Коллоквиум по белкам и аминокислотам

Коллоквиум по белкам и аминокислотам

БИЛЕТ 1

Незаменимые аминокислоты. Положительный азотистый баланс

Аимнокислоты представляют собой функциональные единицы, из которых организм строит собственный белок. Когда пища попадет в пищеварительную систему, она распадается до мельчайших частиц, в частности, белки до пептидов, а затем до аминокислот, которые всасываются в кровь и перемещаются по организму.

Наш организм усваивает далеко не все вещества, которые всосались, часть может быть потрачена на получение энергии или преобразование в другой тип веществ, но значительная доля идет на создание собственного белка. И здесь у организма есть запасная площадка, некоторые аминокислоты он вполне может создавать сам из того материала, который уже поступил, а вот некоторые, наоборот, синтезировать не может.

Такие аминокислоты незаменимы для человека. Если их нет, белки не могут структурироваться, соответственно, перестают выполняться определенные биохимические процессы. Если это продолжается долго, то наступает расстройство, приводящее к различным заболеваниям.

Список незаменимых аминокислот

· Лейцин имеет важное значение для синтеза белков, входящих в состав мышечной ткани. Помогает заживлять раны и регулировать показатель глюкозы в крови;

· Изолейцин содержится в большом количестве в мышечной ткани, поддерживая обмен веществ в ней. Участвует в выработке гемоглобина, поддержании иммунитета и энергетического обмена;

· Валин имеет разветвленную цепь, участвует в выработки энергии и воспроизводства мышечной ткани;

· Треонин входит состав соединительных белков коллагена и эластина, участвует в обмене жиров и иммунной реакции организма;

· Триптофан выступает в качестве предшественника серотонина, регулирующего сон и аппетит, регулирует обмен азота;

· Метионин участвует в процессах роста и усвоении цинка и селена, он принимает участие в обмене веществ и устранения последствий интоксикации организма;

· Фенилаланин – это предшественник нескольких гормонов: адреналина, норадреналина, тирозина, допамина. Участвует не только в производстве белков и ферментов, но и в создании других аминокислот;

· Лизин необходим для усвоения кальция и выработки коллагена и эластина. Он участвует в синтезе многих ферментов и гормонов, регулирует энергетический обмен;

· Гистидин является основой для производства гистамина, необходимого для регулирования циклов сна и бодрствования, половой функции и выработки миелиновой оболочки нервных клеток.

Чем отличаются заменимые и незаменимые аминокислоты? По функциональному строения почти ничем. И в тех и в других радикалы весьма разнообразны. Основная разница заключается в том, что незаменимые аминокислоты синтезироваться нашим организмом не могут, поэтому обязательно должны поступать с пищей.

Так, нехватка приводит к тому, что:

• Человек чувствует себя вялым и уставшим;
• Нарушается режим сна и бодрствования;
• Снижается иммунитет, любая инфекция «прицепляется» сразу;
• Появляются симптомы анемии;
• Начинают выпадать волосы;
• Снижается работоспособность как в физическом, так и в умственном плане.

Если количество азота, поступающего в организм с пищей, равно количеству азота, выводимого из организма, принято считать, что организм находится в состоянии азотистого равновесия. В случаях, когда в организм поступает азота больше, чем его выделяется, говорят о положительном азотистом балансе (задержке, ретенции азота). Такие состояния бывают у человека при увеличении массы мышечной ткани, в период роста организма, беременности, выздоровления после тяжелого истощающего заболевания.

Синтез и роль ацетилхолина

Ацетилхолин (АХ) — очень важный медиатор. Деятельность холинергических нейронов центральной нервной системы (ЦНС), направляющихся от базальных структур переднего мозга к гиппокампу, обеспечивает возможность обучения и запоминания. Повреждение этих нейронов приводит к возникновению болезни Альцгеймера.

В периферической нервной системе холинергическими являются все двигательные нейроны скелетной мускулатуры, преганглионарные нейроны, иннервирующие симпатические и парасимпатические ганглии, а также постганглионарные нервные волокна, осуществляющие парасимпатическую иннервацию сердечной мышцы, гладкой мускулатуры кишечника и мочевого пузыря, а также гладкой мускулатуры глаза, ответственной за процессы аккомодации и зрения на близком расстоянии.

Ацетилхолин (АХ) синтезируется при переносе ацетильной группы с ацетилокофермента А (ацетил-КоА) на холин под действием фермента холинацетилтрансферазы. Холинацетилтрансфераза присутствует исключительно в холинергических нейронах. Холин поступает в нейрон из межклеточного пространства путем активного транспорта. Ацетил-КоА синтезируется в митохондриях, которые синтезируют холинацетилтрансферазу и в большом количестве расположены в нервных окончаниях.

После высвобождения ацетилхолина (АХ) в синаптическую щель происходит его разрушение под действием ацетилхолинестеразы (АХЭ) с образованием холина и уксусной кислоты, которые подвергаются обратному захвату и повторному использованию для синтеза новых молекул медиатора.

Выделяют медиаторозависимые рецепторы ацетилхолина (АХ) и рецепторы, связанные с G-белками. Ионотропные рецепторы ацетилхолина (АХ) называют никотиновыми, поскольку первым веществом, которое вызвало их активацию, был никотин, выделенный из растения табака. Метаботропные рецепторы АХ называют мускариновыми, так как их активатором служит мускарин — вещество, выделенное из ядовитых грибов мухоморов.

Продукты гидролиза ацетилхолина в синаптической щели — холин и ацетил-группа — захватываются молекулами специфических переносчиков обратно в клетку.

Болезнь Паркинсона

Болезнь Паркинсона развивается при снижении активности тирозинмонооксигеназы и ДОФА-декарбоксилазы, что приводит к недостаточности дофамина в чёрной субстанции мозга. Это одно из самых распространённых неврологических заболеваний (частота 1:200 среди людей старше 60 лет). Заболевание сопровождается акинезией (скованность движений), ригидностью (напряжение мышц) и тремором (непроизвольное дрожание).

Дофамин не проникает через гематоэнцефалический барьер и как лекарственный препарат не используется. Для лечения паркинсонизма используют заместительную терапию препаратами-предшественниками дофамина (производными ДОФА) — леводопа, мадопар, наком и др. Также подавляют инактивацию дофамина ингибиторами МАО (депренил, ниаламид, пиразидол и др.).

Альбинизм

При наследственном дефекте тирозиназы (1:20000) в меланоцитах нарушается синтез меланинов и развивается альбинизм.

Клиническое проявление альбинизма (от лат. albus — белый) — отсутствие пигментации кожи, сетчатки глаз и волос. У больных часто снижена острота зрения, возникает светобоязнь. Длительное пребывание таких больных под открытым солнцем приводит к раку кожи.

БИЛЕТ 2

Кишечник

В раннем грудном возрасте активность поджелудочной железы относительно низка, однако к концу первого года жизни секреция панкреатических ферментов возрастает от 2 до 10 раз, переваривание белков происходит практически полностью и к завершению грудного возраста всасывается до 98% поступивших аминокислот.

Синтез и роль гистамина

Аминокислота гистидин в разных тканях подвергается действию различных ферментов и включается в разные метаболические пути: синтез белков, катаболизм до конечных продуктов, синтез гистамина, образование карнозина и анзерина.

В печени и коже гистидин подвергается дезаминированию под действием фермента гистидазы с образованием уроканиновой кислоты. Ферменты гистидаза и уроканиназа являются гепатоспецифическими, поэтому их определение используется для диагностики поражений печени и нервных клетках.

Гистамин образуется путем декарбоксилирования гистидина в тучных клетках соединительной ткани:

Гистамин образует комплекс с белками и сохраняется в секреторных гранулах тучных клеток. Секретируется в кровь при повреждении ткани (удар, ожог, воздействие эндо- и экзогенных веществ), развитии иммунных и аллергических реакций. Гистамин выполняет в организме человека следующие функции:

• стимулирует секрецию желудочного сока, слюны, т.е. является пищеварительным гормоном;

• повышает проницаемость капилляров, вызывает отеки, снижает артериальное давление (но увеличивает внутричерепное давление, вызывает головную боль);

• сокращает гладкую мускулатуру легких, вызывает удушье;

• участвует в формировании воспалительной реакции – вызывает расширение сосудов, покраснение кожи, отечность ткани;

• вызывает аллергическую реакцию;

• выполняет рольнейромедиатора;

• является медиатором боли.

Препараты контрикал, гордокс, трасилол по химической структуре являются полипептидами, используются для лечения острых панкреатитов и других заболеваний, сопровождающихся высокой протеолитической активностью. Объясните механизм действия этих препаратов

В поджелудочной железе синтезируются проферменты ряда протеаз: трипсиноген, химотрипсин, проэластаза, прокарбоксипептидазы А и В, то есть в неактивной форме. Они секретируются к месту действия (полость кишечника), где активируются путём частичного протеолиза (отщепление пептида различной длины с N-конца молекулы профермента). Место синтеза проферментов и место их активации пространственно разделены. Такой механизм образования актив.ферментов необходим для защиты секреторных клеток поджелудочной железы от самопереваривания.

Преждевременная активация проферментов в секреторных клетках происходит при остром панкреатите – трипсиноген превращается в трипсин в клетках поджелудочной железы и активирует остальные панкреатические пептидазы

ДЕЙСТВИЕ ПРЕПАРАТОВ - Они структурные аналоги

Они являются полипептидами, их действие основано на конкурентном игибировании Блокируют трипсин При этом ингибирование необратимое Очень прочно связываются с активным центром

МЫ ДОЛЖНЫ ОТМЕТИТЬ, ЧТО ФЕРМЕНТЫ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ ВЫВОДЯТСЯ В ПЛАЗМУ, ГДЕ ОНИ ДЕГРАДИРУЮТ БЕЛКИ; ДОСТИГАЮТ ДРУГИЕ КЛЕТКИ, ГДЕ ТАКЖЕ ДЕГРАДИРУЮТ БЕЛКИ; Т.Е. ПРОИСХОДИТ НЕКОНТРОЛИРУЕМЫЙ ПРОТЕОЛИЗ;

ЧТОБЫ СНИЗИТЬ АКТ-ТЬ ЭТИХ ФЕРМЕНТОВ ПРИМЕНЯЮТ ИНГИБИТОРЫ - КОНТРИКАЛ, ГОРДОКС, ТРАСИЛОЛ - ПЕПТИДЫ, КОТОРЫЙ МОГУТ СВЯЗАТЬ ПРОТЕОЛИТИЧЕСКИЕ ФЕРМЕНТЫ, И ЭТИ ФЕРМЕНТЫ БЛОКИРУЮТСЯ

Вводят парэнтеральноТкэнтерально разрушатся в жкт как белки и не дойдут до крови. Осложнения - белки - чужеродные вещества, аллергия.

БИЛЕТ 3

Азотистое равновесие

Это состояние животного организма, при котором количество выводимого (с мочой и калом) азота равно количеству азота, получаемому с пищей. Взрослый организм в норме находится в состоянии А. р. Средняя потребность взрослого человека в азоте — 16 г в сутки, что соответствует 100 г белка. Если количество поступающего с пищей азота ниже белкового минимума (См. Белковый минимум), то организм начинает разрушать белки собственного тела и А. р. нарушается (отрицательный азотистый баланс: количество выводимого азота больше поступающего с пищей). Длительный недостаток белка (см. Голодание) ведёт к истощению. Растущий организм нуждается в положительном азотистом балансе, т. е. в превышении количества вводимого азота над количеством выводимого из организма.

Синтез и роль норадреналина

Синтез норадреналина начинается в аксоплазметерминалей адренергических нервных волокон и завершается внутри секреторных пузырьков. Основные этапы следующие. 1. Тирозин =>Дофа 2. Дофа => Дофамин 3. Транспорт дофамина в пузырьки (везикулы) 4. Дофамин => Норадреналин В мозговом веществе надпочечников эта реакция дополнена еще одним этапом, в результате которого примерно 80% норадреналина превращается в адреналин: 5. Норадреналин => Адреналин

После секреции норадреналина окончаниями нервных терминалей он удаляется из места секреции тремя способами: (1) обратным захватом самими адренергическими нервными окончаниями путем активного транспортного процесса (так удаляется 50-80% секретируемого норадреналина); (2) диффузией от нервных окончаний в окружающие жидкости тела и затем в кровь (таким путем удаляется основная часть остального норадреналина); (3) разрушением небольшого количества медиатора тканевыми ферментами (один из этих ферментов — моноаминоксидаза — обнаруживается в нервных окончаниях, а другой фермент — катехол-О-метилтрансфераза — присутствует диффузно во всех тканях).

Обычно норадреналин, секретирующийся непосредственно в ткань, остается активным лишь несколько секунд, что свидетельствует о его быстром обратном захвате и диффузии из ткани. Однако норадреналин и адреналин, секретируемые мозговым веществом надпочечника в кровь, остаются активными до тех пор, пока они не диффундируют в некоторые ткани, где могут разрушаться катехол-О-метилтрансферазой; это происходит главным образом в печени. Следовательно, если норадреналин и адреналин секретируются в кровь, они остаются очень активными в течение 10-30 сек; но их активность ослабевает вплоть до полного угасания в течение периода от одной до нескольких минут.

Функции норэпинефрина

Норадреналин играет роль в настороженности, бдительности и реакции страха, обусловленной грозящим реальным или предполагаемым бедствием. Вещество также модулирует безусловный страх – беспричинное, не объясняемое ситуацией переживание.

Вместе с адреналином норадреналин увеличивает частоту сердечных сокращений и обеспечивает откачивание крови из сердца. Это повышает кровяное давление, помогает расщеплять жиры и повышает уровень сахара в крови, чтобы обеспечить организм требуемой энергией.

В головном мозге норадреналин принимает участие в цикле сна-бодрствования, помогая человеку проснуться, улучшить концентрацию внимания, сосредоточиться на выполнении задачи, обеспечить функционирование памяти. Вещество важно для формирования эмоций. В стрессовых ситуациях норэпинефрин усиливается ответ на опасный раздражитель, формирует реакцию «борьба или бегство», мобилизует ресурсы организма для действий.

Проблемы с синтезом и распадом норэпинефрина связаны с депрессией, беспокойством, посттравматическим стрессовым расстройством и токсикоманией. Всплески норадреналина провоцируют эйфорию (сильное внезапное все заполняющее переживание счастья),приступы паники (необъяснимые мучительные эпизоды тяжелой тревоги), повышение артериального давления, гиперактивность (аномальная двигательная и речевая деятельность, чрезмерная возбудимость). Дефицит вещества вызывает летаргию (недостаток энергии, медлительность, вялость, усталость), недостаток концентрации и синдром дефицита внимания, депрессивные состояния.

БИЛЕТ 4

Синтез и роль серотонина

Триптофан – незаменимая аминокислота, в организме используется для синтеза белков, нейромедиатора серотонина, гормона мелатонина, способен превращаться в никотиновую кислоту и NAD+, уменьшая потребность организма в витамине PP.

Серотонин – нейромедиатор проводящих путей, образуется в надпочечниках, центральной нервной системе и в небольших количествах в слюнных железах из аминокислоты триптофан.

Серотонин – биологически активное вещество широкого спектра действия. Он стимулирует сокращение гладкой мускулатуры, перистальтику кишечника, оказывает сосудосуживающее действие, регулирует артериальное давление, температуру тела, дыхание, обладает антидепрессантным свойством («гормон удовольствия»), принимает участие в аллергической реакции, поскольку в небольших количествах синтезируется в тучных клетках.

В эпифизе (шишковидной железе) серотонин может превращаться в гормон мелатонин, регулирующий суточные и сезонные изменения метаболизма организма и участвующий в регуляции репродуктивной функции.

Образование и роль глицина

Глицин — является одной из заменимых аминокислот, входящих в состав белков и других биологически активных веществ в организме человека.

90% глицина синтезируется в организме из аминокислоты серин, тоже заменимой и протеиногенной. Углеродный скелет серин получает от 3-фосфоглицерата, промежуточного продукта распада глюкозы, а аминную голову предоставляет глутаминовая кислота. Казалось бы, при таких делах организм не должен бы испытывать недостаток глицина: глюкозу мы всегда получаем в избытке, и глутаминовая кислота, которая глутамат, обильно представлена в рационе. Однако засада подстерегает, где не ждешь. И называется она витамин B9, иначе говоря, фолиевая кислота, которую по идее мы должны получать со свежими листьями и травками. В нашей полосе, где девять месяцев зима, это особенно актуально.

В синтезе глицина задействована активная форма витамина B9 (фолиевой кислоты) – Н4-Фолат, он же ТетраГидроФолиевая Кислота (ТГФК).

Образование ТГФК из фолиевой кислоты происходит в печени, это сложный каскад реакций, в которых задействованы особые ферменты, коферментом которых выступает НАДФ. Образовавшаяся ТГФК вступает в реакцию с серином при участии фермента СеринОксиМетилТрансфераза.

ТГФК принимает на себя метильную группу CH3, находящуюся в β-положении, и превращается N5N10МетиленН4Фолат, а спиртовая группа отщепляется в виде воды. Что значит это зубодробительное название? Фолат – это сокращенно фолиевая кислота, ибо соединение имеет гидроксильный хвост COOH. Метилен – означает, что соединение приняло на себя метильную группу CH2, причем приняли ее молекулы азота N в положении 5 и 10.

Реакция легко обратима, т.е. глицин может стать источником серина. В этом случае N5N10МетиленН4Фолат отдает метильную группу глицину, а вода станет источником спиртовой группы для серина. N5N10МетиленН4Фолат, образующийся вместе с глицином, быстренько превращается в N5 МетилН4Фолат, который задействован в обезвреживании страшного гомоцистеина, превращая его в нужную аминокислоту метионин. В реакции принимает участие активная форма витамина B12 метилкобаламин.

Синтез глицина из треонина

Долгое время считалось, что распад треонина с образованием глицина идет в клетках печени (гепатоцитах) под воздействием фермента ТреонинАльдолазы. В учебниках рисовали красивое уравнение реакции, приведенное ниже. Не обманывайтесь, насчет обратимости реакции. Уже тогда подчеркивалось, что реакция в живых организмах преимущественно идет в сторону распада треонина с образованием глицина и ацетальдегида. Обратный синтез треонина в живых организмах не наблюдался.

Глицинотносится к простым аминокислотам. И как строительный элемент, аминокислота глицин служит исходным веществом для синтеза других аминокислот и донором аминогруппы при синтезе гемоглобина и других веществ.Дефицит аминокислоты глицин ведет к ослаблению соединительных тканей организма, а также к снижению его энергетического уровня. Глицин вызывает многие благоприятные улучшения в организме. Он помогает в лечении пониженной функции гипофиза. Он вызывает выработку печенью гликогена и является исходным сырьем в синтезе креатина, важнейшего энергоносителя, без которого невозможна эффективная работа мышц, поэтому глицин незаменим для нормальной работы мышц и оказался эффективным при мышечной дистрофии.

Глицин обладает антиоксидантным и антитоксическим действием; Глицин регулирует обмен веществ, нормализует процессы защитного торможения в центральной нервной системе, уменьшает эмоциональное напряжение, повышает умственную работоспособность.

Глицин необходим для синтеза иммуноглобулинов и антител, а следовательно, имеет особое значение для работы иммунной системы.

Глицин способствует снижению высокого уровня кислотности крови, которое происходит от дисбаланса лейцина, проявляющееся в неприятном запахе тела и изо рта.

Глицин является катализатором процесса выработки гипофизом гормона роста.

Глицин применяется для:

· снижения эмоционального напряжение,

· агрессивности,

· конфликтности,

· социальной адаптации;

· улучшения настроения;

· лучшего засыпания и нормализации сна;

· повышениеумственной работоспособности;

· снижения вегето-сосудистых расстройств (в том числе и в климактерическом периоде);

· снижения общемозговых расстройств при ишемическом инсульте и черепно-мозговой травме;

· снижения токсического действия алкоголя и лекарственных средств, угнетающих функции ЦНС;

· снижения тяги к сладостям.

В последнее время врачи, ориентированные на использование питательных веществ, используют глицин для лечения гипогликемии – пониженного уровня сахара в крови.

Также глицин применяется при повышенной кислотности желудочного сока и входит в состав многих средств для снижения кислотности желудочного сока.

БИЛЕТ 6

Синтез и роль дофамина

Дофамин – важнейший нейромедиатор из класса эндогенных катехоламинов.

Данныйнейромедиатор вырабатывается из аминокислоты тирозина. Синтез происходит в дофаминергических нейронах в вентральной области покрышки (ventraltegmentalarea), черной субстанции(Substantianigra), аркуатном (дугообразном) ядрегипоталамуса. Вентральная область покрышки – основное звено системы вознаграждения, представляющее собой обильное скопление нервных путей. Функции данной зоны также объясняют формирование зависимостей от психоактивных веществ, таких как: никотин, кокаин, героин, амфетамин.Parscompacta черного вещества является скоплением дофаминергических нейронов. Черная субстанция – ведущее звено в системе вознаграждения. Вещество играет большую роль в мотивации, обеспечивает эмоциональную составляющую материнского поведения. Среди функций черной субстанции – регулировка и координация мелких и точных движений.

В ЦНС нейромедиатор играет ключевую роль в контроле локомоции, обучения, оперативной памяти, познания и эмоциональных состояний. Дофаминовая система обуславливает различные неврологические заболевания и психические расстройства, в числе которых: болезнь Паркинсона, шизофрения, наркотическая (амфетаминовая и кокаиновая) зависимость. Поэтому дофаминовая система выступает главной мишенью мощных фармакологических средств, применяемых в терапии многих психоневрологических заболеваний.

Помимо обеспечения чувства удовольствия, дофамин участвует во многих функциях организма. Нейромедиатор принимает участие в регуляции:

· кровообращения;

· пищеварения;

· деятельности сердца;

· работе почек;

· функций поджелудочной железы, выработки инсулина;

· запоминания и воспроизведения информации;

· концентрации и удерживании внимания;

· эмоционального состояния, включая настроение;

· восприятия боли;

· поведения, нацеленного на получение удовольствия;

· сна;

· модели реагирования на стрессоры.

 

 

Образование и роль серина

Серин участвует в образовании активных центров ряда ферментов (эстераз, пептидгидролаз), обеспечивая их функцию. Протеолитические ферменты, активные центры которых содержат серин, играющий важную роль при выполнении каталитической функции, относят к отдельному классу сериновых пептидаз.

Действие некоторых фосфорорганических соединений основано на необратимом присоединении молекулы яда к OH- группам остатков серина, приводящему к полному ингибированию каталитической активности ферментов. Токсический эффект прежде всего связан с ингибированием ацетилхолинэстеразы.

Фосфорилирование остатков серина в составе белков имеет важное значение в механизмах межклеточной передачи сигналов.

Кроме того, серин участвует в биосинтезе ряда других аминокислот: глицина, цистеина, метионина, триптофана.

Глицин образуется из серина при действии серин-оксиметилтрансферазы в присутствии тетрагидрофолиевой кислоты. Кроме того, серин является исходным продуктом синтеза пуриновых и пиримидиновых оснований, сфинголипидов, этаноламина, и других важных продуктов обмена веществ.

В процессе распада в организме серин подвергается прямому или непрямому дезаминированию с образованием пировиноградной кислоты, которая в дальнейшем включается в цикл Кребса.

Коллоквиум по белкам и аминокислотам

БИЛЕТ 1