Polnyj_kurs_lekcij

ИНГИБИТОРЫ ФЕРМЕНТОВ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ

Ряд веществ может ингибировать ферменты дыхательной цепи и блокировать движение электронов от НАДН и ФАДН2 на кислород.

•

Выделяют три основных группы ингибиторов:

o действующие на I комплекс, например, амитал, ротенон, прогестерон, o действующие на III комплекс, например, антимицин А,

oдействующие на IV комплекс, например, сероводород (H2S), угарный газ (СО), циа-

ниды (-CN).

КОЭФФИЦИЕНТ Р/ О

Энергетическую ценность и выгодность окисления вещества можно подсчитать. Количество запасенной энергии при окислении того или иного соединения характеризует количество АТФ, а эффективность использования энергии вещества и ее захвата – коэффициент

P/O.

Коэффициент Р/О – это отношение количества неорганического фосфата, включенного в молекулу АТФ АТФ-синтазой к количеству атомов кислорода, включенного в молекулу Н2О, при переносе одной пары электронов по дыхательной цепи.

Экспериментально установлено, что при окислении веществ с участием НАДзависимых дегидрогеназ, соотношение количества включенного в АТФ фосфата относится к количеству использованных атомов кислорода как 3 к 1, т.е. коэффициент P/O равен трем. Аналогично для ФАД-зависимых дегидрогеназ коэффициент P/O равен двум.

Для расчета Р/О при окислении какой-либо молекулы необходимо знать:

oвосстановленный эквивалент (молекула НАДН или ФАДН2) передает в цепь переноса электронов по 2 электрона.

o для восстановления кислорода в воду необходима 1 пара электронов.

oпри прохождении пары электронов через всю дыхательную цепь (т.е. через I, III, IV комплексы) выкачивается столько ионов Н+, сколько необходимо для синтеза 3 молекул АТФ, или по-другому, в состав АТФ включается три атома неорганического фосфата.

oпри прохождении пары электронов через III и IV комплексы дыхательных ферментов ионов Н+ выкачивается столько, сколько необходимо для синтеза 2 молекул АТФ,

или, по-другому, в состав АТФ включается два атома неорганического фосфата. Таким образом, коэффициент Р/О для НАДН равен 3, коэффициент Р/О для ФАДН2 ра-

вен 2.

РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЦЕННОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА Р/О ПРИ ОКИСЛЕНИИ НЕКОТОРЫХ АМИНОКИСЛОТ

При расчете энергетической ценности, т.е. количества АТФ, образующейся при окислении аминокислот, и коэффициента Р/О необходимо представлять себе весь путь аминокислоты до полного окисления ее углеродных атомов в СО2. При этом необходимо учитывать

число атомов углерода в молекуле.

Например, аспартат содержит 4 атома углерода и поэтому его остатку необходимо пройти 2 оборота ЦТК, прежде чем они выделятся в виде СО2. Подсчитывая число восстановленных НАДН, ФАДН2 и ГТФ, образуемых в двух оборотах ЦТК, определяем сумму АТФ – 24 молекулы. При расчете коэффициента Р/О учитываем только фосфат, включенный в АТФ ферментом АТФ-синтазой, т.е. в процессе окислительного фосфорилирования. Это значит, что фосфат, входящий в ГТФ, не учитывается! И, наконец, помним, что каждая молекула восстановленного эквивалента (т.е. НАДН или ФАДН2) передает на дыхательную цепь по одной паре электронов, которые проходят разное расстояние: от НАДН – три комплекса ферментов, от ФАДН2 – 2 комплекса ферментов, но в любом случае восстанавливают до воды по одному атому кислорода.

•

•

Схожим образом рассчитываем требуемые значения суммы АТФ и коэффициента Р/О для аланина и глутамата.

Два атома углерода аланина попадают в ЦТК после того, как безазотистый остаток аланина – пируват – окислится в пируват-дегидрогеназном комплексе с образованием НАДН. Образованный ацетил-S-КоА входит в ЦТК и полностью окисляется в одном его обороте. В результате в дыхательную цепь направляется 4 молекулы НАДН и 1 молекула ФАДН2.

В случае с глутаматом надо учесть, что α-кетоглутарат, образуемый из глутаминовой кислоты, является метаболитом цикла Кребса. Он сразу превращается в сукцинил-S-КоА и далее по реакциям ЦТК до оксалоацетата. Для окисления оксалоацетата требуется два оборота ЦТК (см выше).

ГИПОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ

Причинами гипоэнергетических состояний может быть следующее:

oгиповитаминозы экзогенные и/или эндогенные – снижается скорость и эффективность окислительных реакций. Возникает обычно при нехватке витаминов группы В – В1, В2, никотиновой кислоты, В6, пантотеновой кислоты и аскорбиновой кислоты.

oдефицит белка в пище – снижается синтез всех ферментов и ферментов катаболизма в частности.

o снижение потребления углеводов и липидов как основных источников энергии.

oдефицит кислорода – отсутствие акцептора для электронов вызывает "переполнение" дыхательных ферментов, повышение электрохимического градиента, накопление НАДН и ФАДН2 в клетке и прекращение катаболизма.

oдефицит железа – компонента цитохромов, миоглобина и гемоглобина, и меди – компонента цитохромоксидазы.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АТФ И ЕГО ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ В МЕДИЦИНЕ

1.Внутримышечные инъекции раствора АТФ используют при мышечной дистрофии и атрофии, спазме периферических сосудов (болезнь Рейно, облитерирующий тромбоангиит), для стимулирования родовой деятельности.

2.Фосфаден – лекарственное название АМФ. Особенностью препарата является его сосудорасширяющий эффект и способность улучшать периферическое кровообращение. Фосфаден применяют при свинцовом отравлении, острой перемежающейся порфирии, сосудистых нарушениях и ишемической болезни сердца, болезнях печени.

3.Рибоксин или Инозин является непосредственным предшественником АТФ. Инозин способен проникать в клетки и повышать их энергетический баланс. Имеются данные о способности препарата повышать активность ферментов ЦТК, стимулировать синтез нуклеотидов и улучшать коронарное кровообращение.

в их составе мало незаменимых аминокислот, доля тех или иных аминокислот в растительном белке резко отличается от таковой животного белка.

Так как аминокислоты необходимы в определенном соотношении, то возникает понятие "лимитирующей аминокислоты", т.е. поступающей в минимальном и недостаточном количестве. Отсутствие этой аминокислоты препятствует использованию (включению в состав белка) других аминокислот, которых может быть достаточно.

Также в таких продуктах, как бобовые (соя, горох, фасоль) содержится пептид

– ингибитор трипсина, ухудшающий переваривание этих продуктов в сыром, термически необработанном виде.

У детей при недостатке белка в пище задерживается рост, отстает физическое и умственное развитие, изменяется состав костной ткани, снижается активность иммунной системы и сопротивляемость к заболеваниям, тормозится деятельность эндокринных желез. Выраженным нарушением потребления белков является квашиоркор – нехватка белков, особенно животных, в пище. В результате возникает дисбаланс аминокислотного состава пищи и недостаток незаменимых аминокислот. Заболевание наиболее характерно для слаборазвитых стран Азии и Африки и его начало совпадает с отнятием ребенка от груди матери (1,5-3 годика), когда он лишается полноценного белка и переходит на скудное растительное питание взрослых. У больных наблюдается истощение, остановка роста, отечность, анемия, нарушение интеллекта и памяти, умственная отсталость, гипопротеинемия и аминоацидурия.

ВНЕШНИЙ ОБМЕН АМИНОКИСЛОТ И БЕЛКОВ

Переваривание белков начинается в желудке, продолжается в двенадцатиперстной кишке и тонком кишечнике. Распад белков и аминокислот может происходить также в толстом кишечнике под влиянием микрофлоры.

Протеолитические ферменты подразделяют по особенности их действия на экзопептидазы, отщепляющие концевые аминокислоты, и эндопептидазы, действующие на внутренние пептидные связи.

ЖЕЛУДОК

Вжелудке пища подвергается воздействию желудочного сока, включающего соляную кислоту и ферменты. К ферментам желудка относятся две группы протеаз с разным оптимумом рН, которые упрощенно называют пепсин и гастриксин. У грудных детей основным ферментом является реннин.

РЕГУЛЯЦИЯ ЖЕЛУДОЧНОГО ПИЩЕВАРЕНИЯ

Осуществляется нервными (условные и безусловные рефлексы) и гуморальными механизмами.

К гуморальным регуляторам желудочной секреции относятся гастрин и гистамин. Гастрин выделяется специфичными G-клетками:

o в ответ на раздражение механорецепторов,

o в ответ на раздражение хеморецепторов (продукты первичного гидролиза белков), o под влиянием n.vagus.

Гастрин стимулирует главные, обкладочные и добавочные клетки, что вызывает секрецию желудочного сока, в большей мере соляной кислоты. Также гастрин обеспечивает секрецию гистамина.

Гистамин, образующийся в энтерохромаффиноподобных клетках (ECL-клетки, принадлежат фундальным железам) слизистой оболочки желудка, взаимодействует с

Н2-рецепторами на обкладочных клетках желудка, увеличивает в них синтез и выделение соляной кислоты.

Закисление желудочного содержимого подавляет активность G-клеток и по механизму обратной отрицательной связи снижает секрецию гастрина и желудочного сока.

СОЛЯНАЯ КИСЛОТА

Одним из компонентов желудочного сока является соляная кислота. В образовании соляной кислоты принимают участие париетальные (обкладочные) клетки желудка, образующие ионы Н+ и переносящие ионы Сl– из крови в полость желудка.

Функции соляной кислоты o денатурация белков пищи, o бактерицидное действие,

oвысвобождение железа из комплекса с белками и перевод его в двухвалентную форму, что необходимо для его всасывания,

o превращение неактивного пепсиногена в активный пепсин,

oснижение рН желудочного содержимого до 1,5-2,5 и создание оптимума рН для работы пепсина.

•

ПЕПСИН

Пепсин – эндопептидаза, то есть расщепляет внутренние пептидные связи в молекулах белков и пептидов.

Синтезируется в главных клетках желудка в виде неактивного профермента пепсиногена, в котором активный центр "прикрыт" N-концевым фрагментом. При наличии соляной кислоты конформация пепсиногена изменяется таким образом, что "раскрывается" активный центр фермента, который отщепляет остаточный пептид (N-концевой фрагмент), блокирующий работу фермента, т.е. происходит аутокатализ. В результате образуется активный пепсин, активирующий и другие молекулы пепсиногена.

Оптимум рН для пепсина 1,5-2,0. Пепсин, не обладая высокой специфичностью, гидролизует пептидные связи, образованные аминогруппами ароматических аминокислот (тирозина, фенилаланина, триптофана), аминогруппами и карбоксигруппами лейцина, глутами-

новой кислоты и т.д.

кишечного эпителия. От профермента отделяется гексапептид (Вал-Асп-Асп-Асп-Асп-Лиз), что приводит к формированию активного центра трипсина.

Трипсин специфичен к пептидным связям, образованным с участием карбоксильных групп лизина и аргинина.

Трипсин может осуществлять аутокатализ, т.е. превращение последующих молекул трипсиногена в трипсин, также он активирует остальные протеолитические ферменты пан-

креатического сока – химотрипсиноген, проэластазу, прокарбоксипептидазу. Также трип-

син участвует в переваривании пищевых липидов, активируя фермент переваривания фосфолипидов – фосфолипазу А2, и колипазу фермента липазы, отвечающей за гидролиз триацилглицеролов.

•

•

ХИМОТРИПСИН

Образуется из химотрипсиногена при участии трипсина и промежуточных, уже активных, форм химотрипсина, которые выстригают два дипептида из цепи профермента. Три образованных фрагмента удерживаются друг с другом посредством дисульфидных связей.

Фермент специфичен к пептидным связям, образованным с участием карбоксильных групп фенилаланина, тирозина и триптофана, т.е. так же, как пепсин.

ЭЛАСТАЗА

Активируется в просвете кишечника трипсином из проэластазы.

Гидролизует связи, образованные карбоксильными группами малых аминокислот ала-

нина, пролина, глицина.

КАРБОКСИПЕПТИДАЗЫ

Карбоксипептидазы являются экзопептидазами, т.е. гидролизуют пептидные связи с С-конца пептидной цепи. Различают два типа карбоксипептидаз – карбоксипептидазы А и карбоксипептидазы В. Карбоксипептидазы А отщепляют с С-конца остатки алифатических и ароматических аминокислот, карбоксипептидазы В – остатки лизина и аргинина.