Осъществява се синтез на мазнини в клетката. Синтез на триглицериди от въглехидрати

03.03.2020

Характеристики на органелите 1. Плазмена мембрана 2. Ядро 3. Митохондрии 4. Пластиди 5. Рибозоми 6. ER 7. Клетъчен център 8. Комплекс Голджи 9.

Лизозоми A) Транспорт на вещества в клетката, пространствено разделяне на реакциите в клетката B) Синтез на протеин C) Фотосинтеза D) Съхранение на наследствена информация E) Немембранен E) Синтез на мазнини и въглехидрати G) Съдържа ДНК 3) Осигуряване на клетка с енергия I) Самосмилане на клетката и вътреклетъчно смилане J) Комуникация на клетката с външната среда K) Контрол на ядреното делене M) Налично само при растенията H) Налично само при животни

Който

характеристиките на живата клетка зависят от функционирането на биологичните мембрани

А. селективна пропускливост

Б. йонен обмен

Б. Поглъщане и задържане на вода

Г. Изолация от заобикаляща средаИ
връзка с нея

Който
Органелата свързва клетката в едно цяло, пренася вещества,
участва в синтеза на мазнини, протеини, сложни въглехидрати:

B. Комплекс Голджи

Б. външна клетъчна мембрана

Който
структурата на рибозомите е:

А. единична мембрана

Б. двойна мембрана

Б. Немембранни

как
Вътрешните структури на митохондриите се наричат:

A. grana

Б. матрица

В. Криста

Който
структури, образувани от вътрешната мембрана на хлоропласта:

А. строма

B. тилакоид гран

В. Криста

Ж. Стромални тилакоиди

За което
Организмите се характеризират с ядро:

А. за еукариоти

Б. за прокариоти

Варирайте
според химичния състав на хромозомите и хроматина:

Където
Центромерът се намира на хромозомата:

А. върху първичната констрикция

Б. на второстепенната талия

Който
органелите са характерни само за растителните клетки:

B.митохондрии

Б. Пластиди

Какво
част от рибозомите:

Б. липиди

1 Двата мембранни органела на клетката включват:

1) рибозома 2) митохондрия 3) ендоплазмен ретикулум 4) лизозома
2 В митохондриите водородните атоми се отказват от електрони и енергията се използва за синтеза на: 1) протеини 2) мазнини 3) въглехидрати 4) АТФ
3 Всички клетъчни органели са свързани помежду си чрез: 1) клетъчна стена 2) ендоплазмен ретикулум 3) цитоплазма 4) вакуоли

Изберете един верен отговор. 1. Външната клетъчна мембрана осигурява а) постоянна форма на клетката б) метаболизъм и енергия в

б) осмотично налягане в клетката г) селективна пропускливост

2. Целулозните мембрани, както и хлоропластите, нямат клетки

а) водорасли б) мъхове в) папрати г) животни

3. В клетката се намират ядрото и органелите

а) цитоплазма _ в) ендоплазмен ретикулум

б) комплекс на Голджи г) вакуоли

4. Синтезът се извършва върху мембраните на гранулирания ендоплазмен ретикулум

а) протеини б) въглехидрати в) липиди г) нуклеинови киселини

5. Нишестето се натрупва в

а) хлоропласти б) ядро в) левкопласти г) хромопласти

6. Протеините, мазнините и въглехидратите се натрупват в

а) ядро б) лизозоми в) комплекс Голджи г) митохондрии

7. Участва в образуването на вретеното на делене

а) цитоплазма б) клетъчен център в) вакуола г) комплекс Голджи

8. Органоид, състоящ се от множество свързани помежду си кухини, в
които натрупват синтезирани в клетката органични вещества – това са

а) комплекс Голджи в) митохондрии

б) хлоропласт г) ендоплазмен ретикулум

9. Обменът на вещества между клетката и околната среда се осъществява чрез
черупка поради наличието в нея

а) липидни молекули б) въглехидратни молекули

б) множество дупки г) молекули на нуклеинова киселина

10. Органичните вещества, синтезирани в клетката, се придвижват до органелите
а) с помощта на комплекса Голджи в) с помощта на вакуоли

б) с помощта на лизозоми г) през каналите на ендоплазмения ретикулум

11. Разграждането на органичните вещества в клетката, придружено от освобождаване.
енергия и синтезът на голям брой АТФ молекули се случва в

а) митохондрии б) лизозоми в) хлоропласти г) рибозоми

12. Организми, чиито клетки нямат оформено ядро, митохондрии,
Комплекс Голджи, принадлежи към групата

а) прокариоти б) еукариоти в) автотрофи г) хетеротрофи

13. Прокариотите включват

а) водорасли б) бактерии в) гъбички г) вируси

14. Ядрото играе голяма роляв клетката, тъй като участва в синтеза

а) глюкоза б) липиди в) фибри г) нуклеинови киселини и протеини

15. Органела, отграничена от цитоплазмата с една мембрана, съдържаща
много ензими, които разграждат сложни органични вещества
към прости мономери, това

а) митохондрия б) рибозома в) комплекс на Голджи г) лизозома

Какви функции изпълнява външната плазмена мембрана в клетката?

1) ограничава съдържанието на клетката от външната среда
2) осигурява движението на веществата в клетката
3) осигурява комуникация между органелите
4) осъществява синтеза на протеинови молекули

Мембраната на гладкия ендоплазмен ретикулум изпълнява функцията
1) синтез на липиди и въглехидрати
2) синтез на протеини
3) разграждане на протеини
4) разграждане на въглехидрати и липиди

Една от функциите на комплекса Голджи
1) образуване на лизозоми
2) образуване на рибозоми
3) Синтез на АТФ
4) окисляване на органични вещества

Липидните молекули са част от
1) плазмена мембрана
2) рибозоми
3) гъбични клетъчни мембрани
4) центриоли
Благодаря предварително на всеки, който може да помогне

Енергията се генерира чрез окисляване на мазнини и въглехидрати. Излишното им количество обаче води до затлъстяване, а липсата на глюкоза води до отравяне на организма.

За нормалното функциониране на всеки организъм трябва да има енергия достатъчни количества. Основният му източник е глюкозата. Въглехидратите обаче не винаги напълно компенсират енергийните нужди, затова е важен липидният синтез – процес, който осигурява енергия на клетките при ниска концентрация на захари.

Мазнините и въглехидратите също осигуряват рамката за много клетки и компоненти за процеси, които осигуряват нормалното функциониране на тялото. Техните източници са компоненти, доставяни с храната. Глюкозата се съхранява под формата на гликоген, а излишъкът й се превръща в мазнини, които се съдържат в адипоцитите. При голям прием на въглехидрати увеличаването на мастните киселини се дължи на храните, които се консумират ежедневно.

Процесът на синтез не може да започне веднага след като мазнините попаднат в стомаха или червата. Това изисква процес на усвояване, който има свои собствени характеристики. Не 100% от мазнините, които идват от храната, завършват в кръвта. От тях 2% се екскретират непроменени от червата. Това се дължи както на самата храна, така и на процеса на усвояване.

Мазнините, които идват с храната, не могат да бъдат използвани от тялото без допълнително разграждане на алкохол (глицерол) и киселини. Емулгирането се извършва в дванадесетопръстника със задължителното участие на ензими от самата чревна стена и жлези вътрешна секреция. Не по-малко важна е жлъчката, която активира фосфолипазите. След разграждането на алкохола мастните киселини навлизат в кръвта. Биохимията на процесите не може да бъде проста, тъй като зависи от много фактори.

Мастна киселина

Всички те са разделени на:

кратко (броят на въглеродните атоми не надвишава 10);
дълъг (въглерод по-голям от 10).

Късите не се нуждаят от допълнителни съединения и вещества, за да попаднат в кръвта. Докато дългите мастни киселини трябва задължително да създават комплекс с жлъчните киселини.

Късите мастни киселини и способността им да се абсорбират бързо без допълнителни съединения са важни за бебета, чиито черва все още не функционират като възрастни. В допълнение, себе си кърмасъдържа само къси вериги.

Получените съединения на мастни киселини и жлъчни киселини се наричат мицели. Те имат хидрофобно ядро, неразтворимо във вода и състоящо се от мазнини, и хидрофилна обвивка (разтворима поради жлъчни киселини). Точно жлъчни киселинипозволява на липидите да се транспортират в адипоцитите.

Мицелът се разпада на повърхността на ентероцитите и кръвта се насища с чисти мастни киселини, които скоро се озовават в черния дроб. В ентероцитите се образуват хиломикрони и липопротеини. Тези вещества са съединения на мастни киселини и протеини и доставят полезни вещества на всяка клетка.

Жлъчните киселини не се отделят от червата. Малка част преминава през ентероцитите и навлиза в кръвта, а по-голямата част пътува до края тънко червои се абсорбира чрез активен транспорт.

Състав на хиломикрони:

триглицериди;
холестеролови естери;
фосфолипиди;
свободен холестерол;
протеин.

Хиломикроните, които се образуват в чревните клетки, са все още млади и големи по размер, така че не могат да попаднат в кръвта сами. Те се транспортират до лимфна системаи едва след преминаване през главния канал попадат в кръвта. Там те взаимодействат с липопротеините висока плътности образуват протеините аро-С и аро-Е.

Само след тези трансформации хиломикроните могат да се нарекат зрели, тъй като те са тези, които се използват за нуждите на тялото. Основната задача е транспортирането на липидите до тъканите, които ги съхраняват или използват. Те включват мастна тъкан, бели дробове, сърце, бъбреци.

Хиломикроните се появяват след хранене, така че процесът на синтез и транспортиране на мазнини се активира само след хранене. Някои тъкани не могат чиста формаабсорбират тези комплекси, така че част от него се свързва с албумина и едва след това се консумира от тъканта. Пример за това е скелетната тъкан.

Ензимът липопротеин липаза намалява триглицеридите в хиломикроните, което ги кара да намаляват и да стават остатъчни. Именно те изцяло навлизат в хепатоцитите и там завършва процесът на тяхното разграждане на съставните им компоненти.

Биохимията на ендогенния синтез на мазнини се осъществява с помощта на инсулин. Количеството му зависи от концентрацията на въглехидрати в кръвта, така че за да навлязат мастните киселини в клетката, е необходима захар.

Липиден ресинтез

Липидният ресинтез е процес, чрез който липидите се синтезират в чревната стена и клетка от мазнини, които влизат в тялото с храната. Като добавка могат да се използват и мазнини, които се произвеждат вътрешно.

Този процес е един от най-важните, тъй като позволява на дългите мастни киселини да се свържат и предотвратяват разрушителния им ефект върху мембраните. Най-често ендогенните мастни киселини са свързани с алкохол като глицерол или холестерол.

Процесът на ресинтеза не завършва със свързване. След това опаковането се извършва във форми, които могат да напуснат ентероцита, така наречените транспортни. В самите черва се образуват два вида липопротеини. Те включват хиломикрони, които не присъстват постоянно в кръвта и появата им зависи от приема на храна, и липопротеини с висока плътност, които са постоянни форми и концентрацията им не трябва да надвишава 2 g/l.

Употреба на мазнини

За съжаление, използването на триглицериди (мазнини) за осигуряване на енергия на тялото се счита за много трудоемко, така че този процес се счита за резервен процес, въпреки че е много по-ефективен от получаването на енергия от въглехидрати.

Липидите се използват за осигуряване на енергия на тялото само ако няма достатъчно количество глюкоза. Това се случва, когато няма консумация на храна за дълго време, след активни упражнения или след дълъг нощен сън. След окисляването на мазнините се получава енергия.

Но тъй като тялото не се нуждае от цялата енергия, тя трябва да се натрупва. Натрупва се под формата на АТФ. Именно тази молекула се използва от клетките за много реакции, които изискват само енергия. Предимството на АТФ е, че е подходящ за всички клетъчни структури на тялото. Ако глюкозата се съдържа в достатъчен обем, тогава 70% от енергията се покрива от окислителните процеси на глюкозата и само останалата част от окислението на мастните киселини. С намаляване на натрупаните въглехидрати в тялото, предимството се измества към окисляването на мазнините.

За да се гарантира, че количеството на входящите вещества не е по-голямо от изхода, това изисква консумираните мазнини и въглехидрати в нормални граници. Средният човек се нуждае от 100 грама мазнини на ден. Това е оправдано от факта, че само 300 mg могат да се абсорбират от червата в кръвта. Голямо количествоще излезе почти непроменен.

Важно е да запомните, че ако има липса на глюкоза, липидното окисление е невъзможно. Това ще доведе до натрупване на продукти на окисление – ацетон и неговите производни – в излишни количества в клетката. Превишаването на нормата постепенно отравя тялото и има пагубен ефект върху нервна системаи ако не се лекува може да бъде фатално.

Биосинтезата на мазнини е неразделен процес във функционирането на тялото. Това е резервен източник на енергия, който при липса на глюкоза поддържа всички биохимични процеси на правилното ниво. Транспортът на мастни киселини до клетките се осъществява от хиломикрони и липопротеини. Особеност е, че хиломикроните се появяват само след хранене, а липопротеините постоянно присъстват в кръвта.

Липидната биосинтеза е процес, който зависи от много допълнителни процеси. Наличието на глюкоза трябва да бъде задължително, тъй като натрупването на ацетон поради непълно окисление на липидите може да доведе до постепенно отравяне на тялото.

Реакциите на биосинтеза на липиди могат да възникнат в гладкия ендоплазмен ретикулум на клетките на всички органи. Субстрат за синтез на мазнини de novoе глюкоза.

Както е известно, когато глюкозата навлезе в клетката, тя се превръща в гликоген, пентози и се окислява до пирогроздена киселина. Когато доставките са високи, глюкозата се използва за синтезиране на гликоген, но тази опция е ограничена от обема на клетката. Следователно, глюкозата "пропада" в гликолиза и се превръща в пируват директно или чрез пентозофосфатния шънт. Във втория случай се образува NADPH, който впоследствие ще бъде необходим за синтеза на мастни киселини.

Пируватът преминава в митохондриите, декарбоксилира се в ацетил-SCoA и влиза в цикъла на ТСА. Въпреки това, в състояние мир, при ваканция, при наличие на излишно количество енергияв клетката реакциите на цикъла на ТСА (по-специално реакцията на изоцитрат дехидрогеназа) се блокират от излишък на АТФ и NADH.

Обща схемабиосинтеза на триацилглицероли и холестерол от глюкоза

Оксалоацетатът, също образуван от цитрат, се редуцира от малат дехидрогеназа до ябълчена киселина и се връща в митохондриите

чрез совалков механизъм малат-аспартат (не е показан на фигурата),
след декарбоксилиране на малат до пируват NADP-зависим маликов ензим. Полученият NADPH ще се използва в синтеза на мастни киселини или холестерол.

3.3. Синтез на мазнини

Мазнините се синтезират от глицерол и мастни киселини. Глицеролът в тялото се появява по време на разграждането на мазнините (храна или собствени) и също така лесно се образува от въглехидрати. Мастните киселини се синтезират от ацетил коензим А, универсален метаболит на тялото. Този синтез също изисква енергия от водород (под формата на NADPH 2) и ATP. Тялото синтезира само наситени и мононенаситени (тези с една двойна връзка) мастни киселини. Киселините, съдържащи в молекулата си две или повече двойни връзки (полиненаситени), не се синтезират в организма и трябва да се набавят с храната. За синтеза на мазнини могат да се използват и мастни киселини - продукти от хидролизата на хранителни и телесни мазнини.

Всички участници в синтеза на мазнини трябва да бъдат в активна форма: глицерол под формата на глицерофосфат и мастни киселини под формата на ацил-ензим А. Синтезът на мазнини се извършва в цитоплазмата на клетките (главно мастната тъкан, черния дроб, тънките черва) и протича по следната схема

Трябва да се подчертае, че глицеролът и мастните киселини могат да бъдат получени от въглехидрати. Следователно, когато излишна консумациявъглехидрати на фона заседнал начин на животЗатлъстяването се развива през целия живот.

Лекция 4. Протеинов метаболизъм

4.1. Белтъчен катаболизъм

Протеините, които изграждат клетките на тялото, също са обект на постоянно разграждане под въздействието на вътреклетъчни протеолитични ензими, т.нар. вътреклетъчни протеиназиили катепсини.Тези ензими са локализирани в специални вътреклетъчни органели - лизозоми. Под въздействието на катепсините телесните протеини също се превръщат в аминокиселини. (Важно е да се отбележи, че разграждането както на храната, така и на собствените протеини на тялото води до образуването на същите 20 вида аминокиселини.) Приблизително 200 g телесни протеини се разграждат на ден. Следователно около 300 g свободни аминокиселини се появяват в тялото през деня.

4.2. Синтез на протеини

Повечето аминокиселини се използват за синтеза на протеини. Синтезът на протеини се извършва със задължителното участие на нуклеинови киселини.

Първият етап от протеиновия синтез е транскрипция- извършен през клетъчно ядроизползване на ДНК като източник на генетична информация. Генетичната информация определя реда на аминокиселините в полипептидните вериги на синтезирания протеин. Тази информация е кодирана от последователността на азотните бази в молекулата на ДНК. Всяка аминокиселина е кодирана от комбинация от три азотни бази, наречени кодон, или триплет. Участъкът от ДНК молекула, съдържащ информация за специфичен протеин, се нарича "ген".В този участък на ДНК информационната РНК (иРНК) се синтезира по време на транскрипцията според принципа на комплементарността. Това нуклеинова киселинае копие на съответния ген. Получената иРНК напуска ядрото и навлиза в цитоплазмата. По подобен начин синтезът на рибозомна (рРНК) и транспортна (тРНК) се осъществява върху ДНК като матрица.

По време на втория етап - разпознаване(разпознаване), протичащи в цитоплазмата, аминокиселините селективно се свързват със своите носители - транспортни РНК (тРНК). Всяка молекула tRNA е къса полинуклеотидна верига, съдържаща приблизително 80 нуклеотида и частично усукана в двойна спирала, което води до конфигурация на „извита детелина“. В единия край на полинуклеотидната верига всички тРНК имат нуклеотид, съдържащ аденин. Към този край на tRNA молекулата е прикрепена аминокиселина. Примката срещу мястото на свързване на аминокиселината съдържа антикодон, състоящ се от три азотни бази и предназначен за последващо свързване с комплементарния кодон на иРНК. Една от страничните бримки на молекулата на тРНК осигурява прикрепването на тРНК към ензима, участващ в разпознаване, а другият страничен контур е необходим за прикрепване на тРНК към рибозомата на следващия етап от протеиновия синтез.

На този етап молекулата на АТФ се използва като източник на енергия. В резултат на разпознаването се образува комплекс аминокиселина-тРНК. В тази връзка вторият етап от протеиновия синтез се нарича активиране на аминокиселини.

Третият етап от протеиновия синтез е излъчване- възниква върху рибозомите. Всяка рибозома се състои от две части - голяма и малка субединица. По отношение на химичния състав и двете субчастици се състоят от рРНК и протеини. Рибозомите могат лесно да се разграждат на субчастици, които отново могат да се комбинират помежду си, за да образуват рибозома. Транслацията започва с дисоциацията на рибозомата на субчастици, които веднага се прикрепят към началната част на молекулата на иРНК, идваща от ядрото. В този случай остава пространство между субчастиците (т.нар. тунел), където се намира малък участък от иРНК. След това tRNAs, свързани с аминокиселини, се добавят към получения комплекс рибозома-mRNA. Прикрепването на тРНК към този комплекс става чрез свързване на една от страничните бримки на тРНК към рибозомата и свързване на тРНК антикодона към неговия комплементарен иРНК кодон, разположен в тунела между рибозомните субчастици. В същото време само две тРНК с аминокиселини могат да се присъединят към комплекса рибозома-иРНК.

Поради специфичното свързване на tRNA антикодони с mRNA кодони, само tRNA молекули, чиито антикодони са комплементарни на mRNA кодоните, са прикрепени към частта от mRNA молекулата, разположена в тунела. Следователно тези тРНК доставят само строго специфични аминокиселини към рибозомите. След това аминокиселините се свързват една с друга чрез пептидна връзка и се образува дипептид, който се свързва с една от тРНК. След това рибозомата се движи по иРНК точно с един кодон (това движение на рибозомата се нарича транслокация).

В резултат на транслокация свободната (без аминокиселина) tRNA се отделя от рибозомата и в зоната на тунела се появява нов кодон, към който се добавя друга tRNA с аминокиселина, съответстваща на този кодон, съгласно принципа на взаимно допълване. Доставената аминокиселина се свързва с предварително образувания дипептид, което води до удължаване на пептидната верига. Това е последвано от нови транслокации, пристигането на нови тРНК с аминокиселини върху рибозомата и по-нататъшно удължаване на пептидната верига.

По този начин редът на включване на аминокиселините в синтезирания протеин се определя от последователността на кодоните в иРНК. Синтезът на полипептидната верига завършва, когато в тунела влезе специален кодон, който не кодира аминокиселини и към който не може да се присъедини тРНК. Такива кодони се наричат стоп кодони.

В резултат на това, поради трите описани етапа, се синтезират полипептиди, т.е. образува се първичната структура на протеина. Висшите (пространствени) структури (вторични, третични, кватернерни) възникват спонтанно.

Синтезът на протеини е енергоемък процес. За да се включи само една аминокиселина в синтезирана протеинова молекула, са необходими поне три ATP молекули.

4.3. Аминокиселинен метаболизъм

В допълнение към протеиновия синтез, аминокиселините се използват и за синтеза на различни непротеинови съединения, които имат важни биологично значение. Някои аминокиселини претърпяват разлагане и се превръщат в крайни продукти: C0 2, H 2 O и NH 3. Разграждането започва с реакции, общи за повечето аминокиселини.

Те включват:

а) декарбоксилиране - отстраняване на карбоксилна група от аминокиселини във формата въглероден двуокис:

Всички аминокиселини се подлагат на трансаминиране. В тази реакция участва коензим - фосфопиридоксал, за образуването на който е необходим витамин В6 - пиридоксин.

Трансаминирането е основната трансформация на аминокиселините в тялото, тъй като нейната скорост е много по-висока от тази на реакциите на декарбоксилиране и дезаминиране.

Трансаминацията изпълнява две основни функции:

а) поради трансаминиране някои аминокиселини могат да се превърнат в други. В този случай общият брой на аминокиселините не се променя, но се променя съотношението между тях. Постъпват в организма с храната чужди протеини, в които аминокиселините са в различни пропорции в сравнение с телесните протеини. Чрез трансаминиране се коригира аминокиселинният състав на тялото.

б) е интегрална част индиректно (индиректно) дезаминиранеаминокиселини - процесът, при който започва разграждането на повечето аминокиселини.

В първия етап на този процес аминокиселините претърпяват реакция на трансаминиране с α-кетоглутарова киселина. Аминокиселините се превръщат в α-кето киселини, а α-кетоглутаровата киселина се превръща в глутаминова киселина (аминокиселина).

На втория етап получената глутаминова киселина се подлага на дезаминиране, NH3 се отцепва от нея и отново се образува α-кетоглутарова киселина. След това получените α-кето киселини претърпяват дълбоко разлагане и се превръщат в крайните продукти C0 2 и H 2 0. Всяка от 20-те кето киселини (има толкова образувани от тях, колкото и видовете аминокиселини) има свои специфични пътища на разграждане. При разграждането на някои аминокиселини обаче се образува пирогроздена киселина като междинен продукт, от който може да се синтезира глюкоза. Следователно аминокиселините, от които възникват такива кето киселини, се наричат глюкогенен.Други кето киселини не образуват пируват по време на тяхното разграждане. Техният междинен продукт е ацетил коензим А, от който е невъзможно да се получи глюкоза, но могат да се синтезират кетонови тела. Аминокиселините, съответстващи на такива кето киселини, се наричат кетогенни.

Вторият продукт от индиректното дезаминиране на аминокиселините е амонякът. Амонякът е силно токсичен за тялото. Следователно организмът разполага с молекулярни механизми за нейното неутрализиране. Когато се образува NH3, той се свързва с глутаминовата киселина във всички тъкани, за да образува глутамин. Това временно неутрализиране на амоняка.С кръвния поток глутаминът навлиза в черния дроб, където отново се разгражда на глутаминова киселина и NH3. Получената глутаминова киселина се връща в органите с кръвта, за да неутрализира нови порции амоняк. Освободеният амоняк, както и въглеродният диоксид в черния дроб се използват за синтеза урея.

Синтезът на урея е цикличен, многоетапен процес, който консумира голям бройенергия. Аминокиселината орнитин играе много важна роля в синтеза на урея. Тази аминокиселина не е част от протеините. Орнитинът се образува от друга аминокиселина - аргинин,който присъства в протеините. Поради важната роля на орнитина се нарича синтез на урея орнитинов цикъл.

По време на процеса на синтез две молекули амоняк и молекула въглероден диоксид се добавят към орнитин и орнитинът се превръща в аргинин, от който уреята веднага се отделя и отново се образува орнитин. Наред с орнитин и аргинин, аминокиселините също участват в образуването на урея: глутаминИ аспарагинова киселина. Глутаминът е доставчик на амоняк, а аспарагиновата киселина е неговият транспортьор.

Синтезът на урея е окончателна неутрализация на амоняка.От черния дроб уреята навлиза в бъбреците с кръвта и се екскретира с урината. На ден се образуват 20-35 g урея. Екскрецията на урея в урината характеризира скоростта на разграждане на протеините в тялото.

Раздел 3. Биохимия мускулна тъкан

Лекция 5. Биохимия на мускулите

5.1. Клетъчна структурамускулни влакна

Животните и хората имат два основни вида мускули: набразденИ гладка.Набраздените мускули са прикрепени към костите, т.е. към скелета, поради което се наричат още скелетни. Набраздените мускулни влакна също формират основата на сърдечния мускул - миокарда, въпреки че има някои разлики в структурата на миокарда и скелетните мускули. Гладките мускули образуват мускулите на стените кръвоносни съдове, червата, проникват в тъканите вътрешни органии кожата.

Всеки набразден мускул се състои от няколко хиляди влакна, обединени от слоеве на съединителната тъкан и същата мембрана - фасция.Мускулните влакна (миоцити) са силно удължени многоядрени клетки голям размердълги до 2-3 см, а при някои мускули дори над 10 см. Дебелината на мускулните клетки е около 0,1-0,2 мм.

Като всяка клетка, миоцитсъдържа основни органели като ядра, митохондрии, рибозоми, цитоплазмен ретикулум и клетъчна мембрана. Характеристика на миоцитите, която ги отличава от другите клетки, е наличието на контрактилни елементи - миофибрили

Ядраса заобиколени от обвивка - нуклеолемата и се състоят главно от нуклеопротеини. Ядрото съдържа генетичната информация за протеиновия синтез.

Рибозоми- вътреклетъчни образувания, които са нуклеопротеини по химичен състав. Синтезът на протеини се осъществява върху рибозомите.

Митохондриите- микроскопични мехурчета с размер до 2-3 микрона, заобиколени от двойна мембрана. В митохондриите окислението на въглехидрати, мазнини и аминокиселини до въглероден диоксид и вода се извършва с помощта на молекулярен кислород (кислород от въздуха). Благодарение на енергията, освободена по време на окислението, синтезът на АТФ се извършва в митохондриите. В тренираните мускули митохондриите са многобройни и разположени по миофибрилите.

Цитоплазмен ретикулум(саркоплазмен ретикулум, саркоплазмен ретикулум) се състои от тръби, тубули и везикули, образувани от мембрани и свързани помежду си. Саркоплазменият ретикулум чрез специални тръби, наречени Т-система, е свързан с мембраната на мускулната клетка - сарколема. Особено внимание в саркоплазмения ретикулум са везикулите, т.нар резервоарнаси съдържащи високи концентрации на калциеви йони. В цистерните съдържанието на Ca 2+ йони е приблизително хиляда пъти по-високо, отколкото в цитозола. Такъв градиент на висока концентрация на калциеви йони възниква поради функционирането на ензима - калциев аденозин три- фосфатази(калциева АТФаза), вградена в стената на резервоара. Този ензим катализира хидролизата на АТФ и благодарение на енергията, освободена по време на този процес, осигурява преноса на калциеви йони вътре в резервоарите. Този механизъм на транспорт на калциевите йони образно се нарича калцийпомпа,или калциева помпа.

Цитоплазма(цитозол, саркоплазма) заема вътрешното пространство на миоцитите и е колоиден разтвор, съдържащ протеини, гликоген, мастни капчици и други включвания. Саркоплазмените протеини представляват 25-30% от всички мускулни протеини. Сред саркоплазмените протеини има активни ензими. Те включват предимно гликолитични ензими, които разграждат гликоген или глюкоза до пирогроздена или млечна киселина. Друг важен саркоплазмен ензим е креатинкиназа, участващи в енергийното снабдяване на мускулната работа. Специално вниманиезаслужава саркоплазмения протеин миоглобин, който е идентичен по структура на една от субединиците на кръвния протеин - хемоглобин. Миоглобинът се състои от един полипептид и един хем. Функцията на миоглобина е да свързва молекулярния кислород. Благодарение на този протеин се създава определен запас от кислород в мускулната тъкан. IN последните годиниУстановена е и друга функция на миоглобина - пренасянето на 0 2 от сарколемата към мускулните митохондрии.

В допълнение към протеините, саркоплазмата съдържа непротеинови азотсъдържащи вещества. Те се наричат, за разлика от протеините, екстракти, тъй като лесно се извличат с вода. Сред тях са адениловите нуклеотиди ATP, ADP, AMP и други нуклеотиди, като ATP преобладава. Концентрацията на АТФ в покой е приблизително 4-5 mmol/kg. Екстрактивите също включват креатин фосфат,неговият предшественик е креатин и продукт от необратимото разграждане на креатин фосфата - креатинин INКонцентрацията на креатин фосфат в покой обикновено е 15-25 mmol/kg. От аминокиселините в големи количества се срещат глутаминова киселина и глутаминова киселина. глутамин.

Основният въглехидрат на мускулната тъкан е гликоген.Концентрацията на гликоген варира от 0,2-3%. Свободната глюкоза в саркоплазмата се съдържа в много ниски концентрации - има само следи от нея. По време на мускулната работа продуктите се натрупват в саркоплазмата въглехидратния метаболизъм- лактат и пируват.

Протоплазмен дебелсвързан с протеини и наличен в концентрация от 1%. Резервна мазнинанатрупва се в мускулите, тренирани за издръжливост.

5.2. Структура на сарколема

Всяко мускулно влакно е заобиколено от клетъчна мембрана - сарколема.Сарколемата е лилопротеинова мембрана с дебелина около 10 nm. Отвън сарколемата е заобиколена от мрежа от преплетени нишки от колагенов протеин. По време на свиването на мускулите в колагеновата обвивка възникват еластични сили, поради което при отпускане мускулното влакно се разтяга и се връща в първоначалното си състояние. Окончанията на двигателните нерви се приближават до сарколемата. Място на контакт нервно окончаниесъс сарколема се нарича нервно-мускулна връзка, или крайна неврална пластина.

Съкратителни елементи - миофибрили- заемат по-голямата част от обема на мускулните клетки, диаметърът им е около 1 микрон. В нетренираните мускули миофибрилите са разпръснати, но в тренираните мускули те са групирани в снопчета т.нар. полета на Конхайм.

5.3. Структура на анизотропни и изотропни дискове

Микроскопското изследване на структурата на миофибрилите показва, че те се състоят от редуващи се светли и тъмни области или дискове. IN мускулни клеткимиофибрилите са подредени по такъв начин, че светлите и тъмните области на съседните миофибрили съвпадат, което създава напречна ивица на цялото мускулно влакно, видима под микроскоп. Установено е, че миофибрилите са сложни структури, изградени от своя страна от голям брой мускулни нишки (протофибрили или нишки) от два вида - дебелИ тънък.Дебелите нишки имат диаметър 15 nm, тънките - 7 nm.

Миофибрилите се състоят от редуващи се снопчета от успоредни дебели и тънки нишки, чиито краища се пресичат. Част от миофибрилата, състояща се от дебели нишки и разположени между тях краища на тънки нишки, е двойно пречупваща. Под микроскоп тази област блокира видимата светлина или потока от електрони (с помощта на електронен микроскоп) и следователно изглежда тъмна. Такива области се наричат анизотропен,или тъмни, дискове (А-дискове).

Светлите области на миофибрилите се състоят от централни части на тънки нишки. Те сравнително лесно пропускат светлинни лъчи или поток от електрони, тъй като нямат двойно пречупване и се наричат изотропен,или светлина, дискове (аз-дискове).В средата на снопа от тънки нишки е разположена напречно тънка плоча от протеин, която фиксира позицията на мускулните нишки в пространството. Тази плоча се вижда ясно под микроскоп под формата на линия, преминаваща през I-диска и се нарича З- запис.

Сечението на миофибрилата между съседни 2-линии се нарича саркомерДължината му е 2,5-3 микрона. Всяка миофибрила се състои от няколкостотин саркомери (до 1000).

5.4. Структура и свойства на контрактилните протеини

Изучаване химичен съставмиофибрилите показват, че дебелите и тънките нишки се състоят само от протеини.

Дебелите нишки са направени от протеин миозин.Миозинът е протеин с молекулно тегло около 500 kDa, съдържащ две много дълги полипептидни вериги. Тези вериги образуват двойна спирала, но в единия край тези нишки се разминават и образуват сферично образувание - кълбовидна глава. Следователно молекулата на миозина има две части - глобуларна глава и опашка. Дебелата нишка съдържа около 300 миозинови молекули, а на напречно сечение на дебелата нишка се откриват 18 миозинови молекули. Молекулите на миозина в дебели нишки са преплетени с опашките си, а главите им стърчат от дебелата нишка в правилна спирала. В миозиновите глави има две важни области (центъра). Един от тях катализира хидролитичното разцепване на АТФ, т.е. съответства на активния център на ензима. АТФазната активност на миозина е открита за първи път от руските биохимици Енгелхард и Любимова. Вторият участък на главата на миозина осигурява връзката на дебелите нишки с протеина на тънките нишки по време на мускулна контракция - аккал.

Тънките нишки са изградени от три протеина: актин, тропонинИ тропомиозин.

Основният протеин на тънките нишки е актин.Актинът е глобуларен протеин с молекулно тегло 42 kDa. Този протеин има две най-важните свойства. Първо, той проявява висока способност за полимеризация с образуването на дълги вериги, наречени фибриларенактин(може да се сравни с низ от мъниста). Второ, както вече беше отбелязано, актинът може да се комбинира с миозиновите глави, което води до образуването на напречни мостове или сраствания между тънки и дебели нишки.

Основата на тънката нишка е двойна спирала от две вериги фибриларен актин, съдържаща около 300 молекули глобуларен актин (като две нишки от мъниста, усукани в двойна спирала, като всяко зърно съответства на глобуларен актин).

Друг протеин от тънка нишка - тропомиозин– също има формата на двойна спирала, но тази спирала е образувана от полипептидни вериги и е много по-малка по размер от актиновата двойна спирала. Тропомиозинът се намира в жлеба на двойната спирала на фибриларния актин.

Трети протеин от тънка нишка - тропонин- прикрепя се към тропомиозина и фиксира позицията си в актиновия жлеб, което блокира взаимодействието на миозиновите глави с молекулите на глобуларен актин от тънки нишки.

5.5. Механизъм на мускулна контракция

Мускулна контракцияе сложен механохимичен процес, по време на който химическата енергия от хидролитичното разцепване на АТФ се превръща в механична работаизпълнявана от мускула.

Към момента този механизъм все още не е напълно разкрит. Но следното е сигурно:

Източникът на енергия, необходима за работата на мускулите, е АТФ.

Хидролизата на АТФ, придружена от освобождаване на енергия, се катализира от миозин, който, както вече беше отбелязано, има ензимна активност.

Задействащият механизъм за мускулна контракция е повишаване на концентрацията на Ca йони в саркоплазмата на миоцитите, причинено от двигателен нервен импулс.

По време на мускулна контракция се появяват напречни мостове или сраствания между дебелите и тънките нишки на миофибрилите.

По време на мускулната контракция тънките нишки се плъзгат по дебелите нишки, което води до скъсяване на миофибрилите и цялото мускулно влакно като цяло.

Има много хипотези, които се опитват да обяснят молекулярния механизъм на мускулната контракция. Най-оправданото в момента е хипотеза за гребна лодка“, или „гребната“ хипотеза на X. Хъксли. В опростена форма същността му е следната.

В мускула в покой дебелите и тънките нишки на миофибрилите не са свързани помежду си, тъй като местата на свързване на актиновите молекули са покрити от тропомиозинови молекули.

Мускулното свиване възниква под въздействието на двигателен нервен импулс, който представлява вълна от повишена пропускливост на мембраната, разпространяваща се по протежение на нервното влакно.

Тази вълна на повишена пропускливост се предава през нервно-мускулната връзка към Т-системата на саркоплазмения ретикулум и в крайна сметка достига до цистерни, съдържащи високи концентрации на калциеви йони. В резултат на значително увеличаване на пропускливостта на стената на резервоара калциевите йони напускат резервоарите и тяхната концентрация в саркоплазмата е много висока. кратко време(около 3 ms) се увеличава 1000 пъти. Калциевите йони, които са във висока концентрация, се прикрепят към протеина от тънки нишки - тропонин - и променят неговата пространствена форма (конформация). Промяната в конформацията на тропонина от своя страна води до факта, че молекулите на тропомиозина се изместват по жлеба на фибриларния актин, който формира основата на тънките нишки, и освобождават тази част от актинови молекули, която е предназначена за свързване с миозиновите глави . В резултат на това между миозина и актина (т.е. между дебели и тънки нишки) се появява напречен мост, разположен под ъгъл от 90 °. Тъй като включват дебели и тънки конци голямо числомолекули на миозин и актин (около 300 всяка), тогава между мускулните нишки се образуват доста голям брой напречни мостове или сраствания. Образуването на връзка между актин и миозин е придружено от повишаване на АТФазната активност на последния, което води до хидролиза на АТФ:

ATP + H 2 0 ADP + H 3 P0 4 + енергия

Благодарение на енергията, освободена при разграждането на АТФ, главата на миозина, подобно на панта или гребло на лодка, се върти и мостът между дебелите и тънките нишки е под ъгъл от 45 °, което води до плъзгане на мускула нишки една към друга. След като направите завой, мостовете между дебели и тънки нишки се счупват. В резултат на това АТФазната активност на миозина рязко намалява и хидролизата на АТФ спира. Но ако двигателният нервен импулс продължи да навлиза в мускула и се съхранява в саркоплазмата висока концентрациякалциеви йони, напречните мостове се образуват отново, АТФ-азната активност на миозина се увеличава и отново настъпва хидролиза на нови части от АТФ, осигурявайки енергия за въртене на напречните мостове с последващото им разкъсване. Това води до по-нататъшно движение на дебели и тънки нишки един към друг и скъсяване на миофибрилите и мускулните влакна.

образователен - методиченкомплексотдисциплина от отбиохимия. 2. Следващ...

Учебно-методически комплекс по дисциплината (83)

Учебно-методичен комплекс

Отдели) Пълно име автор_____Родина Елена Юриевна________________________________ Образователни-методиченкомплексотдисциплинаМОЛЕКУЛАРНА БИОЛОГИЯ (име) Специалност... с учебници отпосочени учебници по молекулярна биология отбиохимия. 2. Следващ...

В човешкото тяло изходните материали за биосинтеза на мазнини могат да бъдат въглехидрати, идващи от храната, в растенията - захароза, идваща от фотосинтезиращи тъкани. Например, биосинтезата на мазнини (триацилглицероли) в зреещите семена от маслодайни семена също е тясно свързана с въглехидратния метаболизъм. В ранните етапи на зреене клетките на основните тъкани на семената - котиледони и ендосперм - се изпълват със зърна нишесте. Едва тогава, в по-късните етапи на зреене, нишестените зърна се заменят с липиди, чийто основен компонент е триацилглицеролът.

Основните етапи на синтеза на мазнини включват образуването на глицерол-3-фосфат и мастни киселини от въглехидрати и след това естерни връзки между алкохолните групи на глицерола и карбоксилните групи на мастните киселини:

Фигура 11 – Обща схема на синтез на мазнини от въглехидрати

Нека разгледаме по-подробно основните етапи на синтеза на мазнини от въглехидрати (виж фиг. 12).

Синтез на глицерол-3-фосфат

Етап I - под действието на съответните гликозидази, въглехидратите се подлагат на хидролиза с образуването на монозахариди (виж параграф 1.1.), Които в цитоплазмата на клетките се включват в процеса на гликолиза (виж фиг. 2). Междинните продукти на гликолизата са фосфодиоксиацетон и 3-фосфоглицералдехид.

Етап II Глицерол-3-фосфатът се образува в резултат на редукция на фосфодиоксиацетон, междинен продукт на гликолизата:

В допълнение, глицеро-3-фосфат може да се образува по време на тъмната фаза на фотосинтезата.

Връзка между липидите и въглехидратите
1. Синтез на мазнини от въглехидрати

Фигура 12 – Схема на превръщането на въглехидратите в липиди

Синтез на мастни киселини

Градивният елемент за синтеза на мастни киселини в клетъчния цитозол е ацетил-КоА, който се образува по два начина: или в резултат на окислително декарбоксилиране на пирувата. (виж Фиг. 12, Етап III), или в резултат на -окисление на мастни киселини (виж Фиг. 5). Нека си припомним, че превръщането на пирувата, образуван по време на гликолизата, в ацетил-КоА и образуването му по време на β-окислението на мастни киселини се случва в митохондриите. Синтезът на мастни киселини се извършва в цитоплазмата. Вътрешната митохондриална мембрана е непропусклива за ацетил-КоА. Навлизането му в цитоплазмата се осъществява чрез улеснена дифузия под формата на цитрат или ацетилкарнитин, които в цитоплазмата се превръщат в ацетил-КоА, оксалоацетат или карнитин. Въпреки това, основният път за пренос на ацетил-КоА от митохондриите към цитозола е цитратният път (виж Фиг. 13).

Първо, интрамитохондриалният ацетил-КоА реагира с оксалоацетат, което води до образуването на цитрат. Реакцията се катализира от ензима цитрат синтаза. Полученият цитрат се транспортира през митохондриалната мембрана в цитозола с помощта на специална трикарбоксилатна транспортна система.

В цитозола цитратът реагира с HS-CoA и ATP и отново се разпада на ацетил-CoA и оксалоацетат. Тази реакция се катализира от АТФ цитрат лиаза. Вече в цитозола, оксалоацетатът, с участието на цитозолната дикарбоксилатна транспортна система, се връща в митохондриалната матрица, където се окислява до оксалоацетат, като по този начин завършва така наречения совалков цикъл:

Фигура 13 – Схема на пренос на ацетил-КоА от митохондриите към цитозола

Биосинтезата на наситени мастни киселини протича в посока, обратна на тяхното -окисление; растежът на въглеводородните вериги на мастните киселини се осъществява поради последователното добавяне на двувъглероден фрагмент (C 2) - ацетил-CoA - към техните краища (виж фиг. 12, етап IV.).

Първата реакция в биосинтезата на мастни киселини е карбоксилирането на ацетил-КоА, което изисква CO 2, ATP и Mn йони. Тази реакция се катализира от ензима ацетил-КоА - карбоксилаза. Ензимът съдържа биотин (витамин Н) като простетична група. Реакцията протича в два етапа: 1 – карбоксилиране на биотин с участието на АТФ и II – прехвърляне на карбоксилната група към ацетил-КоА, което води до образуването на малонил-КоА:

Malonyl-CoA е първият специфичен продукт от биосинтезата на мастни киселини. В присъствието на подходяща ензимна система, малонил-КоА се превръща бързо в мастни киселини.

Трябва да се отбележи, че скоростта на биосинтеза на мастни киселини се определя от съдържанието на захар в клетката. Увеличаването на концентрацията на глюкоза в мастната тъкан на хората и животните и увеличаването на скоростта на гликолизата стимулира процеса на синтез на мастни киселини. Това показва, че метаболизмът на мазнините и въглехидратите са тясно свързани помежду си. Важна роля тук играе реакцията на карбоксилиране на ацетил-КоА с превръщането му в малонил-КоА, катализирана от ацетил-КоА карбоксилаза. Активността на последния зависи от два фактора: наличието на високомолекулни мастни киселини и цитрат в цитоплазмата.

Натрупването на мастни киселини има инхибиторен ефект върху тяхната биосинтеза, т.е. инхибират карбоксилазната активност.

Специална роля има цитратът, който е активатор на ацетил-КоА карбоксилазата. Цитратът в същото време играе ролята на връзка в метаболизма на въглехидратите и мазнините. В цитоплазмата цитратът има двоен ефект при стимулиране на синтеза на мастни киселини: първо, като активатор на ацетил-КоА карбоксилазата, и второ, като източник на ацетилови групи.

Много важна характеристика на синтеза на мастни киселини е, че всички междинни продукти на синтеза са ковалентно свързани с ацил-трансферния протеин (HS-ACP).

HS-ACP е нискомолекулен протеин, който е термостабилен, съдържа активна HS група и чиято простетична група съдържа пантотенова киселина (витамин B 3). Функцията на HS-ACP е подобна на функцията на ензим А (HS-CoA) при -окислението на мастни киселини.

В процеса на изграждане на верига от мастни киселини, междинните продукти образуват естерни връзки с ABP (виж Фиг. 14):

Цикълът на удължаване на веригата на мастната киселина включва четири реакции: 1) кондензация на ацетил-ACP (C 2) с малонил-ACP (C 3); 2) възстановяване; 3) дехидратация и 4) второ намаляване на мастните киселини. На фиг. Фигура 14 показва диаграма на синтеза на мастни киселини. Един цикъл на удължаване на веригата мастна киселинавключва четири последователни реакции.

Фигура 14 – Схема на синтез на мастни киселини

В първата реакция (1) - реакцията на кондензация - ацетилните и малонилните групи взаимодействат помежду си, за да образуват ацетоацетил-АВР с едновременното освобождаване на CO 2 (C 1). Тази реакция се катализира от кондензиращия ензим -кетоацил-ABP синтетаза. CO 2, отцепен от малонил-ACP, е същият CO 2, който участва в реакцията на карбоксилиране на ацетил-ACP. По този начин, в резултат на реакцията на кондензация, образуването на четиривъглеродно съединение (C 4) възниква от компоненти с два въглерода (C 2) и три въглерода (C 3).

Във втората реакция (2), редукционна реакция, катализирана от -кетоацил-ACP редуктаза, ацетоацетил-ACP се превръща в -хидроксибутирил-ACP. Редуциращият агент е NADPH + H +.

В третата реакция (3) от цикъла на дехидратация, водна молекула се отделя от -хидроксибутирил-ACP, за да образува кротонил-ACP. Реакцията се катализира от -хидроксиацил-ACP дехидратаза.

Четвъртата (крайна) реакция (4) от цикъла е редукция на кротонил-ACP до бутирил-ACP. Реакцията протича под действието на еноил-АСР редуктазата. Ролята на редуциращия агент тук се играе от втората молекула NADPH + H +.

След това цикълът на реакциите се повтаря. Да приемем, че се синтезира палмитинова киселина (C 16). В този случай образуването на бутирил-ACP завършва само с първия от 7 цикъла, във всеки от които началото е добавянето на молонил-ACP молекула (3) - реакция (5) към карбоксилния край на растящия верига на мастни киселини. В този случай карбоксилната група се отделя под формата на CO 2 (C 1). Този процес може да бъде представен по следния начин:

C 3 + C 2 C 4 + C 1 – 1 цикъл

C 4 + C 3 C 6 + C 1 – 2 цикъл

С 6 + С 3 С 8 + С 1 –3 цикъл

С 8 + С 3 С 10 + С 1 – 4 цикъл

С 10 + С 3 С 12 + С 1 – 5 цикъл

C 12 + C 3 C 14 + C 1 – 6 цикъл

С 14 + С 3 С 16 + С 1 – 7 цикъл

Могат да се синтезират не само висши наситени мастни киселини, но и ненаситени. Мононенаситените мастни киселини се образуват от наситени мастни киселини в резултат на окисление (десатурация), катализирано от ацил-КоА оксигеназа. За разлика от растителните тъкани, животинските тъкани имат много ограничена способност да превръщат наситените мастни киселини в ненаситени мастни киселини. Установено е, че двете най-често срещани мононенаситени мастни киселини палмитолеинова и олеинова се синтезират от палмитинова и стеаринова киселини. В тялото на бозайници, включително хора, не могат да се образуват линолова (C 18:2) и линоленова (C 18:3) киселини, например от стеаринова киселина (C 18:0). Тези киселини принадлежат към категорията на есенциалните мастни киселини. Есенциалните мастни киселини също включват арахидова киселина (C 20:4).

Наред с десатурацията на мастните киселини (образуване на двойни връзки) се получава и тяхното удължаване (удължаване). Освен това и двата процеса могат да се комбинират и повтарят. Удължаването на веригата на мастната киселина се осъществява чрез последователно добавяне на двувъглеродни фрагменти към съответния ацил-CoA с участието на малонил-CoA и NADPH + H +.

Фигура 15 показва пътищата за превръщане на палмитинова киселина в реакции на десатурация и удължаване.