Вспомогательный материал к лекциям по биологической химии
advertisement
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ К ЛЕКЦИЯМ ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ: СХЕМЫ, ТАБЛИЦЫ, РИСУНКИ Минск 2012 МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ К ЛЕКЦИЯМ ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ: СХЕМЫ, ТАБЛИЦЫ, РИСУНКИ Учебно-методическое пособие Минск 2012 УДК 577.1 (084) (075.8) ББК 28.072 я73 C 23 Утверждено Научно-методическим советом университета в качестве учебно-методического пособия 30.05.2012 г., протокол № 8 А в т о р ы : д-р мед. наук, проф. А. Д. Таганович (лекции 9, 21, 25); канд. мед.наук, доц. Э. И. Олецкий (лекции 17, 18); канд. биол. наук, доц. А. В. Колб (лекции 3, 4, 19, 23, 24); канд. мед. наук, доц. Т. В. Василькова (лекции 6-8, 20, 22); канд. мед. наук, доц. И. Л. Котович (лекции 13-16); канд. мед. наук, доц. Ж. А. Рутковская (лекции 1, 2, 10); канд. мед. наук, ст. преп. Л. П. Лисицына (лекция 5); канд. хим. наук, доц. Н. Н. Ковганко (лекции 11,12) Р е ц е н з е н т ы : д-р биол. наук, проф. Е.В. Барковский; канд. мед. наук, доц. О. Н. Ринейская Вспомогательный материал к лекциям по биологической химии: схемы, таблицы, ри C 23 сунки: учеб.-метод. пособие / А. Д. Таганович [и др.]. – Минск: БГМУ, 2012. – 100 с. ISBN 985-462-572-9. Издание содержит схемы, таблицы и рисунки к лекциям по курсу биологической химии в БГМУ. Рекомендуется для подготовки к лекциям, практическим и семинарским занятиям, экзамену. Предназначено студентам II курса лечебно-профилактического, педиатрического, медико-профилактического, военно-медицинского факультетов и медицинского факультета иностранных учащихся для облегчения конспектирования и усвоения лекционного материала. УДК 577.1 (075.8) ББК 28.072 я73 ISBN 985-462-572-9 Оформление. Белорусский государственный медицинский университет, 2012 1. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ БЕЛКОВ И ПЕПТИДОВ R1 H 3N C H R2 O + C C H C H O R1 O H 3N H 3N C R2 N O C O O C H + C O H Рис. 1.1. Образование пептидной связи Рис. 1.2. Первичная структура белка Рис1.3. α-Спираль 3 H 2O Рис. 1.5. Параллельная β-структура Рис. 1.4. Антипараллельная β-структура Рис.1.6. β-слой Рис. 1.7. β-поворот 4 Рис. 1.8. Доменная организация иммуноглобулина G Рис. 1.9. Фолдинг – процесс формирования нативной структуры белка 5 Рис. 1.10. Формирование четвертичной структуры белка Рис. 1.11. Структурная организация миоглобина 6 Рис. 1.12. Конформационные изменения при функционировании гемоглобина 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ БЕЛКОВ И ПЕПТИДОВ Рис. 2.1. Очистка белка методом диализа Рис. 2.2. Разделение белков методом гель-фильтрации 7 Рис. 2.3. Разделение белков сыворотки крови методом электрофореза . Додецилсульфат натрия (ДДС-Na) Рис. 2.4. Электрофорез в ПААГ с додецилсульфатом натрия (ДДС-Na) Рис. 2.5. Разделение белков методом ультрацентрифугирования 8 Рис. 2.6. Этапы блотт-анализа Смола A Б1 Б1 а Р A Р М1 Б1 М1 М1 Б1 Р б М1 Смола Б1 Р Смола М1 Б2 в Р Р М2 Б2 Б1 М2 М1 Смола Р Бn г Р Мn Б2 Б1 М2 М1 Смола nБ+Р M n- -M 2 - M1 + Смола Рис. 2.7. Схематическое изображение синтеза полипептида твердофазным методом: а — прикрепление к подложке; б — деблокирование основной цепи; в — соединение аминокислот (образование пептидной связи); г — отщепление от подложки и деблокирование боковой цепи А — активирующая группа; М — остаток аминокислоты, встраиваемый в полипептидную цепь; Б — блокаторы групп в составе аминокислотного радикала; Р — блокаторы групп растущей полипептидной цепи. 9 3. ВВЕДЕНИЕ В ЭНЗИМОЛОГИЮ. СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ Рис. 3.1. Изменение энергетического барьера реакции при участии фермента Рис. 3.2. Зависимость скорости реакций от количества фермента Рис. 3.3. Зависимость скорости реакций от температуры и pH Эта кривая описывается уравнением Михаэлиса – Ментен: , где Кm — это константа Михаэлиса. Рис. 3.4. Влияние концентрации субстрата на скорость ферментативной реакции 10 Определение Ymax и Km в координатах Лайнуивера–Берка или координатах «двойных обратных величин» Обратное уравнение имеет вид: На графике это прямая линия (рис. 3.5). Значения Vmax и Km определяем при экстраполировании линии до пересечения с осью абсцисс и ординат: Рис. 3.5. 4. РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ Рис. 4.1. Классификация ингибиторов ферментативных реакций 11 Рис. 4.2. Влияние ингибиторов на скорость ферментативной реакции 5. ВВЕДЕНИЕ В МЕТАБОЛИЗМ. ЦЕНТРАЛЬНЫЕ МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ПУТИ. ПУТИ УТИЛИЗАЦИИ КИСЛОРОДА КЛЕТКОЙ. ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ На уровне субстратов: Белки Липиды Углеводы катаболизм Ацетил – КоА анаболизм Жирные кислоты Холестерол Кетоновые тела На уровне коферментов: Распад (катаболизм) Глюкоза Пентозы НАДФ+ НАДФН. Н+ Процессы биосинтеза (анаболизм) На уровне источников энергии: Катаболизм АТФ Анаболизм 12 На уровне регуляторов обмена: Распад гликогена активация торможение Глюкагон Инсулин активация Синтез гликогена торможение Рис. 5.1. Взаимосвязь процессов анаболизма и катаболизма на четырех уровнях Рис. 5.2. Схема катаболизма белков, липидов, углеводов 13 Рис. 5.3. Строение АТФ СО2 СН3-СО-СOOH + E1-ТПФ-Н Е1-ТПФ-СНОН-СН3 оксиэтил-ТПФ-Е1 Е1-ТПФ-СНОН-СН3 + Е2- ЛК S Е2- ЛК + Е2- ЛК S Е1-ТПФ-Н HS-KoA HS S~CO-CH3 HS S~CO-CH3 ацетиллипоил-Е2 Е2- ЛК CH3-CO~SKoA HS SH дигидролипоил-Е2 Е2- ЛК + E3-ФАД E3-ФАДН2 Е2- ЛК HS SH S E3-ФАДН2 + S НАД+ НАДН.Н+ E3-ФАД Cуммарное уравнение реакции: СО2 + CH3-CO~SKoA + НАДН.Н+ СН3-СО-СOOH + HS-KoA + НАД+ ПВДГК Рис. 5.4. Окислительное декарбоксилирование пирувата Пируват дегидрогеназный комплекс состоит из трех ферментов и пяти коферментов: Е1–ТПФ-Н — пируватдекарбоксилаза (ТПФ — тиаминпирофосфат, активная форма витамина В1); Е 2–ЛК — дигидролипоилацетилтрансфераза (ЛК — активная форма липоевой кислоты — витаминоподобного соединения); Е3–ФАД — дигидролипоилдегидрогеназа (ФАД — флавинадениндинуклеотид — активная форма витамина В2); КоА–SH — активная + форма пантотеновой кислоты; НАД — никотинамидадениндинуклеотид — активная форма витамина РР, никотиновой кислоты) 14 Ацетил-КоА CH3-CO~SKoA CH2-COOH H2O HS-KoA O=C-COOH CH-COOH щук цитрат HO-C-COOH 1 CH2-COOH НАДН·Н НАДН·Н+ изоцитрат 2 8 НАД+ CH2-COOH HO-CH-COOH CH-COOH CH2-COOH HO-CH-COOH малат 3 7 НАД+ CO2 H2O НАДН·Н НАДН·Н+ CH-COOH CH-COOH CH2-COOH фумарат CH2 4 6 5 ФАДН АДН2 НАДН·Н Н·Н+ ФФАД АД+ НАД АТФ CH2-COOH CH2-COOH O=C-COOH НАД+ ГТФ ГДФ HS-KoA Ф CH2-COOH CH2 O=C~SKoA сукцинат CO2 α-кето глутарат HS-KoA сукцинил-КоА Ферменты: 1 — цитратсинтаза; 2 — аконитаза; 3 — изоцитратдегидрогеназа; 4 — α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс; 5 — сукцинил-КоА синтетаза; 6 — сукцинатдегидрогеназа; 7 — фумаратгидратаза; 8 — малатдегидрогеназа Рис. 5.5. Схема лимоннокислого цикла (цикла трикарбоновых кислот) Кребса матрикс тканевое дыхание SH2 Окислительное фосфорилирование SH2 S НАД+ НАДН.Н+ Н+ 2 H+ ФАД e- O2 ФАДН2 FeS ФМН FeS KoQ a FeS c1 e- e- c 4 e2 4 H+ H+ АТФ АДФ+Ф=АТФ a3 b H2 ee- H2O e- H+ Ф H+ АДФ ∆µH+ = ∆Ψ + ∆pH Межмембранное пространство Рис. 5.6. Схема сопряжения тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования 15 Рис. 5.7. Ингибиторы переноса электронов в дыхательной цепи Рис. 5.8. Строение протонной АТФ-синтазы (V комплекс ВММ) НАДФН·Н+ Н+,ē S-Н ē ФАД цит Р450 О2 2Н+ Н2О Рис. 5.9. Механизм микросомного окисления 16 S-OH 6. ПЕРЕВАРИВАНИЕ, ВСАСЫВАНИЕ, ПОСТУПЛЕНИЕ В КЛЕТКУ УГЛЕВОДОВ. МЕТАБОЛИЗМ ГЛИКОГЕНА Крахмал Сахароза Лактоза Гликоген Целлюлоза Пектины Ротовая полость -Амилаза слюны HCl (денатурирует -амилазу) Желудок Панкреатическая -амилаза Мальтоза Изомальтоза -Декстрины Щёточная каёмка кишечника: Мальтаза Сахараза/Изомальтаза Лактаза Трехалаза -Декстриназа Глюкоза Фруктоза Галактоза Волокна целлюлозы Пектины Портальное кровообращение Печень Гал Гл Фр Гл Глюкоза Внепеченочные ткани Рис. 6.1. Переваривание углеводов в пищеварительном тракте Капилляр Просвет кишечника ГЛЮТ 5 Глюкоза Глюкоза Гл Na Na -глюкозный транспортёр ГЛЮТ 2 Глюкоза Na АТФ 2К АДФ К 3Na Рис. 6.2. Всасывание углеводов 17 Рис. 6.3. Транспорт глюкозы в клетки Фруктоза Глюкоза Восстановительный путь АТФ Гексокиназа АДФ или Глюкокиназа Гликогенолиз Гл-6-Ф Гликоген Гликогенез Пентозофосфатный путь (С1) Глюкуроновый путь (С6) Дихотомический распад С3 -/- С4 Спиртовое брожение Пируват - О2 + О2 Анаэробное окисление (Гликолиз) 2 АТФ Глюконеогенез Аэробное окисление 32 АТФ СН3СН(ОН)СООН Лактат СО2 + Н2О Рис. 6.4. Общая схема превращения глюкозы в клетках 18 АТ Ф Г л ю к оза АД Ф Г л -6 -Ф Г е кс о к и н аз а Ф о с ф ог лю к ом у та з а ил и АТ Ф Г л ю к ок и н а за АД Ф (С 6 Н 1 0 О 5 ) n ФФ н УТ Ф У Д Ф -г л Г л- 1 -Ф У Д Ф -г лю к о зо п и р о ф о с фо р и л а за Г л и к о г е н с и нт а за ( С 6 Н 10 О 5 ) n+ 1 Ветвление гликогена: Новая -1,6 -связь Ветвящий фермент Гликогенсинтаза Рис. 6.5. Синтез гликогена (гликогенез) Адреналин Глюкагон Инсулин (печень, сердце) Рецепторы мышц Аденилатциклаза + 5΄-АМФ + Фосфодиэстераза АТФ цАМФ + Протеинкиназа А Гл-6-Ф + Гликогенсинтаза в (D) неакт Гликогенсинтаза а (I) акт Протеинфосфатаза + Инсулин Рис. 6.6. Регуляция синтеза гликогена 19 УДФ Фосфоролиз гликогена: (С6Н10О5)n-1 Н 2О Н3РО4 Гл-1-Ф (С6Н10О5)n Гликоген Фосфоглюкомутаза Гликогенфосфорилаза Н3РО4 Н 2О Гл - 6- Ф Глюкоза Глюкозо-6-фосфатаза В миоцитах В гепатоцитах Деветвление гликогена: Н3РО4 Гл-1-Ф Гликогенфосфорилаза Глюкантрансфераза -1, 6-Глюкозидаза Рис. 6.7. Распад гликогена (гликогенолиз) Адреналин Глюкагон Инсулин 1-Рецепторы (печень, мышцы) -Рецепторы мышц (печень, сердце) Аденилатциклаза + 5’-АМФ + + АТФ Фосфодиэстераза цАМФ Са2+ + Протеинкиназа А Ингибитор-1 (неакт) Са2+/ Кальмодулин + Киназа фосфорилазы в АТФ Киназа фосфорилазы в (акт) АДФ Ф Ингибитор-1 (акт) Гликогенфосфорилаза в (неактивная) Гликогенфосфорилаза а (активная) – Протеинфосфатаза-1 + Инсулин Рис. 6.8. Регуляция гликогенолиза 20 7. ГЛИКОЛИЗ. АЭРОБНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ. ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ 1. Подготовительный этап: = О3Р–О–СН2 СН2ОН АТФ НО ОН Глюкоза ОН ОН АДФ ОН НО Гексокиназа или Глюкокиназа ОН ОН Гл-6-Ф Фосфогексоизомераза = О3Р–О–СН2 СН2ОН НО Р –О–СН2 СН2–О– Р ФФК-1 ОН ОН АТФ НО АДФ Фр-6-Ф ОН ОН Фр-1,6-ФФ Альдолаза А Н–С=О Триозофосфатизомераза Н–С–ОН СН2ОН С=О СН2–О–РО3= СН2–О–РО3 Глицеральдегид-3-фосфат Фосфодиоксиацетон 3-ФГА ФДА 2. Этап гликолитической оксидоредукции: Н–С=О Н–С–ОН = СН2–О–РО3 ГлицеральдегидфосфатДГ Фн НАД+ О=С–ОРО3= Н–С–ОН СН2–О–РО3= НАДН. Н+ 3-ФГА АДФ АТФ Фосфоглицераткиназа 1,3-ДФГ НО–С=О Н–С–ОН СН2–О–РО3= 3-ФГ Мутаза СООН СООН НАД+ НАДН. Н+ НО–С–Н С=О ЛДГ СН3 СН3 Лактат АДФ АТФ Пируваткиназа СООН С ОРО3= СН2 ФЕПВК ПВК Рис. 7.1. Гликолиз 21 Н2О Енолаза НО–С=О Н–С–О–РО3= СН2ОН 2-ФГ Гл Гл-6-Ф Пентозофосфаты Фр-6-Ф Аминосахара Нуклеотиды Гликолипиды и гликопротеины Фр-1,6-Ф Липиды (ТАГ, ФЛ) -Глицеролфосфат ФДА 3-ФГА 2,3-ДФГ (в эритроцитах) 1,3-ДФГ 3-Фосфоглицерат Серин 2-Фосфоглицерат Сиаловая кислота Фосфоенолпируват Лактат ПВК Ацетил-КоА Этанол Пиримидины Аспартат Аланин Мочевина Оксалоацетат Аспарагин Рис. 7.2.. Связь гликолиза с другими метаболическими путями Глюкоза I этап 2 АТФ 2 НАДН. Н+ ДЦ 5 АТФ (чаще) или 2 ФАДН2 ДЦ 3 АТФ (реже) Аэробный гликолиз 2 ПВК 2 НАДН.Н+ ДЦ 5 АТФ II этап Окислительное декарбоксилирование ПВК 2СН3 СО SКоА III этап 2АТФ 6НАДН.Н+ ДЦ 15 АТФ 2 ФАДН2 ДЦ 3 АТФ Лимоннокислый цикл 6 СО2 + Н2О Рис. 7.3. Этапы аэробного окисления глюкозы 22 = 30 – 32 АТФ Малат-аспартатный челночный механизм Цитоплазма НАД+ Митохондриальный матрикс ВММ Малат Малат Малат ДГ . НАДН Н Малат ДГ + ЩУК ЩУК НАД ФАДН2 ДЦ ФДА НАДН Н Глицерол-3-фосфат Глицерол-3-фосфат ДГ ФАД Глицерол-3-фосфат ДГ . НАДН.Н+ ДЦ Глицерол-3-фосфат + НАД+ ФДА + Глицеролфосфатный челночный механизм Рис. 7.4. Челночные механизмы транспорта цитоплазматического НАДН.Н+ Лактат НАД I этап . НАДН Н ДЦ 2,5 ( 1,5 ) АТФ + ЛДГ1-2 + ПВК Аэробное окисление ( Печень, почки, миокард, скелетные мышцы ) ПВК СО2 II этап ДЦ 2,5 АТФ . + НАДН Н Глюконеогенез ( Печень, почки ) 6 АТФ +О2 2 ПВК Глюкоза Окислительное декарбоксилирование ПВК СН3СО-КоА Лимоннокислый цикл III этап 10 АТФ 3 НАДН.Н+, 1 ФАДН2, 1 ГТФ = 15 (14) АТФ СО2 + Н2О Рис. 7.5. Утилизация лактата в клетках Глюкоза Глюкоза 2 АТФ 6 АТФ 2 Пируват 2 Пируват Кровь 2 Лактат 2 Лактат Скелетные мышцы Эритроциты Печень Рис. 7.6. Цикл Кори 23 Субстраты глюконеогенеза: Лактат ПВК Метаболиты ЦТК Пищевые белки Глюкогенные аминокислоты ЩУК Белки мышц Пропионил-КоА ТАГ Глицерин ФДА Ключевые ферменты и ключевые реакции глюконеогенеза: 1. Пируваткарбоксилаза СООН СН2 + АДФ + ФН С=О СООН Оксалоацетат СН3 С=О + HСО3- + АТФ Биотин ⊕ Ацетил-КоА СООН Пируват 2. Фосфоенолпируваткарбоксикиназа (ФЕПКК) СOOН СН2 С-О РО3Н2 + ГДФ СООН ФЕПКК СН2 + ГТФ С=О СО2 СООН Оксалоацетат Фосфоенолпируват 3. Фруктозо-1,6-дифосфатаза Фруктозо-1,6-дифосфат + Н2О Фруктозо-6-фосфат + ФН 4. Глюкозо-6-фосфатаза Глюкозо-6-фосфат + Н2О Глюкоза + ФН Рис. 7.7. Ключевые реакции глюконеогенеза 24 8. ВТОРИЧНЫЕ ПУТИ ОБМЕНА ГЛЮКОЗЫ. ОБМЕН ГАЛАКТОЗЫ И ФРУКТОЗЫ Окислительный этап: Глюкозо-6-фосфат НАДФ+ Глюкозо-6-фосфатДГ НАДФН. Н+ 6-Фосфоглюконолактон Лактоназа 6-Фосфоглюконат НАДФ+ 6-ФосфоглюконатДГ НАДФН. Н+ СО2 Рибулозо-5-фосфат Рибозо-5-фосфат Ксилулозо-5-фосфат Неокислительный этап (L-вариант): Арабинозо-5-фосфат Рибозо-5-фосфат 3-ФГА Ксилулозо-5-фосфат Транскетолаза (ТПФ) Седогептулозо-7-фосфат ФДА Трансальдолаза Октулозо-1,8-дифосфат H3PO4 Октулозо-8-фосфат Седогептулозо-1,7-дифосфат ФДА Эритрозо-4-фосфат Транскетолаза (ТПФ) Фруктозо-6-фосфат Глюкозо-6-фосфат Рис. 8.1. Пентозофосфатный путь 25 3-ФГА СО2 Ксилит L-Ксилулоза D-Ксилулоза 3-Кетогулоновая кислота Врождённая пентозурия Ксилулозо-5-ф НАДН.Н+ ПФП НАД+ Гл-6-ф Гулоновая кислота + НАДФ НАД+ УДФ-гл + . . НАДН Н Аскорбиновая кислота + НАДФН Н Глюкуроновая кислота УДФ-глюкуроновая кислота Рис. 8.2. Глюкуроновый путь СН3 С=О СООН Пируват СО2 НАДН. Н+ ТДФ СН3–С НАД+ О Н Пируватдекарбоксилаза Ацетальдегид СН3СН2ОН АДГ Этанол НАД+ Н2О АльдегидДГ НАДН. Н+ СН3СООН HS–КоА АТФ Ацетат СН3СО~SКоА Цикл Кребса Биосинтез жирных кислот и холестерина Рис. 8.3. Спиртовое брожение АТФ АДФ Глюкоза Гл-6-Ф Гл-1-Ф Гексокиназа УТФ ФФн УДФ-галактоза УДФ-гл УДФ-галактозо-4-эпимераза Рис. 8.4. Синтез галактозы из глюкозы 26 УДФ Глюкоза УДФ-гал Лактоза Лактозосинтаза Рис. 8.5. Синтез лактозы Галактоза АТФ Галактокиназа АДФ Галактозо-1-фосфат УДФ-гл УДФ-галактозо4-эпимераза Галактозо-1-фосфатуридилилтрансфераза УДФ-гал Глюкозо-1-фосфат Глюкозо-6-фосфат Глюкоза крови Гликолиз Гликоген Рис. 8.6. Метаболизм галактозы в печени Фруктоза Эссенциальная Фруктокиназа фруктозурия Врождённая Фр-1-Ф Альдолаза В непереносимость фруктозы ФДА Глицеральдегид Глицеральдегидкиназа АТФ АДФ Глицерол + ЖК 3-ФГА Альдолаза А ТАГ Фр-1,6-ФФ Глюкоза Гликолиз Рис. 8.7. Основной путь превращения фруктозы Сорбит НАДФН.Н+ Глюкоза НАДФ+ Альдозоредуктаза НАД+ Сорбит НАДН.Н+ СорбитДГ Фруктоза Рис. 8.8. Образование фруктозы из глюкозы («Путь сорбита») 27 9. ОБМЕН ЛИПИДОВ Липиды Неомыляемые Омыляемые Простые Сложные Высшие жирные кислоты Воска Нейтральные жиры Высшие спирты Стероиды Стеролы Стероидные (холестерол) гормоны и др. Фосфолипи Гликолиды пиды Полиизопре ноидные соединения (терпеноиды, каротиноиды) Cульфолипиды (ацилглицеро лы) Глицерофо Сфингофо Церебрози Ганглиозиды сфолипиды cфатиды ды Фосфат ФосфатиФосфати- Фосфатиди Фосфати- Дифосфатидилгл Плазмало идилэта дилхолины дилсери- линозитолы дилглицер ицеролы гены нолами ны олы (кардиолипины) ны Рис. 9.1. Классификация липидов по химическому строению Тривиальное название Структурная Насыщенные жирные кислоты СН3-(СН2)14СООН Пальмитиновая Стеариновая Пальмитоолеиновая формула СН3-(СН2)16СООН Ненасыщенные жирные кислоты СН3-(СН2)5-СН=СН-(СН2)7-СООН Олеиновая СН3-(СН2)4-СН=СН-СН2-СН-СН-(СН2)7-СООН Линолевая СН3-(СН2)4-СН=СН-СН2-СН=СН-(СН2)7-СООН Линоленовая СН3-СН2-СН=СН-СН2-СН=СН-СН2-СН=СН- (СН2)7-СООН Рис. 9.2. Высшие жирные кислоты, преобладающие в животных жирах 28 Рис. 9.3 Структура важнейших глицерофосфолипидов Рис. 9.4. Свободный (неэстерифицированный) холестерол и эфир холестерола Рис. 9.5. Структура гликолипидов 29 Рис. 9.6. Рециркуляция желчных кислот С ОН С С С СО-NH-CH2-COO-NH-CH2-CH2-SO32- ОН НО С С С С СООН НО Литохолевая кислота Рис. 9.7. Желчные кислоты 30 Гликохолевая кислота Таурохолевая кислота Переваривание, всасывание Глицерол Н2С–ОН НС–ОН АТФ АДФ Н2С–ОН Глицеролкиназа Н2С–ОН Глицерол–3-Р НС–ОН R1–CO~SKoA Лизофосфолипид R2–CO~SKoA HSKoA Фосфатидная кислота Н2О Рн 2-ацилглицерол Н2С–О–P НС–О–СO–R2 Н2С–ОH Глицерол–3-Pацилтрансфераза Н2С–О–СО–R1 Ацилтрансфераза HSKoA Н2С–ОН НС–ОН Н2С–О–P 1-ацилглицерол-3-Pацилтрансфераза Н2С–О–СО–R1 НС–О–СO–R2 Н2С–О–P фосфатидатфосфатаза HS–KoA R1–CO~SKoA Н2С–О–СО–R1 Диацилглицерол НС–О–СO–R2 Холинфосфотрансфераза Н2С–ОН Диацилглицеролацилтрансфераза HSKoA ЦДФ-холин ЦМФ Н2С–О–СО–R1 (этаноламин) Триацилглицерол НС–О–СO–R2 R3–CO~SKoA Н2С–О–СО–R1 НС–О–СO–R2 Н2С–О–P–О–СН2–СН2–N(СН3)3 Фосфатидилхолин Н2С–О–СО–R3 Рис. 9.8. Ресинтез триацилглицеролов и глицерофосфолипидов в клетках слизистой тонкого кишечника 31 Рис. 9.9. Ресинтез эфиров холестерола Рис. 9.10. Структура липопротеинов плазмы крови 32 Рис. 9.11. Метаболизм липопротеинов плазмы крови Таблица 9.1 Ферменты обмена липопротеинов Фермент Липопротеинлипаза (ЛПЛ) Место синтеза Адипоциты, миоциты Печеночная липаза Гепатоциты Лецитин-холестеролацилтрансфераза (ЛХАТ) Гепатоциты Функция Частичное разрушение ХМ и ЛПОНП посредством высвобождения жирных кислот (ЖК) из ТАГ и ФЛ Высвобождение ЖК из ТАГ, ФЛ в составе ЛППП и ЛПВП Необходим для обратного транспорта холестерола; осуществляет эстерификацию холестерола за счет переноса жирной кислоты с лецитина на СХ Рис. 9.12. Состав липопротеинов плазмы крови 33 Рис. 9.13. Поступление в клетки ЛПНП O O 2 CH 3-C~SKoA Ацетил-КоА Тиолаза КоА-SH O CH 3-C-CH2-C~SKoA ГОМГ-КоА синтетаза O CH 3-C~SKoA ацетил-КоА СH 3 O - ООС-СН 2-С-CН2-С~SKoA ОН ГОМГ ~КоА 34 Ацетоацетил-КоА Рис. 9.14. Синтез холестерола Рис. 9.15. Образование эфиров холестерола в плазме крови под влиянием ЛХАТ 35 Таблица 9.2 Свойства рецепторов для липопротеинов плазмы крови Характе- Рецептор к апо Рецептор «мусорщик» Рецептор к апо В-100 ристики Е («рецептор (для ЛПНП) обломков») Печень Макрофаги/моноциты, Фибробласты, гладкоТканевая эндотелиальные клетки мышечные клетки, локализасинусоидных капилляров адипоциты, печень, ция печени надпочечники, яичники, семенники, лимфоциты, макрофаги ЛПНП Липопро- Обломки ХМ, Химически измененные теиновые ЛППП, ЛПВП, ЛПНП; бактериальный обогащенные липополисахарид лиганды апо Е Регуляция уровня Функции Поглощение об- Поступление в клетки и ломков ХМ и разрушение измененных ЛПНП; перераспредеЛПВП, обога- липопротеинов; защита от ление ХС; утилизация щен-ных ХС; эндо-токсического шока ХС доставка ХС в печень для выведения Общий холестерол : Холестерол ЛПНП : Холестерол ЛПВП : Триацилглицеролы: 130-250 мг/100 мл (3,35-6,45 ммоль/л) 50-170 мг/100 мл (1,29-4,39 ммоль/л) 28-75 мг/100 мл (0,72-1,94 ммоль/л) 72-170 мг/100 мл (0,85-2,00 ммоль/л) Общий холестерол : Холестерол ЛПНП : Холестерол ЛПВП : Триацилглицеролы : < 200 мг / 100 мл (5,2 ммоль/л) < 100 мг / 100 мл (2,6 ммоль/л) > 60 мг / 100 мл (1,6 ммоль/л) < 150 мг / 100 мл (1,7 ммоль/л) Рис. 9.16. Пределы колебаний и желательный профиль липидов в плазме крови 36 Рис. 9.17. Липопротеин (а) Рис. 9.18. Депонирование липидов в жировой ткани 37 Рис. 9.19. Мобилизация жира из депо НММ Цитозоль КоА-SH ЦС Ацил-КоА ВММ Межмембранное пространство Митохондриальный матрикс Ацилкарнитин КоА-SH Т КАТн Карнитин КАТв Ацил-КоА -окисление Рис. 9.20. -Окисление жирных кислот (перенос ацила из цитозоля в митохондриальный матрикс) 38 O ФАДН2 R–CH2–CH2–CH2–СH2–C~SKoA ФАД O R–CH2–CH2–CH=СH–C~SKoA 1 2 Н2О O ОН O 4 КоА–SH R–CH2–CH2–CH–СH2–C~SKoA НАД+ 3 НАДН.H+ O O R–CH2–CH2–C–СH2–C~SKoA R–CH2–CH2–C~SKoA O СH3-C~SKoA ЦТК Рис. 9.21. -Окисление жирных кислот в митохондриях: 1 — ацил-КоА дегидрогеназа; 2 — еноил-КоА гидратаза; 3 — -гидроксиацил-КоА дегидрогеназа; 4 — тиолаза Кровь ЖК ТАГ ФЛ ЖК Р450 ЖКЖКБ ЭПР -гидроксилаза ЖК Дикарбоновые кислоты -окисление Митохондрия -окисление С8-жирные кислоты С8-дикарбоновые кислоты Жирные кислоты с очень длинной цепью (С 24) Пероксисомы Рис. 9.22. -Окисление «необычных» жирных кислот 39 Дефект -окисления ЖК – болезнь Рефзума • Пигментная дегенерация сетчатки • Хроническая полинейропатия • Мозжечковая атаксия • Повышение концентрации белка в Рис. 9.23. Дефект -Окисления жирных кислот НАДФН .H + АцилсинтеНАДФН H таза 3 Малонил-КоА 2 Ацетил-КоА 1 Цитрат ЩУК . Ацетил-КоА ЩУК Цитрат + Ацил-КоА . 4 6 НАДН H + НАД + Малат + НАДФ 5 НАДФН .H + Пируват НСО 3 Пируват Рис. 9.24. Биосинтез жирных кислот. Перенос ацетил-КоА из митохондрий в цитозоль: 1 — цитратлиаза; 2 — ацетил-КоА-карбоксилаза; 3 — ацилсинтетазный комплекс; 4 — малатдегидрогеназа; 5 — малик-фермент; 6 — пируваткарбоксилаза 40 О О H3C–C–H2C–С~S О HS –ООС–СН –С~S 2 О СН3–С~S CO2 КС МТ КР АТ АПБ ЕР ГД О КС МТ КР АТ АПБ ЕР ГД СО2 О НАДФН.Н+ О О ОН СН3–С~S–CK СН3 –С–CH2–С~S–АПБ СН3–СН–СН2–С–S–АПБ О КС КР –ООС–СН2–С~S–АПБ ГД Н2О О О ЕР СН3–СН2–СН2–С–S–АПБ НАДФН СН.3Н–СН=СН–С–S–АПБ + Рис. 9.25. Последовательность реакций синтеза жирных кислот НАДФН.H+ ФАД Fe 2+ НАДФ+ ФАДН 2 Fe 3+ Fe 2+ Цитохром b5 Десатураза Цитохром b5 редуктаза Fe 3+ Рис. 9.26. Синтез ненасыщенных жирных кислот 41 Олеоил-КоА + Н2О 18:1 (9) Стеароил-КоА + О2 18:0 Рис. 9.27. Синтез арахидоновой кислоты 42 O O 2 CH 3-C~SKoA Ацетил-КоА Тиолаза КоА-SH O Ацетоацетил-КоА CH 3-C-CH 2 -C~SKoA ГОМГ-КоА синтаза O CH 3 -C~SKoA Ацетил-КоА КоА-SH O СH 3 CH 3-C-СН 2 -СОО Ацетоацетат O ГОМГ-КоА лиаза CH 3 -C~SKoA O - ООС-СН 2-С-CН 2-С~SKoA ОН ГОМГ ~КоА СН3-СНОН-СН2-СООН + НАД+ СН3-СО-СН2-СООН + НАДН + Н+ β-Гидроксибутират Ацетоацетат СН3-СО-СН3 + СН3-СО-СН2-СООН Ацетон Рис. 9.28. Синтез кетоновых тел Рис. 9.29. Катаболизм кетоновых тел 43 СО2 10. АКТИВНЫЕ ФОРМЫ КИСЛОРОДА И АНТИОКСИДАНТНАЯ ЗАЩИТА Рис. 10.1. Образование свободных радикалов Рис. 10.2. Свободные радикалы обладают большой реакционной способностью 44 Рис. 10.3. Жидкостно-мозаичная модель мембраны Рис. 10.4. Асимметричность мембраны Рис. 10.5. Роль мембранных белков 45 Рис. 10.6. Белки встроены в специальные участки мембран Рис. 10.7. Перекисное окисление липидов 46 Рис. 10.8. Продукты ПОЛ Рис. 10.9. Маркеры ПОЛ 47 Рис. 10.10. Витамин Е и его антиоксидантное действие ретиналь Рис. 10.11. Витамин А 48 11. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОБМЕНА БЕЛКОВ, ПРОТЕОЛИЗ Таблица 11.1 Заменимые и незаменимые аминокислоты Заменимые Незаменимые Аланин Глутамат Аргинин* Лизин Аспарагин Пролин Валин Метионин Аспартат Серин Гистидин* Треонин Глицин Тирозин Изолейцин Триптофан Глутамин Цистеин (цистин) Лейцин Фенилаланин * Частично заменимые Таблица 11.2 Классы протеаз Сериновые протеиназы Аспарагиновые протеиназы Цистеиновые протеиназы Металлопротеиназы Пищеварит ельный сок Ф ерм ен ты Пр одукты Белки HCl Желу дочный сок | Пепсин оген Пеп си н Большие пептиды Поджелудочная ж елеза Хи мотрипсин оген Т ри псиноген Кишеч ный сок Химотрип си н Т ри псин С редние пептиды Энтерокиназ а Пептидазы Аминокислоты Рис. 11.1. Переваривание белков в ЖКТ 49 Таблица 11.3 Специфичность протеаз Эндопептидазы Пепсин Гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами ароматических аминокислот (фен и тир) Трипсин Гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами основных аминокислот (лиз и арг) Химотрипсин Гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами ароматических аминокислот (фен, тир, три) Эластаза Гидролизует пептидные связи, образованные карбоксильными группами маленьких алифатичеких аминокислот (гли, ала, сер) Экзопептидазы Карбоксипептидаза А Отщепляет нейтральные аминокислоты от С-конца пептидов Карбоксипептидаза В Отщепляет основные аминокислоты от С-конца пептидов Рис. 11.2. Внутриклеточный протеолиз белков 12. ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ ОБМЕН АМИНОКИСЛОТ I R-CH-COOH NH 2 R-C-COOH O II Трансаминаза (vit B6) I R-CH-COOH II NH 2 R-C-COOH O Рис. 12.1. Реакции переаминирования. Суммарная реакция 50 Аланиновая трансаминаза (АЛТ) АЛА + α-КГ Пируват + ГЛУ Аспарагиновая трансаминаза (АСТ) АСП + α-КГ Оксалоацетат + ГЛУ Рис. 12.2. Примеры реакций переаминирования Прямое дезаминирование. Различают четыре основных типа дезаминирующих реакций: 1. Восстановительное дезаминирование: R-CH-COOH + 2H NH 2 R-CH2 -COOH + NH 3 2. Гидролитическое дезаминирование: R-CH-COOH + H2O NH 2 R-CH-COOH + NH 3 OH 3. Внутримолекулярное дезаминирование: гидролизует пептидные связи, R-CH-COOH R-CH=CH-COOH + NH 3 NH 2 4. Окислительное дезаминирование: 4А. Под действием оксидаз: R-CH-COOH оксидазы NH2 Флавин Флавин-Н2 R-C-COOH NH H2O NH3 H2O2 O2 Каталаза R C=O COOH H2O + 1/2O2 4Б. Окислительное дезаминирование под действием дегидрогеназ: Окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты -кетоглутарата и аммиака (глутаматдегидрогеназная реакция): ГЛУ + НАД+ -кетоглутарат + НАДН.Н+ + NH3 Рис. 12.3. Реакции дезаминирования 51 с образованием Непрямое дезаминирование – двухстадийный процесс удаления аминогруппы из аминокислот. К етоглутарат Аминокислота NH 3 R--CH--COO H NH 2 Н АДН Н + 2 1 НАД + К етокислота Глутаминовая кислота R--C--COOH O 1. Реакция переаминирования 2. Глут амат дегидрогеназная реакция Рис. 12.4. Непрямое дезаминирование H 2 N CH COOH CH 2 NH 3 + CH 2 COOH АТФ АДФ+Фн Глутаминсинтетаза H 2 N CH COOH CH2 CH 2 CONH 2 Рис. 12.5. Синтез глутамина 1. Синтез карбамоилфосфата (происходит в митохондриях): O O ║ ║ HCO3– + NH4+ + 2АТФ + H2O H2N–C–O–P–O– + 2АДФ + ФН ׀ Карбамоилфосфатсинтетаза-1 O2. Орнитиновый цикл мочевинообразования: 52 Мочевина Карбамоилфосфат Орнитин Орнитин-карбамоил трансфераза Аргиназа Фн Н2О Аргинин Цитруллин Аспартат + АТФ Фумарат Аргинино-сукцинат синтетаза Аргининосукцинатлиаза Аргинино-сукцинат АМФ + ФФн Рис. 12.6. Образование мочевины Рис.12.7. Синтез триптамина, серотонина, дофамина 53 H2N CH COOH CO 2 H 2N CH 2 CH 2 CH 2 N N N H N H гистамин гистидин Рис. 12.8. Синтез гистамина H OOC –CH(NH2)–CH2–CH2–COOH CH2(NH2)–CH2–CH2–COOH + CO2 Рис. 12.7. Синтез γ-аминомасляной кислоты (ГАМК) Рис. 12.9. Синтез ГАМК Рис. 12.10. Синтез катехоламинов 54 13. ХИМИЯ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ Рис. 13.1. Азотистые основания Рис. 13.2. Строение нуклеозидов и нуклеотидов 55 Таблица 13.1 Номенклатура нуклеозидов и нуклеотидов Азотистое основание Пурины АДЕНИН Нуклеозид (АО + рибоза) АДЕНОЗИН* Нуклеотид (нуклеозид + фосфат) ГУАНИН ГИПОКСАНТИН Пиримидины УРАЦИЛ ГУАНОЗИН ИНОЗИН АДЕНОЗИН монофосфат (АМФ)*; дифосфат (АДФ); трифосфат (АТФ). ГУАНОЗИН монофосфат (ГМФ),… ИНОЗИН монофосфат (ИМФ), … УРИДИН УРИДИН монофосфат (УМФ), … ЦИТОЗИН ЦИТИДИН ЦИТИДИН монофосфат (ЦМФ), … ТИМИН ТИМИДИН (+дезоксирибоза) ТИМИДИН монофосфат (ТМФ), … * если сахар дезоксирибоза — дезоксиАДЕНОЗИН, дАМФ. Рис. 13.3. Первичная структура ДНК 56 Рис. 13.4 . Вторичная структура ДНК Рис. 13.5. Примеры третичной структуры ДНК Рис. 13.6. Вторичная и третичная структура тРНК 57 14. ОБМЕН НУКЛЕОПРОТЕИНОВ Нуклеопротеины Желудок, HCl Нуклеиновые кислоты ДНКаза, РНКаза Белки 12-перстная кишка Аминокислоты Олигонуклеотиды Фосфодиэстеразы Мононуклеотиды Нуклеотидазы ВСАСЫВАНИЕ Фн Нуклеозиды Нуклеозидазы Н2О пентоза Азотистые основания Нуклеозидфосфорилазы В клетке Фн пентозо-1-фосфат Азотистые основания Рис. 14.1. Переваривание и всасывание нуклеопротеинов в желудочно-кишечном тракте Рис. 14.2. Схема распада пуринов 58 АТФ а АДФ Нуклеозид Нуклеозидмонофосфат НТФ Нуклеозидкиназа б Азотистое основание ФФн Нуклеозидмонофосфат Рис. 14.3. Пути повторного использования азотистых оснований и нуклеозидов ФРПФ синтетаза Рибозо-5-фосфат + ATФ Фосфорибозилпирофосфат (ФРПФ) + AMФ Глн ФРПФ амидотрансфераза Глу Фосфорибозиламин Гли CO2 Глн Формил-ТГФК Aсп Метенил-ТГФК Асп Инозинмонофосфат (ИМФ) ГДФ+Фн Аденилосукцинат Лиаза AMФ ДГ (НАД+) ГТФ Синтетаза Фумарат Ксантозинмонофосфат Глн ATФ Синтетаза AДФ+Фн ГМФ АДФ ГДФ ATФ ГТФ Рис. 14.4. De novo синтез пуриновых нуклеотидов 59 Карбамоилфосфатсинтетаза II Глн + CO2 + 2ATФ Асп Фн Карбамоилфосфат + Глу + 2AДФ + Фн Аспартаткарбомоилтрансфераза Карбамоиласпартат Дигидрооротаза H2O Дигидрооротат + НАД ДГ НАДH.H+ Оротат ФРПФ Фосфорибозилтрансфераза ФФн Оротидинмонофосфат CO2 Декарбоксилаза УМФ УДФ АТФ, Глн Глу УТФ Синтетаза ЦТФ Рис. 14.5. De novo синтез пиримидиновых нуклеотидов Рибонуклеозиддифосфатредуктаза УДФ (ЦДФ) (ГДФ) (АДФ) Тиоредоксин SH SH H2O дУДФ (дЦДФ) (дГДФ) (дАДФ) Тиоредоксин S S НАДФH.H+ НАДФ+ Тиоредоксинредуктаза Рис. 14.6.Образование дезоксирибонуклеотидов 60 ЦДФ УДФ дЦДФ дУДФ дЦМФ Тимидилатсинтаза NH3 дТМФ дУМФ метилен-ТГФК дТДФ дТТФ ДГФК Рис. 14.7. Образование тимидиловых нуклеотидов 15. МАТРИЧНЫЕ БИОСИНТЕЗЫ Рис. 15.1. Образование фосфодиэфирной связи под действием ДНК-полимеразы 61 Рис. 15.2. Схема репликации у эукариот Рис. 15.3. Эксцизионная репарация нуклеотидов 62 Рис. 15.4.. Общая схема транскрипции. Рис. 15.5. Созревание иРНК. 63 NH2 – CH – COOH + АТФ R Аминокислота NH2 – CH – CO~АМФ + ФФн 1 R Аминоациладенилат 2 + тРНК NH2 – CH – CO~тРНК + АМФ R Аминоацил-тРНК Рис. 15.6. Рекогниция. Реакции катализирует аминоацил-тРНК-синтетаза (АРСаза) Рис. 15.7. Собственно трансляция. Инициирующий комплекс 64 Рис. 15.8. Собственно трансляция. Образование пептидной связи Рис. 15.9. Общая схема элонгации 65 Регуляция биосинтеза белка в клетке В отсутствии лактозы: В присутствии лактозы (и отсутствии глюкозы): Рис. 15.10. Схема работы lac-оперона 16. МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ Рис. 16.1 . 2’,3’-Дидезоксинуклеотид (используется для остановки синтеза ДНК) 66 Рис. 16.2. Схема секвенирования по Сэнджеру Рис. 16.3. Принцип полимеразной цепной реакции (ПЦР) 67 Рис. 16.4. Принципиальные этапы блот-анализа ДНК 1. ДНК экстрагируют из образцов крови, спермы или корней волос 2. Затем ДНК разрезают на фрагменты с помощью рестриктаз 3. Разделяют фрагменты ДНК по их размеру электрофорезом в агарозном геле 4. С помощью тех же приемов, которые используются в блот-анализе, разделенные фрагменты ДНК переносят с электрофореграммы на нейлоновую мембрану 5. Вносят несколько радиоактивных зондов для ДНК, которые связываются с комплементарной последовательностью нуклеотидов на мембране. Избыток зонда смывается, и на мембрану накладывают фотопластинку. 6. Сравнение полученных блотов Рис. 16.5. Этапы проведения анализа отпечатков пальцев ДНК 68 Рис. 16.6. Встраивание в плазмиду участка ДНК 17. ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ И МЕЖКЛЕТОЧНАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ Рис. 17.1. Принцип организации сигнальных путей. 69 Рис.17.2. Пути обмена сигналами Рис. 17.3. Пример синтеза сигналов, построенных из аминокислот 70 Рис. 17.4. Классификация мембранных рецепторов Рис. 17.5. Строение ядерных рецепторов 71 И связанные с ним молекулы 7 ТМС рецептор Рис. 17.6 Передача сигнала через 7-ТМС рецепторы с участием аденилатциклазы Рис.17.7. Передача сигнала через 7-ТМС рецепторы с участием фосфолипазы С 72 Рис.17.8. Вторичные посредники в действии гормонов Рис.17.9. Классы рецепторов тирозинкиназ 73 Рис. 17.10. Основные домены, участвующие в передаче сигналов с 1-ТМС рецепторов 18. БИОХИМИЯ ГОРМОНОВ Рис 18.1. Гормоны и их химическая структура 74 Рис.18.2. Пример механизма действия гормона гипоталамуса с участием 7 ТМС рецепторов (фосфолипаза С) Рис.18.3. Пример действия гормона гипофиза с участием 7 ТМС рецепторов (аденилатциклаза) 75 Рис.18.4. Пример действия гормона гипофиза (гормон роста) с участием 1 ТМС рецептора с ассоциировнными тирозинкиназами Рис.18.5. Основные механизмы действия инсулина (1 ТМС рецептор с тирозинкиназной активностью) 76 Рис.18.6. Примеры синтеза и действия минералокортикоидов (цитозольный рецептор) Рис.18.7. Примеры синтеза и действия Т3 (ядерный рецептор) 77 19. БИОХИМИЯ ПЕЧЕНИ Глобин НАДФН∙Н+; О 2 НАДФН∙Н+ Гемоглобин Вердоглобин Биливердин Билирубин вит. С; цит. Р450 биливердинредуктаза Fe гемоксигеназа Рис. 19.1. Распад гемоглобина Непрямой билирубин 2 УДФ-глюкуроновая к-та глюкуроновая Прямой билирубин 2 глюкуроновая к-та Мезобилир убин Уробилиноген Стеркобилин оген Стеркобилин Стеркобилин Рис. 19.2. Метаболизм желчных пигментов Таблица 19.1 Желчные пигменты в дифференциальной диагностике «желтух» Кровь Моча Кал Желчные пигменты Прямой Непрямой Прямой Непрямой Стерко- Уроби- Стеркобилиру- билиру- билиру- билирубилин лин билин Виды желтух бин бин бин бин Норма Гемолитическая желтуха Паренхиматозная желтуха ± + — — + — + ± ↑↑↑ — — ↑↑ — ↑↑ ↑↑↑ ↑ + — ± ↑↑ ± 78 Обтурационная желтуха ↑↑↑ ↑ I. Сукцинил ~ SКоА + Глицин 1 + — — — δ-Аминолевулиновая кислота (δ-АЛК) КоА – SН + СО2 1 = δ-Аминолевулинатсинтаза (δ-АЛС); В6 2 II. 2 δ-АЛК Порфобилиноген ( ПБГ) 2Н2О 2 = δ-Аминолевулинатдегидратаза (δ-АЛД) III. 4 ПБГ Протопорфирин IX (ПП IX) через ряд промежуточны стадий 3 IV. ПП IX + Fe2+ Гем вит. В12;Cu2+ 3 = Гемсинтаза (феррохелатаза) Рис. 19.3. Этапы синтеза гемма 20. ГЕМОСТАЗ. СИСТЕМА СВЁРТЫВАНИЯ КРОВИ СИСТЕМА СВЁРТЫВАНИЯ КРОВИ Свёртывающая (гемокоагуляционная) система Противосвёртывающая (антитромботическая) система Антикоагулянтная система Фибринолитическая система Рис. 20.1. Система свёртывания крови 79 — ВНУТРЕННИЙ ПУТЬ СВЁРТЫВАНИЯ КРОВИ ВНЕШНИЙ ПУТЬ СВЁРТЫВАНИЯ КРОВИ ф.III Контакт с аномальной поверхностью Коллаген, поверхность активированного тромбоцита (Р3) Повреждение ткани ф.XII ВМК Тканевый тромбопластин (Тканевый фактор) ф.XIIа Са2+ ф.VII Прекалликреин ф.VIIа ф.XIа ф.XI ф.IIIа Р3 Теназа ф.IXа ⁄ Р3 ⁄ Са2+⁄ ф.VIIIа ф.IX Протромбин (ф.II) Протромбиназа Р3 ⁄ Са2+⁄ ф.Vа ⁄ ф. Ха ф.X Фибриноген (ф.I ) (А2α2В2β2γ2) Тромбин (ф.IIа) 2А,2В Фибрин-мономер (α2β2γ2) (РФМК) ф.XIII ф.XIIIа Фибрин S Cа2+ Фибрин I Рис. 20.2. Свёртывающая система крови –HN–CH–CH2–CH2–COO– │ CO2 Витамин К –СО Остаток L-глутамата –HN–CH–CH2–CH │ –СО COO– COO– Остаток L--карбоксиглутамата Рис. 20.3. Роль витамина К в гемокоагуляции 80 Плазминоген В Н Е Ш Н И Й В Н У Т Р Е Н Н И Й Э К З О Г Е Н Н Ы Й М Е Х А Н И З М Ингибиторы активатора плазминогена (ПАИ) Активаторы плазминогена ПАИ-1 ПАИ-2 ПАИ-3 Тканевый активатор (тАП) Урокиназа ПАИ-4 М Е Х А Н И З М Протеины С и (S) Активаторы плазминогена клеток крови Ингибиторы связывания с фибрином Активируемый тромбином ингибитор фибринолиза Фактор XIIа Калликреин Стрептокиназа Стафилокиназа М Е Х А Н И З М Рекомбинантный тАП Урокиназа Ингибиторы плазмина 2-Антиплазмин 2-Макроглобулин 1-Протеиназный ингибитор (1-Антитрипсин) Плазмин Фибрин Первичные продукты деградации фибрина (ранние) Вторичные продукты деградации фибрина (поздние) У Х Д Е Рис. 20.4. Плазминовая система 81 21. БИОХИМИЯ ПИТАНИЯ Рис. 21.1. Целлюлоза - линейный полимер глюкозных остатков, соединенных β-1,4-гликозидной связью Рис. 21.2. Гемицеллюлоза – гетерогенная группа полисахаридов Рис. 21.3. Пектины - неразветвлённая цепь связанных остатков 1,4-D-галактуроновой кислоты. Боковые цепи содержат рамнозу, арабинозу, ксилозу и фукозу. Рис. 21.4. Лигнины – разветвленный полимер, состоящий из фенолов 82 Рис. 21.5. Структура камеди Рис. 21.6. Протеиногенные аминокислоты Гли, Ала, Цис, Сер, Тре, Три Лей, Иле, Фен, Тир, Три Асп, Асн Тир, Фен Пируват Ацетоацетил-КоА Лиз, Лей Ацетил-КоА Оксалоацетат Фумарат Цитрат Глн Про Арг Гис Глу кетоглутарат Сукцинил-КоА Пропионил-КоА Иле Мет Вал Рис. 21.7. Глюкогенные и кетогенные аминокислоты 83 Рис. 21.8. Переваривание углеводов пищи Глюкоза крови (мг/100мл) (a) глюкоза (стандарт) (b) Низкий гликемический индекс (c) Уровень натощак часы Прием глюкозы Fig. 4-9, p. 83 Рис. 21.9. Пищевая ценность углеводов Рис. 21.10. Пространственная структура жирных кислот пищи 84 Рис. 21.11. Полиненасыщенные жирные кислоты АТФ: аденозин трифосфат NH2 N N OH N N CH2 O O O O Общее содержание АТФ+АДФ ~ 10 г OH Суточный оборот АТФ ~ весу тела (~ 70 кг) Использование АТФ в состоянии покоя P OH OH реакции, катализир. ферм-тами 36% натр-вый насос 22% мышечное сокращ-ие 11% биосинтез белка 21% кальциев. насос 10% Рис. 21.12. Расход энергии АТФ 85 P O OH O P O OH Реальная и желательная пропорция энергии из различных метаболических источников protein 15% alcohol 3% Реальная carbohydrate 42% fat 40% protein 15% alcohol 0% Желательная carbohydrate 55% fat 30% Для снижения доли жира следовало бы снизить количество потребляемых насыщенных липидов с 17% до 10% ; увеличить долю углеводов следовало бы за счет повышения доли крахмала и снижения - сахара Рис. 21.13. Вклад компонентов пищи в энергообеспечение организма Рис. 21.14. Механизм действия лептина Рис. 21.15. Действие грелина в организме 86 Рис. 21.16. Витамин B1 Рис. 21.17. Витамин В2 Рис. 21.18. Витамин РР 87 Рис. 21.19. Витамин В6 Рис. 21.20. Витамин Вс 88 Витамин В 12 Рис. 21.21. Витамин В12 Рис. 21.22. Витамин Н Рис. 21.23. Витамин С 89 22. ВОДНО-МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН Вода в организме взрослого человека составляет 60 % (50-70 %) от веса тела Вода внутриклеточной жидкости – 33 % (30-40 %) Вода внеклеточной жидкости – 27 % (20-30 %) Экстравазальная жидкость – 19-20 % Трансцеллюлярная жидкость – 1-3 % Интравазальная жидкость – 5-7 % Жидкость соединительных тканей – 8-10 % Жидкость кровеносных сосудов – 4-5 % Интерстициальная жидкость – 10-12 % Жидкость лимфатических сосудов – 1-2 % Рис. 22.1. Распределение воды в организме а б Рис. 22.2. Nа+/ К+-АТФаза (а) и её специфический ингибитор уабаин (б) 90 Рис. 22.3. Транспорт воды через мембрану при участии аквапоринов Эпифиз Гипоталамус (Нейрогипофиз) Адреногломерулотропин Вазопрессин Альдостерон Реабсорбция Na+ и экскреция К+ (Н+) Реабсорбция H2O Ангиотензин II Нефрон Ангиотензинпревращающий фермент Ангиотензин I Юкстагломерулярный аппарат Ренин Ангиотензиноген Рис. 22.4. Регуляция водно-электролитного обмена 91 Рис. 22.5. Транспорт и депонирование железа Рис. 22.6. Участие церулоплазмина в метаболизме железа 92 23. БИОХИМИЯ МЫШЕЧНЫХ ТКАНЕЙ Рис. 23.1. Структура саркомера Рис. 23.2. Схематическое строение молекулы миозина Рис. 23.3. Структура F-актина 93 Рис. 23.4. Схематическое изображение расположения белков в тонких нитях саркомера 24. БИОХИМИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ТКАНЕЙ (МОЛЕКУЛЫ ВНЕКЛЕТОЧНОГО МАТРИКСА) Гиалуронат: состоит из D-глюкуроната + ГлюNAц Связь (1, 3) а Дерматансульфат: состоит из L-идуроната (частично сульфирован) + ГалNAц-4-сульфат Связь (1, 3) б в Хондроитин-4- и 6-сульфаты: состоят из D-глюкуроната + ГалNAц-4- или 6сульфата Связь (1, 3) (на рисунке ГалNАц 4-сульфат) 94 Гепарин и гепарансульфаты: состоят из D-глюкуронат -2-сульфата (или идуронат-2-сульфата) + N-сульфо-D-глюкозамин-6сульфата Связь (1, 4) (гепараны менее сульфированы, чем гепарины) г Кератансульфаты: состоят из галактозы + ГлюNАц-6-сульфата Связь (1, 4) д Рис. 24.1. Структура гликозаминогликанов Рис. 24.2. Строение главного протеогликана хрящевой ткани – агрекана Таблица 24.1 Представители протеогликанов Агрекан 210 кДа Тип ГАГцепей ХДС, КС Бетагликан 36 кДа ХДС, ДС Декорин 40 кДа ХДС, ДС Перлекан 600 кДа ГС Серглицин 20 кДа ХДС, ДС Синдекан-1 32 кДа ХДС, ГС Название ММ корового белка Число ГАГЛокализация цепей 130 Хрящ Клеточная по1 верхность; матрикс Широко распро1 странен 2–15 Базальная мембрана Секреторные пу10–15 зырьки лейкоцитов Фибробласт; по1–3 верхность эпителия Функция Опорная Связывает TGF-b Связывает фибриллы коллагена типа I и TGF-b Структурная и фильтрующая функции в базальной мембране Помогает упаковывать и хранить секретируемые молекулы Клеточная адгезия; связывает ФРФ Примечание: ХДС — хондроитинсульфат, ГС — гепарансульфат, ДС — дерматансульфат, ФРФ — фактор роста фибробластов, TGF-b — трансформирующий фактор роста. 95 Таблица 24.2 Характеристика коллагенов Тип коллагена Тип I Длина волокна 300 нм Состав [1(I)]22(I) Тип II 300 нм [1(II)]3 Тип III Тип IV Тип V 300 нм 390 нм 300 нм [1(III)]3 [1(IV)]3 [1(V)]22(V) Тип VI Тип VII Тип VIII Тип IX Тип X 105 нм 450 нм 150 нм 200 нм 150 нм 1(VI), 2(VI) 1(VII) 1(VIII) 1(IX), 2(IX) 1(X) Выделен Из кости, роговицы, дентина, клапанов сердца, стенки матки Из гиалинового хряща, стекловидного тела Из дермы, клапанов сердца, десны Из базальных мембран Из кости, роговицы, больших сосудов, клапанов сердца Из кровеносных сосудов Из эндотелия сосудов Из эндотелия сосудов Из хрящевой ткани Из хрящевой ткани Первичная структура α-цепи коллагена Рис. 24.3. G-X-Y-полипептид свернут в левозакрученную спираль Тройная спираль α-цепей коллагена Рис. 24.4. Вторичная структура коллагена: каждая полоса в этой тройной спирали — это отдельная α -цепь коллагена 96 Таблица 24.3 Заболевания, вызванные нарушениями процессинга коллагена Болезнь Дефект обмена Клинические проявления Несовершенный остеогенез Голубые склеры, повышенная ломкость и деформации костей Дефекты генов, кодирующих α1(I)-цепи. Снижение количества коллагена типа I Синдром ЭлерсаДанло (тип IV) Самопроизвольные разрывы артерий, кишечника, матки, легко повреждаемая кожа Дефекты генов, кодирующих α1(III)-цепи. Нарушение структуры конца цепи коллагена Синдром ЭлерсаДанло (тип V) Гиперподвижность суставов Уменьшение количества поперечных сшивок Синдром ЭлерсаДанло (тип VI) Нарушение роста, ломкость капилляров Недостаточность лизилгидроксилазы. Снижение количества ОН-ЛИЗ Синдром ЭлерсаДанло (тип VII) Гиперподвижность (разболтанность) суставов, плохое заживление ран Недостаточность аминопроколлагенпептидазы Болезнь Менке Вьющиеся волосы, задержка роста Недостаточность лизилоксидазы и меди Синдром Марфана Аневризмы аорты, деформации скелета Уменьшение количества поперечных сшивок Цинга Повышена ломкость капилляров, плохое заживление ран Снижение количества ОН-ПРО 25. ИНТЕГРАЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА Цитозоль Гликолиз Пентозофосфатный путь Синтез жирных кислот Митохондрии Цикл Кребса Окислительное фосфорилирование -окисление жирных кислот Синтез и утилизация ацетоновых тел Цитозоль и митохондрии Глюконеогенез Синтез мочевины Рис. 25.1. Внутриклеточная локализация основных метаболических путей 97 Таблица 25.1 Натощак или голодание Жировая ткань Гормон-чувствительная липаза После приема пищи Триацилглицеролы в составе ХМ и ЛПОНП Липопротеинлипаза СЖК, связанные с альбумином Жирные кислоты Ацил-КоА Ацил-КоА Поэтапное укорочение на 2С Ацетил-КоА Кетоновые тела Печень натощак Окисление в лимоннокислом цикле Рис. 25.2. Использование жирных кислот в качестве источника энергии После приема пищи триацилглицеролы гликоген белок глюкоза Триацилглицеролы Триацилглицеролы в составе ХМ В составе ЛПОНП аминокислоты глюкоза гликоген белок аминокислоты Рис. 25.3. Межорганный метаболизм в состоянии после приема пищи Натощак ` аминокислоты глюкоза триацилглицеролы protein Кетоновые тела глюкоза аминокислоты Гормончувствительная липаза глицерол Жирные кислоты гликоген Жирные кислоты Рис. 25.4. Межорганный метаболизм в состоянии натощак 98 ОГЛАВЛЕНИЕ 1. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ БЕЛКОВ И ПЕПТИДОВ ....................................................................................3 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ БЕЛКОВ И ПЕПТИДОВ .........................................................7 3. ВВЕДЕНИЕ В ЭНЗИМОЛОГИЮ. СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ .................................................................... 10 4. РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТОВ ............................................................................................ 11 5. ВВЕДЕНИЕ В МЕТАБОЛИЗМ. ЦЕНТРАЛЬНЫЕ МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ПУТИ. ПУТИ УТИЛИЗАЦИИ КИСЛОРОДА КЛЕТКОЙ. ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ ............................................................................................ 12 6. ПЕРЕВАРИВАНИЕ, ВСАСЫВАНИЕ, ПОСТУПЛЕНИЕ В КЛЕТКУ УГЛЕВОДОВ. МЕТАБОЛИЗМ ГЛИКОГЕНА ...................................................................................................................... 17 7. ГЛИКОЛИЗ. АЭРОБНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ. ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ .............................................. 21 8. ВТОРИЧНЫЕ ПУТИ ОБМЕНА ГЛЮКОЗЫ. ОБМЕН ГАЛАКТОЗЫ И ФРУКТОЗЫ ............................... 25 9. ОБМЕН ЛИПИДОВ 10. АКТИВНЫЕ ФОРМЫ КИСЛОРОДА И АНТИОКСИДАНТНАЯ ЗАЩИТА ............................................... 44 11. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОБМЕНА БЕЛКОВ, ПРОТЕОЛИЗ ....................................................................... 49 12. ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ ОБМЕН АМИНОКИСЛОТ...................................................................................... 50 13. ХИМИЯ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ ........................................................................................................... 55 14. ОБМЕН НУКЛЕОПРОТЕИНОВ..................................................................................................................... 58 15. МАТРИЧНЫЕ БИОСИНТЕЗЫ ....................................................................................................................... 61 16. МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ .................................................................................................. 66 17. ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ И МЕЖКЛЕТОЧНАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ .............................................................. 69 18. БИОХИМИЯ ГОРМОНОВ ............................................................................................................................. 74 19. БИОХИМИЯ ПЕЧЕНИ ................................................................................................................................. 78 20. ГЕМОСТАЗ. СИСТЕМА СВЁРТЫВАНИЯ КРОВИ ..................................................................................... 79 21. БИОХИМИЯ ПИТАНИЯ ............................................................................................................................... 82 22. ВОДНО-МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН .............................................................................................................. 90 23. БИОХИМИЯ МЫШЕЧНЫХ ТКАНЕЙ ......................................................................................................... 93 24. БИОХИМИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ТКАНЕЙ ............................................................................................. 94 25. ИНТЕГРАЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА ................................................................................................................ 97 99 Учебное издание Таганович Анатолий Дмитриевич Олецкий Эдуард Иванович Колб Александр Владимирович и др. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ К ЛЕКЦИЯМ ПО БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ: СХЕМЫ, ТАБЛИЦЫ, РИСУНКИ Учебно-методическое пособие Ответственный за выпуск Т.В. Василькова Редактор Н.В. Оношко Компьютерная верстка О.Н. Быховцевой Подписано в печать ___________. Формат 6084/16. Бумага писчая «Снегурочка». Печать офсетная. Гарнитура «Times». Усл. печ. л. ______ Уч.-изд. л.______. Тираж _____ экз. Заказ _______. Издатель и полиграфическое исполнение – Белорусский государственный медицинский университет ЛИ № 02330/0133420 от 14.10.2004; ЛП № 02330/0131503 от 27.08.2004. 220030, г. Минск, ул. Ленинградская, 6.
