78229

ПАРАМЕТАБОЛИЗМ

Лекция

Биология и генетика

Ферментативное взаимодействие белков с углеводами наблюдается в норме в результате чего образуются сложные белки гликопротеины. Интенсивно гликируются как правило альбумины и глобулины эти белки плазмы крови содержат много фруктозоамина а также белки находящиеся в инсулиннезависимых тканях. Это коллаген кристаллины белки хрусталика глаза некоторые другие белки. Долгоживущие белки также подвергаются карбомоилированию с последствиями характерными для сахарного диабета например катаракта.

Русский

2015-02-07

130 KB

0 чел.

3

Параметаболизм 090201

ПАРАМЕТАБОЛИЗМ

 Параметаболизмэто совокупность химических реакций, протекающих в живом организме и не катализируемых ферментами.

Реакции, относящиеся к параметаболизму, протекают с очень низкой скоростью, поэтому исследование параметаболизма стало возможным совсем недавно, после разработки чрезвычайно высокочувствительных методов анализа. К числу таких методов можно отнести, например, высокоэффективную жидкостную хроматографию с использованием масс-спектрометрии, позволяющие отделять вещества друг от друга и идентифицировать разделенные вещества даже в нанограммовых (10-9 г) количествах; иммуноферментные методы.

НЕКОТОРЫЕ ПАРАМЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Вещества, образующиеся в ходе параметаболических процессов, могут оказывать как негативное, так и положительное действие на организм.

ПРИМЕРЫ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ

Негативное влияние оказывают две группы биомолекул:

  1.  Вещества, в составе которых имеется карбонильная, альдегидная или кетогруппа
  2.  Вещества – сильные окислители

ГРУППА 1.

Карбонильная группа имеется в молекуле глюкозы, но эта группа маскируется, потому что в физиологических условиях почти все молекулы глюкозы находятся не в линейной форме, где карбонильная группа проявляет свои свойства, а в циклической - пиранозной или фуранозной (99,997% от общего количества молекул глюкозы). Для других моносахаридов характерен больший процент линейной формы, из которых самыми опасными являются триозы (они не имеют циклической формы), но их содержание в организме, по сравнению с глюкозой, невелико.

Ферментативное взаимодействие белков с углеводами наблюдается в норме, в результате чего образуются сложные белки – гликопротеины. Источником углеводного компонента служит УДФ-глюкоза, а сам процесс называется гликозилированием. Образуются O-гликозидные связи с участием радикалов серина, треонина (через ОН-группу) и N-гликозидные связичерз амидную группу аспарагина.    (при этом источником углеводнФерментативное взаимодействиеЕсли процесс идет с участием ферментов, ативногЭто приводит к гликозилированию белков  и нуклеиновых кислот, что приводит к возникновению мутаций.

Без участия ферментов карбонильная группа моносахаридов может взаимодействовать с аминогруппами полипептидных цепей белковых молекул, а также азотистых оснований нуклеиновых кислот.

 В случае взаимодействия с белками процесс называется гликированием. Мишенями для присоединения углеводного компонента являются аминогруппа в радикалах лизина и аргинина,   а также свободная -аминогруппа на N-конце белковой молекулы.

В отличие от ферментативных реакций, скорость гликирования зависит от концентрации глюкозы прямо пропорционально (для ферментативных реакций характерна гиперболическая зависимость скорости от концентрации субстрата). Поэтому у здорового человека гликирование если и протекает, то очень  медленно, а у больных сахарным диабетом – быстро, и у них в организме много гликированных белков. Интенсивно гликируются, как правило, альбумины и глобулины – эти белки плазмы крови содержат много фруктозоамина, а также белки, находящиеся в инсулин-независимых тканях.

Фруктозо-амин тоже обладает карбонильной группой, поэтому возможно образование Шиффовых оснований между фрагментами двух разных полипептидных цепей. Так образуются вторичные продукты гликирования:

Большинство этих веществ являются хромофорами - пигментами коричневого цвета. Вторичные продукты гликирования характерны для долгоживущих белков, обновляющихся в течение месяцев, лет. Это коллаген, кристаллины (белки хрусталика глаза), некоторые другие белки.

Образование первичных и вторичных продуктов гликирования не всегда сопровождается нарушением функции белка. Например, гликирование гемоглобина с образованием молекулярной формы А1с не влияет на способность этого белка переносить кислород. Но иногда гликирование вызывает серьезные нарушения функционирования белка. Так, гликирование апобелка АпоB100 в составе липопротеинов низкой плотности (ЛНП) ведет к потере его способности взаимодействовать с тканевыми рецепторами, он начинает восприниматься организмом как чужеродный. В результате вырабатываются антитела к этому белку, ЛНП взаимодействуют с рецепторами макрофагов и фагоцитируются. Макрофаги, получившие много холестерина, погибают, а кристаллы холестерина откладываются в интиме сосудов. Поэтому для больных сахарным диабетом характерен ранний атеросклероз.

Гликирование белков мембраны эритроцита приводит к изменению ее эластических свойств, в результате чего ухудшается кровоснабжение и оксигенация тканей.

При гликировании коллагена атаке подвергаются радикалы лизина и оксилизина, необходимые для образования поперечных сшивок в молекуле этого белка. Сшивки все-таки образуются, но при этом нарушается архитектура молекулы коллагена, что приводит к нарушению его эластических свойств. В результате снижается эластичность стенки артерий. Опасным для организма является гликирование коллагена базальной мембраны почечных клубочков – увеличивается проницаемость фильтрационного барьера, поэтому одним из частых осложнений сахарного диабета является нефропатия.

Гликирование кристалинов ведет к помутнению хрусталика – катаракте.

Для оценки состояния больного сахарным диабетом используется определение уровня гемоглобина А1с и фруктозоамина.  

Лекарственный препарат амидогуанидин предотвращает образование вторичных продуктов гликирования, образуя Шиффово основание с карбонильной группой фруктозо-амина.

Значительное количество продуктов параметаболизма обнаруживается в крови больных, страдающих почечной недостаточностью. У таких больных концентрация мочевины в крови может возрастать до 80 ммоль/л (в норме: 3,3 – 6,6 ммоль/л). Сама мочевина является инертным веществом, но способна вступать в неферментативную реакцию. Теряя аминогруппу, мочевина превращается в изоциановую кислоту:

Изоциановая кислота может взаимодействовать с аминогруппами белковых молекул, вызывая их карбомоилирование:

Карбомоилирование гемоглобина приводит к увеличению сродства к кислороду, поэтому ухудшается его способность отдавать кислород тканям – наблюдается гипоксия. При карбомоилировании ферментов карбоангидразы и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы снижается их активность.

Долгоживущие белки также подвергаются карбомоилированию с последствиями, характерными для сахарного диабета (например, катаракта).

Цианаты иногда могут использоваться в лечебных целях. Например, карбомоилируя концевой валин гемоглобина S при серповидно-клеточной анемии, они усиливают его гидрофильность.

Витамин В6 имеет альдегидную группу, и при его поступлении в организм способен пиридоксилировать  белки. При избытке В6 в организме наблюдаются нарушения со стороны нервной системы, а иногда – рак печени.

При поступлении этанола в организм продукт его метаболизма – уксусный альдегид вызывает ацетилирование белков, например, гемоглобина. Опасным является ацетилирование белков нервной ткани, и нейромедиаторов.

ГРУППА II.

Эта группа веществ представлена сильными окислителями.

 NO, HOCl – продукты ферментативных реакций. HOCl образуется в полиморфно-ядерных гранулоцитах под действием миелопероксидазы:

NO образуется с участием фермента NO-синтетазы в лейкоцитах, нейронах, в эндотелии сосудов:

Некоторые сильные окислители являются сигнальными молекулами: NO может выступать в качестве нейромедиатора, супероксид анион и пероксида водорода иногда выполняют сигнальную функцию.

Сильные окислители используются как «молекулярное оружие» для разрушения чужеродных веществ.

Сильные окислители также воздействуют на белки, нуклеиновые кислоты и липиды.

При окислении липидов происходит обогащение их кислородом и фрагментация. Из полиненасыщенных жирных кислот при этом образуются токсические вещества:

При взаимодействии с белками эти вещества образуют сшивки, вызывая инактивацию некоторых из них.

Продукция сильных окислителей ускоряется при инфекционных заболеваниях, стрессах (оксидативный стресс, карбонильный стресс). Борьба с таким стрессом возможна с помощью антиоксидантов – веществ, содержащих SH-группу: глутатиона, липоевой кислоты, тиосульфата, а также витамина «С».

РЕАКЦИИ ПАРАМЕТАБОЛИЗМА В НОРМЕ.

Играют положительную роль. Сюда относятся:

  1.  Декарбоксилирование ацетоацетата с образованием ацетона. Ацетон летуч и быстро удаляется из организма.
  2.  Неферментативная реакция образования Шиффова основания: протекает в процессе зрительного восприятия между опсином и ретиналем.
  3.  При синтезе коллагена образуются поперечные сшивки в его молекуле неферментативным путем.

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10974. Линейный корреляционный анализ. Коэффициент ранговой корреляции спирмена 79.27 KB
  Линейный корреляционный анализ ПРОДОЛЖЕНИЕ Пример 1.Коэффициент ранговой корреляции спирмена По двум дисциплинам А и В тестировались 10 студентов. На основе набранных баллов вычислены соответствующие ранги. Необходимо вычислить ранговый коэффициент Спирмена и пров...
10975. Анализ точности определения оценок коэффициентов регрессии 69.28 KB
  Анализ точности определения оценок коэффициентов регрессии В силу случайного отбора элементов данных в выборку случайными являются также оценки и коэффициентов и теоретического уравнения регрессии. Их математические ожидания при выполнении предпосылок об отклон
10976. Проверка качества уравнения регрессии 80.42 KB
  Проверка качества уравнения регрессии Оценим насколько хорошо модель линейной регрессии описывает данную систему наблюдений. В качестве этой оценки воспользуемся коэффициентом детерминации. Составим следующие суммы квадратов отклонений: фактических значений от...
10977. Множественная линейная регрессия 39.67 KB
  Множественная линейная регрессия Обобщением линейной регрессионной модели с двумя переменными является многомерная регрессионная модель или модель множественной регрессии. Уравнение множественной регрессии может быть представлено в виде где вектор независим
10978. Выполнение многомерного регрессионного анализа в пакете STATISTICA 198.06 KB
  Выполнение многомерного регрессионного анализа в пакете STATISTICA Рассмотрим пример построения регрессионной модели в пакете Statistica 6.0. Для этих целей обычно используется модуль Multiple Regressions Множественная регрессия который позволяет предсказать зависимую переменную по н...
10979. Нелинейная регрессия 192.4 KB
  Нелинейная регрессия Связь между признаком и может быть нелинейной например в виде полинома: Здесь степень полинома случайная составляющая Для имеющихся данных можно записать По аналогии с 14.4 в матричной форме получим: где . Таким образом получ...
10980. Факторный анализ. Задача однофакторного анализа 89.48 KB
  Факторный анализ Ранее была рассмотрена проверка значимости различия выборочных средних двух совокупностей. На практике часто возникает необходимость обобщения задачи т.е. проверки существенности различия выборочных средних совокупностей . Например требуется оцен
10981. Однофакторный дисперсионный анализ 136.3 KB
  Однофакторный дисперсионный анализ Для описания данных в большинстве случаев оказывается приемлема аддитивная модель. Она предполагает что значение отклика можно представить в виде суммы вклада воздействия фактора и независимой от вкладов факторов случайной велич...
10982. Однофакторный анализ в системе statistica 6.0 168.06 KB
  Однофакторный анализ в системе statistica 6.0 Рассмотрим типичную задачу однофакторного анализа реально возникшую на производстве. Пример.На заводе разработаны две новые технологии Т1 и Т2. Чтобы оценить как изменится дневная производительность при переходе на новые техн...