5.Надмолекулярні комплекси дихального ланцюга
I комплекс – НАДН-дегідрогеназа (НАДН-убіхінон оксидоредуктаза) має дві функції: окислює НАДН.Н+ - переносить від нього 2 електрони на убіхінон та транспортує 4Н+ з матриксу у міжмембранний простір.
II комплекс – сукцинатдегідрогеназа (сукцинат- убіхінон оксидоредуктаза) забезпечує додатковий шлях для входу електронів у дихальний ланцюг за рахунок окиснення сукцинату.
III комплекс – цитохром с редуктаза (убіхінон-цитохром с оксидоредуктаза) містить цитохроми b та c1, транспортує 2 електрони з убіхінону на цитохром с та забезпечує викачування 4 протонів з матриксу в міжмембранний простір.
IV комплекс – цитохром с оксидаза містить цитохроми а та а3, транспортує 2 електрони на кисень та одночасно переносить 2 протони в міжмембранний простір.
Білет 8
1. Внутрішньоклітинна локалізація ферментів
Ферменти виявлено у всіх структурних компонентах клітини. Внутрішньоклітинна локалізація ферментів безпосередньо пов’язана з функцією, яку виконує дана структура і природою хімічних процесів, які в ній відбуваються. У ядерці ядра локалізовані РНК-полімерази — ферменти, які каталізують утворення і-РНК, р-РНК і т-РНК.
У ядрі містяться ферменти, що беруть участь у процесі реплікації ДНК (ДНК -полімераза), синтезі нікотинамідаденіндинуклеотиду (НАД).
З мітохондріями зв'язані ферменти піруватдегідрогеназного комплексу, циклу трикарбонових кислот, окиснення жирних кислот і деяких амінокислот, синтезу сечовини, а також ферменти переносу електронів та окисного фосфорилювання.
У лізосомах містяться переважно гідролітичні ферменти (гідролази) з оптимумом рН у зоні 5. Саме через гідролітичний характер дії ферментів ці органели назвали лізосомами.
У рибосомах локалізуються ферменти білкового синтезу. У цих структурах відбувається зв'язування амінокислот у поліпептидні ланцюги з утворенням молекул білка.
В ендоплазматичному ретикулумі локалізовані ферменти синтезу ліпідів, а також ферменти, що беруть участь у реакціях гідроксилювання (ферментна система мікросомального окиснення).
З плазматичною мембраною насамперед зв'язані АТФ-аза, що забезпечує транспортування іонів Na+ і К+, аденілатциклаза й ряд інших ферментів.
У гіалоплазмі (недиференційованій частині внутрішньоклітинного вмісту) локалізовані ферменти гліколізу, пентозного циклу окиснення вуглеводів, синтезу жирних кислот, синтезу мононуклеотидів, активації амінокислот, а також багато ферментів глюконеогенезу.
2. Ензимопатії Ензимопатії (ферментопатії) в широкому сенсі слова - патологічні зміни активності ферментів. У більш вузькому значенні цим терміном позначають спадкові захворювання, пов'язані з існуванням блоку в ферментних системах, внаслідок чого порушується перебіг відповідних хімічних реакцій і розвиваються хвороби обміну. Найпоширенішим є повне або часткове відсутність ферментної активності, хоча зустрічаються і такі спадкові ензимопатії, коли активність ферментів надмірно підвищена або відбувається утворення патологічних ферментів. Причиною ензимопатій служать мутації генів, відповідальних за синтез білкової молекули ензиму, які виражаються у випаданні матриці нуклеїнових кислот або в зміні їх структури. Можливі наступні варіанти порушення синтезу ферментів: 1) фермент не синтезується зовсім, так як відсутня нуклеїнова кислота - матриця; 2) порушена послідовність амінокислот в молекулі ензиму; 3) відсутня або неправильно синтезується кофермент; 4) активність ензиму змінена у зв'язку з аномаліями інших ферментних системах; 5) блокада може бути обумовлена генетично визначеним синтезом речовин, інактивуючих ензим.
Галактоземії (дефіцит галактозо-1-фосфат-уридилтрансферази). Відбувається порушення процесу ферментативного перетворення галактози на глюкозу з накопиченням галактози й продуктів її обміну в клітинах, що виявляє ушкоджувальну дію на функції печінки, головного мозку, кришталика ока, нирок.
Фруктоземії (дефіцит фруктозо-1-фосфатальдолази, фруктокінази або фруктозо-1,6-дифосфатальдолази). Патологія проявляється фруктоземією, фруктозурією та тяжкою гіпоглікемією, що розвивається після споживання дієти, яка містить фруктозу.
Глікогенози – група спадкових ензимопатій, в основі яких лежить зниження або відсутність активності ферментів, що каталізують реакції синтезу або розпаду глікогену, або порушення регуляції цих ферментів.
Альбінізм (дефіцит тирозинази). Відзначається прискорене розщеплення родопсину, наслідком чого є поганий зір вдень і фотофобія. Малі дози сонячного світла можуть призвести до розвитку фотодерматозу.
Гіпергістидинемія (дефіцит гістидинази). У хворих відзначають зниження інтелекту, порушується функція ЦНС (судоми, невпевнена хода).
Цистиноз (дефіцит цистеїндіоксигенази). Унаслідок порушення реабсорбції майже всіх амінокислот у ниркових канальцях (за винятком циклічних) зростає екскреція всіх амінокислот у 5–10 разів, із них цистину й цистеїну – у 20–30 разів. Відбувається вибіркове відкладання цистину в ретикулярних клітинах кісткового мозку, селезінці, печінці й клітинах рогівки ока.
Гіперпролінемія (дефіцит проліноксидази). Характеризується порушенням обміну проліну, що супроводжується розумовою відсталістю та порушенням функцій нирок.
3. Коферментні функції Біотину Біотин (вітамін H або B7, біос-ІІ, коензим R) С10Н16О3N2S — водорозчинний вітамін групи В. Молекула біотину складається з тетрагідро імідазольного і тетрагідро тіофенового кільця, в тетрагідротіофеновом кільці один з атомів водню заміщений на валеріанову кислоту. Біотин є кофактором в метаболізмі жирних кислот, лейцину і в процесі глюконеогенезу.
Биотин стимулирует синтез метионина из серина и гомоцистеина и процессы метилирования вообще, способствуя накоплению коферментных форм фолиевой кислоты. Таким образом, при недостаточности биотина нарушена утилизация организмом фолиевой кислоты и превращение ее в активные коферментные формы. По-видимому, биотин принимает непосредственное участие в ферментативных процессах превращения фолиевой кислоты в ее коферментные производные (Marchetti e. а., 1966). Биотин благоприятно влияет на общее состояние организма и сохранение аскорбиновой кислоты в тканях цинготных морских свинок. В свою очередь аскорбиновая кислота замедляет, хотя и не предотвращает развитие авитаминоза биотина у крыс. При недостаточности биотина снижается содержание тиамина в печени, селезенке,. почках и мозге животных. У крыс, содержавшихся на рационе, лишенном биотина, содержание витамина B12 было выше, чем у контрольных животных, получавших биотин. Эти два витамина тесно связаны между собой в обмене пропионовой кислоты у микроорганизмов и животных. Существует тесная связь между биосинтезом биотина и пантотеновой кислоты у микроорганизмов и зеленых растений (В. В. Филиппов, 1962). Биотин облегчает симптомы пантотеновой недостаточности и, наоборот, пантотеновая кислота смягчает проявление авитаминоза биотина.
Вітамін Н Біотин Антисеборейний
|
Карбоксибіотин |
Як кофермент у складі карбоксилаз – акцептує СО2: ■ біосинтез жирних к-т (ацетил-КоА-карбоксилаза); ■ перетворення ПВК→ оксалоацетат в глюконеогенезі (піруваткарбоксилаза). ■ в біосинтезі пуринових нуклеотидів. |
4. Цикл Трикарбонових кислот Цикл трикарбо́нових кисло́т (цикл Кре́бса, цитра́тний цикл) — центральна частина загального шляху катаболізму, циклічний біохімічний процес аеробних організмів, в ході якого відбувається перетворення двох- і трьохвуглецевих сполук, що утворюються як проміжні продукти в живих організмах при розпаді вуглеводів, жирів і білків, до CO2. При цьому звільнений водень прямує в ланцюг тканинного дихання, де надалі окислюється до води, беручи безпосередню участь в синтезі універсального джерела енергії — АТФ.
1. Утворення лимонної кислоти (цитрату) за рахунок конденсації ацетил-КоА з щавлевооцтовою кислотою (оксалоацетатом)
Реакція каталізується ферментомцитратсинтазою. Вона є регуляторним ферментом, активність якого гальмується АТФ, НАДН, сукциніл-КоА та довголанцюговими ацил-КоА.
2. Перетворення (ізомеризація) цитрату на ізоцитрат. Реакція каталізується ферментом аконітазою і складається з двох етапів:
Дегідратація лимонної кислоти з утворенням цис-аконітової кислоти (цис-аконітату):
Приєднання до цис-аконітату молекули води. При приєднанні до подвійного зв’язку в складі цис-аконітату Н+ та ОН- у транс-положенні результатом реакції є утворення ізолимонної кислоти (ізоцитрату)
3. Дегідрування та декарбоксилювання ізоцитрату. Реакція каталізується НАД- залежною ізоцитратдегідрогеназою і призводить до утворення α-кетоглутарової кислоти (α-кетоглутарату).
Ізоцитратдегідрогеназа є регуляторним ферментом, позитивний модулятор якого — АДФ, негативний — НАДН.
4. Окислення α-кетоглутарату до сукцинату.
Цей процес відбувається у дві стадії:
Окислювальне декарбоксилювання α-кетоглутарату з утворенням сукциніл-КоА — стадія, що каталізується мультиензимним а-кетоглутарат- дегідрогеназним комплексом. Кінцевий продукт — високоенергетичний тіоефір сукциніл-КоА, в макроергічному зв’язку якого акумульовано хімічну енергію окислювально-відновлювальною реакцією, що мала місце
НАДН, що утворився в цій реакції, окислюється в дихальному ланцюзі мітохондрій із генерацією 3 молекул АТФ.
Деацилювання сукциніл-КоА (перетворення на янтарну кислоту (сукцинат).
Реакція каталізується ферментом сукцинілтіокіназою. У результаті розщеплюється макроергічний зв’язок у молекулі сукциніл-КоА, та за рахунок цієї енергії утворюється нова макроергічна сполука нуклеозидтрифосфат ГТФ
Потім ГТФ передає свою кінцеву фосфатну групу на АДФ у нуклеозидфосфокіназній реакції з утворенням АТФ
5. Окислення янтарної кислоти до фумарової кислоти (фумарату). Реакція каталізується ФАД-залежним ферментом сукцинатдегідрогеназою
Окислення відновленого коферменту (ФАДН2) за допомогою коензиму Q дихального ланцюга мітохондрій призводить до синтезу за рахунок окисного фосфорилювання 2 молекул АТФ.
6. Перетворення фумарової кислоти на яблучну кислоту (малат) внаслідок приєднання до фумарату молекули води.
Реакція каталізується ферментом фумаратгідратазою (фумаразою)
7. Окислення малату до оксалоацетату (щавлевооцтової кислоти).
Реакція каталізується НАД-залежним ферментом — малатдегідрогеназою мітохондрій
Окислення НАДН, що утворився, в дихальному ланцюзі мітохондрій призводить до генерації 3 молекул АТФ.
Малатдегідрогеназна реакція завершує цикл трикарбонових кислот. Оксалоацетат, який є продуктом даної реакції, здатний до взаємодії з новими молекулами ацетил-КоА.
5. Шляхи включення відновних еквівалентів(електронів і протонів) у дихальний ланцюг мітохондрій 1. Включення протонів і електронів у дихальний ланцюг через ФМН флавопротеїну НАДН-коензим Q-редуктази. Цим шляхомнамолекулу убіхінону надходять відновлювальні еквіваленти, відщеплені від відповідних субстратів НАДН- залежними дегідрогеназами. 2. Включення протонів і електронів у дихальний ланцюг через ФАДсукцинаткоензим Q-редуктази та деяких інших ФАД-залежних дегідрогеназ. Цим шляхом на убіхінон надходять відновлювальні еквіваленти від янтарної кислоти - метаболіту циклу трикарбонових кислот та певних інших субстратів. Дихальний ланцюг мітохондрій організований таким чином, що перенос у ньому відновлювальних еквівалентів (електронів) відбувається в напрямку від електронегативного кінця (флавопротеїнів) до електропозитивного цитохрому a3. Більшістьметаболітів (субстратигліколізу, циклу трикарбонових кислот тощо) передає атоми водню в дихальний ланцюг через НАДН-дегідрогеназу (Е-ФМН); сукцинат таКоА-похідніжирних кислот віддають електрони та протони на коензим Q через специфічні флавопротеїни (Е-ФАД), минаючи ФМН-залежний флавопротеїн. Убіхінон є останнімкомпонентомдихального ланцюгамітохондрій, що здатний транспортувати як електрони, так і протони. На рівні цитохромуb шляхи електронів і протонів розділяються — протони переходять з внутрішньої поверхнімітохондрі- альної мембрани на зовнішню, а електрони через послідовність цитохромів транспортуються на цитохром a3 , який відновлює кисень. Взаємодія відновленого кисню з вільними протонами мітохондріального матриксу призводить до утворення молекули води.
Білет №9
1.Ізоферменти, особливості будови та функціонування, значення в діагностиці захворювань. Ізоферменти (ізоензими; ізозими) – множинні молекулярні форми одного й того ж ферменту. Ізоферменти каталізують одну й ту ж біохімічну реакцію, але розрізняються за своєю первинною структурою і, відповідно, фізико-хімічними (молекулярною масою, рухомістю при електрофорезі тощо) та каталітичними (різною спорідненістю ферменту із субстратом - Кm ) властивостями. Різні ізоферменти одного й того ж ферменту можуть бути присутні в різних органах і тканинах (ізоферменти лактатдегідрогенази), субклітинних структурах (мітохондріальний та цитозольний ізоферменти ізоцитратдегідрогенази). В разі, якщо фермент, що представлений ізоферментними формами, має олігомерну будову, його ізоферменти формуються за рахунок різних комбінацій неідентичних протомерів. Прикладом такого ізоферментного сімейства можуть бути ізоферменти лактатдегідрогенази (ЛДГ) - ферменту, що каталізує оборотну реакцію перетворення піровиноградної кислоти в молочну. За своєю молекулярною будовою ЛДГ є тетрамером, що побудований із протомерів двох типів: Н (серцевого - heart, англ.) та М (м'язового - muscle). В організмі людини присутні п'ять комбінацій зазначених протомерів, які створюють різні ізоферменти ЛДГ: ЛДГ1 (Н4), ЛДГ2 (Н3М1), ЛДГ3 (Н2М2), ЛДГ4 (Н1М3) та ЛДГ5 (М4). Вони розподілені переважно в різних органах (міокарді, печінці, скелетних м'язах, нирках тощо). Ці ізоферменти розрізняються за своєю електрофоретичною рухомістю і їх визначення в плазмі крові має діагностичне значення для виявлення пошкоджень мембранних структур клітин, що спостерігаються при різних захворюваннях. Зокрема, при інфаркті міокарда збільшується концентрація в плазмі ізоферменту ЛДГ1, а при інфекційному та токсичному гепатиті - ізоформ ЛДГ4 та ЛДГ5, характерних для клітин печінки.
2. Ензимодіагностика патологічних процесів та захворювань. Для ранньої діагностики низки захворювань використання ферментів виявилося інформативнішим порівняно з іншими біохімічними тестами. Так, зміну активності аланінамінотрансферази, аспартатамінотрансферази, альдолази при інфекційному гепатиті у більшості хворих виявляють значно раніше, ніж інші біохімічні показники (тимолова проба, вміст білірубіну, білкових фракцій тощо). Підвищення активності лужної фосфатази при рахіті, креатинфосфокінази, аспартатамінотрансферази — при інфаркті міокарда використовують для ранньоїдіагностики цих захворювань. При багатьох захворюваннях зміна активності ферментів може бути настільки специфічною, що є одним із вирішальних критеріїв під час установлення діагнозу. Переконливим прикладом може бути використання сорбітолдегідрогенази для діагностики печінкових і обтураційних жовтяниць, креатинфосфокінази та аспартатамінотрансферази — для диференціації інфаркту міокарда й стенокардії. Нерідко активність ферментів змінюється ще до прояву клінічних ознак загострення. Наприклад, підвищення активності аланінамінотрансферази передує збільшенню вмісту білірубіну, погіршенню самопочуття хворого. Це допомагає своєчасно розпізнати ускладнення і змінити терапевтичну тактику. Ферменти успішно використовують у клінічній практиці для оцінювання ефективності лікування, прогнозу захворювання. Відсутність зміни активності ферментів на тлі використання лікарських та інших методів лікування свідчить про низьку їх ефективність. Так, визначення активності амінотрансфераз у сироватці крові достовірніше відображує ступінь репаративних процесів у печінці при гепатиті порівняно із вмістом білірубіну. Багато ферментів використовують у клініці для прогнозування перебігу захворювання. Наприклад, стійке зниження активності холінестерази при хронічному гепатиті свідчить про прогресування процесу й ускладнення захворювання. Різке зниження активності амінотрансфераз на тлі зростання вмісту білірубіну (ферментно-білірубінова дисоціація) свідчить про виснаження тканинних джерел ферментів за рахунок тяжкого ушкодження паренхіми печінки, що визначає відповідний прогноз. Перспективним для ферментодіагностики є дослідження ізоферментів. Доведено, що в разі ушкодження тканин ізоферменти надходять у кров та інші біологічні рідини і їхній ізоферментний спектр стає близьким до тканинного, що покладено в основу використання ізоферментів у діагностиці. Знаючи топографію ізоферментів у клітині, особливості їх тканинних і сироваткових спектрів, можна встановити локалізацію патологічного процесу. Дослідження ізоферментів має переваги перед визначенням загальної активності ферментів, оскільки їм властиві одночасно висока чутливість і специфічність. Ізоферментні спектри широко використовують для діагностики різних видів патології, насамперед у гепатології, кардіології, при захворюваннях нирок, підшлункової залози, легенів, скелетних м’язів, в онкології, гематології тощо.