
+
III. Глюкоза, как основной метаболит углеводного обмена
Глюкоза — ключевой продукт метаболизма углеводов. Если главным источником энергии внутри клетки является АТФ, то глюкоза — главный носитель энергии вне клеток (в крови и др.
жидкостях), основное горючее для тканей.
Норма глюкозы в крови — 3,3—5,5 мМоль/л, в моче — отсут- ствует.
Глюкоза легко проникает внутрь большинства клеток. Исключение составляют лишь мышечная и жировая ткани, в которые глюкоза способна попасть только под действием гормона
инсулина. Попавшая в клетки глюкоза превращается (при участии АТФ) в свою активную форму — глюкозо-6-фосфат. Другие гексозы, такие как галактоза, фруктоза и пр, легко превращаются в глюкозо-6-фосфат под действием изомераз.
Источники глюкозы в организме:
а) пищеварение;
б) распад гликогена;
в) глюконеогенез (см. ниже);
г) другие гексозы.
Пути расходования глюкозы:
а) синтез гликогена;
69
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
б) дихотомический путь (см. ниже);
в) гликолиз (см. ниже);
г) пентозный путь (см. ниже).
В распаде гликогена ключевую роль играет аденилатциклаз- ная система — каскадная последовательность, служащая передатчиком сигнала от гормона внутрь клетки. Этот вопрос будет попадаться вам часто в различных темах второго семестра, поэтому, чем раньше выучите, тем значительнее облегчите себе жизнь. Эта система представляет собой цепочку ферментов,
в которой каждый предыдущий активирует последующий, подобно падающим костяшкам домино. Привожу упрощенную схему строения (этого достаточно гормон чаще адреналин) — рецептор клетки — аденилатциклаза — цАМФ — протеинкиназа.
Это общая часть, единая для большинства процессов. Дальше везде по-разному, при распаде гликогена, например, после про- теинкиназы идут — киназа фосфорилазы — фосфорилаза. А при липолизе — триглицеридлипаза.
II. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ
В отличие от иных обменов, метаболизм углеводов почти не имеет анаболических реакций, только катаболизм. Это понятно, ведь ключевая функция углеводов — энергетическая, а энергию мы получаем путем катаболического расщепления. Мы разберем пути распада главного внутреннего углевода — глюкозы.
Эта тема (как и вторая тема каждого раздела) изобилует графическими вопросами. Поэтому рекомендую начать с них:
Письменные вопросы темы, которые необходимо запомнить
по вашему учебнику гликолиз (все 11 реакций, окисление пиру- вата (5 реакций, глюконеогенез (учить только 4 реакции, отличающиеся от гликолиза).
Среди путей катаболизма глюкозы наибольшее значение имеет дихотомический путь, немаловажны также гликолиз и пентозный путь (о нем — в следующей теме. Рассмотрим их
70
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
в) гликолиз (см. ниже);
г) пентозный путь (см. ниже).
В распаде гликогена ключевую роль играет аденилатциклаз- ная система — каскадная последовательность, служащая передатчиком сигнала от гормона внутрь клетки. Этот вопрос будет попадаться вам часто в различных темах второго семестра, поэтому, чем раньше выучите, тем значительнее облегчите себе жизнь. Эта система представляет собой цепочку ферментов,
в которой каждый предыдущий активирует последующий, подобно падающим костяшкам домино. Привожу упрощенную схему строения (этого достаточно гормон чаще адреналин) — рецептор клетки — аденилатциклаза — цАМФ — протеинкиназа.
Это общая часть, единая для большинства процессов. Дальше везде по-разному, при распаде гликогена, например, после про- теинкиназы идут — киназа фосфорилазы — фосфорилаза. А при липолизе — триглицеридлипаза.
II. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ
В отличие от иных обменов, метаболизм углеводов почти не имеет анаболических реакций, только катаболизм. Это понятно, ведь ключевая функция углеводов — энергетическая, а энергию мы получаем путем катаболического расщепления. Мы разберем пути распада главного внутреннего углевода — глюкозы.
Эта тема (как и вторая тема каждого раздела) изобилует графическими вопросами. Поэтому рекомендую начать с них:
Письменные вопросы темы, которые необходимо запомнить
по вашему учебнику гликолиз (все 11 реакций, окисление пиру- вата (5 реакций, глюконеогенез (учить только 4 реакции, отличающиеся от гликолиза).
Среди путей катаболизма глюкозы наибольшее значение имеет дихотомический путь, немаловажны также гликолиз и пентозный путь (о нем — в следующей теме. Рассмотрим их
70
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
по порядку. Гликолиз — окисление глюкозы до пирувата или лактата.
Протекает в цитоплазме. Выделяют два типа этого процесса. Анаэробный гликолиз (полный) — включает 11 последовательных реакций, заканчивается образованием лактата. Это самостоятельный процесс, который запускается в нашем организме только при местном недостатке кислорода в тканях (анаэробные условия. Чаще это случается в мышцах при интенсивной физической нагрузке, когда кровь не успевает адекватно обеспечивать работающие мышцы кислородом (накапливающийся при этом лактат вызывает характерные боли в тканях через день после работы. Анаэробный гликолиз энергетически невыгоден, при окислении одной молекулы глюкозы в этом процессе образуется всего молекулы АТФ (в й и й реакциях. Аэробный гликолиз (неполный) — является несамостоятельным процессом, а первой стадией дихотомического пути.
Подробнее о нем — см. ниже. Дихотомический путь — важнейший процесс углеводного обмена, полностью аэробный, основной источник АТФ для организма. Стоит заметить, что в процессе гликолиза глюкоза расщепляется пополам (дихотомия, на две триозы, которые и проходят полное окисление до СО
2
и НО. Поэтому, при подсчете
АТФ на каждой стадии, мы должны умножать полученную цифру на 2. Дихотомический путь включает три стадии. Аэробный гликолиз (неполный) — 10 последовательных реакций (те же, что ив анаэробном гликолизе, кроме последней),
заканчивается образованием пирувата. Протекает в цитоплазме.
При окислении одной молекулы глюкозы дает 8 АТФ (в й и 10- й реакциях, а также НАД
Н (в й, дающий х АТФ. Окисление пирувата — 5 реакций, в митохондриях, заканчивается образованием ацетил-КоА. Энергетика 1 НАД
Н, дающий х АТФ. Цикл Кребса — 8 реакций, протекает в митохондриях, за-
71
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Протекает в цитоплазме. Выделяют два типа этого процесса. Анаэробный гликолиз (полный) — включает 11 последовательных реакций, заканчивается образованием лактата. Это самостоятельный процесс, который запускается в нашем организме только при местном недостатке кислорода в тканях (анаэробные условия. Чаще это случается в мышцах при интенсивной физической нагрузке, когда кровь не успевает адекватно обеспечивать работающие мышцы кислородом (накапливающийся при этом лактат вызывает характерные боли в тканях через день после работы. Анаэробный гликолиз энергетически невыгоден, при окислении одной молекулы глюкозы в этом процессе образуется всего молекулы АТФ (в й и й реакциях. Аэробный гликолиз (неполный) — является несамостоятельным процессом, а первой стадией дихотомического пути.
Подробнее о нем — см. ниже. Дихотомический путь — важнейший процесс углеводного обмена, полностью аэробный, основной источник АТФ для организма. Стоит заметить, что в процессе гликолиза глюкоза расщепляется пополам (дихотомия, на две триозы, которые и проходят полное окисление до СО
2
и НО. Поэтому, при подсчете
АТФ на каждой стадии, мы должны умножать полученную цифру на 2. Дихотомический путь включает три стадии. Аэробный гликолиз (неполный) — 10 последовательных реакций (те же, что ив анаэробном гликолизе, кроме последней),
заканчивается образованием пирувата. Протекает в цитоплазме.
При окислении одной молекулы глюкозы дает 8 АТФ (в й и 10- й реакциях, а также НАД
Н (в й, дающий х АТФ. Окисление пирувата — 5 реакций, в митохондриях, заканчивается образованием ацетил-КоА. Энергетика 1 НАД
Н, дающий х АТФ. Цикл Кребса — 8 реакций, протекает в митохондриях, за-
71
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
канчивается полным окислением продукта до СО
2
и НО. Дает АТФ (см. й семестр, Энергетический обмен. х =
24 АТФ.
ИТОГО: 8 +6 +24 = 38 АТФ на 1 молекулу глюкозы, т. е.
в 19 раз эффективнее, чем при анаэробном гликолизе. Согласитесь дышать выгодно. Участие витаминов в окислении пирувата.
Как было сказано, в этом процессе 5 реакций, следовательно, их катализируют 5 коферментов. Вы помните, что коферменты в организме рождаются из витаминов. Все просто, вам надо вспомнить какой кофактор из какого витамина образуется. Вот вам полная информация (слева — кофермент, справа — его ви- тамин):
ТДФ — Тиамин (В
1
)
Липоамид — Липоевая кислота
КоА — Пантотеновая кислота (В
5
)
ФАД — Рибофлавин (В
2
)
НАД — Никотиновая кислота (РР).
IV. Глюконеогенез — синтез глюкозы из неуглеводных продуктов лактата, пирувата, глицерина и гликогенных аминокислот (один из немногих анаболических процессов в углеводном обмене. Протекает в печени. Этот процесс обратен гликолизу:
те же ферменты, та же последовательность обратимых реакций,
только идут в обратную сторону (от лактата или пирувата до образования глюкозы. Только в трех точках необратимых реакций (я, я и я) процесс идет в обход, с иными ферментами и метаболитами.
Взаимосвязь гликолиза и глюконеогенеза хорошо иллюстрируется циклом Кори в анаэробных условиях глюкоза в мышцах,
в процессе анаэробного гликолиза, превращается в лактат, который выходит в кровь и транспортируется ею в печень. Там лактат, в процессе глюконеогенеза, образует глюкозу, которая тоже выходит в кровь и вновь идет в мышцы все начинается сначала.
72
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
2
и НО. Дает АТФ (см. й семестр, Энергетический обмен. х =
24 АТФ.
ИТОГО: 8 +6 +24 = 38 АТФ на 1 молекулу глюкозы, т. е.
в 19 раз эффективнее, чем при анаэробном гликолизе. Согласитесь дышать выгодно. Участие витаминов в окислении пирувата.
Как было сказано, в этом процессе 5 реакций, следовательно, их катализируют 5 коферментов. Вы помните, что коферменты в организме рождаются из витаминов. Все просто, вам надо вспомнить какой кофактор из какого витамина образуется. Вот вам полная информация (слева — кофермент, справа — его ви- тамин):
ТДФ — Тиамин (В
1
)
Липоамид — Липоевая кислота
КоА — Пантотеновая кислота (В
5
)
ФАД — Рибофлавин (В
2
)
НАД — Никотиновая кислота (РР).
IV. Глюконеогенез — синтез глюкозы из неуглеводных продуктов лактата, пирувата, глицерина и гликогенных аминокислот (один из немногих анаболических процессов в углеводном обмене. Протекает в печени. Этот процесс обратен гликолизу:
те же ферменты, та же последовательность обратимых реакций,
только идут в обратную сторону (от лактата или пирувата до образования глюкозы. Только в трех точках необратимых реакций (я, я и я) процесс идет в обход, с иными ферментами и метаболитами.
Взаимосвязь гликолиза и глюконеогенеза хорошо иллюстрируется циклом Кори в анаэробных условиях глюкоза в мышцах,
в процессе анаэробного гликолиза, превращается в лактат, который выходит в кровь и транспортируется ею в печень. Там лактат, в процессе глюконеогенеза, образует глюкозу, которая тоже выходит в кровь и вновь идет в мышцы все начинается сначала.
72
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Это и есть цикл — непрерывный круговорот веществ.
Вот и все. Немного Вынужден огорчить большая часть (как я указал вначале темы) — в письменном виде. ПЕНТОЗНЫЙ ПУТЬ. РЕГУЛЯЦИЯ
И ПАТОЛОГИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА
Письменные вопросы темы, которые необходимо запомнить
по вашему учебнику всего один — первые 3 реакции пентозного пути. Пентозный путь (апотомический) — процесс полного аэробного окисления глюкозы, протекает в цитоплазме.
Можно возразить Как же так Вы только что вновь дали нам определение дихотомического пути (только локализация иная. Так в чем же разница. А разница огромна. Чтобы увидеть ее, давайте назовем функции пентозного пути:
а) образование НАДФ
Н
1
, который участвует в синтезе многих гидрофобных веществ (холестерин, жирные кислоты и др.);
1
Не стоит путать НАД и НАДФ. Несмотря на сходство названий, это вещества антиподы. НАД — окислитель, участвующий в разрушении молекул в митохондриях, дающий энергию, а НАДФ — восстановитель,
который участвует в синтезе веществ в цитоплазме (прим. автора).
б) образование пентозофосфатов, которые участвуют в синтезе ДНК и РНК.
Прислушайтесь: ключевое слово — синтез. Теперь вы поняли разницу Если дихотомический путь — главный источник энергии АТФ, то биологическая роль пентозного пути диаметрально противоположна — строительная составляющая, восстановление и рост тканей (грубая ошибка — считать число АТФ
в пентозном пути этот процесс не дает энергию).
Взаимосвязь дихотомического и апотомического путей. Замечу, оба этих процесса потребляют глюкозу, но один — для
73
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Вот и все. Немного Вынужден огорчить большая часть (как я указал вначале темы) — в письменном виде. ПЕНТОЗНЫЙ ПУТЬ. РЕГУЛЯЦИЯ
И ПАТОЛОГИЯ УГЛЕВОДНОГО ОБМЕНА
Письменные вопросы темы, которые необходимо запомнить
по вашему учебнику всего один — первые 3 реакции пентозного пути. Пентозный путь (апотомический) — процесс полного аэробного окисления глюкозы, протекает в цитоплазме.
Можно возразить Как же так Вы только что вновь дали нам определение дихотомического пути (только локализация иная. Так в чем же разница. А разница огромна. Чтобы увидеть ее, давайте назовем функции пентозного пути:
а) образование НАДФ
Н
1
, который участвует в синтезе многих гидрофобных веществ (холестерин, жирные кислоты и др.);
1
Не стоит путать НАД и НАДФ. Несмотря на сходство названий, это вещества антиподы. НАД — окислитель, участвующий в разрушении молекул в митохондриях, дающий энергию, а НАДФ — восстановитель,
который участвует в синтезе веществ в цитоплазме (прим. автора).
б) образование пентозофосфатов, которые участвуют в синтезе ДНК и РНК.
Прислушайтесь: ключевое слово — синтез. Теперь вы поняли разницу Если дихотомический путь — главный источник энергии АТФ, то биологическая роль пентозного пути диаметрально противоположна — строительная составляющая, восстановление и рост тканей (грубая ошибка — считать число АТФ
в пентозном пути этот процесс не дает энергию).
Взаимосвязь дихотомического и апотомического путей. Замечу, оба этих процесса потребляют глюкозу, но один — для
73
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
получения энергии, другой — для пластики. Вопрос в какой же из этих путей пойдет большая часть глюкозы Ответ элементарен все зависит от потребностей организма. Если, к примеру,
спортсмен бежит марафонскую дистанцию, безусловно, он нуждается в энергии. Разумеется, у него будет преобладать дихотомический процесс. А если человек попал в аварию, потерял много крови Его организм нуждается в регенерации, восстановлении тканей. Конечно же, у него будет активирован апото- мический (пентозный) путь. Регуляция углеводного обмена. Нейрогуморальная регуляция
Симпатическая система и ее союзники — адреналин (образуется в мозговом веществе надпочечников) и глюкагон (клетки островков Лангерганса поджелудочной железы) активируют уже знакомую вам аденилатциклазную систему, что приводит к распаду гликогена до глюкозы и ее выходу в кровь. Разумеется, уровень глюкозы в крови при этом повышается (мобилиза-
ция).
Парасимпатическая система и инсулин (клетки островков
Лангерганса поджелудочной железы, наоборот, снижают уровень глюкозы в крови, за счет ее транспорта внутрь клеток и запасания в виде гликогена (депонирование. Аллостерическая регуляция
По данному вопросу вы должны знать регуляцию всего двух процессов гликолиза и ЦТК. Регуляцию цикла Кребса я вам уже давал в первом семестре, но ничего, повторим, вреда не будет.
Здесь вам немного повезло, т. к. и гликолиз, и ЦТК дают один и тот же продукт — АТФ, их аллостерическая регуляция удивительно схожа (разница только в названии ферментов).
Итак:
Гликолиз: лимитирующей является реакция №3, следовательно, аллостерический фермент — №3 — фосфофруктокиназа.
Он ингибируется избытком АТФ и НАД
Н (как косвенных продуктов процесса, а активируется АДФ и НАД.
74
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
спортсмен бежит марафонскую дистанцию, безусловно, он нуждается в энергии. Разумеется, у него будет преобладать дихотомический процесс. А если человек попал в аварию, потерял много крови Его организм нуждается в регенерации, восстановлении тканей. Конечно же, у него будет активирован апото- мический (пентозный) путь. Регуляция углеводного обмена. Нейрогуморальная регуляция
Симпатическая система и ее союзники — адреналин (образуется в мозговом веществе надпочечников) и глюкагон (клетки островков Лангерганса поджелудочной железы) активируют уже знакомую вам аденилатциклазную систему, что приводит к распаду гликогена до глюкозы и ее выходу в кровь. Разумеется, уровень глюкозы в крови при этом повышается (мобилиза-
ция).
Парасимпатическая система и инсулин (клетки островков
Лангерганса поджелудочной железы, наоборот, снижают уровень глюкозы в крови, за счет ее транспорта внутрь клеток и запасания в виде гликогена (депонирование. Аллостерическая регуляция
По данному вопросу вы должны знать регуляцию всего двух процессов гликолиза и ЦТК. Регуляцию цикла Кребса я вам уже давал в первом семестре, но ничего, повторим, вреда не будет.
Здесь вам немного повезло, т. к. и гликолиз, и ЦТК дают один и тот же продукт — АТФ, их аллостерическая регуляция удивительно схожа (разница только в названии ферментов).
Итак:
Гликолиз: лимитирующей является реакция №3, следовательно, аллостерический фермент — №3 — фосфофруктокиназа.
Он ингибируется избытком АТФ и НАД
Н (как косвенных продуктов процесса, а активируется АДФ и НАД.
74
ЮРИЙ КРИВЕНЦЕВ
Цикл Кребса: лимитирующая реакция №3 (не стоит искать здесь глубокого смысла, просто совпадение, аллостерический фермент изоцитратдегидрогеназа; ингибируется АТФ и НАД
Н,
активируется АДФ и НАД.
Как говориться найдите одно отличие. Патология обмена углеводов довольно скудна, учитывая,
что здесь мы не будем рассматривать сахарный диабет, т. к. это заболевание не только углеводного, но и жирового обмена (сахарный диабет мы подробно разберем в конце главы Метаболизм липидов»).
Нарушения усвоения углеводов можно разделить на. Нарушения переваривания углеводов;
а) врожденные — чаще встречаются врожденная непереносимость молока (энзимопатия по лактазе) и сладкого (энзимопа- тия по сахаразно-изомальтазному комплексу. Более серьезным заболеванием можно назвать первое, т. к. молоко является основой питания в грудном возрасте, и подобная патология вызывает значительные затруднения при формировании рациона ре- бенка.
б) приобретенные — характерны для хронического панкреатита. Нарушения всасывания продуктов переваривания углево- дов.
Главной причиной нарушения всасывания являются хронические энтериты — воспалительные заболевания тонкого кишечника. Это зачастую сопровождается значительным снижением площади всасывающей поверхности тонкого кишечника, а, следовательно, к нарушению всасывания продуктов переваривания, в том числе и углеводов.
75
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
Н,
активируется АДФ и НАД.
Как говориться найдите одно отличие. Патология обмена углеводов довольно скудна, учитывая,
что здесь мы не будем рассматривать сахарный диабет, т. к. это заболевание не только углеводного, но и жирового обмена (сахарный диабет мы подробно разберем в конце главы Метаболизм липидов»).
Нарушения усвоения углеводов можно разделить на. Нарушения переваривания углеводов;
а) врожденные — чаще встречаются врожденная непереносимость молока (энзимопатия по лактазе) и сладкого (энзимопа- тия по сахаразно-изомальтазному комплексу. Более серьезным заболеванием можно назвать первое, т. к. молоко является основой питания в грудном возрасте, и подобная патология вызывает значительные затруднения при формировании рациона ре- бенка.
б) приобретенные — характерны для хронического панкреатита. Нарушения всасывания продуктов переваривания углево- дов.
Главной причиной нарушения всасывания являются хронические энтериты — воспалительные заболевания тонкого кишечника. Это зачастую сопровождается значительным снижением площади всасывающей поверхности тонкого кишечника, а, следовательно, к нарушению всасывания продуктов переваривания, в том числе и углеводов.
75
БИОХИМИЯ ДОСТУПНЫМ ЯЗЫКОМ
ГЛАВА VIII МЕТАБОЛИЗМ
1 2 3 4 5 6 7 8