Основні фази уніфікації поживних речовин в організмі. Цикл трикарбонових кислот і його роль в організмі.
Біохімія нервової тканини, її хімічний склад, особливості обміну.
1. Обмін веществ.Метаболіческіе шляху. Уніфікація поживних речовин.
Обмін речовин і енергії - сукупність процесів перетворення речовин і енергії в живих організмах і обмін речовинами і енергією між організмом і навколишнім середовищем. Обмін речовин включає 3 етапи - надходження речовин в організм, метаболізм, або проміжний обмін, виділення кінцевих продуктів обміну.
Основні функції метаболізму - витяг енергії з навколишнього середовища (в формі хімічної енергії органічних речовин), перетворення екзогенних речовин в будівельні блоки, збірка білків, нуклеїнових кислот, жирів з будівельних блоків, синтез і руйнування тих біомолекул, які необхідні для виконання різних специфічних функцій даної клітини.
Розрізняють дві сторони обміну речовин - анаболізм і катаболізм
Катаболізм - ферментативний розпад високомолекулярних сполук до складових їх мономерів і подальший розпад мономерів до кінцевих продуктів: вуглекислого газу, аміаку, лактату.
Головні реакції катаболізму - реакції окислення, які постачають клітці енергію. Енергія може запасатися в двох формах: АТФ, НАДФН + Н - донор водню в реакціях відновлення при синтезі ряду сполук.
Анаболізму - ферментативний синтез основних макромолекул клітини, а також утворення біологічно активних сполук, вимагає витрати вільної енергії (АТФ, НАДФН + Н).
Відмінності катаболізму і анаболізму. Катаболізм - розпад, запасання АТФ. Анаболізму - синтез, але споживання АТФ. Шляхи не співпадають, різну кількість реакцій. Відрізняються по локалізації. Різна генетична і аллостерічеськая регуляція.
Основний енергетичний джерело для людини - енергія, запасена в хімічних зв'язках харчових продуктів. Співвідношення Б: Ж: У = 1: 1: 4. 55% енергії людина отримує за рахунок вуглеводів, 15% - за рахунок білків, 30% - за рахунок жирів (80% припадає на тваринні жири, а 20% - на рослинні).
Добова потреба людини в енергії - 3000 ккал. Добова потреба людини в енергії залежить від: роботи (при важкій фізичній роботі вище основний обмін), статі (у жінок величина обміну нижче на 6-10%), температури (при підвищенні температури тіла на один градус величина обміну зростає на 13%), віку (з віком, починаючи з 5 років, величина основного обміну знижується).
За добу в організмі утворюється і розпадається близько 60 кг АТФ. Цикл АТФ-АДФ працює постійно. Він включає в себе використання АТФ для різних видів роботи і регенерацію АТФ за рахунок реакцій катаболізму.
Уніфікація поживних речовин йде в три фази.
I. Підготовча фаза. Високомолекулярні сполуки розпадаються під дією гідролаз ШКТ до мономерів. Протікає в шлунково-кишковому тракті і лизосомах. Чи не є постачальником енергії (1%).
II фаза. Перетворення мономерів в прості сполуки - центральні метаболіти (ПВК, ацетілКоА). Ці продукти пов'язують 3 види обміну, до 2-3 с, протікає в цитоплазмі, завершується в мітохондріях, дає 20-30% енергії, що поставляється анаеробно.
III фаза. Цикл Кребса. Аеробні умови, повне окислення надійшли з їжею речовин, виділяється велика кількість енергії і акумулюється вона в АТФ.
Анаболічні шляхи розходяться
1 фаза. Синтез білків починається з освіти # 945; -кетокислот.
2 фаза. амінірованіе # 945; -кетокислот, отримання АМК.
3 фаза. З АМК утворюються білки. 2 СО2
Загальний шлях катаболізму. Після утворення ПВК подальший шлях розпаду речовин до вуглекислого газу і води відбувається однаково в загальному шляху катаболізму (ОПК). ОПК включає реакції окисного декарбоксилювання ПВК і ЦТК. Реакції ОПК відбуваються в матриксі мітохондрій і відновлені коферменти передають водень на компоненти дихального ланцюга. Катаболические шляху сходяться, вливаючись на третій фазі в ЦТК.
На першій фазі білки дають 20 АМК. На другій фазі 20 АМК дають ацетілКоА і аміак. На третій фазі ЦТК дає вуглекислий газ, воду і енергію.
Метаболічні шляхи - сукупність каталізуються ферментами реакцій, в ході яких відбувається перетворення субстрату в продукт. Головні (основні) метаболічні шляхи - універсальні, властиві будь-якій клітині. Постачають енергію, синтез основних біополімерів клітини. Додаткові шляхи менш універсальні, характерні для певних тканин і органів. Синтез важливих речовин. Постачають енергію в формі НАДФН + Н.
Цикл трикарбонових кислот відкритий в 1937 р Г.Кребсом, протікає в циклічному режимі в матриксі мітохондрій, в кожен оборот ЦТК вступає в формі ацетілКоА одна ацетільная група, 2 атома вуглецю, і при кожному оберті з циклу виводиться 2 молекули вуглекислого газу. Оксалоацетат в ЦТК не витрачається, так як він регенерує.
Ізомеризація цитрату - # 945; -Кетоглутарат окислюється до сукцінілКоА і вуглекислого газу.
ЦТК - специфічний механізм для розщеплення ацетілКоА на 2 типу продуктів: вуглекислий газ - продукт повного окислення, відновлені нуклеотиди, окислення яких є головним джерелом енергії.
При окисленні однієї молекули ацетілКоА в ЦТК і системі окисного фосфорилювання утворюється 12 молекул АТФ: 1АТФ за рахунок субстратного фосфорилювання, 11АТФ за рахунок окисного фосфорилювання. Енергія окислення акумулюється в формі відновлених нуклеотидів і 1АТФ. Валове рівняння ЦТК - ацетілКоА + 3НАД + ФАД + АДФ + Фн + 2Н20 → 2СО2 + 3НАД + Н + ФАДН2 + АТФ + КоАSH
ЦТК - центральний метаболічний шлях. Функції ЦТК: інтегруюча, енергообразующую, анаболічні.
Взаємозв'язок обміну речовин на рівні циклу Кребса.
Анаболическая функція ЦТК. Метаболіти циклу Кребса використовуються для синтезу різних речовин: вуглекислий газ в реакціях карбоксилювання, # 945; -кетоглутарат → глу, оксалоацетат → глюкоза, сукцинат → гем.
ЦТК грає роль в процесах глюконеогенезу, переамінування, дезамінування, липогенеза.
Регуляція ЦТК. Регуляторні ензими: цітратсінтаза, ізоцітратДГ, # 945; -кетоглутаратДГ комплекс.
Позитивні аллостерічеськіє Ефектори цітратсінтази - ЩУК, ацетілКоА, НАД, АДФ.
Негативні аллостерічеськіє Ефектори цітратсінтази - АТФ, цитрат, НАДН + Н, жирні кислоти, підвищення вище норми концентрації сукцінілКоА.
Дія АТФ полягає в підвищенні км для ацетілКоА. Зі збільшенням концентрації АТФ знижується насичення ферменту ацетілКоА і в результаті знижується утворення цитрату.
Позитивні аллостерічеськіє Ефектори ізоцітратДГ - АДФ, НАД.
Негативні аллостерічеськіє Ефектори ізоцітратДГ - АТФ, НАДН + Н.
Цикл Кребса регулюється за типом зворотного зв'язку: відзначено зниження АТФ, активується АДФ. Гіпоенергетіческое стану - стану, при яких знижується синтез АТФ.
Гіпоксія тканин через: зниження концентрації кисню в повітрі, порушення роботи серцево-судинної і дихальної систем, анемії, гіповітаміноз, голодування.
Роль вітамінів в циклі Кребса - рибофлавін (ФАД) - кофермент СДГ, # 945; -кетоглутарат ДГ комплексу, РР (НАД) - кофермент МДГ, ІДГ, # 945; -кетоглутарат ДГ, тіамін (ТПФ) - кофермент # 945; -кетоглутарат ДГ комплексу, пантотенова кислота (КоА): ацетілКоА, сукцінілКоА.
Функції нервової тканини - Генерація електричного сигналу (нервового імпульсу). Проведення нервового імпульсу. Запам'ятовування і зберігання інформації. Формування емоцій і поведінки. Мислення.
Опціїліпідів нервової тканини
1. Структурна - ліпіди входять до складу клітинних мембран нейронів
2. Ліпіди забезпечують надійну електричну ізоляцію
3. Захисна - гангліозиди є антиоксидантами і захищають тканину мозку при пошкодженні від перекисного окислення ліпідів
4. Регуляторна - фосфотіділінозіти є попередниками біологічно активних речовин
У нервовій тканині присутні: фосфоліпіди, гліколіпіди, холестерин, ефіри холестерину (в ділянках активної мієлінізації). Фосфотіділінозіт.
Інозітол-3-фосфат. Збільшує концентрацію кальцію. Кальцій активує ферменти клітини і сприяє скороченню микрофиламентов, забезпечуючи пересування речовин в тілі нервової клітини і аксоні
Диацилглицерол. Активуючи протеїн С, бере участь в реакціях фосфорилювання білків клітини. Змінює активність ферментів і швидкість синтезу білків.
Обмін вуглеводів і енергозабезпечення нервової тканини. Основний шлях отримання енергії - аеробний розпад глюкози. Проникнення глюкози в тканину мозку не залежить від дії інсуліну (інсулін не проникає через гематоенцефалічний бар'єр). Вплив інсуліну проявляється тільки в периферичних нервах.
Метаболізм білків і амінокислот в нервовій тканині. Обмін білків і амінокислот йде дуже інтенсивно. Існують спеціальні транспортні системи для транспорту амінокислот через мембрани. Тканина мозку здатна синтезувати замінні амінокислоти. 75% амінокислот складають аспарагінова і глутамінова кислоти і їх метаболіти (глутамін, глутатіон, ГАМК) .В спинному і головному мозку діє «ГАМК-шунт».
Роль глутамінової кислоти в нервовій тканині
1. Енергетична - глутамінова кислота пов'язана з реакціями циклу Кребса
2. Глутаминовая і аспарагінова кислоти беруть участь в реакціях дезамінування амінокислот з виділенням аміаку
3. З глутамінової кислоти при декарбоксилюванні утворюється нейромедіатор ГАМК і синтезується глутатіон
Нейромедіатори - це речовини, які накопичуються в пресинаптичної мембрани, звільняються при передачі нервового імпульсу, викликають після зв'язування з постсинаптичною мембраною зміна швидкості метаболічних процесів і виникнення електричного імпульсу. Мають систему інактивації або спеціальну транспортну систему для видалення нейромедіаторів з синапсу.
Синтез нейромедіаторів відбувається в тілі нейронів, а накопичення - в особливих везикулах, які поступово переміщаються за допомогою нейрофиламентов і нейротрубочек по аксону до синапсах
1. Амінокислоти та їх похідні (таурин, дофаміну, ГАМК, гліцин, ацетилхолін, гомоцистеїн, адреналін, серотонін, гістамін).
2. Пептиди. Функціонують тільки в вищих відділах нервової системи. Виконують одночасно функцію нейромедіаторів і гормонів. Передають інформацію від клітини до клітини за системою циркуляції
Нейрогіпофізарние гормони (вазопресин, ліберіни, статини). Опіатоподобним пептиди - ендорфіни (викликають знеболювання, діючи на ті ж рецептори, що і опіати (морфін). Пептиди сну. Пептиди пам'яті (скотофобін, білок S-100). Утворюються пептиди в результаті реакцій обмеженого протеолізу, а руйнуються під дією протеїназ.
3. Відповідь. Рахіт. Порушення Са - Р обміну. Можливо внаслідок дефіциту вітаміну D.