№1                                                                                                                                 2

1в – Классификация простых белков, глобулярные и фибриллярные белки. Биороль белков отдельных классов.              2

2в – Энзимодиагностика, энзимотерапия. Применение ферментов как аналитических реагентов при лабораторной диагностике (определение глюкозы, этанола, мочевой кислоты и т.д.)                                          3

3в – Жирорастворимые витамины. Витамин D, его гидроксилированные формы, биороль 7

4в – Вторичная структура РНК, модель «клеверного листа», принцип комплиментарности. Гибридизация РНК                11

5в – Фотосинтез. Основные этапы, схемы реакций световой и темновой фазы. Механизм синтеза АТФ в циклической и нециклической фотосистемах                                                                                                                       13

7в – Добавление к митохондриям олигомицина вызывает снижение как переноса электронов от НАДH к O₂, так и скорость образования АТФ. Последующее добавление ДНФ (динитрофенола) приводит к увеличению скорости переноса электронов без соответствующего изменения скорости образования АТФ. Какую реакцию ингибирует олигомицин?             24

№2                                                                                                                               25

1в – Схема биосинтеза триацилглицеролов и фосфолипидов в тканях                                        25

2в – Распад гемоглобина в тканях, схема. Образование «прямого» и «непрямого» билирубина, пути обезвреживания билирубина. Желтуха                                                                                                                                       27

3в – Строение, биосинтез и механизм действия кальцитриола. Причины и проявления рахита   28

4в – Важнейшие белки миофибрилл: миозин, актин, тропомиозин, тропонин, их общая характеристика. Молекулярная структура миофибрилл                                                                                                                                     30

5в – Фармацевтическая биохимия. Биохимия как основа фармации. Лекарственные вещества – ксенобиотики. Всасывание, распределение и выведение лекарственных веществ из организма                    31

 

 

 

 

 

 

 

 

№1

1в – Классификация простых белков, глобулярные и фибриллярные белки. Биороль белков отдельных классов.

 

В зависимости от пространственной структуры все белки делятся на два больших класса: фибриллярные (они используются природой как структурный материал) и глобулярные (ферменты, антитела, некоторые гормоны и др.).

Полипептидные цепи фибриллярных белков имеют форму спирали, которая закреплена расположенными вдоль цепи внутримолекулярными водородными связями. В волокнах фибриллярных белков закрученные пептидные цепи расположены параллельно оси волокна, они как бы ориентированы относительно друг друга, располагаются рядом, образуя нитевидные структуры, и имеют высокую степень асимметрии. Фибриллярные белки плохо растворимы или совсем нерастворимы в воде. При растворении в воде они образуют растворы высокой вязкости. К фибриллярным белкам относятся белки, входящие в состав тканей и покровных образований. Это миозин—белок мышечных тканей; коллаген, являющийся основой соединительной ткани; кератин, входящий в состав волос, роговых покровов, шерсти и перьев. К этому же классу белков относится белок натурального шелка - фиброин, вязкая сиропообразная жидкость, затвердевающая на воздухе в прочную нерастворимую нить. Этот белок имеет вытянутые полипептидные цепи, соединенные друг с другом межмолекулярными водородными связями, что и определяет, по-видимому, высокую механическую прочность натурального шелка.

Пептидные цепи глобулярных белков сильно изогнуты, свернуты и часто имеют форму жестких шариков—глобул. Молекулы глобулярных белков обладают низкой степенью асимметрии, они хорошо растворимы в воде, причем вязкость их растворов невелика. Это, прежде всего, белки крови — гемоглобин, альбумин, глобулин и др.

Следует отметить условность деления белков на фибриллярные и глобулярные, так как существует большое число белков с промежуточной структурой.

По химическому строению белки подразделяются на две большие группы: простые белки, или протеины, и сложные белки, или протеиды.

При гидролизе протеинов в кислом водном растворе получают только a-аминокислоты. Гидролиз протеидов дает кроме аминокислот и вещества небелковой природы (углеводы, нуклеиновые кислоты и др.); это соединения белковых веществ с небелковыми.

Протеины.

Альбумины хорошо растворяются в воде. Встречаются в молоке, яичном белке и крови.

Глобулины в воде не растворяются, но растворимы в разбавленных растворах солей. К глобулинам принадлежат глобулины крови и мышечный белок миозин.

Глутелины растворяются только в разбавленных растворах щелочей. Встречаются в растениях.

Склеропротеины — нерастворимые белки. К склеропротеинам относятся кератины, белок кожи и соединительных тканей коллаген, белок натурального шелка фиброин.

Протеиды построены из протеинов, соединенных с молекулами другого типа (простетическими группами).

Фосфопротеиды содержат молекулы фосфорной кислоты, связанные в виде сложного эфира у гидроксильной группы аминокислоты серина. К ним относится вителлин — белок, содержащийся в яичном желтке, белок молока казеин.

Гликопротеиды содержат остатки углеводов. Они входят в состав хрящей, рогов, слюны.

Хромопротеиды содержат молекулу окрашенного вещества, обычно типа порфина. Самым важным хромопротеидом является гемоглобин — переносчик кислорода, окрашивающий красные кровяные тельца.

Нуклеопротеиды — протеины, связанные с нуклеиновыми кислотами. Они представляют собой очень важные с биологической точки зрения белки – составные части клеточных ядер. Нуклеопротеиды являются важнейшей составной частью вирусов — возбудителей многих болезней.

2в – Энзимодиагностика, энзимотерапия. Применение ферментов как аналитических реагентов при лабораторной диагностике (определение глюкозы, этанола, мочевой кислоты и т.д.)

Энзимодиагностика

До недавнего времени ферменты служили лишь объектом исследования в клинической биохимии,  и лишь сравнительно недавно они стали использоваться,  как аналитические реагенты, то есть как реактивы  для количественного определения других веществ.

Преимущества ферментативных методов исследования: высокая точность, специфичность (в силу специфичности используемых ферментов), чувствительность. К этим «трем китам», на которых стоят ферментативные методы, следует добавить простоту проведения анализа, значительное сокращение времени исследования и, часто, отсутствие необходимости построения калибровочных графиков. Приведем важнейшие ферментативные методы исследования.

На использовании в качестве индикаторного фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Гл.6.Ф.ДГ) основан самый точный из всех существующих метод определения глюкозы. Здесь реакция идет по схеме:

                              

Глюкоза + АТФ   ^{гексокиназа}     глюкозо-6-фосфат + АТФ

                                             

Глюкозо-6-фосфат + НАДФ^{+  Гл.6.Ф.ДГ.}    6-фосфоглюконат + НАДФН.Н⁺

 

Глюкоза при участии гексокиназы фосфорилируется в глюкозо-6-фосфат, который с помощью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы окисляется в 6-фосфоглюконовую кислоту. Эта реакция сопровождается накоплением  НАДФН.Н+ и, следовательно, возрастанием оптической плотности при 340 нм.

Другой подход к определению глюкозы основан на использовании сопряженной системы глюкозооксидаза + пероксидаза и более широко известен. При участии глюкозооксидазы глюкоза окисляется кислородом воздуха с образованием перекиси водорода, количество которой определяется по ее способности в присутствии пероксидазы окислять диамины с образованием окрашенных продуктов:

 

Глюкоза + О₂ + Н₂О ^{глюкозооксидаза}      глюконовая кислота + Н₂О₂

                                

Н₂О₂ + краситель      ^{пероксидаза}        окрашенный продукт + Н₂О

 

В качестве красителей (индикаторов) для пероксидазной реакции предложена целая группа веществ: о-толидин, о-дианизидин, фенол + 4-амино-антипирин и др.

Эта же пероксидазная реакция с участием 4-амино-антипирина может быть использована для количественного определения холестерина и триглицеридов.

При определении холестерина его эфиры гидролизуются холестеролэстеразой до свободных жирных кислот и холестерина, который под воздействием холестеролоксидазы окисляется кислородом воздуха до 4-холестерола. Образующаяся при этом перекись водорода в присутствии пероксидазы окисляет вещества – индикаторы с образованием окрашенных соединений, интенсивность окраски которых пропорциональна содержанию холестерина в исследуемом образце:

 

Эфиры холестерина ^{холестеролэстераза}       холестерин + R-COOH

 

Холестерин + О₂        ^{холестеролоксидазы}            D⁴ -холестенон + Н₂О₂

 

2Н₂О₂ + 4-амино-антипирин + фенол            ^{пероксидаза}           окрашенный продукт + 4Н₂О

 

Описанный метод определения холестерина является самым точным из ныне существующих. В реакции Либермана-Бурхарда, рутинном методе определения холестерина, участвуют и другие стерины, что приводит к завышенным результатам. К другим преимуществам ферментативного метода следует отнести отсутствие влияния примесей билирубина и гемоглобина, необходимости проводить длительный гидролиз эфиров и экстракцию холестерина, отсутствие агрессивных реагентов.

Еще более сложная ферментная система может быть использована для определения триглицеридов. Триглицериды расщепляются липазой до жирных кислот и глицерина, который при участии глицерокиназы и АТФ фосфорилируется с образованием глицерол-3-фосфата. Глицерол-3-фосфат в присутствии глицерофосфатоксидазы окисляется кислородом воздуха с образованием фосфодиоксиацетона и перекиси кислорода, которая в свою очередь окисляет краситель с образованием окрашенного комплекса, интенсивность окраски которого пропорциональна концентрации триглицеридов в исследуемом образце.

                                            

Триглицерид + 3 Н₂О   ^липаза             глицерин + 3 R-СООН   

                                         

 Глицерин + АТФ    ^{глицерокиназа}          глицерол - 3 фосфат + АТФ

                                                   

Глицерол - 3 фосфат + О₂  ^{глицеролфосфат}      фосфодиоксиацетон + Н₂О₂

                                                                      ^{оксидаза}

                                                                                              

Н₂О₂ + 4 - аминоантипирин + 4 - хлорфенол         ^{пероксидаза}

        окрашенный комплекс + 2Н₂О + НСl

 

Этот метод определения триглицеридов наиболее специфичен, исключительно точен и чрезвычайно прост в исполнении.

В настоящее время разработана целая группа ферментативных методов определения мочевой кислоты. Первым этапом этих методов является расщепление мочевой кислоты уриказой до аллантоина, углекислоты и перекиси водорода:

 

Мочевая кислота + 2 Н₂О + О₂        ^{уриказа}             аллантоин + СО₂ + Н₂О₂.

 

Образовавшаяся перекись водорода может быть определена разными способами:

            1) По реакции с 4- аминоантипирином или  другим аналогичным

            красителем  

            2) Превращением метанола с участием каталазы в формальдегид, который определяется специальными методами.

            3) Окислением перекисью этанола в ацетатальдегид, который затем восстанавливается НАДH.H+ (оптический тест Варбурга).

Следует отметить высокую специфичность всех ферментативных методов определения мочевой кислоты по сравнению с рутинными фосфорновольфрамовыми методами т. к. кроме мочевой кислоты фосфорновольфрамовую кислоту восстанавливает аскорбиновая кислота, тирозин, триптофан, цистин, цистеин и др.

Еще большее количество методов предложено для ферментативного определения мочевины. Первым этапом всех этих методов является расщепление мочевины уреазой до аммиака и углекислоты:

                                       

Мочевина + Н₂О  ^уреаза       2NH₄⁺ + CО₂

 

 

Определение ионов аммония может быть осуществлено разными способами:

            1) классической Бертолетовой реакцией

            2) модифицированной Бертолетовой реакцией с салицилатом натрия

            3) с помощью оптического теста Варбурга

В последнем случае  в качестве индикаторной служит реакция:

                                                             

NH⁺ + a-кетоглутарат + НАДН ^{глутаматдегидрогеназа}                 глутамат + НАД⁺ +  2 Н₂О

 

Все эти методы высокоспецифичны, т. к. для уреазы мочевина является  единственным физиологическим субстратом, но наиболее точным является метод с оптическим методом Варбурга.

В заключение следует сказать о новом направлении в использовании ферментов: ферментативных методах определения электролитов (К+, Nа+, Сl+). Эти методы основаны на способности электролитов оказывать активирующее влияние на активность некоторых ферментов.

Энзимотерапия

Энзимы (или ферменты) составляют основу жизнедеятельности живого организма. Все без исключения биохимические процессы происходят при непосредственном их участии. Энзимы обеспечивают защиту организма от вредных воздействий окружающей среды и микроорганизмов (бактерий, вирусов), контролируют обмен веществ, рост и регенерацию тканей, размножение, наконец.

Энзимная недостаточность, возникающая при генетических нарушениях или под воздействием как внешних, так и внутренних факторов может привести к ряду серьезных заболеваний.

Хорошо известно то, что недостаток энзимов, скажем в пищеварительном тракте, можно восполнить препаратами этих веществ, производимых поджелудочной железой или же то, что протеолитические энзимы можно использовать для очистки ран и других – внешних и внутренних – поврежденных участков организма. Это примеры локальной (местной) энзимотерапии.

Когда же речь идет о целенаправленно составленных энзимных смесях гидролитических энзимов, лечебная эффективность которых основана на комплексном воздействии на ключевые процессы, происходящие в организме, мы говорим о системной энзимотерапии.     

Метод системной энзимотерапии основан на кооперативном терапевтическом воздействии целенаправленно составленных смесей гидролитических ферментов растительного и животного происхождения. Благодаря влиянию на ключевые патофизиологические процессы в организме, препараты системной энзимотерапии обладают противовоспалительным, противоотечным, фибринолитическим, иммуномодулирующим и вторично анальгезирующим действием. Кроме того, назначение данных препаратов приводит к снижению активности воспалительных процессов и модуляции физиологических защитных реакций организма.

Системная энзимотерапия как новый метод лечения была предложена известным американским врачом и биохимиком  профессором Максом Вольфом совместно с биохимиком Хеленой Бенитез в начале прошлого века. Именно они эмпирическим путем составляли и испытывали разные комбинации энзимов. Они же доказали, что крупные белковые молекулы энзимов способны всасываться из просвета тонкого кишечника в кровь в неизмененном виде. Другу и соратнику М. Вольфа профессору Карлу Рансбергеру, одному из основоположников нового метода лечения, принадлежит основная роль по внедрению системной энзимотерапии в лечебную практику. Благодаря нему, например в Германии, препараты вобэнзим, флогэнзим, вобэ-мугос Е стали одними из наиболее распространенных и часто применяемых лекарств.

Отечественными учеными показано успешное использование системной энзимотерапии в ревматологии (при ревматоидном артрите, ювенильном ревматоидном артрите, системной красной волчанке, системных васкулитах и т.д.), сосудистой хирургии (для лечения тромбофлебитов, перифлебитов, атеросклеротическом поражении сосудов и др.), гинекологии и урологии (при урогенитальных хламидиозах, хронических аднекситах и т.д.), травматологии и ортопедии (в лечении травм, в том числе  спортивных, эндопротезировании тазобедренных суставов и др.).

3в – Жирорастворимые витамины. Витамин D, его гидроксилированные формы, биороль

Жирорастворимые витамины. Обзор

Витамины	Основные функции в организме	Проявление дефицита	Наиболее важные источники витаминов	Группы риска/ наибольшая потребность в витаминах	Суточная потребность организма* (Нормы МЗ СССР)**
Витамин А (ретинол)	- обеспечивает функциональную деятельность органов зрения; - необходим для иммунной системы, повышает сопротивляемость респираторным инфекциям; - участвует в формировании костей, влияет на рост; - необходим для здорового состояния кожи, зубов и волос, т.к. регулирует трофическое состояние эктодермы; - обладает антигистаминным действием	Ограниченная способность видеть в темноте (куриная слепота), в тяжелых случаях до полной слепоты, изменения кожи (сухая шелушащаяся кожа, угри), сухость и ломкость волос, замедление темпов физического и интеллектуального развития детей	Печень, сливочное масло, молоко, желток	Заболевания пищеварительной системы, алкоголизм, парентеральное питание	0,8-1 мг ЭР***
Бета-каротин	Предшественник витамина А (провитамин А). - защищает клеточные структуры от разрушения свободными радикалами (наиболее эффективный антиоксидант); - повышает иммунитет	неизвестно	Морковь, петрушка, шпинат, кресс-салат, дыни, помидоры, капуста брокколи, манго, абрикосы	Молодые женщины, курильщики, алкоголики, беременные/кормящие, при нарушении всасывания жира, люди с повышенной чувствительностью	5-6 мг (по данным Института питания РАМН)
Витамин D (кальциферол)	- участвует в усвоении организмом фосфора и кальция; - необходим для нормального формирования костей и зубов; - участвует в регулировании клеточной активности	Рахит (у детей) и остеомаляция (у взрослых), мышечные судороги, повышенная нервная возбудимость	Рыба, молоко, яйца, маргарин	Дети (особенно преждевременно рожденные зимой), вегетарианцы, лица пожилого возраста, при сниженной функции щитовидной железы	2,5 мкг****
Витамин Е (токоферол)	- защищает клеточные структуры от разрушения свободными радикалами (действует как антиоксидант) и поддерживает иммунитет; - стимулирует систему кровообращения и обеспечивает нормальное функционирование мускулатуры	Изолированный дефицит витамина Е является редкостью, могут возникнуть нарушения в обмене мышечной ткании образовании гормонов. При недостатке характерны неврологические симптомы, повышается риск развития опухолей, артрита, катаракты, патологии сердечно-сосудистой системы.	Неочищенные растительные масла (соевое, кукурузное, подсолнечное), миндаль, арахис, авокадо, спаржа, шпинат	Молодые женщины и мужчины	8-10 мг ЭТ*****
Витамин К	важен для свертывания крови	Вызывает геморрагический синдром (удлинение времени свертывания крови, склонность к кровотечению)	Куриное мясо, цветная капуста, шпинат, кислая капуста	Новорожденные	-

* - приведены данные для условного "среднего"

** - нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии для различных групп населения СССР, Минздрав, 1991 г.

*** - ЭР - эквивалент ретинола; 1 мг эквивалент ретинола = 3333 МЕ витамина А

**** - 1 мкг холикальциферола = 100 МЕ витамина D

***** - ЭТ - эквивалент токоферола; 1 мг эквивалент токоферола = 1 мг d-альфа-токоферола

Витамин D

Витамин Д - это группа родственных стероидов, одним из важнейших среди которых является так называемый витамин Д3 (холекальциферол), который образуется в коже из 7-дегидрохолестерина под воздействием ультрафиолетовых (УФ) лучей солнечного света. Вторым источником витамина Д3 является пища, преимущественно растительного происхождения. В циркуляции витамин Д находится в виде комплекса со специфическим переносчиком (витамин Д-связывающим белком - ДСБ). Последний является альфа-глобулином с молекулярным весом 53 000 Да.

Витамин Д3 неактивен, и его активация в организме вовлекает несколько метаболических процессов (см. рисунок). Циркулирующий в крови в комплексе с ДСБ холекальциферол быстро захватывается печенью, где может сохраняться многие месяцы, либо гидроксилируется (присоединяет гидроксильную группу OH^-) в 25 позиции до 25-гидроксивитамина Д3 (25-(OH)Д₃), который является основной формой витамина Д в плазме. Процесс протекает в митохондриях и микросомах печеночных клеток при помощи 25-гидроксилазы.

 

Схема активации витамина Д

На следующем этапе уже в почках (в клетках проксимального канальца) происходит повторное гидроксилирование в 1 позиции при участии 1α-гидроксилазы и митохондриальной цитохром 450-оксидазы. В результате образуется активная форма витамина Д3 - 1,25-дигидроксивитамин Д₃, иначе называемая кальцитриолом или 1,25 (OH)₂Д₃, которая практически является гормоном, а не витамином, поскольку продуцируется в организме. На активность 1α-гидроксилазы влияют ПТГ(паратгормон), гипофосфатемия и ряд других факторов. Почечная конверсия 1,25-дигидроксивитамина Д₃ нуждается в ПТГ. У здоровых людей 1,25 (OH)₂Д₃ образуется исключительно в почках (при беременности - в плаценте, при саркоидозе - в лимфоцитах, при инфицировании вирусом HTLV-1 - в макрофагах). Возможен и второй вариант, когда дальнейшее гидроксилирование 25-(OH)Д₃ происходит посредством 24-гидроксилазы до относительно неактивного метаболита 24,25 (OH)₂Д₃. 

Образование кальцитриола стимулируется преимущественно ПТГ и гипофосфатемией в попытке поддержать баланс Ca⁺⁺ и фосфата; в сравнении, печеночная продукция кальцифедиола более субстрат-зависимая и не регулируется гормонально. Влияние ПТГ на выход кальцитриола проявляется преимущественно в начальном или извитом сегменте проксимального канальца.  

Синтезированный в почках 1,25 (OH)₂Д₃ витамин Д связывающим белком переносится к клеткам - мишеням в кишечнике, костной и других тканях, где реагирует с ядерным рецептором. Результатом этого взаимодействия является фосфорилирование рецепторного комплекса, активирующего специфические гены, под контролем которых, в частности в энтероцитах тонкого кишечника, образуются кальций-связывающий белок (КСБ) с молекулярной массой 90 000 Д, щелочная фосфатаза, Ca-АТФаза, актин и ряд других белков, в результате чего увеличивается всасывание кальция и фосфора.

Избыточная стимуляция выработки кальцитриола предупреждается ростом плазменного ионизированного кальция и регуляцией 1α-гидроксилазы по механизму обратной связи посредством связывания кальцитриола с РВД. Кальцитонин может также увеличивать образование кальцитриола, действуя на последний участок прямого сегмента проксимального канальца. 

Деградация кальцитриола происходит частично за счет гидроксилирования в 24 позиции, причем активность гена 24-гидроксилазы увеличивается кальцитриолом, который таким образом активирует свою собственную инактивацию, и редуцируется ПТГ (таким образом разрешая образование активной формы витамина Д).

Кальцитриол приблизительно в 1000 раз более активный, чем любые его предшественники. Его концентрация прямо контролируется концентрацией ионизированного Ca в плазме, которая регулирует секрецию ПТГ.

Главный эффект 1,25 (OH)2Д3 - стимуляция активной абсорбции кальция (и фосфата) из кишечника, однако часть кальция абсорбируется в отсутствии витамина Д. 1,25 (OH)2Д3 вызывает образование специфической мРНК, кодирующей синтез Ca-связывающего белка в клетках кишечника, который транспортирует Ca в клетки и затем в плазму кишечных капилляров. В результате увеличивается кишечная абсорбция Ca и увеличивается концентрация Ca в жидких средах организма. При нормальном содержании кальция в диете всасывание его в кишечнике определяется доступностью 1,25 (OH)2Д3.

Основное проявление дефицита витамина Д - это сниженная абсорбция кальция в кишечнике, что ведет к снижению содержания кальция в плазме. В результате у детей вновь образованный белковый матрикс в кости не может полностью насытиться кальцием, что приводит к развитию рахита. Схожая картина наблюдается у больных с витамин Д-резистентным рахитом II типа, когда несмотря на высокую концентрацию 1,25 (OH)2Д3 в крови нарушение функции рецепторов витамина Д препятствует усилению интестинальной абсорбции кальция.

Вторым важным эффектом 1,25 (OH)2Д3 является усиление резорбции кости. Механизм этого феномена неясен, возможно это резорбция кости, осуществляемая паратгормоном, чему способствует 1,25 (OH)2Д3. Кальцитриол может также стимулировать реабсорбцию кальция (и фосфата) в канальцах почек.

Главное действие кальцитриола - повышение доступности кальция и фосфата для образования новой кости и для предупреждения симптоматической гипокальциемии и гипофосфатемии. Это достигается преимущественно увеличением резорбции кости, интестинальной абсорбции и канальцевой реабсорбции Са++. Интестинальный и почечный эффекты опосредуются частью образованием КСБ, индуцированным комбинацией гормона с его рецептором.

Кроме того, некоторые из костных и почечных эффектов кальцитриола опосредованы ПТГ, так как кальцитриол повышает индуцированную ПТГ стимуляцию резорбции кости и дистальной реабсорбции Са++.

Кальцитриол регулирует плазменную концентрацию Са++ еще одним путем, связываясь с рецепторами в ОЩЖ и приводя к ослаблению дальнейшего образования и высвобождения ПТГ. Этот модулирующий эффект предупреждает развитие избыточного ПТГ ответа. Его физиологическая роль у здоровых людей неясна. У больных с ХПН, тем не менее, дефицит кальцитриола представляется важной детерминантой ассоциированного вторичного гиперпаратиреоза.

Кальцитриол также влияет на гематопоэтические клетки, включая конверсию циркулирующих моноцитов в макрофаги и модуляцию пролиферации и дифференциации лимфоцитов. Возможные функции этой взаимосвязи неясны, одной из ролей может быть дифференциация в кости макрофагов в остеокласты, которые могут затем принимать участие в ремоделировании кости. Любопытно также отметить, что активированные макрофаги и полученные из тимуса лимфоциты способны к образовнаию кальцитриола. Это наиболее часто сообщают при гранулематозных заболеваниях легких, таких как активный саркоидоз и туберкулез легких. Однако нормальные макрофаги могут также продуцировать кальцитриол. Этот экстраренальный источник кальцитриола регулируется отлично от почечного, где кальцитриол ингибирует свою собственную продукцию; он стимулируется G-интерфероном и интерлейкином-2 и не подвержен действию ПТГ. При туберкулезе этот локально продуцируемый кальцитриол может активировать проглатывание и элиминацию туберкулезных бацилл макрофагами и минимизировать тканевую деструкцию, предупреждая избыточную активацию лимфоцитов; с другой стороны, дефицит витамина Д может увеличивать риск туберкулезной инфекции.

Кроме этих иммунологических эффектов избыток кальцитриола ответственен за увеличенную интестинальную абсорбцию Са++, гиперкальциурию и эпизодическую гиперкальциемию, наблюдаемые у некоторых больных с саркоидозом и другими гранулематозными болезнями легких.

 

4в – Вторичная структура РНК, модель «клеверного листа», принцип комплиментарности. Гибридизация РНК

При определенных (нефизиологических) условиях, таких как повышенная температура (выше 60°C) или концентрация NaCl, молекула РНК ведет себя как свободно-сочлененная цепь, которая способна принимать самые разные конформации. В этом случае нельзя говорить о какой-либо устойчивой трехмерной структуре РНК. Однако, в физиологических условиях некоторые участки одной молекулы РНК могут гибридизироваться («прилипать» друг к другу), образуя двойную правозакрученную спираль наподобие той, что известна для ДНК.

Контакты, приводящие к формированию спирали, образуются за счет водородных связей: 3-х в паре G-C, 2-х в паре A-U, и 2-х в паре G-U (рис.). Пары G-C, A-U и G-U называются комплементарными. Кроме того, спирали стабилизируются т.н. стэкинг-взаимодействиями («стэк» - стопка), которые для простоты можно представить как притягивание между плоскостями соседних пар оснований в спирали.

 

В «канонической» спирали взаимодействующие цепи располагаются только в противоположных ориентациях. Пример:

^5’ ...AUUGGCUUAG... ^3’
_3’ ...UAGCUGAGAC... _5’

Совокупность всех непрерывных “стеблей” (участков спаривания) в пределах одной молекулы РНК называют вторичной стуктурой (ВС) этой РНК (в контексте ВС РНК термины “стебли”, “участки спаривания”, ”спирали”, ”дуплексы” часто используются как синонимы).

Одноцепочечные (неспаренные) участки молекулы называют “петлями”. Петли бывают трех типов: шпилечные петли, внутренние петли и мультипетли (см. рисунок).

Шпилечная петля образуется одним стеблем, внутренние петли – двумя соседними стеблями, мультипетли – тремя и более соседними стеблями. Боковая петля является частным случаем внутренней петли, когда в одной из цепей образующие петлю стебли соседствуют.

Таким образом, элементом ВС является стебель. Стебель может формироваться из двух взаимно комплементарных слов, находящихся в последовательности на расстоянии не меньше 3-х нуклеотидов.

5в – Фотосинтез. Основные этапы, схемы реакций световой и темновой фазы. Механизм синтеза АТФ в циклической и нециклической фотосистемах

Фотосинтез, образование живыми растительными клетками органических веществ, таких, как сахара и крахмал, из неорганических – из СО2 и воды – с помощью энергии света, поглощаемого пигментами растений. Это процесс производства пищи, от которого зависят все живые существа – растения, животные и человек. У всех наземных растений и у большей части водных в ходе фотосинтеза выделяется кислород. Некоторым организмам, однако, свойственны другие виды фотосинтеза, проходящие без выделения кислорода.

Суммарный итог химических реакций фотосинтеза может быть описан для каждого из его продуктов отдельным химическим уравнением. Для простого сахара глюкозы уравнение имеет следующий вид:

Уравнение показывает, что в зеленом растении за счет энергии света из шести молекул воды и шести молекул диоксида углерода образуется одна молекула глюкозы и шесть молекул кислорода. Глюкоза – это лишь один из многих углеводов, синтезируемых в растениях. Ниже приведено общее уравнение для образования углевода с n атомами углерода в молекуле:

Уравнения, описывающие образование других органических соединений, имеют не столь простой вид. Для синтеза аминокислоты требуются дополнительные неорганические соединения, как например при образовании цистеина:

В настоящее время установлено, что фотосинтез протекает в две стадии: световую и темновую. Световая стадия – это процесс использования света для расщепления воды; при этом выделяется кислород и образуются богатые энергией соединения.

Темновая стадия включает группу реакций, в которых используются высокоэнергетические продукты световой стадии для восстановления СО₂ до простого сахара, т.е. для ассимиляции углерода. Поэтому темновую стадию называют также стадией синтеза. Термин «темновая стадия» означает лишь то, что свет в ней непосредственно не участвует. Современные представления о механизме фотосинтеза сформировались на основе исследований, проведенных в 1930–1950-х годах. До этого на протяжении многих лет ученых вводила в заблуждение на первый взгляд простая, однако неверная гипотеза, согласно которой О₂ образуется из СО₂, а освободившийся углерод реагирует с Н₂О, в результате чего и образуются углеводы. В 1930-х годах, когда выяснилось, что у некоторых серных бактерий кислород при фотосинтезе не выделяется, биохимик К. ван Ниль предположил, что кислород, выделяющийся в процессе фотосинтеза у зеленых растений, происходит из воды. У серных бактерий реакция протекает следующим образом:

Вместо О₂ эти организмы образуют серу. Ван Ниль пришел к заключению, что все виды фотосинтеза можно описать уравнением

где Х – кислород в фотосинтезе, идущем с выделением О₂, и сера в фотосинтезе серных бактерий. В настоящее время установлено, что для запасания энергии важен переход электронов от одного атома к другому, тогда как ионы водорода могут переходить в водный раствор, а при необходимости вновь из него извлекаться.

В 1950-х годах физиолог растений Д.Арнон и другие исследователи доказали, что фотосинтез включает световую и темновую стадии. Из растительных клеток были получены препараты, способные осуществлять всю световую стадию. Используя их, удалось установить, что на свету происходит перенос электронов от воды к фотосинтетическому окислителю, который в результате этого становится донором электронов для восстановления диоксида углерода на следующей стадии фотосинтеза. Переносчиком электронов служит никотинамидадениндинуклеотидфосфат. Его окисленную форму обозначают НАДФ⁺, а восстановленную (образующуюся после присоединения двух электронов и иона водорода) – НАДФ×Н. В НАДФ⁺ атом азота пятивалентный (четыре связи и один положительный заряд), а в НАДФ×Н – трехвалентный (три связи). НАДФ⁺ принадлежит к т.н. коферментам. Коферменты совместно с ферментами осуществляют многие химические реакции в живых системах, но в отличие от ферментов в ходе реакции изменяются. Бльшая часть преобразованной световой энергии, запасаемой в световой стадии фотосинтеза, запасается при переносе электронов от воды к НАДФ⁺.

Образовавшийся НАДФ×Н удерживает электроны не столь прочно, как кислород воды, и может отдавать их в процессах синтеза органических соединений, расходуя накопленную энергию на полезную химическую работу. Значительное количество энергии запасается еще и другим способом, а именно в форме АТФ (аденозинтрифосфата). Он образуется в результате отнятия воды от неорганического иона фосфата (HPO₄^2–) и органического фосфата, аденозиндифосфата (АДФ), согласно следующему уравнению:

АТФ – богатое энергией соединение, и для его образования необходимо поступление энергии от какого-то источника. В обратной реакции, т.е. при расщеплении АТФ на АДФ и фосфат, энергия высвобождается. Во многих случаях АТФ отдает свою энергию другим химическим соединениям в реакции, в которой водород замещается на фосфат. В представленной ниже реакции сахар (ROH) фосфорилируется, превращаясь в сахарофосфат:

В сахарофосфате заключено больше энергии, чем в нефосфорилированном сахаре, поэтому его реакционная способность выше.

АТФ и НАДФ×Н, образующиеся (наряду с О₂) в световой стадии фотосинтеза, используются затем на стадии синтеза углеводов и других органических соединений из диоксида углерода.

В настоящее время установлено, что фотосинтетические пигменты в мембранах хлоропластов имеют не беспорядочное расположение, а организованы в две пигментные системы – фотосистему I (ФС I) и фотосистему II (ФС II).

Существование двух фотосистем удалось установить благодаря тому, что пигменты, входящие в состав ФС I и ФС II, отличаются по спектральным свойствам. Интенсивность фотосинтеза при освещении светом с длиной волны 680–700 нм может быть значительно повышена добавлением света с более короткой длиной волны (650–660 нм), и наоборот. Оказалось, что интенсивность фотосинтеза при освещении смешанным светом (650–700 нм) выше суммы интенсивностей фотосинтеза, наблюдаемой при освещении светом каждого из указанных выше диапазонов длин волн в отдельности (эффект Эмерсона). Это указывает на то, что в фотосинтезе участвуют обе фотосистемы одновременно.

Каждая фотосистема состоит из светособирающих (антенных) молекул пигментов (хлорофилла а, хлорофилла b, каротиноидов, фикобилинов) и реакционного центра (РЦ). Реакционный центр, в свою очередь, включает фотоактивный пигмент-ловушку и первичные доноры и акцепторы электронов. Пигмент-ловушка ФС I поглощает свет с длиной волны 700 нм и обозначается Р₇₀₀ (или П₇₀₀), а пигмент-ловушка ФС II поглощает свет с длиной волны 680 нм и обозначается Р₆₈₀ (или П₆₈₀).

Пигменты антенного комплекса поглощают свет в той части спектра, в которой не поглощает пигмент-ловушка, и доставляют поглощенную энергию в РЦ, что позволяет эффективнее использовать энергию света. Как правило, они поглощают свет, с длиной волны меньшей, чем свет поглощаемый хлорофиллом, входящим в РЦ. Перенос энергии происходит только от пигментов, поглощающих свет с меньшей длиной волны, к пигментам, поглощающим свет с большей длиной волны.

Дело в том, что хотя передача энергии от одной молекулы пигмента к другой идет с большой эффективностью (от хлорофилла b к хлорофиллу a – 90%, от каротиноидов к хлорофиллу – 40%), однако все же это связано с некоторой потерей энергии. Потеря энергии приводит к превращению квантов с большей энергией (с меньшей длиной волны) в кванты с меньшей энергии (с большей длиной волны). Именно поэтому основные формы хлорофилла, к которому стекается энергия, являются наиболее «длинноволновыми». Обратный перенос энергии невозможен.

Надо отметить, что функции белково-пигментного антенного комплекса заключаются не только в поглощении и передаче энергии, но и в защите хлорофилла от активных форм кислорода, которые образуются при поглощении света.

Антенный комплекс вместе с одним из фотоактивных комплексов (ФС I или ФС II) образует фотосинтетическую единицу. Однако до сих пор неясно, какая реальная организация фотосинтетических мембран соответствует фотосинтетической единице.

Реакционные центры могут быть вкраплены в светособирающий комплекс, так что энергия кванта света, поглощенного любой из молекул антенны, может пройти по цепочке молекул пигментов и достичь любого реакционного центра. Другая возможность состоит в том, что каждый РЦ может получать энергию лишь от своей антенны. Эти альтернативы называют мультицентральной и уницентральной моделями фотосинтетической единицы соответственно .

Помимо светособирающего пигмент-белкового комплекса и комплексов ФС I и ФС II в фотосинтезирующих мембранах находится так называемый цитохромный комплекс, обеспечивающий перенос электронов между фотосистемами и циклический перенос электронов вокруг ФС I, а также подвижные переносчики электрона (пластохинон, пластоцианин, ферредоксин).

5. Фазы и процессы фотосинтеза

Молекула, поглотившая энергию, переходит в возбужденное состояние, которое является нестабильным. Такая нестабильная молекула не может долго существовать – она стремится избавиться от избытка энергии различными способами. Хлрофилл-ловушка в РЦ, получив энергию от антенного комплекса, переходит в возбужденное состояние (Хл*).

Возбужденный хлорофилл обладает исключительно высокой реакционной способностью и является достаточно сильным восстановителем, легко отдающим электрон первичному акцептору в РЦ. После потери электрона хлорофилл переходит в основное состояние, и этим заканчивается первый этап фотосинтеза, иногда называемый фотофизическим.

Таким образом на фотофизическом этапе фотосинтеза происходят следующие процессы:

• поглощение кванта света пигментами антенного комплекса;
• передача энергии кванта света на хлорофилл-ловушку;
• отдача хлорофиллом-ловушкой РЦ электрона первичному акцептору электрона.

Первичные акцепторы фотосистем различны. В ФС I это хлорофилл, а в ФС II – феофитин. Условно их называют окислительно-восстановительные системы Х (ФС I) и Q (ФС II). Принимая электрон от хлорофилла, они превращаются соответственно в Х^– и Q^–. Первый этап фотосинтеза можно представить следующей схемой:

 

Схема первого этапа фотосинтеза:

1 – фотон (квант света); 2 – антенный комплекс; 3 – хлорофилл-ловушка (РЦ); 4 – первичный акцептор электрона

Отдавая электрон, хлорофилл превращается в Хл⁺. Теперь, чтобы хлорофилл смог принять новую порцию энергии, он должен восстановиться, т.е. вернуть себе электрон.

В РЦ ФС I электрон поступает по цепочке цитохромов (электрон-транспортной цепи) из ФС II (об этом речь пойдет ниже). Таким образом электрон для ФС I образуется за счет окисления хлорофилла ФС II.

При фотолизе воды образуются атом кислорода, два атома водорода и два электрона. Именно электроны, образующиеся при фотолизе воды, восстанавливают хлорофилл ФС II. Следовательно, донором электронов для хлорофилла ФС II является молекула воды.

Первичный акцептор электрона в ФС I Х (иногда его обозначают Z) не является его конечным пунктом назначения. От первичного акцептора электрон по электрон-транспортной цепи, отличной от цепи, соединяющей обе фотосистемы, поступает на кофермент НАДФ, который восстанавливается до НАДФ^.Н. В этом процессе используется атом водорода, который образуется при фотолизе воды. Таким образом получается, что молекула воды является не только донором электронов для хлорофилла ФС II, источником кислорода для всего живого, но и источником атомов водорода для синтеза НАДФ^.Н, энергия которого в дальнейшем будет использована при синтезе молекулы глюкозы.

Если схему фотосинтеза дополнить, то получим схему, которая получила название Z-схема фотосинтеза:

Z-схема фотосинтеза

Выше мы уже отмечали, что функционирование ФС II зависит от фотолиза воды – при недостатке воды ФС II может практически не работать. Следовательно, не будет восстанавливаться ФС I, и фотосинтез должен прекратиться.

На самом же деле ФС I продолжает работать, но переходит в другой режим – она начинает восстанавливать саму себя, при этом электрон переносится по замкнутому циклу. Этот процесс получил название циклического транспорта электрона:

Схема нециклического (1) и циклического (2) транспорта электрона

Из Z-схемы следует также, что солнечная энергия запасается не только в молекуле АТФ, но и в молекуле НАДФ^.Н. Запасание солнечной энергии в макроэргических молекулах АТФ и НАДФ^.Н является вторым этапом фотосинтеза, который получил название фотохимического.

Образование АТФ происходит при реакции фосфорилирования молекулы АДФ, т.е. при присоединении к ней остатка фосфорной кислоты. Эта реакция может происходить только на свету, т.к. электрон поступает в электрон-транспортную цепь из ФС II только при поглощении кванта света. Поэтому процесс преобразования энергии света в энергию АТФ получил название фотосинтетического фосфорилирования, или фотофосфорилирования. Фотофосфорилирование, которое осуществляется во время нециклического транспорта электрона, называют нециклическим фотофосфорилированием, а процесс фотофосфорилирования, который осуществляется во время циклического транспорта электрона, – циклическим фотофосфорилированием.

Нециклическое фотофосфорилирование отличается от циклического фотофосфорилирования не только траекторией и участниками переноса электрона. Есть еще одно очень существенное отличие, которое имеет значение для последующих этапов фотосинтеза. Оно заключается в том, что при циклическом фотофосфорилировании не происходит синтез НАДФ^.Н, необходимый для дальнейшего синтеза глюкозы.

Рассмотренные два этапа фотосинтеза – физический и фотохимический – составляют так называемую световую фазу фотосинтеза. Этим названием подчеркивается то, что все входящие в нее процессы зависят от солнечного света и, следовательно, могут происходить только на свету.

Синтез органических соединений путем восстановления СО₂ (а также нитрата и сульфата) на темновой стадии фотосинтеза тоже происходит в хлоропластах. АТФ и НАДФ×Н, поставляемые световой реакцией, протекающей в тилакоидных мембранах, служат для реакций синтеза источником энергии и электронов.

Восстановление СО₂ есть результат переноса электронов на СО₂. В ходе этого переноса некоторые из связей С–О заменяются на связи С–Н, С–С и О–Н. Процесс состоит из ряда этапов, часть которых (15 или более) образует цикл. Этот цикл был открыт в 1953 химиком М.Калвином и его сотрудниками. Использовав в своих опытах вместо обычного (стабильного) изотопа углерода его радиоактивный изотоп, эти исследователи смогли проследить путь углерода в изучаемых реакциях. В 1961 Калвин был удостоен за эту работу Нобелевской премии по химии.

В цикле Калвина участвуют соединения с числом атомов углерода в молекулах от трех до семи. Все компоненты цикла, за исключением одного, представляют собой сахарофосфаты, т.е. сахара, у которых одна или две ОН-группы заменены на фосфатную группу (–ОРО₃Н^–). Исключение составляет 3-фосфоглицериновая кислота (ФГК; 3-фосфоглицерат), представляющая собой фосфат сахарной кислоты. Она сходна с фосфорилированным трехуглеродным сахаром (глицерофосфатом), но отличается от него тем, что имеет карбоксильную группу O=C–O^–, т.е. один из ее углеродных атомов соединен с атомами кислорода тремя связями.

Начать описание цикла удобно с рибулозомонофосфата, содержащего пять атомов углерода (C₅). Образующийся в световой стадии АТФ реагирует с рибулозомонофосфатом, превращая его в рибулозодифосфат. Вторая фосфатная группа придает рибулозодифосфату дополнительную энергию, поскольку несет в себе часть энергии, запасенной в молекуле АТФ. Поэтому тенденция реагировать с другими соединениями и образовывать новые связи выражена у рибулозодифосфата сильнее. Именно этот C₅-сахар присоединяет CO₂ с образованием шестиуглеродного соединения. Последнее очень неустойчиво и под действием воды распадается на два фрагмента – две молекулы ФГК. Если иметь в виду только изменение числа атомов углерода в молекулах сахаров, то этот основной этап цикла, в котором происходит фиксация (ассимиляция) CO₂, можно представить следующим образом:

Фермент, катализирующий фиксацию CO₂ (специфическая карбоксилаза), присутствует в хлоропластах в очень больших количествах (свыше 16% от общего содержания в них белка); учитывая огромную массу зеленых растений, он, вероятно, является самым распространенным белком в биосфере. Следующий этап состоит в том, что две молекулы ФГК, образовавшиеся в реакции карбоксилирования, восстанавливаются каждая за счет одной молекулы НАДФ×Н до трехуглеродного сахарофосфата (триозофосфата). Это восстановление происходит в результате переноса двух электронов на углерод карбоксильной группы ФГК. Однако и в данном случае необходим АТФ, чтобы снабдить молекулу дополнительной химической энергией и повысить ее реакционную способность. Задачу эту выполняет ферментная система, которая переносит концевую фосфатную группу АТФ на один из атомов кислорода карбоксильной группы (образуется группа ), т.е. ФГК превращается в дифосфоглицериновую кислоту.

Как только НАДФЧН передает углероду карбоксильной группы этого соединения один атом водорода плюс электрон (что равноценно двум электронам плюс ион водорода, Н⁺), одинарная связь С–О разрывается и связанный с фосфором кислород переходит в неорганический фосфат, HPO₄^2–, а карбоксильная группа O=C–O^– превращается в альдегидную O=C–H. Последняя характерна для определенного класса сахаров. В итоге ФГК при участии АТФ и НАДФ×Н восстанавливается до сахарофосфата (триозофосфата).

Весь описанный выше процесс может быть представлен следующими уравнениями:

1) Рибулозомонофосфат + АТФ ® Рибулозодифосфат + АДФ

2) Рибулозодифосфат + СО₂ ® Нестойкое С₆-соединение

3) Нестойкое С₆-соединение + Н₂О ® 2 ФГК

4) ФГК + АТФ + НАДФ×Н ® АДФ + H₂PO₄^2– + Триозофосфат (С₃).

Конечным результатом реакций 1–4 оказывается образование из рибулозомонофосфата и СО₂ двух молекул триозофосфата (С₃) с затратой двух молекул НАДФ×Н и трех молекул АТФ. Именно в этой серии реакций представлен весь вклад световой стадии – в форме АТФ и НАДФ×Н – в цикл восстановления углерода. Разумеется, световая стадия должна дополнительно поставлять эти кофакторы для восстановления нитрата и сульфата и для превращения ФГК и триозофосфата, образуемых в цикле, в другие органические вещества – углеводы, белки и жиры.

Значение последующих этапов цикла сводится к тому, что они приводят к регенерации пятиуглеродного соединения, рибулозомонофосфата, необходимого для возобновления цикла. Эту часть цикла можно записать в следующем виде:

что дает в сумме 5С₃ ® 3С₅. Три молекулы рибулозомонофосфата, образовавшиеся из пяти молекул триозофосфата, превращаются – после присоединения CO₂ (карбоксилирования) и восстановления – в шесть молекул триозофосфата.

Таким образом, в результате одного оборота цикла одна молекула диоксида углерода включается в состав трехуглеродного органического соединения; три оборота цикла суммарно дают новую молекулу последнего, а для синтеза молекулы шестиуглеродного сахара (глюкозы или фруктозы) необходимы две трехуглеродные молекулы и соответственно 6 оборотов цикла. Прирост органического вещества цикл отдает реакциям, в которых образуются различные сахара, жирные кислоты и аминокислоты, т.е. «строительные блоки» крахмала, жиров и белков.

Тот факт, что прямыми продуктами фотосинтеза являются не только углеводы, но также аминокислоты, а возможно и жирные кислоты, тоже был установлен с помощью изотопной метки – радиоактивного изотопа углерода. Хлоропласт – это не просто частица, приспособленная для синтеза крахмала и сахаров. Это весьма сложная, прекрасно организованная «фабрика», способная не только производить все материалы, из которых построена она сама, но и снабжать восстановленными соединениями углерода те части клетки и те органы растения, которые сами фотосинтеза не ведут.

6в – Углеводы, определение, классификация (с примерами), биороль. Моносахариды. Химические формулы глюкозы, фруктозы, рибозы, дезоксирибозы

Углеводы составляют незначительную часть общего сухого веса тканей человеческого организма - не более 2%, в то время как на белки, например, приходится до 45% сухой массы тела. Тем не менее, углеводы выполняют в организме целый ряд жизненно важных функции, принимая участие в структурной и метаболической организации органов и тканей.

С химической точки зрения углеводы представляют собой многоатомные альдегидо- или кетоноспирты или их полимеры, причем мономерные единицы в полимерах соединены между собой гликозидными связями.

Углеводы делятся на три больших группы: моносахариды и их производные, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды в свою очередь делятся, во первых, по характеру карбонильной группы на альдозы и кетозы и, во-вторых, по числу атомов углерода в молекуле на триозы, тетрозы, пентозы и т.д. Обычно моносахариды имеют тривиальные названия: глюкоза, галактоза, рибоза, ксилоза и др. К этой же группе соединений относятся различные производные моносахаридов, важнейшими из них являются фосфорные эфиры моносахаридов (глюкозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-бисфосфат, рибозо-5-фосфат и др.), уроновые кислоты (галактуроновая, глюкуроновая, идуроновая и др.), аминосахара

 

(глюкозамин, галактозамин и др.), сульфатированные производные уроновых кислот, ацетилированные производные аминосахаров и др.Общее количество мономеров и их производных составляет несколько десятков соединений, что не уступает имеющемуся в организме количеству индивидуальных аминокислот.

Олигосахариды, представляющие собой полимеры, мономерными единицами которых являются моносахариды или их производные. Число отдельных мономерных блоков в полимере может достигать полутора или двух (не более) десятков. Все мономерные единицы в полимере связаны гликозидными связями. Олигосахариды в свою очередь делятся на гомоолигосахариды, состоящие из одинаковых мономерных блоков [ мальтоза ] , и гетероолигосахариды - в их состав входят различные мономерные единицы [ лактоза ]. В большинстве своем олигосахариды встречаются в организме в качестве структурных компонентов более сложных молекул - гликолипидов или гликопротеидов. В свободном виде в организме человека могут быть обнаружены мальтоза, причем мальтоза является промежуточным продуктом расщепления гликогена, и лактоза, входящая в качестве резервного углевода в молоко кормящих женщин. Основную массу олигосахаридов в организме человека составляют гетероолигосахариды гликолипидов и гликопротеидов. Они имеют чрезвычайно разнообразную структуру, обусловленную как разнообразием входящих в них мономерных единиц, так и разнообразием вариантов гликозидных связей между мономерами в олигомере (a- и b-гликозидные связи; связи, соединяющие различные атомы углерода в соседних мономерных единицах: a - 1,4, a - 1,3, a - 1,6 и др. ).

Полисахариды, представляющие собой полимеры, построенные из моносахаридов или их производных, соединенных меж ду собой гликозидными связями, с числом мономерных единиц от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч. Эти полисахариды могут состоять из одинаковых мономерных единиц, т.е. являться гомополисахаридами, или же в их состав могут входить различные мономерные единицы - тогда мы имеем дело с гетерополисахаридами. Единственным гомополисахаридом в организме человека является гликоген, состоящий из остатков a-D - глюкозы. Более разнообразен набор гетерополисахаридов - в организме присутствуют гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, кератансульфат, дерматансульфат, гепарансульфат и гепарин. Каждый из перечисленных гетерополисахаридов состоит из индивидуального набора мономерных единиц.Так основными мономерными единицами гиалуроновой кислоты являются глюкуроновая кислота и N-ацетилглюкозамин,тогда как в состав гепарина входят сульфатированный глюкозамин и сульфатированная идуроновая кислота.

Функции углеводов в организме разнообразны и, естественно, различны для разных классов соединений. Моносахариды и их производные выполняют, во-первых, энергетическую функцию: окислительное расщепление этих соединений дает организму 55-60 % необходимой ему энергии. Во-вторых, промежуточные продукты распада моносахаридов и их производных используются в клетках для синтеза других необходимых клетке веществ, в том числе соединений других классов; так, из промежуточных продуктов метаболизма глюкозы в клетках могут синтезироваться липиды и заменимые аминокислоты, правда, в последнем случае необходим дополнительный источник атомов азота аминогрупп. В третьих, моносахариды и их производные выполняют структурную функцию, являясь мономерными единицами дру гих, более сложных молекул, таких как полисахариды или нуклеотиды.

 

Главной функцией гетероолигосахаридов является структурная функция - они являются структурными компонентами гликопротеидов и гликолипидов. В этом качестве гетероолигосахариды участвуют в реализации гликопротеидами целого ряда функций: регуляторной ( гормоны гипофиза тиротропин и гонадотропины - гликопротеиды ),коммуникативной ( рецепторы клеток - гликопротеины ), защитной ( антитела - гликопротеины ). Кроме того, гетероолигосахаридные блоки, входя в состав гликолипидов и гликопротеидов, участвуют в формировании клеточных мембран, образуя, например, такой важный элемент клеточной структуры как гликокалликс.

Гликоген – единственный гомополисахарид, имеющийся в организме животных – выполняет резервную функцию. причем он является резервом не только энергетическим, но также и резервом пластического материала. Гликоген в том или ином количестве присутствует практически во все клетках человеческого организма. Запасы гликогена в печени могут составлять до 3-5 % от сырой массы этого органа (порой до 10 %), а его содержание в мышцах - до 1% общей массы ткани. Учитывая массу этих органов, общее количество гликогена в печени может составлять 150 - 200 г, а запасы гликогена в мыщцах - до 600 г.

Гетерополисахариды выполняют в организме структурную функцию - они входят в состав глизаминопротеогликанов; последние,наряду с структурными белками типа коллагена или эластина, формируют межклеточное вещество различных органов и тканей. Гликозаминопротеоггликановые агрегаты, имея сетчатую структуру, выполняют функцию молекулярных фильтров, препятствующих или сильно тормозящих движение макромолекул в межклеточной среде. Кроме того, молекулы гетерополисахаридов имеют в своей структуре множество полярных и несущих отрицательный заряд группировок, за счет которых они могут связывать большое количество воды и катионов, выполняя роль своеобразных депо для этих молекул.

Функции некоторых углеводов, имеющихся в организме, весьма специфичны. Так, гепарин является естественным антикоагулянтом он препятствует свертыванию крови в сосудах, а лактоза, о чем уже упоминалось, является резервным углеводом женского молока.

 

 

 

 

7в – Добавление к митохондриям олигомицина вызывает снижение как переноса электронов от НАДH к O₂, так и скорость образования АТФ. Последующее добавление ДНФ (динитрофенола) приводит к увеличению скорости переноса электронов без соответствующего изменения скорости образования АТФ. Какую реакцию ингибирует олигомицин?

Реакцию окислительного фосфорилирования, сопряженного с тканевым дыханием.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№2

1в – Схема биосинтеза триацилглицеролов и фосфолипидов в тканях

 

Ряд жирных кислот (за исключением т.наз. незаменимых) способны синтезироваться в организме из углеводов. Начальная последовательность реакций совпадает при этом с обычным окислительным путем, т.е. сначала из глюкозы образуется ацетил-КоА, но далее этот ацетил-КоА используется в цитоплазме клетки для синтеза длинноцепочечных жирных кислот. Процесс синтеза можно описать как обращение процесса окисления жирных кислот. Затем жирные кислоты запасаются в виде нейтральных жиров (триглицеридов), отлагающихся в разных частях тела. Когда требуется энергия, нейтральные жиры подвергаются гидролизу и жирные кислоты поступают в кровь. Здесь они адсорбируются молекулами плазменных белков (альбуминов и глобулинов) и затем поглощаются клетками самых разных типов. Механизмов, способных осуществлять синтез глюкозы из жирных кислот, у животных нет, но у растений такие механизмы имеются.

Липиды попадают в организм главным образом в форме триглицеридов жирных кислот. В кишечнике под действием ферментов поджелудочной железы они подвергаются гидролизу, продукты которого всасываются клетками стенки кишечника. Здесь из них вновь синтезируются нейтральные жиры, которые через лимфатическую систему поступают в кровь и либо транспортируются в печень, либо отлагаются в жировой ткани. Выше уже указывалось, что жирные кислоты могут также синтезироваться заново из углеводных предшественников. Следует отметить, что, хотя в клетках млекопитающих может происходить включение одной двойной связи в молекулы длинноцепочечных жирных кислот (между С–9 и С–10), включать вторую и третью двойную связь эти клетки неспособны. Поскольку жирные кислоты с двумя и тремя двойными связями играют важную роль в метаболизме млекопитающих, они в сущности являются витаминами. Поэтому линолевую (C18:2) и линоленовую (C18:3) кислоты называют незаменимыми жирными кислотами. В то же время в клетках млекопитающих в линоленовую кислоту может включаться четвертая двойная связь и путем удлинения углеродной цепи может образоваться арахидоновая кислота (C20:4), также необходимый участник метаболических процессов.

В процессе синтеза липидов остатки жирных кислот, связанные с коферментом А (ацил-КоА), переносятся на глицерофосфат – эфир фосфорной кислоты и глицерина. В результате образуется фосфатидная кислота – соединение, в котором одна гидроксильная группа глицерина этерифицирована фосфорной кислотой, а две группы – жирными кислотами. При образовании нейтральных жиров фосфорная кислота удаляется путем гидролиза, и ее место занимает третья жирная кислота в результате реакции с ацил-КоА. Кофермент А образуется из пантотеновой кислоты (одного из витаминов). В его молекуле имеется сульфгидрильная (– SH) группа, способная реагировать с кислотами с образованием тиоэфиров. При образовании фосфолипидов фосфатидная кислота реагирует непосредственно с активированным производным одного из азотистых оснований, таких, как холин, этаноламин или серин.

За исключением витамина D, все встречающиеся в организме животных стероиды легко синтезируются самим организмом. Сюда относятся холестерин (холестерол), желчные кислоты, мужские и женские половые гормоны и гормоны надпочечников. В каждом случае исходным материалом для синтеза служит ацетил-КоА: из ацетильных групп путем многократно повторяющейся конденсации строится углеродный скелет синтезируемого соединения.

2в – Распад гемоглобина в тканях, схема. Образование «прямого» и «непрямого» билирубина, пути обезвреживания билирубина. Желтуха

Разрушение эритроцитов происходит обычно в печени, селезенке и костном мозге. Там же и осуществляется распад гемоглобина. Все начинается с гема. Вначале образуется зеленый пигмент вердоглобин (или, как его еще называют, холеглобин), который отличается от гемоглобина только некоторой модификацией порфиринового кольца. Такое превращение гемоглобина невозможно без участия двухвалентных ионов железа и витамина С.

На втором этапе вердоглобин распадается с освобождением железа, белка-глобина и образованием желчного пигмента биливердина, который при помощи ферментов восстанавливается в печени в билирубин, что и завершает процесс распада «перевозчика» кислорода.

При распаде гемоглобина первоначально образуется свободный билирубин. Он практически нерастворим в воде, липофилен и потому легко растворяется в липидах мембран, проникая в мембраны митохондрий, нарушая метаболические процессы в клетках, высоко токсичен. Билирубин транспортируется из селезенки в печень в комплексе с альбумином. Затем в печени свободный билирубин связывается с глюкуроновой кислотой. В результате образуется конъюгированный (прямой), водорастворимый, менее токсичный билирубин, который активно против градиента концентрации экскретируется в желчные протоки и превращается в уробилиноген в кишечнике. Уробилиноген в основном выделяется с калом; небольшая его часть реабсорбируется и выводится через почки..

При повышении концентрации билирубина в сыворотке свыше 27-34 мкмоль/л появляется желтуха (легкая форма - до 85 мкмоль/л, среднетяжелая - 86-169 мкмоль/л, тяжелая форма - свыше 170 мкмоль/л). У новорожденных наблюдается физиологическая желтуха в первую неделю жизни (с повышением общего билирубина крови за счет фракции непрямого билирубина), т.к. отмечается усиленное разрушение эритроцитов, а билирубин-конъюгирующая система несовершенна. Гипербилирубинемия может быть результатом повышенной продукции билирубина вследствие повышенного гемолиза эритроцитов (гемолитические желтухи), пониженной способности к метаболизму и транспорту против градиента в желчь билирубина гепатоцитами (паренхиматозные желтухи), а также следствием механических затруднений желчевыделения (обтурационные - застойные, механические, холестатические желтухи.).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3в – Строение, биосинтез и механизм действия кальцитриола. Причины и проявления рахита

Кальцитриол – 1, 25–гидроксилированная форма витамина D₃ (холекальциферола).

Биосинтез и механизм действия – см. выше (№1, 3в).

 

 

 

 

 

 

Рахит

Рахит (от греч. rhachis-хребет) - гиповитаминоз D у детей раннего возраста, в основе которого лежат нарушения обмена электролитов фосфора и кальция приводящие к нарушениям формирования костей, функций других органов и систем организма.

Причина рахита – дисбаланс между потребностью организма в фосфоре, кальции и недостаточностью механизмов регулирующих обмен этих элементов. Специфический эффект кальциферола заключается в регуляции фосфорно-кальциевого обмена. Нарушают обмен кальциферола и предрасполагают к развитию рахита - недоношенность, гестозы, многоплодная беременность, искусственное или смешанное вскармливание, неполноценное питание с избытком в пище углеводов, мучных блюд, недостаток в пище овощей и фруктов богатых минеральными веществами, нарушения функции печени, почек, кишечного тракта дисбактериозы кишечника, диарреи, неблагоприятные жилищные условия и наследственные факторы, лекарственная (противосудорожная терапия). Экологические факторы - избыток в воде, пищевых продуктах, почве стронция, свинца, цинка приводит к остеомаляции, остеопорозам. Способствуют развитию рахита желудочно-кишечные, простудные заболевания, недосточное пребывание на свежем воздухе, а так же повышенная пигментация кожи (лиц негроидной расы, индусов, арабов и др.).

По большому счёту речь идет не столько о недостаточном поступлении витамина D, но о внутренних механизмах предрасполагающим к эндогенному дефициту этого витамина: недоношенность мальабсорбция, дефицит витамина D3 у субьектов со смуглой кожей. и др.

При тяжёлой патологии беременности возможен врождённый рахит.

Основной формой витамина D циркулирующей в организме является промежуточный продукт обмена 25-оксихолекальциферол, который образуется в печени. Следующий этап обмена витамина D возникновение в почках его конечных продуктов 1,25 и 25-диоксихолекальциферола. Именно эти метаболиты вместе с гормонами щитовидной и паращитовидной желёз поддерживаю фосфорно-кальциевый обмен, нормальную минерализацию и рост костей. Основными эффектами обоих обменно-активных метаболитов является стимуляции всасывания кальция и фосфора в кишечнике и стимуляция минерализации костей. Стимуляцию всасывания из кишечника кальция и захват его костью осуществляют обменно-активные формы витамина D3 за счет стимуляции синтеза кальций связывающих белков. При гиповитаминозе Д, как реакция на гипокальциемия повышается синтез паратгормона, что приводит к мобилизации Са из костей, уменьшении реабсорбции фосфатов.

Рахит поражает преимущественно костную ткань причём в период наибольшего роста и физической нагрузки. Наиболее характерны нарушения энхондрального окостенения, чрезмерное развитие остеоидной ткани и её недостаточное обызвествление.

Hарушение оссификации при рахите происходит в эпифизах - рассасывание эпифизарных хрящей, нарушение эпифизарного роста костей, метафизарное разрастание минерализированного, с нарушенными свойствами остеоида, так называемый "рахитический метафиз" и расстройства процессов обызвествления. Hедостаточная минерализация костей приводит к их размягчению, следствием чего является деформация различных частей скелета. При дефиците витамина Д в организме снижается содержание кальция и фосфора в костной ткани. Матрикс кости растет, а отложение солей кальция в кости задерживается.

С аномальным накоплением в разных участках костной ткани остеокластов связано повышение в сыворотке крови активности продуцируемого остеокластами фермента щелочной фосфатазы. Кроме того, при рахите у детей отмечается нарушение окислительно-восстановительных процессов в тканях как следствие нарушения обмена целого ряда микроэлементов. Маркером этих процессов является повышение активности металлоферментов в сыворотке крови - церулоплазмина, сукцинатдегидрогеназы и др.

Первые проявления болезни наблюдаются в виде беспокойства, повышенной потливости, повышения вазомоторной возбудимости, гиперестезии. Развивается краниотабес и чётки на ребрах.

В период разгара болезни прогрессируют симптомы со стороны нервной и мышечной систем. Усиливаются потливость, слабость, гипотония мышц и связочного аппарата, заметным становится отставание в психомоторном развитии. Этому периоду особенно свойственно быстрое прогрессирование костных изменений: размягчение плоских костей черепа, появление краниотабеса, уплощение затылка, асимметричная форма головы. Разрастание остеоидной ткани в точках окостенения плоских костей черепа ведет к образованию лобных и затылочных бугров. Из-за этого голова приобретает квадратную или ягодицеподобную форму. Могут возникнуть деформации лицевой части черепа - седловидный нос, "олимпийский" лоб, нарушения прикуса и пр. Зубы прорезываются позже, непоследовательно, легко поражаются кариесом.
Грудная клетка часто деформируется. Hа ребрах в местах соединения хрящевой и костной частей образуются "четки", могут формироваться "куриная грудь", рахитический кифоз, лордоз, сколиоз. Hа уровне прикрепления диафрагмы снаружи на грудной клетке образуется глубокое западение - "гаррисонова борозда", а реберные края нижней апертуры из-за большого живота развернуты вперед в виде полей шляпы.

В период реконвалесценции у ребенка не определяются признаки активного рахита, постепенно исчезают вегетативные и неврологические симптомы, улучшается общее самочувствие, нормализуется концентрация кальция и фосфора в крови, хотя уровень кальция может быть и сниженным из-за интенсивного его отложения в костях. Средние сроки - от 6 мес до 2 лет жизни.

Для профилактики и лечения рахита применяются, в основном, препараты витамина D и кальция.

4в – Важнейшие белки миофибрилл: миозин, актин, тропомиозин, тропонин, их общая характеристика. Молекулярная структура миофибрилл

Миофибриллы (от мио... и новолат. fibrilla (уменьшительное от лат. fibra) — волоконце, ниточка), сократимые нити в протоплазме поперечнополосатых мышечных волокон скелетной мускулатуры, сердечной мышцы и мышц с двойной косой исчерченностью. Диаметр миофибрилл от 0,5 до нескольких мкм. В поперечном сечении миофибриллы. округлы, угловаты или овальны. Основную массу миофибрилл составляют тончайшие белковые нити — миофиламенты, или протофибриллы, двух типов — толстые миозиновые (состоят главным образом из миозина, длина их около 1500 нм, диаметр 10—15 нм) и тонкие актиновые (состоят в основном из актина, длина их 1000—1100 нм, диаметр 5—8 нм). Имеются в миофибриллах и другие белки: тропомиозин В (в тонких протофибриллах мышц всех типов) и тропомиозин А, или парамиозин (в толстых протофибриллах мышц с двойной косой исчерченностью), а также a- и b-актинины, тропонин и др. Тонкие протофибриллы прикрепляются к т. н. полоске Z — сложному переплёту белковых нитей. Участок миофибрилл между двумя полосками Z называется саркомером. Толстые протофибриллы образуют плотный обладающий двойным лучепреломлением участок М. — анизотропный диск (диск А). Между толстыми протофибриллами частично вдвинуты тонкие протофибриллы («зона перекрывания»). Участок саркомера по обе стороны от полоски Z, содержащий лишь тонкие протофибриллы, называется изотропным диском (диск 1). Центральная зона диска А, лишённая тонких протофибрилл, называется диском Н; в его центре обычно видна полоска М, составленная короткими (40 нм) М-нитями, расположенными вдоль длинной оси миофибриллы; длина их соответствует ширине полоски М. С обеих сторон от полоски М расположен субдиск Н — узкая зона (~ 130 нм), более светлая, чем остальной диск Н. Толстые протофибриллы имеют по всей длине равномерно расположенные отростки («мостики»), представляющие, по-видимому, отошедшие от протофибрилл концы миозиновых молекул. Середина толстых протофибрилл лишена отростков, чем и обусловлено возникновение светлой зоны (субдиска Н). Данная схема строения миофибрилл допускает ряд возражений, например при сильном растяжении миофибрилл тонкие протофибриллы должны полностью выйти из диска А, а саркомер — распасться на фрагменты, однако этого не происходит, т. к. допускается существование 3-го типа протофибрилл — «сверхтонких нитей», соединяющих полоски Z.

Сокращение происходит путем скольжения тонких актиновых и толстых миозиновых нитей навстречу друг другу или вдвигания актиновых нитей между

миозиновыми в направлении М-линии. Максимальное укорочение достигается тогда, когда Z-пластинки, к которым прикреплены актиновые нити, приближаются к концам миозиновых нитей. При сокращении саркомер укорачивается на 25-50 %.

Саркоплазма, вмещающая миофибриллы, пронизана между ними сетью цистерн и трубочек эндоплазматического ретикулума, а также системой поперечных трубочек, которые тесно контактируют с ним, но не сообщаются.

Миозиновые нити образованы белком миозином, молекула которого содержит две идентичные тяжелые полипептидные цепи с молекулярной массой около 200 000 и четыре легкие цепи (около 20 000). Каждая тяжелая цепь на

большей части своей длины имеет конформацию a-спирали, и обе тяжелые цепи скручены между собой, образуя часть молекулы в форме палочки. С противоположных концов каждой цепи присоединены по две легкие цепи, вместе с глобулярной формой этих концов цепи они образуют «головки» молекул. Палочкообразные концы молекул могут соединяться друг с другом продольно, образуя пучки, головки молекул при этом располагаются кнаружи от пучка по спирали. Кроме того, в области М-линии пучки соединяются между собой «хвост в хвост». Каждая миозиновая нить содержит около 400 молекул миозина.

В состав актиновых нитей входят белки актин, тропомиозин и тропонин.

Основу составляют молекулы актина. Сам белок актин – глобулярный белок с молекулярной массой 43 000 и шарообразной формой молекулы. Нековалентно соединяясь, глобулярный актин образует фибриллярный актин, напоминая по форме две скрученные между собой нитки бус.

Другой белок, входящий в актиновые нити – тропомиозин – имеет форму палочек, он располагается вблизи желобков спиральной ленты фибриллярного актина, вдоль нее. Размер его в длину в 8 раз больше размера глобулярного актина, потому одна молекула тропомиозина контактирует сразу с семью молекулами актина и концами связаны друг с другом, образуя третью продольную спирально закрученную цепочку.

Третий белок актиновых нитей – тропонин – состоит из трех разных субъединиц и имеет глобулярную форму. Он нековалентно связан и с актином и

тропомиозином таким образом, что на одну молекулу тропонина приходится одна молекула тропомиозина, кроме того одна из его субъединиц содержит Ca-связывающие центры. Тонкие актиновые нити прикреплены к Z-пластинам, тоже белковым структурам.

5в – Фармацевтическая биохимия. Биохимия как основа фармации. Лекарственные вещества – ксенобиотики. Всасывание, распределение и выведение лекарственных веществ из организма

Биохимия — это наука, занимающаяся изучением различных молекул, химических реакций и процессов, протекающих в живых клетках и организмах. Основательное знание биохимии совершенно необходимо для успешного развития двух главных направлений биомедицинских наук:

1) решение проблем сохранения здоровья человека;

2) выяснение причин различных болезней и изыскание путей их эффективного лечения.

С фармакологией и фармацией биохимия имеет соприкосновение в двух пунктах:

1) выявление биохимических механизмов заболеваний способствует направленному синтезу новых препаратов;

2) лекарственные вещества, попадающие в живой организм включаются в биохимические реакции, влияющие на их эффективность, токсичность, продолжительность действия и т.д. С точки зрения биохимии лекарственные вещества представляют собой чужеродные для организма соединения (ксенобиотики) и подчиняются общим законам «поведения» ксенобиотиков в организме (определенные механизмы абсорбции, обезвреживания, выведения).

Таким образом, биохимия является одной из теоретических основ фармакокинетики – раздела клинической фармакологии, предметом которого является изучение процессов всасывания, распределения, связывания с белками, биотрансформации и выведения лекарственных веществ.

Всасывание лекарственных средств. Лекарственные препараты могут преодолевать тканевые барьеры с помощью следующих механизмов:

1.   Пассивная диффузия через "водные поры" по градиенту концентрации между эндотелиальными клетками капилляров только для солюбилизированных молекул, имеющих массу не более 30 000 дальтон. Между клетками эпидермиса, эпителия слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта и т.п. промежутки меньше, и через них могут фильтроваться молекулы с массой не более 150 дальтон (например, ионы).

2. Пассивная диффузия через мембраны клеток по градиенту концентрации для липидорастворимых веществ. Это – наиболее важный механизм, так как для большинства лекарств характерна значительно большая растворимость в липидах, чем в воде.

Липидорастворимость препарата зависит от величины заряда его молекулы. Чем больше заряд, тем хуже вещество растворяется в жирах, и наоборот. Степень ионизации ксенобиотика зависит от рН среды, в которой он находится. Если препарат является слабой кислотой, то в кислой среде он будет находиться главным образом в неионизированном виде и лучше проникать через биологические мембраны, поэтому его надо назначать внутрь после еды, когда содержимое желудка максимально кислое.

И наоборот, лекарство, являющееся слабым основанием, правильнее назначать внутрь до еды (за 1-1,5 ч) или спустя 1,5-2 ч после еды, когда кислотность содержимого желудка минимальна. Важно учитывать наличие у больных нарушений кислотности (гипер - или гипоацидные состояния), а также возрастные особенности.

Например, рН в желудке на высоте секреции соляной кислоты составляете детей месячного возраста 5,8; в возрасте 3-7'мес около 5; 8-9 мес - 4,5; к 3 годам - 1,5-2,5, как у взрослых. Содержимое кишечника имеет слабощелочную реакцию (7,3-7,6).

Кроме того, лекарства - слабые кислоты лучше запивать кислыми растворами, а слабые основания - щелочными минеральными водами или молоком, которые к тому же ускоряют опорожнение желудка и поступление его содержимого в двенадцатиперстную кишку.

В плазме крови в физиологических условиях поддерживается рН 7,3-7,4. Однако при назначении лекарственных средств необходимо знать, что рН в некоторых жидких средах и тканях человека отличаются. Например, рН женского молока 6,4-6,7; слюны - 5,4-6,7; мочи - 4,8 (утром) - 7,4 (вечером) у старших детей и взрослых; клеток скелетных мышц 6,7-6,8; на поверхности кожи - 5,5; в очагах воспаления и некроза - кислая среда. При назначении препаратов это очень важно учитывать. Так, лекарство - слабое основание, попав в женское молоко, диссоциирует, что препятствует его возврату в кровь, и происходит его кумуляция в молоке, что представляет опасность при кормлении ребенка грудью. Лекарственное средство - слабая кислота, попав в мочу, имеющую кислую реакцию (утром), будет лучше реабсорбироваться, что, с одной стороны, может способствовать его задержке в организме, а с другой - уменьшать время нахождения препарата в моче, что нежелательно, если речь идет об использовании противомикробного препарата при инфекции мочевыделительной системы.

3. Облегченная диффузия через мембраны клеток с помощью специальных носителей: белков-ферментов или транспортных белков. Так осуществляется перенос глюкозы в ткани или транспортом аминокислот через гематоэнцефалический барьер и плаценту.

4. Активный транспорт через клеточные мембраны против градиента концентрации с участием транспортных систем и с затратой энергии. У детей и людей пожилого возраста такой путь проникновения лекарств плохо развит. Работа данного активного механизма зависит от состояния сердечно-сосудистой системы, гемодинамики в конкретном органе или ткани.

5. Пиноцитоз - поглощение внеклеточного материала мембранами с образованием везикул. Этот процесс особенно важен для лекарственных средств полипептидной структуры с молекулярной массой более 1000 килодальтон.

Связывание с белками плазмы крови и распределение лекарственных средств. Лекарственный препарат, попав в кровь, находится в ней в двух фракциях: свободной и связанной. Лекарства связываются, главным образом, с альбуминами, в меньшей степени – с  кислыми a-гликопротеидами, липопротеинами, гамма-глобулинами и форменными элементами крови (эритроцитами). Под концентрацией лекарства в плазме крови понимают сумму свободной и связанной с белками его фракций. Особенно важно обращать внимание на связывание с белками плазмы крови, если оно превышает 70-80%, так как в некоторых случаях данный показатель может меняться. Например, связывание с белками может уменьшаться:

- при заболеваниях печени, почек, сепсисе, ожогах, белковом голодании (уменьшается синтез или увеличивается потеря белка);

-   при повышении в крови уровня билирубина, остаточного азота, жирных кислот или одновременном введении нескольких препаратов (одно лекарство вытесняет другое из связи с белком);

- у недоношенных новорожденных, новорожденных и пожилых людей (онтогенетически обусловленный низкий уровень белка).

Уменьшение связанной фракции лекарства на 10-20% приводит к увеличению свободной фракции на 50-100%, что имеет особое значение при использовании препаратов с малой широтой терапевтического диапазона. Имеет значение не только процент связывания, но и степень сродства (аффинитета) ксенобиотика к белку.

Связывание с белками плазмы крови, несомненно, оказывает влияние на распределение лекарственных средств в организме. В ткани и клетки поступает только свободная фракция, именно она и оказывает фармакодинамическое действие. Однако на распределение влияют и другие факторы: степень сродства к рецептору, соотношение ионизированной и неионизированной фракции вещества, наличие лигандинов (эндогенных веществ, связывающих лекарства в клетках), относительная масса мышечной ткани, жира, внеклеточной жидкости, скорость суточной обмениваемости внеклеточной жидкости, общее содержание воды в организме и т.п.

Распределение лекарственного средства с учетом всех факторов, влияющих на этот процесс, характеризуется фармакокинетическим показателем - объемом распределения

Это - условный объем жидкости, необходимый для равно мерного распределения в нем лекарственного средства, обнаруживаемого в терапевтической концентрации в плазме крови. В большинстве руководств и справочников при характеристике лекарства приводятся величины удельного объема распределения (л/кг).

Если объем распределения меньше 0,5 л/кг, лекарственный препарат находится преимущественно в плазме крови и во внеклеточной жидкости, если больше - лекарство распределено во всей водной фазе и в маловаскуляризованных тканях.

Если объем распределения более 1 л/кг, вещество преимущественно содержится в липидах, мышцах и других тканях. В этом случае применение гемосорбции при отравлении бесполезно.

Особому правилу подчиняется проникновение лекарств в мозг, через гематоэнцефалический барьер. Гематоэнцефалический барьер - динамически функционирующая мембрана между кровью и мозгом, регулируемая самим мозгом. Через данный барьер существуют следующие виды транспорта:

- для глюкозы, аминокислот обнаружены специальные носители, синтезирующиеся эндотелием;

- для инсулина, трансферрина - специальные рецепторы, которые их захватывают, а затем интернализуются и освобождают эти вещества в интерстициальное пространство мозга;

- при соприкосновении белков плазмы крови с поверхностью эндотелиальных клеток сосудов мозга происходит конформационное изменение белка и отщепление связанного с ним вещества.

Между клетками эндотелия капилляров гипофизарной и эпифизарной областей, срединного возвышения, хориоидального сплетения и acea postrema существуют "водные поры", которые могут пропускать молекулы, имеющие массу до 30 000 дальтон.

О функции гематоэнцефалического барьера можно судить по наличию в крови специальных кислых белков. При некоторых заболеваниях мозга (менингит, травма и т.п.) проницаемость гематоэнцефалического барьера повышена.

Элиминация – удаление лекарственного вещества из организма путем как биотрансформации, так и экскреции. Различают пресистемную  и системную элиминацию.

Системная элиминация - удаление ксенобиотика после его попадания в системный кровоток.

Биотрансформация лекарств может происходить в печени,  стенке кишечника, почках и других органах. Различают два этапа биотрансформации, каждый из которых может иметь и самостоятельное значение.

I этап - несинтетический (преобладает катаболическое направление реакций), идет перестройка молекул субстрата. Из лекарственных веществ путем окисления или, реже, восстановления образуются более полярные (а, значит, более гидрофильные)и менее активные метаболиты. Происходит это под влиянием монооксигеназной системы, основными компонентами которой являются цитохромы Р-450 и Р-В5, а также НАДФ (никотинамидадениндинуклеотид фосфорилированный). Однако под влиянием этой системы из ряда ксенобиотиков могут образовываться высоко реакционно-способные вещества, в том числе эпоксиды и азотсодержащие оксиды, которые при слабости обезвреживающих их систем (эпоксидгидраз, глутатионпероксидаз) способны взаимодействовать со структурными и ферментными белками и повреждать их. Они становятся чужеродными для организма и на них начинается выработка антител (аутоагрессия). Эпоксидыазотсодержащие оксиды и другие реакционно-способные метаболиты могут связываться и повреждать мембраны клеток, нарушат синтез нуклеиновых кислот, а, значит, вызывать канцерогенез, мутагенез, тератогенез.

2 этап – синтетический (анаболическая направленность реакций), образование конъюгатов с остатками различных кислот или других соединений. Образовавшиеся парные соединения фармакологически неактивны и высокополярны. Сульфатирование осуществляется в полной мере уже к рождению ребенка; метилирование - к концу 1-го месяца жизни; глюкуронидация - к концу 2-го; соединение с цистеином и глутатионом - в 3 мес, с глицином - в 6 мес. Недостаточное функционирование одного пути образования парных соединений в некоторых случаях может компенсироваться другим. Из-за незрелости ферментных систем печени в плазме крови новорожденных и грудных детей дольше остаются не подвергшиеся биотрансформации исходные жирорастворимые вещества, способные проникать в ткани и вызывать фармакологические эффекты. Вместе с тем, в печени детей этого возраста могут образовываться иные (иногда активные) метаболиты, необнаруживаемые у взрослых (например, теофиллин превращается в кофеин).

Лекарственные препараты могут влиять на скорость биотрансформации в печени, угнетая ее (индометацин, циметидин, аминазин, левомицетин, эритромицин, тетрациклин, новобиоцин, ПАСК и др.) или ускоряя (фенобарбитал, зиксорин, дифенилгидантоин (дифенин), бутадион, амидопирин, рифампицин, теофиллин, ноксирон, хлордиазепоксид и др.). Длительно назначая и/или комбинируя лекарственные препараты, необходимо учитывать такую возможность.

На биотрансформацию лекарств влияет печеночный кровоток. Если препараты (ацетилсалициловая кислота, имизин, изадрин, лидокаин, пропранолол (анаприлин), морфин, верапамил) способны быстро инактивироваться, то при остром гепатите, когда скорость кровотока не снижена (и даже может возрастать), их биотрансформация не меняется.

Она уменьшается при цирротическом процессе, с обеднением кровотока. Когда препараты (карбамазепин, дифенилгидантоин (дифенин), варфарин, дигитоксин, аминазин, хинвдин) медленно трансформируются в печени, более важна функция печеночных клеток, уровень активности ферментов которых снижался при гепатите.

Экскреция - удаление ксенобиотика из организма может быть осуществлено печенью, почками, кишечником, легкими, железа ми внешней секреции. Главное значение имеют печень и почки.

Печень экскретирует с желчью как неизмененные соединения, так и образовавшиеся в ней метаболиты. При этом большинство веществ обратно не всасываются и выводятся кишечником.

Однако глюкурониды и некоторые другие парные соединения, выделяющиеся с желчью, могут гидролизоваться кишечными или бактериальными ферментами; при этом образуются липидорастворимые вещества, которые вновь реабсорбируются и попадают в кровь, поддерживая в ней и тканях свою концентрацию, а затем вновь экскретируются с желчью. Так осуществляется энтерогепатическая циркуляция.

Выведение лекарств почками складывается из их фильтрации, секреции и реабсорбции.

Фильтрация лекарств в клубочках осуществляется пассивно. Молекулярная масса веществ не должна быть больше 5-10 тыс, они не должны быть связаны с белками плазмы крови. Секреция - процесс активный (с затратой энергии при участии специаль ных транспортных систем), не зависящий от связывания препара тов с белками плазмы крови. Реабсорбция глюкозы, аминокислот, катионов и анионов происходит активно, а жирорастворимых веществ - пассивно. У детей младшего возраста (до 3 лет) эти процессы осуществляются медленнее, чем в более старшем возрасте. Способность почек к выведению лекарств путем фильтрации проверяется по экскреции эндогенного креатинина, так как оба процесса происходят параллельно с одинаковой скоростью.