Синтез чего либо в организме называется


Решите кроссворд

По горизонтали:

1. Отрицательное побочное воздействие на плод называется... действие.

2. Сведения о механизмах действия, о терапевтических и побочных действиях изучает …

3. При повторном введении лекарства в организм возможно ослабление терапевтического эффекта или...

4. Наука о лекарствах называется...

5. Действие лекарства непосредственно на орган или какую-то систему организма называется... действие.

6. Отрицательное воздействие на орган слуха называется... токсическое действие.

7. Наука, изучающая зависимость действия лекарственных веществ на организм от технологии изготовления, от природы лекарственных веществ, от природы вспомогательных веществ, от способа введения лекарства в организм, от возраста больного, от лекарственной формы называется...

8. Отрицательное воздействие лекарственного препарата на нервную систему называется... токсическим.

9. Устойчивость организма к действию лекарственного вещества называется...

10. Если лекарственное вещество воздействует на признак заболевания, то имеет место... лечение.

11. Действие, которое развивается, как следствие прямого, называется... действие.

12. Водное извлечение из твердых частей растений называется...

По вертикали:

1. Комплекс приятных ощущений на фоне приема наркотиков называется...

4. Процессы всасывания, распределения и превращения лекарственных веществ в организме изучает....

8. Отрицательное воздействие лекарственного вещества на почки называется... токсическим.

13. На фоне воздержания от наркотиков человек переживает комплекс ощущений психического и физического характера, который называется....

14. Вредное воздействие лекарственного вещества на защитные системы организма называется... токсическим.

15. Синтез чего-либо в организме называется...

16. Всасывание лекарственных веществ называется...

17. При нарушениях функции печени и почек может иметь место...

18. Вредное воздействие лекарственного вещества на печень называется... токсическим.

19. Сборник обязательных общегосударственных стандартов и положений, нормирующих качество лекарственных средств, называется...

20. Совокупность химических реакций в организме называется...

21. Заболевания по вине медицинского работника называются... заболевания.

22. Влияние лекарственного вещества на потомство, приводящее к уродствам, называется... генное действие.

23. Водное извлечение из лекарственного растительного сырья называется...

24. Для приготовления свечей используется масло...

25. Если лекарственное вещество воздействует на причину заболевания, то имеет место... лечение.

Ответить на вопросы:

1. Государственная Фармакопея-________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Фармакокинетика-__________________________________________________________________

3. Фармакодинамика-_________________________________________________________________

4. Биотрансформация, метаболизм-________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Анаболизм-_______________________________________________________________________

6. Катаболизм-______________________________________________________________________

7. Энтеральные пути введения_________________________________________________________

8. Парентеральные пути введения______________________________________________________

9. Резорбция_______________________________________________________________________

10. Кумуляция_______________________________________________________________________

11. Синергизм______________________________________________________________________

12. Антагонизм_______________________________________________________________________

13 Пристрастие_______________________________________________________________________

14. Эйфория_________________________________________________________________________

15. Абстиненция______________________________________________________________________

16. Ятрогенные заболевания___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Предыдущая12345678910111213141516Следующая

Дата добавления: 2014-11-30; просмотров: 4583; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Рабочая тетрадь по фармакологии для студентов, специальность 060501 «Сестринское дело», специальность 060101 «Лечебное дело» (стр. 3 )

1.  Отрицательное побочное воздействие на плод называется... действие.

2.  Сведения о механизмах действия, о терапевтических и побочных действиях изучает …

3. При повторном введении лекарства в организм возможно ослабление терапевтического эффекта или...

4. Наука о лекарствах называется...

5. Действие лекарства непосредственно на орган или какую-то систему организма называется... действие.

6. Отрицательное воздействие на орган слуха называется... токсическое действие.

7. Наука, изучающая зависимость действия лекарственных веществ на организм от технологии изготовления, от природы лекарственных веществ, от природы вспомогательных веществ, от способа введения лекарства в организм, от возраста больного, от лекарственной формы называется...

8. Отрицательное воздействие лекарственного препарата на нервную систему называется... токсическим.

9. Устойчивость организма к действию лекарственного вещества называется...

10. Если лекарственное вещество воздействует на признак заболевания, то имеет место... лечение.

11. Действие, которое развивается, как следствие прямого, называется... действие.

12. Водное извлечение из твердых частей растений называется...

По вертикали:

1. Комплекс приятных ощущений на фоне приема наркотиков называется...

4. Процессы всасывания, распределения и превращения лекарственных веществ в организме изучает....

8. Отрицательное воздействие лекарственного вещества на почки называется... токсическим.

13. На фоне воздержания от наркотиков человек переживает комплекс ощущений психического и физического характера, который называется....

14. Вредное воздействие лекарственного вещества на защитные системы организма называется... токсическим.

15. Синтез чего-либо в организме называется...

16. Всасывание лекарственных веществ называется...

17. При нарушениях функции печени и почек может иметь место...

18. Вредное воздействие лекарственного вещества на печень называется... токсическим.

19. Сборник обязательных общегосударственных стандартов и положений, нормирующих качество лекарственных средств, называется...

20. Совокупность химических реакций в организме называется...

21. Заболевания по вине медицинского работника называются... заболевания.

22. Влияние лекарственного вещества на потомство, приводящее к уродствам, называется... генное действие.

23. Водное извлечение из лекарственного растительного сырья называется...

24. Для приготовления свечей используется масло...

25. Если лекарственное вещество воздействует на причину заболевания, то имеет место... лечение.

Задание на дом:

Подготовьтесь к контролю знаний по перечисленным понятиям.

1.  Государственная Фармакопея

2.  Фармакокинетика

3.  Фармакодинамика

4.  Биотрансформация, метаболизм

5.  Анаболизм

6.  Катаболизм

7.  Механизм действия

8.  Энтеральные пути введения

9.  Парентеральные пути введения

10.  Резорбция

11.  Кумуляция

12. Виды взаимодействия лекарств с организмом: местное, резорбтивное, рефлекторное

13. Виды действия лекарств: основное, побочное (гепатотоксическое, нефротоксическое, иммунотоксическое, нейротоксическое, ототоксическое, фетотоксическое или эмбриотоксическое, тератогенное, ульцерогенное, канцерогенное), прямое, косвенное

14. Виды лечения: этиотропное, симптоматическое, патогенетическое, комбинированное, заместительная терапия

15. Виды доз: разовые, высшие разовые, суточные, высшие суточные, курсовые, ударные, токсические, летальные

12.  Широта терапевтического действия

13.  Повышенная чувствительность: идиосинкразия, сенсибилизация

14.  Пониженная чувствительность или устойчивость или толерантность

15.  Тахифилаксия или быстрое привыкание

16.  Синергизм

17.  Антагонизм

18.  Пристрастие

19.  Эйфория

20.  Абстиненция

21.  Ятрогенные заболевания

22.  Аддиция

23.  Понятия о лекарственных веществах из групп «Venena» и «Heroica»

24.  Элиминация

ТЕМА «СОЛЕВЫЕ И ПЛАЗМОЗАМЕНЯЮЩИЕ РАСТВОРЫ.

ПРЕПАРАТЫ ГЛЮКОЗЫ»

Дата__________

Практическое занятие № ______

Задание №1.

Заполните таблицу:

Названия препаратов

(русское и латинское)

Показания к применению

и обоснование

Натрий

Глауберова соль или натрия сульфат

Natrii sulfas

Запоры, потому что проявляет слабительный эффект;

отравления, ________________________

___________________________________

___________________________________

Калий

Сердечные аритмии,_________________

___________________________________

вместе с калийнесберегающими

диуретиками, для компенсации потери

калия, т. к. его потеря приведёт к _______

___________________________________

Кальций

Судороги, тетании,___________________

____________________________________

кровотечения,________________________

____________________________________

воспалительные и аллергические заболевания,_________________________

____________________________________

остеопороз, остеомаляция, рахит,

____________________________________

климакс,_____________________________

____________________________________

беременность,________________________

Глюкоза

Интоксикация,_______________________

____________________________________

____________________________________

гипогликемическая кома,______________

____________________________________

истощение,__________________________

____________________________________

Задание №2.

Вместо точек напишите соответствующую информацию.

1.  Гипертонические растворы Na хлорида имеют концентрацию.............. .

2.  Гипертонические растворы глюкозы имеют концентрацию................... .

3.  Гипертонический раствор кальция хлорида имеет концентрацию......... .

4.  Гипертонические растворы нельзя вводить................. , потому что это

приведет к.................................... по причине................................................ ..

5. В/в нельзя вводить........................ и............................. …………………., потому что это может вызвать................................ …………или.......... …………………..

6. Препараты глюкозы применяют при интоксикациях или.................... ..,

потому что глюкоза стимулирует....................................... функцию печени.

7. Препараты кальция назначают при воспалительных и аллергических заболеваниях, потому что кальций …………………………….проницаемость

клеточных мембран.

8. Калий и кальций по отношению к сердечной деятельности являются ……….., т. к. калий сердечную деятельность, а кальций …………………………………………………………….............................

9.  Физиологический или изотонический растворы NaCl и глюкозы имеют концентрации.

10.  Препараты плазмозаменителей назначают при дегидратации или ……. для восполнения потерянной жидкости или…………………………………………………………………………..

11. Английскую соль назначают так же как и глауберову при отравлениях,

потому что эти средства относятся к …………………………………………..

слабительным и уменьшают.................................... или всасывание ядов в ЖКТ.

12. Недостаток кальция в костях приводит к таким патологическим состояниям как……………………,……………….,………………………………

Задание №3.

Дайте определение понятиям

Дегидратация – это

Регидратация это

Гипогликемическая кома – это

Гипотензивное действие – это

Гипертония – это

Геморрагия – это

Заместительная терапия – это

Задание №4

Заполните таблицу:

Препараты

магния

Энтеральное введение

Парентеральное введение

эффекты

Показания к

применению

эффекты

Показания к

применению

Magnesii sulfas seu

………………………………………….

Solutio Magnesii sulfatis 25%

Задание №5

Решите задачи:

1. Объясните необходимость применения гипертонических растворов натрия хлорида при фурункулах, абсцессах.

2.Препараты кальция назначают женщинам при климаксе. Объясните необходимость данных назначений.

3. Больным гипертонией назначают мочегонные средства. Если препарат не калийсберегающий, то обязательно применение препаратов калия. Что произойдёт, если не соблюдать это условие?

4. Почему человеку с диагнозом гастрит или язва желудка противопоказано назначение соды при изжоге?

Задание на дом:

Подготовьтесь к контролю знаний по теме, в соответствии с теоретическим минимумом.

1.  Физиологическая роль ионов Na в организме. Гормон, регулирующий обмен натрия, его эффекты.

2.  Препараты натрия, их синонимы, механизмы действия, показания к применению.

3.  Физиологическая роль ионов калия. Гормон, регулирующий обмен калия, его эффекты.

4.  Препараты калия, показания к применению.

5.  Физиологическое значение кальция, гормоны и витамин, влияющие на обмен кальция. Препараты кальция, пути введения в организм, показания к применению.

6.  Коррекция ошибочного внутримышечного введения раствора хлористого кальция 10%.

7.  Терапевтические эффекты магния в зависимости от путей введения в организм и показания к применению.

8.  Препараты магния, их синонимы, пути введения в организм, возможные осложнения при внутривенном введении раствора магния сульфата 25%.

9.  Физиологическая роль глюкозы. Гормоны, регулирующие ее содержание в крови.

10.  Препараты глюкозы, их симптомы, показания к применению, пути введения в организм.

11.  Препараты кровезаменителей, показания к применению, пути введения в организм.

ТЕМА «ПРОТИВОМИКРОБНЫЕ СРЕДСТВА»

АНТИСЕПТИКИ И ДЕЗИНФИЦИРУЮЩИЕ СРЕДСТВА

Дата__________

Практическое занятие № ______

Задание №1.

Вместо точек впишите соответствующие слова или определения.

1. Противомикробные средства это средства, которые оказывают..........

воздействие на………………………………………………………………………

2. Антисептики применяются для воздействия на микроорганизмы, находящиеся на……………………………………………………………………………...........

3. Дез. средства применяются для воздействия на микроорганизмы, находящиеся в ……………………………………………...и применяются для обработки ………………………………………………….…………, а также для обработки выделений больных таких как ………………………………………………………………………………………

4. Химиотерапевтические средства применяются для воздействия на микроорганизмы, находящиеся в.......................................................................................... …….

……………………………………………………………………………………………...

5. Перекись водорода применяется для обработки ран, потому что она образует большое количество, который и очищает рану путем, а также пена уменьшает..........................................................................................................

6. К антисептикам - красителям относятся........................................

................................................................ , риванол seu....................................

7. Калия перманганат относится к группе....................... и применяется для ……………………………………………………………………………………

8. Препараты антисептики из группы галогенов это................................

………………………………………………………………………………………

9. К препаратам антисептикам из группы соли тяжелых металлов относятся препараты: ртути-……………………………………………………

серебра-............................... ……..…, висмута-........... ……………………….

цинка и меди-........ ………………………………………………………………

10. Асептика - это ряд мероприятий, направленных на предупреждение ……………………………………………………………………………………..

11. Антисептики из группы кислоты и щелочи это…………………………………………………………………………………

12. Спирт этиловый применяется для обработки инструментов в концентрации …….., для обработки кожи ……………., для растираний взрослых…………………………., детей ………………………………………

13. Антисептики - мыла по-другому называются………………………………….

14. Рабочие растворы антисептиков получают путем разведения концентратов или ………………………….. растворов, например растворы перекиси водорода разведенные получают из раствора перекиси водорода концентрированного seu……………………………………………………….

15. Противомикробное действие бывает двух видов: ............................. -

это задержка............................... микробов; ....................................... - это

нарушение синтеза................................ , который приведет к........................

микроорганизмов.

Задание № 2

Рабочие растворы антисептиков получают путем разведения концентратов. Допишите формулу для расчета количества концентрированного раствора (матричного). Формула разведения растворов.

?х?

V= ———

?

Задание №3

Решите задачи, используя формулу разведения растворов.

1.  Приготовьте из 10% раствора аммиака 1 литр его 0,5% раствора.

2.  Приготовьте из 50% раствора хлористого кальция 300 мл 10% раствора.

3.  Приготовьте из 34% пергидроля 250 мл его 6% раствора.

4.  Приготовьте 600 мл 10% раствора магния сульфата из 25% раствора.

5.  Приготовьте 5 мл 0,5% раствора новокаина из 2% раствора.

Для решения задач, необходимо ответить на следующие вопросы:

а) сколько мл матричного раствор необходимо взять для получения разведенного раствора? Укажите конкретно название матричного раствора и его концентрацию.

б) сколько необходимо взять мл воды для разведения концентрата?

в) сколько мл какого раствора и какой концентрации Вы получите?

Задание № 4.

Напишите по латыни названия следующих антисептиков

Раствор нашатырного спирта_________________________________________

Спирт этиловый____________________________________________________

Раствор бриллиантового зеленого_______________________________________

Раствор йода 5% спиртовой___________________________________________

Раствор калия перманганата__________________________________________

Раствор перекиси водорода концентрированный или пергидроль__________________________________________________________

Раствор кислоты салициловой 2% спиртовой__________________________________________________________Деготь березовый___________________________________________________

Ихтиол____________________________________________________________

Этакридина лактат или риванол________________________________________

Нитрат серебра_____________________________________________________

Сульфат меди_______________________________________________________

Задание на дом:

Подготовьтесь к контролю знаний по теме в соответствии с теоретическим минимумом

1.  Что такое антисептики?

2.  Что такое дез. средства?

3.  Отличия группы антисептиков от химиотерапевтических средств.

4.  Классификация антисептиков.

5.  Препараты, синонимы, показания к применению, пути введения в организм антисептиков из групп:

галогены,

производные ароматического ряда,

производные алифатического ряда,

красители,

окислители,

кислоты, щелочи,

детергенты,

соли тяжелых металлов

6.  Для приготовления рабочих растворов антисептиков (менее концентрированных) из матричных растворов (более концентрированных - концентратов) необходимо производить расчеты по формуле?

7.  Виды противомикробного действия, спектры действия противомикробных средств.

8.  Механизмы бактериостатического и бактерицидного действий.

ТЕМА «ПРОТИВОМИКРОБНЫЕ СРЕДСТВА»

АНТИБИОТИКИ

Дата__________

Практическое занятие №______

Задание № 1.

1. Антибиотики относятся к группе..................................... средств.

2. От антисептиков антибиотики отличаются...................... действия, т. е. имеют определенный…………….. действия: действующие на ………………………….микрофлору, на....................................... ………….. микрофлору и широкого спектра действия.

3. К побочным действиям антибиотикотерапии относится.................... или нарушение состава естественной микрофлоры кишечника, который лечится ……………………….терапией в частности бактериальными препаратами..

4. Естественная микрофлора кишечника имеет физиологические функции, такие как подавление ………………….. и участие в синтезе …………………………….. Поэтому на фоне дисбактериоза будут прогрессировать ………………поражения слизистых оболочек или кандидозы. Для компенсации этого побочного действия параллельно с антибиотиками назначают противо………………….средства, такие как ……………………………………Кроме того дисбактериоз будет сопровождаться ……………………B, который лечится заместительной терапией - поливитаминными препаратами.

5. Наиболее частым побочным эффектом антибиотикотерапии является аллергия, при которой назначаются противо…………………средства или………………………такие как………………………………………..

6. Стандартное разведение антибиотиков............... ЕД………. мл или …………..гр. -…………..мл.

7. Полусинтетические пенициллины по сравнению с природными могут применяться ………………, потому что они устойчивы к действию ………………………………………………желудочного сока.

8. Ото - и нефротоксичностью обладают антибиотики из группы……………………….., кроветворение угнетает……………..ряд антибиотиков, хондротоксичностью обладают …………………., чаще всего аллергию вызывают антибиотики из группы……………………..

9. При несоблюдении интервалов между приемом антибиотиков или при длительном лечении одним и тем же препаратом развивается …………………………микроорганизмов или …………………………к действию лекарственных препаратов.

10. Энтеральное применение ампициллина на сегодняшний день является морально устаревшим, т. к. он имеет самый высокий показатель ………………, препарат………………………вызывает дисбактериоз только в ……%, т. к ……..% его всасывается в желудке, и он практически не попадает в кишечник и не угнетает естественную микрофлору.

Задание № 2.

Заполните таблицу:

Группа антибиотиков:

препараты

(их синонимы)

Показания к применению

Побочные эффекты

Пенициллины:……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Макролиды:

………………………………………………………………………………………………………………………

Аминогликозиды:

………………………………………………………………………………………………………………………

Левомицетины:

………………………………………………

Цефалоспорины:

……………………………………………………………………………………………………………………..................................................................................

Тетрациклины:

……………………………………………………………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Задание № 3.

Решите задачи:

1. Сколько мл 0,5% раствора новокаина потребуется для разведения (растворения) сухого порошка антибиотика во флаконе дозой (А),

и сколько мл полученного раствора антибиотика Вы введете больному инъекционно в соответствии с назначением врача (Б)?

А Б

5000000 ЕД 0,25 грамм

1500000 ЕД 0,5 грамм

2000000 ЕД 500000 ЕД

1 грамм 600000 ЕД

0,5 грамм 0,1 грамм

Задание № 4.

Ребенок весит 4 кг. На 1 кг веса для лечения необходимо 150000 ЕД антибиотика. Антибиотик разводится 0,5% новокаином. У Вас антибиотик в виде сухого порошка в стерильном флаконе активностью 1 грамм. Ответить на вопросы:

1.  сколько антибиотика необходимо для лечения ребенка в ЕД?

2.  сколько мл 0,5% новокаина необходимо для получения раствора антибиотика?

3.  сколько мл раствора антибиотика Вы получите, и сколько введете ребенку инъекционно в соответствии с лечебной дозой?

Задание № 5.

Заполните схему:

лечение лечение

Леворин,…….. ……. ………. вит. группы…..

 

лечение

……… лактобактерин,………,

…………………………

Наиболее частые

осложнения

антибиотикотерапии

лечение

……… димедрол,……………..

………………………….

Задание № 6.

Дайте определение понятий:

Кандидоз – это ____________________________________________________

Резистентность – это________________________________________________

Дисбактериоз – это _________________________________________________

Гиповитаминоз – это _______________________________________________

Пенициллиназа, цефалоспориназа., (3-лактамаза, цефтозидимаза – это__________________________________________________________________

Фотосенсибилизация – это__________________________________________

Пробиотики – это________________________________________________

Пребиотики – это________________________________________________

Симбиотики – это_________________________________________________

Задание на дом:

Подготовьте к контролю знаний по теме в соответствии с теоретическим минимумом:

1.  Характерные отличия химиотерапевтических средств от группы антисептиков.

2.  Понятие антибиоза.

3.  Механизм бактериостатического действия антибиотиков.

4.  Механизм бактерицидного действия антибиотиков.

5.  Спектры противомикробного действия антибиотиков.

6.  Препараты группы пенициллинов и пути их введения в организм с обоснованием.

7.  Стандартное разведение антибиотиков.

8.  Положительные свойства полусинтетических антибиотиков.

9.  Препараты из группы полусинтетических пенициллинов.

10.  Сравнительная характеристика ампициллина и амоксициллина по показателю дисбактериоза.

11.  Препараты цефалоспоринов, показания к их применению.

12.  Препараты из группы макролидов, их синонимы, показания к применению.

13.  Антибиотики из группы аминогликозидов, показания к их применению, побочные эффекты.

14.  Антибиотики тетрациклинового ряда, пути их введения в организм, показания к применению, побочные эффекты.

15.  Антибиотики из группы левомицетина, их пути введения в организм, показания к применению, побочные эффекты.

16.  Достоинства, которыми обладают антибиотики полимексиды.

17.  Меры по профилактике и компенсации осложнений антибиотикотерапии такие как: аллергические реакции, гиповитаминоз В, кандидомикоз, дисбактериоз.

18.  Понятия о препаратах пре-, про - и симбиотиках и примеры таких препаратов.

ТЕМА «ПРОТИВОМИКРОБНЫЕ СРЕДСТВА»

СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПРОТИВОМИКРОБНЫЕ СРЕДСТВА

Дата__________

Практическое занятие №______

Задание №1.

Вместо точек впишите соответствующие слова или определения

1. Сульфаниламидные препараты на микроорганизмы оказывают ………………..действие, т. е. задерживают их…………и…………………

2. Механизм действия сульфаниламидов заключается в их........................... действии с парааминобензойной кислотой, которая является фактором …………………….микробных клеток.

3. Из побочных действий у сульфаниламидов необходимо учитывать их способность угнетать………………………, а также ……………токсичность, которая объясняется их ……………………..в………………… среде желудка. 4. (Сульфаниламидная почка», это последствия механического повреждения кристаллами сульфаниламидов сосудистого аппарата почек и появление в моче ………………………..или ……………………………

5.  Для компенсации нефротоксичности прием сульфаниламидов должен сочетаться с обильным........................................................................ питьем.

6 Прием сульфаниламидов не рационально сочетать с............................ продуктами, с препаратами содержащими витамины... и... ,имеющими синонимы кислота …………………….и кислота........................................................................Производные фторхинолона имеют …………..токсичность, поэтому их нежелательно применять.................................................................................

8. Прием сульфаниламидов часто начинают с............... доз, для создания ……………..противомикробной концентрации, а затем принимаются .....................................................дозами.

Задание № 2

Закончите биохимическую схему роста и размножения микробных клеток

ПАБК фолиевая кислота или………… дигидрофолиевая

…………………………………

тетрагидрофолиевая ………..

…………………………………

Как будет выглядеть данная схема после приёма сульфаниламидов? Нарисуйте.

Задание № 3.

Заполните таблицу:

Группа противомикробных

средств: препараты(синонимы)

Показания

к применению

Побочные э

ффекты

Препараты фторхинолона:

Препараты нафтиридина:

Препараты 8-оксихинолина:

Сульфаниламиды:

Задание № 4

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8

МЕТАБОЛИЗМ

Содержание статьи

МЕТАБОЛИЗМ, или обмен веществ, химические превращения, протекающие от момента поступления питательных веществ в живой организм до момента, когда конечные продукты этих превращений выделяются во внешнюю среду. К метаболизму относятся все реакции, в результате которых строятся структурные элементы клеток и тканей, и процессы, в которых из содержащихся в клетках веществ извлекается энергия. Иногда для удобства рассматривают по отдельности две стороны метаболизма – анаболизм и катаболизм, т.е. процессы созидания органических веществ и процессы их разрушения. Анаболические процессы обычно связаны с затратой энергии и приводят к образованию сложных молекул из более простых, катаболические же сопровождаются высвобождением энергии и заканчиваются образованием таких конечных продуктов (отходов) метаболизма, как мочевина, диоксид углерода, аммиак и вода.

Термин «обмен веществ» вошел в повседневную жизнь с тех пор, как врачи стали связывать избыточный или недостаточный вес, чрезмерную нервозность или, наоборот, вялость больного с повышенным или пониженным обменом. Для суждения об интенсивности метаболизма ставят тест на «основной обмен». Основной обмен – это показатель способности организма вырабатывать энергию. Тест проводят натощак в состоянии покоя; измеряют поглощение кислорода (О2) и выделение диоксида углерода (СО2). Сопоставляя эти величины, определяют, насколько полно организм использует («сжигает») питательные вещества. На интенсивность метаболизма влияют гормоны щитовидной железы, поэтому врачи при диагностике заболеваний, связанных с нарушениями обмена, в последнее время все чаще измеряют уровень этих гормонов в крови. См. также ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА.

Методы исследования.

При изучении метаболизма какого-нибудь одного из питательных веществ прослеживают все его превращения от той формы, в какой оно поступает в организм, до конечных продуктов, выводимых из организма. В таких исследованиях применяется крайне разнообразный набор биохимических методов.

Использование интактных животных или органов.

Животному вводят изучаемое соединение, а затем в его моче и экскрементах определяют возможные продукты превращений (метаболиты) этого вещества. Более определенную информацию можно получить, исследуя метаболизм определенного органа, например печени или мозга. В этих случаях вещество вводят в соответствующий кровеносный сосуд, а метаболиты определяют в крови, оттекающей от данного органа.

Поскольку такого рода процедуры сопряжены с большими трудностями, часто для исследования используют тонкие срезы органов. Их инкубируют при комнатной температуре или при температуре тела в растворах с добавкой того вещества, метаболизм которого изучают. Клетки в таких препаратах не повреждены, и так как срезы очень тонкие, вещество легко проникает в клетки и легко выходит из них. Иногда затруднения возникают из-за слишком медленного прохождения вещества сквозь клеточные мембраны. В этих случаях ткани измельчают, чтобы разрушить мембраны, и с изучаемым веществом инкубируют клеточную кашицу. Именно в таких опытах было показано, что все живые клетки окисляют глюкозу до СО2 и воды и что только ткань печени способна синтезировать мочевину.

Использование клеток.

Даже клетки представляют собой очень сложно организованные системы. В них имеется ядро, а в окружающей его цитоплазме находятся более мелкие тельца, т.н. органеллы, различных размеров и консистенции. С помощью соответствующей методики ткань можно «гомогенизировать», а затем подвергнуть дифференциальному центрифугированию (разделению) и получить препараты, содержащие только митохондрии, только микросомы или прозрачную жидкость – цитоплазму. Эти препараты можно по отдельности инкубировать с тем соединением, метаболизм которого изучается, и таким путем установить, какие именно субклеточные структуры участвуют в его последовательных превращениях. Известны случаи, когда начальная реакция протекает в цитоплазме, ее продукт подвергается превращению в микросомах, а продукт этого превращения вступает в новую реакцию уже в митохондриях. Инкубация изучаемого вещества с живыми клетками или с гомогенатом ткани обычно не выявляет отдельные этапы его метаболизма, и только последовательные эксперименты, в которых для инкубации используются те или иные субклеточные структуры, позволяют понять всю цепочку событий.

Использование радиоактивных изотопов.

Для изучения метаболизма какого-либо вещества необходимы: 1) соответствующие аналитические методы для определения этого вещества и его метаболитов; и 2) методы, позволяющие отличать добавленное вещество от того же вещества, уже присутствующего в данном биологическом препарате. Эти требования служили главным препятствием при изучении метаболизма до тех пор, пока не были открыты радиоактивные изотопы элементов и в первую очередь радиоактивный углерод 14C. С появлением соединений, «меченных» 14C, а также приборов для измерения слабой радиоактивности эти трудности были преодолены. Если к биологическому препарату, например к суспензии митохондрий, добавляют меченную 14C жирную кислоту, то никаких специальных анализов для определения продуктов ее превращений не требуется; чтобы оценить скорость ее использования, достаточно просто измерять радиоактивность последовательно получаемых митохондриальных фракций. Эта же методика позволяет легко отличать молекулы радиоактивной жирной кислоты, введенной экспериментатором, от молекул жирной кислоты, уже присутствовавших в митохондриях к началу эксперимента.

Хроматография и электрофорез.

В дополнение к вышеупомянутым требованиям биохимику необходимы и методы, позволяющие разделять смеси, состоящие из малых количеств органических веществ. Важнейший из них – хроматография, в основе которой лежит феномен адсорбции. Разделение компонентов смеси проводят при этом либо на бумаге, либо путем адсорбции на сорбенте, которым заполняют колонки (длинные стеклянные трубки), с последующей постепенной элюцией (вымыванием) каждого из компонентов.

Разделение методом электрофореза зависит от знака и числа зарядов ионизированных молекул. Электрофорез проводят на бумаге или на каком-нибудь инертном (неактивном) носителе, таком, как крахмал, целлюлоза или каучук.

Высокочувствительный и эффективный метод разделения – газовая хроматография. Им пользуются в тех случаях, когда подлежащие разделению вещества находятся в газообразном состоянии или могут быть в него переведены.

Выделение ферментов.

Последнее место в описываемом ряду – животное, орган, тканевой срез, гомогенат и фракция клеточных органелл – занимает фермент, способный катализировать определенную химическую реакцию. Выделение ферментов в очищенном виде – важный раздел в изучении метаболизма.

Сочетание перечисленных методов позволило проследить главные метаболические пути у большей части организмов (в том числе у человека), установить, где именно эти различные процессы протекают, и выяснить последовательные этапы главных метаболических путей. К настоящему времени известны тысячи отдельных биохимических реакций, изучены участвующие в них ферменты.

Клеточный метаболизм.

Живая клетка – это высокоорганизованная система. В ней имеются различные структуры, а также ферменты, способные их разрушить. Содержатся в ней и крупные макромолекулы, которые могут распадаться на более мелкие компоненты в результате гидролиза (расщепления под действием воды). В клетке обычно много калия и очень мало натрия, хотя клетка существует в среде, где натрия много, а калия относительно мало, и клеточная мембрана легко проницаема для обоих ионов. Следовательно, клетка – это химическая система, весьма далекая от равновесия. Равновесие наступает только в процессе посмертного автолиза (самопереваривания под действием собственных ферментов).

Потребность в энергии.

Чтобы удержать систему в состоянии, далеком от химического равновесия, требуется производить работу, а для этого необходима энергия. Получение этой энергии и выполнение этой работы – непременное условие для того, чтобы клетка оставалась в своем стационарном (нормальном) состоянии, далеком от равновесия. Одновременно в ней выполняется и иная работа, связанная со взаимодействием со средой, например: в мышечных клетках – сокращение; в нервных клетках – проведение нервного импульса; в клетках почек – образование мочи, значительно отличающейся по своему составу от плазмы крови; в специализированных клетках желудочно-кишечного тракта – синтез и выделение пищеварительных ферментов; в клетках эндокринных желез – секреция гормонов; в клетках светляков – свечение; в клетках некоторых рыб – генерирование электрических разрядов и т.д.

Источники энергии.

В любом из перечисленных выше примеров непосредственным источником энергии, которую клетка использует для производства работы, служит энергия, заключенная в структуре аденозинтрифосфата (АТФ). В силу особенностей своей структуры это соединение богато энергией, и разрыв связей между его фосфатными группами может происходить таким образом, что высвобождающаяся энергия используется для производства работы. Однако энергия не может стать доступной для клетки при простом гидролитическом разрыве фосфатных связей АТФ: в этом случае она расходуется впустую, выделяясь в виде тепла. Процесс должен состоять из двух последовательных этапов, в каждом из которых участвует промежуточный продукт, обозначенный здесь X–Ф (в приведенных уравнениях X и Y означают два разных органических вещества; Ф – фосфат; АДФ – аденозиндифосфат):

Поскольку практически для любого проявления жизнедеятельности клеток необходим АТФ, неудивительно, что метаболическая активность живых клеток направлена в первую очередь на синтез АТФ. Этой цели служат различные сложные последовательности реакций, в которых используется потенциальная химическая энергия, заключенная в молекулах углеводов и жиров (липидов).

МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ И ЛИПИДОВ

Синтез АТФ.

Анаэробный (без участия кислорода). Главная роль углеводов и липидов в клеточном метаболизме состоит в том, что их расщепление на более простые соединения обеспечивает синтез АТФ. Несомненно, что те же процессы протекали и в первых, самых примитивных клетках. Однако в атмосфере, лишенной кислорода, полное окисление углеводов и жиров до CO2 было невозможно. У этих примитивных клеток имелись все же механизмы, с помощью которых перестройка структуры молекулы глюкозы обеспечивала синтез небольших количеств АТФ. Речь идет о процессах, которые у микроорганизмов называют брожением. Лучше всего изучено сбраживание глюкозы до этилового спирта и CO2 у дрожжей.

В ходе 11 последовательных реакций, необходимых для того, чтобы завершилось это превращение, образуется ряд промежуточных продуктов, представляющих собой эфиры фосфорной кислоты (фосфаты). Их фосфатная группа переносится на аденозиндифосфат (АДФ) с образованием АТФ. Чистый выход АТФ составляет 2 молекулы АТФ на каждую молекулу глюкозы, расщепленную в процессе брожения. Аналогичные процессы происходят во всех живых клетках; поскольку они поставляют необходимую для жизнедеятельности энергию, их иногда (не вполне корректно) называют анаэробным дыханием клеток.

У млекопитающих, в том числе у человека, такой процесс называется гликолизом и его конечным продуктом является молочная кислота, а не спирт и CO2. Вся последовательность реакций гликолиза, за исключением двух последних этапов, полностью идентична процессу, протекающему в дрожжевых клетках.

Аэробный (с использованием кислорода). С появлением в атмосфере кислорода, источником которого послужил, очевидно, фотосинтез растений, в ходе эволюции развился механизм, обеспечивающий полное окисление глюкозы до CO2 и воды, – аэробный процесс, в котором чистый выход АТФ составляет 38 молекул АТФ на каждую окисленную молекулу глюкозы. Этот процесс потребления клетками кислорода для образования богатых энергией соединений известен как клеточное дыхание (аэробное). В отличие от анаэробного процесса, осуществляемого ферментами цитоплазмы, окислительные процессы протекают в митохондриях. В митохондриях пировиноградная кислота – промежуточный продукт, образовавшийся в анаэробной фазе – окисляется до СО2 в шести последовательных реакциях, в каждой из которых пара электронов переносится на общий акцептор – кофермент никотинамидадениндинуклеотид (НАД). Эту последовательность реакций называют циклом трикарбоновых кислот, циклом лимонной кислоты или циклом Кребса. Из каждой молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пировиноградной кислоты; 12 пар электронов отщепляется от молекулы глюкозы в ходе ее окисления, описываемого уравнением:

Перенос электронов.

В каждой митохондрии имеется механизм, посредством которого восстановленный НАД (НАДЧН, где Н – водород), образовавшийся в цикле трикарбоновых кислот, передает свою пару электронов кислороду. Перенос, однако, не происходит напрямую. Электроны как бы передаются «из рук в руки» и, лишь пройдя цепь переносчиков, присоединяются к кислороду. Эта «цепь переноса электронов» состоит из следующих компонентов:

НАДНЧН ® Флавинадениндинклеотид ® Кофермент Q ®

® Цитохром b ® Цитохром c ® Цитохром a ® O2

Все компоненты этой системы, находящиеся в митохондриях, фиксированы в пространстве и сцеплены друг с другом. Такое их состояние облегчает перенос электронов.

В состав НАД входит никотиновая кислота (витамин ниацин), а в состав флавинадениндинуклеотида – рибофлавин (витамин B2). Кофермент Q представляет собой высокомолекулярный хинон, синтезируемый в печени, а цитохромы – это три разных белка, каждый из которых, подобно гемоглобину, содержит гемогруппу.

В цепи переноса электронов на каждую пару электронов, перенесенную от НАДЧН на O2, синтезируется 3 молекулы АТФ. Поскольку от каждой молекулы глюкозы отщепляются и передаются молекулам НАД 12 пар электронов, в общей сложности на каждую молекулу глюкозы образуется 3ґ12 = 36 молекул АТФ. Этот процесс образования АТФ в ходе окисления называется окислительным фосфорилированием.

Липиды как источник энергии.

Жирные кислоты могут использоваться в качестве источника энергии приблизительно так же, как и углеводы. Окисление жирных кислот протекает путем последовательного отщепления от молекулы жирной кислоты двууглеродного фрагмента с образованием ацетилкофермента A (ацетил-КоА) и одновременной передачей двух пар электронов в цепь переноса электронов. Образовавшийся ацетил-КоА – нормальный компонент цикла трикарбоновых кислот, и в дальнейшем его судьба не отличается от судьбы ацетил-КоА, поставляемого углеводным обменом. Таким образом, механизмы синтеза АТФ при окислении как жирных кислот, так и метаболитов глюкозы практически одинаковы.

Если организм животного получает энергию почти целиком за счет одного только окисления жирных кислот, а это бывает, например, при голодании или при сахарном диабете, то скорость образования ацетил-КоА превышает скорость его окисления в цикле трикарбоновых кислот. В этом случае лишние молекулы ацетил-КоА реагируют друг с другом, в результате чего образуются в конечном счете ацетоуксусная и b-гидроксимасляная кислоты. Их накопление является причиной патологического состояния, т.н. кетоза (одного из видов ацидоза), который при тяжелом диабете может вызвать кому и смерть.

Запасание энергии.

Животные питаются нерегулярно, и их организму нужно как-то запасать заключенную в пище энергию, источником которой являются поглощенные животным углеводы и жиры. Жирные кислоты могут запасаться в виде нейтральных жиров либо в печени, либо в жировой ткани. Углеводы, поступая в большом количестве, в желудочно-кишечном тракте гидролизуются до глюкозы или иных сахаров, которые затем в печени превращаются в ту же глюкозу. Здесь из глюкозы синтезируется гигантский полимер гликоген путем присоединения друг к другу остатков глюкозы с отщеплением молекул воды (число остатков глюкозы в молекулах гликогена доходит до 30 000). Когда возникает потребность в энергии, гликоген вновь распадается до глюкозы в реакции, продуктом которой является глюкозофосфат. Этот глюкозофосфат направляется на путь гликолиза – процесса, составляющего часть пути окисления глюкозы. В печени глюкозофосфат может также подвергнуться гидролизу, и образующаяся глюкоза поступает в кровоток и доставляется кровью к клеткам в разных частях тела.

Синтез липидов из углеводов.

Если количество углеводов, поглощенных с пищей за один прием, больше того, какое может быть запасено в виде гликогена, то избыток углеводов превращается в жиры. 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 обычного процесса окисления жирных клеток. 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.

Метаболизм липидов.

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 (производные сложных спиртов) 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.

МЕТАБОЛИЗМ БЕЛКОВ

Синтез аминокислот.

Растения и большинство микроорганизмов могут жить и расти в среде, в которой для их питания имеются только минеральные вещества, диоксид углерода и вода. Это значит, что все обнаруживаемые в них органические вещества эти организмы синтезируют сами. Встречающиеся во всех живых клетках белки построены из 21 вида аминокислот, соединенных в различной последовательности. Аминокислоты синтезируются живыми организмами. В каждом случае ряд химических реакций приводит к образованию a-кетокислоты. Одна такая a-кетокислота, а именно a-кетоглутаровая (обычный компонент цикла трикарбоновых кислот), участвует в связывании азота по следующему уравнению:

a-Кетоглутаровая кислота + Nh4 + НАДЧН ®

® Глутаминовая кислота + НАД.

Азот глутаминовой кислоты может быть затем передан любой из других a-кетокислот с образованием соответствующей аминокислоты.

Организм человека и большинства других животных сохранил способность синтезировать все аминокислоты за исключением девяти т.н. незаменимых аминокислот. Поскольку кетокислоты, соответствующие этим девяти, не синтезируются, незаменимые аминокислоты должны поступать с пищей.

Синтез белков.

Аминокислоты нужны для биосинтеза белка. Процесс биосинтеза протекает обычно следующим образом. В цитоплазме клетки каждая аминокислота «активируется» в реакции с АТФ, а затем присоединяется к концевой группе молекулы рибонуклеиновой кислоты, специфичной именно для данной аминокислоты. Эта сложная молекула связывается с небольшим тельцем, т.н. рибосомой, в положении, определяемом более длинной молекулой рибонуклеиновой кислоты, прикрепленной к рибосоме. После того как все эти сложные молекулы соответствующим образом выстроились, связи между исходной аминокислотой и рибонуклеиновой кислотой разрываются и возникают связи между соседними аминокислотами – синтезируется специфичный белок. Процесс биосинтеза поставляет белки не только для роста организма или для секреции в среду. Все белки живых клеток со временем претерпевают распад до составляющих их аминокислот, и для поддержания жизни клетки должны синтезироваться вновь.

Синтез других азотсодержащих соединений.

В организме млекопитающих аминокислоты используются не только для биосинтеза белков, но и как исходный материал для синтеза многих азотсодержащих соединений. Аминокислота тирозин является предшественником гормонов адреналина и норадреналина. Простейшая аминокислота глицин служит исходным материалом для биосинтеза пуринов, входящих в состав нуклеиновых кислот, и порфиринов, входящих в состав цитохромов и гемоглобина. Аспарагиновая кислота – предшественник пиримидинов нуклеиновых кислот. Метильная группа метионина передается ряду других соединений в ходе биосинтеза креатина, холина и саркозина. При биосинтезе креатина от одного соединения к другому передается также и гуанидиновая группировка аргинина. Триптофан служит предшественником никотиновой кислоты, а из валина в растениях синтезируется такой витамин, как пантотеновая кислота. Все это лишь отдельные примеры использования аминокислот в процессах биосинтеза.

Азот, поглощаемый микроорганизмами и высшими растениями в виде иона аммония, расходуется почти целиком на образование аминокислот, из которых затем синтезируются многие азотсодержащие соединения живых клеток. Избыточных количеств азота ни растения, ни микроорганизмы не поглощают. В отличие от них, у животных количество поглощенного азота зависит от содержащихся в пище белков. Весь азот, поступивший в организм в виде аминокислот и не израсходованный в процессах биосинтеза, довольно быстро выводится из организма с мочой. Происходит это следующим образом. В печени неиспользованные аминокислоты передают свой азот a-кетоглутаровой кислоте с образованием глутаминовой кислоты, которая дезаминируется, высвобождая аммиак. Далее азот аммиака может либо на время запасаться путем синтеза глутамина, либо сразу же использоваться для синтеза мочевины, протекающего в печени.

У глутамина есть и другая роль. Он может подвергаться гидролизу в почках с высвобождением аммиака, который поступает в мочу в обмен на ионы натрия. Этот процесс крайне важен как средство поддержания кислотно-щелочного равновесия в организме животного. Почти весь аммиак, происходящий из аминокислот и, возможно, из других источников, превращается в печени в мочевину, так что свободного аммиака в крови обычно почти нет. Однако при некоторых условиях довольно значительные количества аммиака содержит моча. Этот аммиак образуется в почках из глутамина и переходит в мочу в обмен на ионы натрия, которые таким образом реадсорбируются и задерживаются в организме. Этот процесс усиливается при развитии ацидоза – состояния, при котором организм нуждается в дополнительных количествах катионов натрия для связывания избытка ионов бикарбоната в крови.

Избыточные количества пиримидинов тоже распадаются в печени через ряд реакций, в которых высвобождается аммиак. Что касается пуринов, то их избыток подвергается окислению с образованием мочевой кислоты, выделяющейся с мочой у человека и других приматов, но не у остальных млекопитающих. У птиц отсутствует механизм синтеза мочевины, и именно мочевая кислота, а не мочевина, является у них конечным продуктом обмена всех азотсодержащих соединений.

Нуклеиновые кислоты.

Структура и синтез этих азотсодержащих соединений подробно описаны в статье НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ.

ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕТАБОЛИЗМЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

Можно сформулировать некоторые общие понятия, или «правила», касающиеся метаболизма. Приведенные ниже несколько главных «правил» позволяют лучше понять, как протекает и регулируется метаболизм.

1. Метаболические пути необратимы. Распад никогда не идет по пути, который являлся бы простым обращением реакций синтеза. В нем участвуют другие ферменты и другие промежуточные продукты. Нередко противоположно направленные процессы протекают в разных отсеках клетки. Так, жирные кислоты синтезируются в цитоплазме при участии одного набора ферментов, а окисляются в митохондриях при участии совсем другого набора.

2. Ферментов в живых клетках достаточно для того, чтобы все известные метаболические реакции могли протекать гораздо быстрее, чем это обычно наблюдается в организме. Следовательно, в клетках существуют какие-то регуляторные механизмы. Открыты разные типы таких механизмов.

а) Фактором, ограничивающим скорость метаболических превращений данного вещества, может быть поступление этого вещества в клетку; именно на этот процесс в таком случае и направлена регуляция. Роль инсулина, например, связана с тем, что он, по-видимому, облегчает проникновение глюкозы во все клетки, глюкоза же подвергается превращениям с той скоростью, с какой она поступает. Сходным образом проникновение железа и кальция из кишечника в кровь зависит от процессов, скорость которых регулируется.

б) Вещества далеко не всегда могут свободно переходить из одного клеточного отсека в другой; есть данные, что внутриклеточный перенос регулируется некоторыми стероидными гормонами.

в) Выявлено два типа сервомеханизмов «отрицательной обратной связи».

У бактерий были обнаружены примеры того, что присутствие продукта какой-нибудь последовательности реакций, например аминокислоты, подавляет биосинтез одного из ферментов, необходимых для образования этой аминокислоты.

В каждом случае фермент, биосинтез которого оказывается затронутым, был ответствен за первый «определяющий» этап (на схеме реакция 4) метаболического пути, ведущего к синтезу данной аминокислоты.

Второй механизм хорошо изучен у млекопитающих. Это простое ингибирование конечным продуктом (в нашем случае – аминокислотой) фермента, ответственного за первый «определяющий» этап метаболического пути.

Еще один тип регулирования посредством обратной связи действует в тех случаях, когда окисление промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот сопряжено с образованием АТФ из АДФ и фосфата в процессе окислительного фосфорилирования. Если весь имеющийся в клетке запас фосфата и (или) АДФ уже исчерпан, то окисление приостанавливается и может возобновиться лишь после того, как этот запас вновь станет достаточным. Таким образом, окисление, смысл которого в том, чтобы поставлять полезную энергию в форме АТФ, происходит только тогда, когда возможен синтез АТФ.

3. В биосинтетических процессах участвует сравнительно небольшое число строительных блоков, каждый из которых используется для синтеза многих соединений. Среди них можно назвать ацетилкофермент А, глицерофосфат, глицин, карбамилфосфат, поставляющий карбамильную (h3N–CO–) группу, производные фолиевой кислоты, служащие источником гидроксиметильной и формильной групп, S-аденозилметионин – источник метильных групп, глутаминовую и аспарагиновую кислоты, поставляющие аминогруппы, и наконец, глутамин – источник амидных групп. Из этого относительно небольшого числа компонентов строятся все те разнообразные соединения, которые мы находим в живых организмах.

4. Простые органические соединения редко участвуют в метаболических реакциях непосредственно. Обычно они должны быть сначала «активированы» путем присоединения к одному из ряда соединений, универсально используемых в метаболизме. Глюкоза, например, может подвергнуться окислению лишь после того, как она будет этерифицирована фосфорной кислотой, для прочих же своих превращений она должна быть этерифицирована уридиндифосфатом. Жирные кислоты не могут быть вовлечены в метаболические превращения прежде, чем они образуют эфиры с коферментом А. Каждый из этих активаторов либо родствен одному из нуклеотидов, входящих в состав рибонуклеиновой кислоты, либо образуется из какого-нибудь витамина. Легко понять в связи с этим, почему витамины требуются в таких небольших количествах. Они расходуются на образование «коферментов», а каждая молекула кофермента на протяжении жизни организма используется многократно, в отличие от основных питательных веществ (например, глюкозы), каждая молекула которых используется только один раз.

В заключение следует сказать, что термин «метаболизм», означавший ранее нечто не более сложное, чем просто использование углеводов и жиров в организме, теперь применяется для обозначения тысяч ферментативных реакций, вся совокупность которых может быть представлена как огромная сеть метаболических путей, многократно пересекающихся (из-за наличия общих промежуточных продуктов) и управляемых очень тонкими регуляторными механизмами.

МЕТАБОЛИЗМ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Относительное содержание.

Различные элементы, встречающиеся в живых организмах, перечислены ниже в убывающем порядке в зависимости от их относительного содержания: 1) кислород, углерод, водород и азот; 2) кальций, фосфор, калий и сера; 3) натрий, хлор, магний и железо; 4) марганец, медь, молибден, селен, йод и цинк; 5) алюминий, фтор, кремний и литий; 6) бром, мышьяк, свинец и, возможно, некоторые другие.

Кислород, углерод, водород и азот – это те элементы, из которых построены мягкие ткани тела. Они входят в состав таких соединений, как углеводы, липиды, белки, вода, диоксид углерода и аммиак. Элементы, перечисленные в пп. 2 и 3, находятся в организме обычно в виде одного или нескольких неорганических соединений, а элементы пп. 4, 5 и 6 присутствуют только в следовых количествах и потому их называют микроэлементами.

Распределение в организме.

Кальций.

Кальций присутствует главным образом в костной ткани и в зубах, преимущественно в виде фосфата и в небольших количествах в виде карбоната и фторида. Поступающий с пищей кальций всасывается в основном в верхних отделах кишечника, имеющих слабокислую реакцию. Этому всасыванию (у человека здесь всасывается всего 20–30% кальция пищи) способствует витамин D. Под действием витамина D клетки кишечника вырабатывают особый белок, который связывает кальций и облегчает его перенос через стенку кишечника в кровь. На всасывание влияет также присутствие некоторых других веществ, в особенности фосфата и оксалата, которые в малых количествах способствуют всасыванию, а в больших, наоборот, подавляют его.

В крови около половины кальция связано с белком, остальное составляют ионы кальция. Соотношение ионизированной и неионизированной форм зависит от общей концентрации кальция в крови, а также от содержания белка и фосфата и концентрации водородных ионов (рН крови). Доля неионизированного кальция, на которую влияет уровень белка, позволяет косвенным образом судить о качестве питания и об эффективности работы печени, в которой идет синтез плазменных белков.

На количество ионизированного кальция влияют, с одной стороны, витамин D и факторы, воздействующие на всасывание, а с другой – паратиреоидный гормон и, возможно, также витамин D, поскольку оба эти вещества регулируют как скорость отложения кальция в костной ткани, так и его мобилизацию, т.е. вымывание из костей. Избыток паратиреоидного гормона стимулирует выход кальция из костной ткани, что приводит к повышению его концентрации в плазме. Изменяя скорости всасывания и экскреции кальция и фосфата, а также скорости образования костной ткани и ее разрушения, эти механизмы строго контролируют концентрацию кальция и фосфата в сыворотке крови. Ионы кальция играют регулирующую роль во многих физиологических процессах, в том числе в нервных реакциях, мышечном сокращении, свертывании крови. Выведение кальция из организма происходит в норме в основном (на 2/3) через желчь и кишечник и в меньшей степени (1/3) – через почки.

Фосфор.

Метаболизм фосфора – одного из главных компонентов костной ткани и зубов – во многом зависит от тех же факторов, что и метаболизм кальция. Фосфор в виде фосфата присутствует в организме также в сотнях различных физиологически важных органических эфиров. Паратиреоидный гормон стимулирует выведение фосфора с мочой и выход его из костной ткани; тем самым он регулирует концентрацию фосфора в плазме крови.

Натрий.

Натрий – главный катион внеклеточной жидкости – вместе с белком, хлоридом и бикарбонатом играет важнейшую роль в регулировании осмотического давления и pH (концентрации водородных ионов) крови. В клетках, напротив, содержится очень мало натрия, так как они обладают механизмом для выведения ионов натрия и удержания ионов калия. Весь натрий, превышающий потребности организма, очень быстро выводится через почки.

Поскольку во всех процессах выделения натрий теряется, он должен постоянно поступать в организм с пищей. При ацидозе, когда необходимо, чтобы из организма выводились большие количества анионов (например, хлорида или ацетоацетата), почки предотвращают чрезмерную потерю натрия благодаря образованию аммиака из глутамина. Выведение натрия через почки регулируется гормоном коры надпочечников альдостероном. Под действием этого гормона в кровь возвращается достаточно натрия для поддержания нормального осмотического давления и нормального объема внеклеточной жидкости.

Суточная потребность в хлористом натрии составляет 5–10 г. Эта величина возрастает при поглощении больших количеств жидкости, когда усиливается потоотделение и выделяется больше мочи.

Калий.

В отличие от натрия, калий содержится в клетках в больших количествах, но во внеклеточной жидкости его мало. Главная функция калия – регулирование внутриклеточного осмотического давления и поддержание кислотно-щелочного равновесия. Он также играет важную роль в проведении нервного импульса и во многих ферментных системах, в том числе и в тех, которые участвуют в мышечном сокращении. Калий широко распространен в природе, и его много в любой пище, так что спонтанно калиевая недостаточность возникнуть не может. В плазме концентрация калия регулируется альдостероном, стимулирующим его экскрецию с мочой.

Сера.

С пищей сера поступает в организм главным образом в составе двух аминокислот – цистина и метионина. На конечных этапах метаболизма этих аминокислот сера высвобождается и в результате окисления переводится в неорганическую форму. В составе цистина и метионина сера присутствует в структурных белках. Важную роль играет также сульфгидрильная (–SH) группа цистеина, от которой зависит активность многих ферментов.

Большая часть серы выводится с мочой в виде сульфата. Небольшое количество экскретируемого сульфата обычно связано с органическими соединениями типа фенолов.

Магний.

Метаболизм магния сходен с метаболизмом кальция, и в виде комплекса с фосфатом этот элемент тоже входит в состав костной ткани. Магний присутствует во всех живых клетках, где он функционирует как необходимый компонент многих ферментных систем; эта его роль была убедительно продемонстрирована на примере углеводного обмена в мышцах. Магний, как и калий, широко распространен, и вероятность возникновения его недостаточности очень мала.

Железо.

Железо входит в состав гемоглобина и других гемопротеинов, а именно миоглобина (мышечного гемоглобина), цитохромов (дыхательных ферментов) и каталазы, а также в состав некоторых ферментов, не содержащих гемогруппы. Всасывается железо в верхних отделах кишечника, причем это единственный элемент, всасывающийся только тогда, когда его запас в организме полностью исчерпан. В плазме железо транспортируется в соединении с белком (трансферрином). Через почки железо не выводится; избыток его накапливается в печени в соединении с особым белком (ферритином).

Микроэлементы.

У каждого микроэлемента, присутствующего в организме, своя особая функция, связанная с тем, что он стимулирует действие того или иного фермента или как-либо иначе на него влияет. Цинк необходим для кристаллизации инсулина; кроме того, он является компонентом карбоангидразы (фермента, участвующего в транспорте диоксида углерода) и некоторых других ферментов. Молибден и медь – тоже необходимые компоненты различных ферментов. Иод требуется для синтеза трииодтиронина, гормона щитовидной железы. Фтор (входящий в состав зубной эмали) способствует предотвращению кариеса.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТАБОЛИТОВ

Углеводы.

Всасывание.

Моносахариды, или простые сахара, высвобождающиеся при переваривании углеводов пищи, переходят из кишечника в кровоток в результате процесса, называемого всасыванием. Механизм всасывания представляет собой сочетание простой диффузии и химической реакции (активного всасывания). Одна из гипотез, касающихся природы химической фазы процесса, предполагает, что в этой фазе моносахариды соединяются с фосфорной кислотой в реакции, катализируемой ферментом из группы киназ, после чего проникают в кровеносные сосуды и здесь высвобождаются в результате ферментативного дефосфорилирования (разрыва фосфатной связи), катализируемого одной из фосфатаз. Именно активным всасыванием объясняется то, что разные моносахариды всасываются с разной скоростью и что углеводы всасываются даже тогда, когда уровень сахара в крови выше, чем в кишечнике, т.е. в условиях, когда естественно было бы ожидать их перемещения в обратном направлении – из крови в кишечник.

Механизмы гомеостаза.

Поступающие в кровоток моносахариды повышают уровень сахара в крови. При голодании концентрация глюкозы в крови колеблется обычно от 70 до 100 мг на 100 мл крови. Этот уровень поддерживается с помощью механизмов, называемых механизмами гомеостаза (самостабилизации). Как только уровень сахара в крови в результате всасывания из кишечника повышается, в действие вступают процессы, выводящие сахар из крови, так что уровень его колеблется не слишком сильно.

Подобно глюкозе, все прочие моносахариды поступают из кровотока в печень, где превращаются в глюкозу. Теперь они неотличимы как от глюкозы, которая всосалась, так и от той, что уже была в организме, и подвергаются тем же метаболическим превращениям. Один из механизмов гомеостаза углеводов, функционирующий в печени, – это гликогенез, посредством которого глюкоза переходит из крови в клетки, где превращается в гликоген. Гликоген хранится в печени до тех пор, пока не произойдет снижение уровня сахара в крови: в этой ситуации гомеостатический механизм вызовет распад накопленного гликогена до глюкозы, которая вновь поступит в кровь.

Превращения и использование.

Поскольку кровь поставляет глюкозу во все ткани тела и все ткани используют ее для получения энергии, уровень глюкозы в крови снижается главным образом за счет ее использования.

В мышцах глюкоза крови превращается в гликоген. Однако мышечный гликоген не может быть использован для получения глюкозы, которая перешла бы в кровь. В нем заключен запас энергии, и скорость его использования зависит от мышечной активности. В мышечной ткани содержатся два соединения с большим запасом легко доступной энергии в форме богатых энергией фосфатных связей – креатинфосфат и аденозинтрифосфат (АТФ). При отщеплении от этих соединений их фосфатных групп высвобождается энергия для мышечного сокращения. Чтобы мышца вновь могла сокращаться, эти соединения должны быть восстановлены в своей исходной форме. Для этого требуется энергия, которую поставляет окисление продуктов распада гликогена. При мышечном сокращении гликоген превращается в глюкозофосфат, а затем – через ряд реакций – во фруктозодифосфат. Фруктозодифосфат распадается на два трехуглеродных соединения, из которых после ряда этапов образуется сначала пировиноградная кислота, а в конечном итоге – молочная кислота, как об этом уже говорилось при описании метаболизма углеводов. Это превращение гликогена в молочную кислоту, сопровождающееся высвобождением энергии, может происходить в отсутствие кислорода.

При недостатке кислорода молочная кислота накапливается в мышцах, диффундирует в кровоток и поступает в печень, где из нее вновь образуется гликоген. Если кислорода достаточно, то молочная кислота в мышцах не накапливается. Вместо этого она, как это описано выше, полностью окисляется через цикл трикарбоновых кислот до диоксида углерода и воды с образованием АТФ, который может быть использован для сокращения.

Метаболизм углеводов в нервной ткани и эритроцитах отличается от метаболизма в мышцах тем, что гликоген здесь не участвует. Однако и здесь промежуточными продуктами являются пировиноградная и молочная кислоты, образующиеся при расщеплении глюкозофосфата.

Глюкоза используется не только в клеточном дыхании, но и во многих других процессах: синтезе лактозы (молочного сахара), образовании жиров, а также особых сахаров, входящих в состав полисахаридов соединительной ткани и ряда других тканей.

Гликоген печени, синтезируемый при всасывании углеводов в кишечнике, служит самым доступным источником глюкозы, когда всасывание отсутствует. Если этот источник оказывается исчерпанным, в печени начинается процесс глюконеогенеза. Глюкоза образуется при этом из некоторых аминокислот (из 100 г белка образуется 58 г глюкозы) и нескольких других неуглеводных соединений, в том числе из глицериновых остатков нейтральных жиров.

Некоторую, хотя и не столь важную, роль в метаболизме углеводов играют почки. Они выводят из организма избыток глюкозы, когда ее концентрация в крови слишком высока; при меньших концентрациях глюкоза практически не выводится.

В регулировании метаболизма углеводов участвует несколько гормонов, в том числе гормоны поджелудочной железы, передней доли гипофиза и коры надпочечников.

Гормон поджелудочной железы инсулин снижает концентрацию глюкозы в крови и повышает ее концентрацию в клетках. По-видимому, он стимулирует также и запасание гликогена в печени. Кортикостерон, гормон коры надпочечников, и адреналин, вырабатываемый мозговым веществом надпочечников, воздействуют на метаболизм углеводов, стимулируя распад гликогена (главным образом в мышцах и печени) и синтез глюкозы (в печени).

Липиды.

Всасывание.

В кишечнике после переваривания жиров остаются главным образом свободные жирные кислоты с небольшой примесью холестерина и лецитина и следами жирорастворимых витаминов. Все эти вещества очень тонко диспергированы благодаря эмульгирующему и солюбилизирующему действию солей желчных кислот. Солюбилизирующее действие обычно связывают с образованием нестойких химических соединений между жирными кислотами и солями желчных кислот. Эти комплексы проникают в клетки эпителия тонкого кишечника и здесь распадаются на жирные кислоты и соли желчных кислот. Последние переносятся в печень и вновь секретируются с желчью, а жирные кислоты вступают в соединение с глицерином или холестерином. Образовавшиеся реконструированные жиры поступают в лимфатические сосуды брыжейки в форме млечного сока, т.н. «хилуса». Из сосудов брыжейки хилус по лимфатической системе через грудной проток поступает в кровеносную систему.

После переваривания пищи содержание липидов в крови возрастает приблизительно от 500 мг (уровень при голодании) до 1000 мг на 100 мл плазмы. Присутствующие в крови липиды представляют собой смесь жирных кислот, нейтральных жиров, фосфолипидов (лецитина и кефалина), холестерина и эфиров холестерина.

Распределение.

Кровь доставляет липиды в разные ткани тела и прежде всего в печень. Печень обладает способностью модифицировать поступающие в нее жирные кислоты. Это особенно выражено у видов, запасающих жиры с высоким содержанием насыщенных или, наоборот, ненасыщенных жирных кислот: в печени этих животных соотношение насыщенных и ненасыщенных кислот изменяется таким образом, что отлагающийся жир по своему составу соответствует жиру, свойственному данному организму.

Жиры в печени либо используются для получения энергии, либо переходят в кровь и доставляются ею в разные ткани. Здесь они могут включаться в структурные элементы тканей, но большая их часть отлагается в жировых депо, где они хранятся до тех пор, пока не возникнет потребность в энергии; тогда они снова переносятся в печень и подвергаются здесь окислению.

Метаболизм липидов, как и углеводов, регулируется гомеостатически. Механизмы гомеостаза, воздействующие на липидный и углеводный обмен, видимо, тесно связаны, поскольку при замедлении метаболизма углеводов усиливается метаболизм липидов, и наоборот.

Превращения и использование.

Четырехуглеродные кислоты – ацетоуксусная (продукт конденсации двух ацетатных единиц) и b-гидроксимасляная – и трехуглеродное соединение ацетон, образующийся при отщеплении одного атома углерода от ацетоуксусной кислоты, известны под общим названием кетоновых (ацетоновых) тел. В норме кетоновые тела присутствуют в крови в небольших количествах. Избыточное их образование при тяжелом диабете ведет к повышению их содержания в крови (кетонемия) и в моче (кетонурия) – это состояние обозначают термином «кетоз».

Белки.

Всасывание.

При переваривании белков пищеварительными ферментами образуется смесь из аминокислот и небольших пептидов, содержащих от двух до десяти остатков аминокислот. Эти продукты всасываются слизистой кишечника, и здесь гидролиз завершается – пептиды также распадаются до аминокислот. Поступившие в кровь аминокислоты смешиваются с находящимися здесь такими же аминокислотами. В крови содержится смесь из аминокислот, поступивших из кишечника, образовавшихся при распаде тканевых белков и синтезированных организмом заново.

Синтез.

В тканях непрерывно идет распад белков и их новообразование. Содержащиеся в крови аминокислоты избирательно поглощаются тканями как исходный материал для построения белков, а из тканей в кровь поступают другие аминокислоты. Синтезу и распаду подвергаются не только структурные белки, но и белки плазмы крови, а также белковые гормоны и ферменты.

Во взрослом организме аминокислоты или белки практически не запасаются, поэтому удаление аминокислот из крови происходит с такой же скоростью, как и их поступление из тканей в кровь. В растущем организме формируются новые ткани, и на этот процесс расходуется больше аминокислот, чем поступает в кровь за счет распада тканевых белков.

Печень участвует в метаболизме белков самым активным образом. Здесь синтезируются белки плазмы крови – альбумины и глобулины – а также собственные ферменты печени. Так, при потере плазменных белков содержание альбумина в плазме восстанавливается – за счет интенсивного синтеза – довольно быстро. Аминокислоты в печени используются не только для образования белков, но подвергаются также расщеплению, в ходе которого извлекается заключенная в них энергия.

Превращения и использование.

Если аминокислоты используются в качестве источника энергии, то отщепляемая от них аминогруппа (–Nh3) направляется на образование мочевины, а не содержащий азота остаток молекулы окисляется приблизительно так же, как глюкоза или жирные кислоты.

Так называемый «орнитиновый цикл» описывает, как происходит превращение аммиака в мочевину. В этом цикле аминогруппа, отщепившаяся от аминокислоты в форме аммиака, присоединяется вместе с диоксидом углерода к молекуле орнитина с образованием цитруллина. Цитруллин присоединяет второй атом азота, на этот раз от аспарагиновой кислоты, и превращается в аргинин. Далее аргинин подвергается гидролизу с образованием мочевины и орнитина. Орнитин может теперь вновь вступить в цикл, а мочевина выводится из организма через почки как один из конечных продуктов метаболизма. См. также ГОРМОНЫ; ФЕРМЕНТЫ; ЖИРЫ И МАСЛА; НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ; БЕЛКИ; ВИТАМИНЫ.

Решите кроссворд

По горизонтали:

1. Отрицательное побочное воздействие на плод называется... действие.

2. Сведения о механизмах действия, о терапевтических и побочных действиях изучает …

3. При повторном введении лекарства в организм возможно ослабление терапевтического эффекта или...

4. Наука о лекарствах называется...

5. Действие лекарства непосредственно на орган или какую-то систему организма называется... действие.

6. Отрицательное воздействие на орган слуха называется... токсическое действие.

7. Наука, изучающая зависимость действия лекарственных веществ на организм от технологии изготовления, от природы лекарственных веществ, от природы вспомогательных веществ, от способа введения лекарства в организм, от возраста больного, от лекарственной формы называется...

8. Отрицательное воздействие лекарственного препарата на нервную систему называется... токсическим.

9. Устойчивость организма к действию лекарственного вещества называется...

10. Если лекарственное вещество воздействует на признак заболевания, то имеет место... лечение.

11. Действие, которое развивается, как следствие прямого, называется... действие.

12. Водное извлечение из твердых частей растений называется...

По вертикали:

1. Комплекс приятных ощущений на фоне приема наркотиков называется...

4. Процессы всасывания, распределения и превращения лекарственных веществ в организме изучает....

8. Отрицательное воздействие лекарственного вещества на почки называется... токсическим.

13. На фоне воздержания от наркотиков человек переживает комплекс ощущений психического и физического характера, который называется....

14. Вредное воздействие лекарственного вещества на защитные системы организма называется... токсическим.

15. Синтез чего-либо в организме называется...

16. Всасывание лекарственных веществ называется...

17. При нарушениях функции печени и почек может иметь место...

18. Вредное воздействие лекарственного вещества на печень называется... токсическим.

19. Сборник обязательных общегосударственных стандартов и положений, нормирующих качество лекарственных средств, называется...

20. Совокупность химических реакций в организме называется...

21. Заболевания по вине медицинского работника называются... заболевания.

22. Влияние лекарственного вещества на потомство, приводящее к уродствам, называется... генное действие.

23. Водное извлечение из лекарственного растительного сырья называется...

24. Для приготовления свечей используется масло...

25. Если лекарственное вещество воздействует на причину заболевания, то имеет место... лечение.

Ответить на вопросы:

1. Государственная Фармакопея-________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Фармакокинетика-__________________________________________________________________

3. Фармакодинамика-_________________________________________________________________

4. Биотрансформация, метаболизм-________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Анаболизм-_______________________________________________________________________

6. Катаболизм-______________________________________________________________________

7. Энтеральные пути введения_________________________________________________________

8. Парентеральные пути введения______________________________________________________

9. Резорбция_______________________________________________________________________

10. Кумуляция_______________________________________________________________________

11. Синергизм______________________________________________________________________

12. Антагонизм_______________________________________________________________________

13 Пристрастие_______________________________________________________________________

14. Эйфория_________________________________________________________________________

15. Абстиненция______________________________________________________________________

16. Ятрогенные заболевания___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Синтез органических веществ

Общая биология

кодовый триплет, Световая фаза, Фотосинтез

Реакции синтеза органических веществ идут в клетке одновременно с процессами расщепления. Сложные специфические биополимеры (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты) синтезируются из простых веществ, образовавшихся в результате процессов диссимиляции.

Синтезируемые органические вещества используются для построения различных органоидов клетки, ферментов, секретов и запасных веществ, взамен израсходованных. Все эти процессы идут с поглощением энергии. Синтез веществ, идущий в клетке, называют биосинтезом или пластическим обменом.

На этом этапе на ряде промежуточных звеньев суммарно выделяется 2600 кДж энергии.

На образование 36 макроэргических связей при превращении АДФ в АТФ затрачивается 1440 кДж, или 54% освобождаемой энергии, которая переходит в потенциальную энергию АТФ. Следовательно, при кислородном расщеплении образуется в 13 раз больше энергии, чем при бескислородном, а клеткой в форме АТФ ее сберегается в 18 раз больше.

Суммарное уравнение полного расщепления глюкозы на двух этапах можно записать так:  

По способу получения органических соединений все клетки делятся на автотрофные и гетеротрофные (см. раздел «Ботаника»).

Образовавшаяся при этом АТФ по каналам эндоплазматической сети направляется в другие участки клетки, где возникает в ней потребность. Таким образом, из образовавшейся энергии при расщеплении глюкозы для клетки суммарно сохраняется 80 кДж + 1440 кДж = 1520 кДж, или 55% энергии, которая переходит в потенциальную энергию и в дальнейшем используется клеткой. Поэтому реакция расщепления называется энергетическим обменом.

Фотосинтез (цв. табл. I) — это уникальный процесс образования органических соединений из неорганических веществ с использованием энергии света. Впервые процесс фотосинтеза и роль в нем хлорофилла растений описал выдающийся русский ученый Климент Аркадьевич Тимирязев (1843—1920). Фотосинтез — это сложный многоступенчатый процесс, протекающий в две фазы — световую и темновую.

Световая фаза начинается с освещения хлоропласта видимым светом. Под действием квантов света некоторые из подвижных электронов молекул хлорофилла переходят на более высокий энергетический уровень и приобретают потенциальную энергию. Часть таких «возбужденных» электронов возвращается на прежнее место, а выделяющаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла. Другая их часть при участии переносчиков выступает в роли восстановителей и присоединяется к ионам водорода, постоянно образующимся в клетках при диссоциации молекул воды (Н2O =Н++ОН—). Ионы водорода, присоединив электрон, превращаются в атомы водорода (Н++е— = Н) и соединяются с молекулами веществ-переносчиков.

Ионы ОН—, оставшиеся без противоионов водорода, отдают свои электроны другим ионам и превращаются в радикалы ОН (ОН =е— +ОН). Взаимодействуя между собой, они образуют воду и молекулярный кислород (40Н= 2Н2O+O2).

Процесс образования молекулярного кислорода при разложении воды под влиянием энергии света называется фотолизом воды. Его впервые изучил и описал советский ученый Александр Павлович Виноградов (1895 —1975), используя метод меченых атомов. По своему механизму фотолиз воды сходен с электролизом воды.

Кроме того, в световую фазу некоторые из «возбужденных» электронов хлорофилла и электронов, отделившихся от ионов ОН— , участвуют в образовании макроэргической фосфатной связи при синтезе АТФ из АДФ и неорганического фосфата (ф) (АДФ + Ф = АТФ).

Таким образом, в световую фазу фотосинтеза в результате поглощения хлорофиллом световой энергии за счет «возбужденных» электронов происходит фотолиз воды с выделением кислорода и синтез АТФ.

Темновая фаза фотосинтеза состоит из ряда последовательных ферментативных реакций по связыванию СO2, в результате которых образуется глюкоза, служащая исходным материалом для биосинтеза других органических веществ растения. Этот процесс идет за счет энергии АТФ при участии атомов водорода, образовавшихся в световую фазу (6СO2+24Н=С6Н12O6+6Н2O).

Суммарное уравнение фотосинтеза следующее:

6СO2 +6Н2O = С6Н12O6 + 6O2

Мембранная структура хлоропласта осуществляет при этом разграничение реакционноспособных веществ.

Продуктивность фотосинтеза — 1 г органического вещества на 1 м2 листьев в 1 ч. Ежегодно в результате фотосинтеза образуется около 400 млрд. т органического вещества. Годовая потребность одного человека в кислороде обеспечивается функционированием 10—12 деревьев среднего возраста в течение вегетации. Установлено, что продуктивность фотосинтеза возрастает с повышением, до определенного уровня, интенсивности освещения, содержания СO2, температуры и влажности окружающего воздуха. Эти закономерности широко используют при выращивании растений в защищенном грунте.

Хемосинтез был открыт в 1888 г. русским биологом С. Н. Виноградским, доказавшим способность некоторых бактерий ассимилировать углекислоту за счет химической энергии. Существует несколько групп хемосинтезирующих бактерий, из которых наибольшее значение имеют нитрофицирующие, серобактерии и железобактерии. Например, нитрофицирующие бактерии получают энергию для синтеза органических веществ, окисляя аммиак до азотистой, а затем до азотной кислоты; серобактерии — окисляя сероводород до сульфатов, а железобактерии — превращая закисные соли железа в окисные. Освобожденная энергия аккумулируется в клетках хемосинтезирующих бактерий в форме АТФ. Процесс хемосинтеза, при котором из СO2 образуется органическое вещество, протекает аналогично темновой фазе фотосинтеза.

Благодаря жизнедеятельности бактерий — хемосинтетиков в природе накапливаются большие залежи селитры и болотной руды.

Биосинтез белков идет в каждой живой клетке. Наиболее активен он в молодых растущих клетках, где синтезируются белки, идущие на построение их органоидов, а также в секреторных клетках, где синтезируются белки-ферменты и белки-гормоны.

Основная роль в определении структуры белков принадлежит ДНК. Отрезок ДНК, состоящий из нескольких сот нуклеотидов, содержащий информацию о структуре одного белка, называют геном. Одна макромолекула ДНК содержит несколько сот генов. В молекуле записан код о последовательности аминокислот в белке в виде Определенно сочетающихся нуклеотидов. Сущность кода ДНК состоит в том, что каждой аминокислоте соответствует участок цепи ДНК из трех рядом стоящих нуклеотидов — триплетов. Например, А — — Ц — А соответствует аминокислоте цистеину, А — А — Ц — лейцину, Т — Т — Т — лизину и т. д. Разных аминокислот 20, число возможных сочетаний из 4 нуклеотидов по 3 равно 64. Следовательно, триплетов с избытком хватит для всех аминокислот.

Биосинтез белка — сложный многоступенчатый процесс, представляющий цепь синтетических реакций, протекающих по принципу матричного синтеза.

Суть реакций матричного синтеза состоит в том, что новые молекулы белка синтезируются в точном соответствии с планом, заложенным в структуре существующих молекул ДНК. В этих реакциях обеспечивается точная специфическая последовательность мономеров в синтезируемых полимерах.

В биосинтезе белка определяют следующие этапы, идущие в различных частях клетки.

Синтез и-РНК (происходит в ядре). Информация, содержащаяся в гене ДНК, переписывается на и-РНК. Этот процесс называется транскрипцией (от лат. «транскриптис» — переписывание).

При этом против каждого нуклеотида одной из цепей ДНК встает комплементарный ему нуклеотид и-РНК. Молекулы и-РНК индивидуальны, каждая из них несет информацию одного гена.

Соединение аминокислот с молекулами т-РНК (происходит в цитоплазме). Молекулы т-РНК состоят из 70—80 нуклеотидов. В цепочке т-РНК имеется ряд нуклеотидных звеньев, комплементарных друг другу. При сближении они слипаются, образуя структуру, напоминающую лист клевера (61). К «черешку» листа присоединяется определенная аминокислота, а на «верхушке» листа расположен кодовый триплет нуклеотидов, соответствующий определенной аминокислоте. Для каждой из 20 аминокислот существует своя т-РНК.

«Сборка белка» (происходит в рибосомах). К рибосомам направляются из ядра и-РНК. При этом на одной молекуле и-РНК одновременно располагаются несколько рибосом, образующих комплекс, называемый полирибосомой. Это обеспечивает одновременный синтез большого количества одинаковых молекул белка.

Из цитоплазмы т-РНК с «навешенными» на них аминокислотами подходят к рибосомам и своим кодовым концом дотрагиваются до триплета нуклеотидов и-РНК, проходящего в данный момент через рибосому. В это время противоположный конец т-РНК с аминокислотой попадает в место «сборки» белка и, если кодовый триплет т-РНК окажется комплементарным триплету и-РНК, находящемуся в данный момент в рибосоме, аминокислота отделяется от т-РНК и попадает в состав белка, а рибосома делает «шаг» на один триплет по и-РНК (триплеты и-РНК, соответствующие каждой из 20 аминокислот, см. в приложении).

Кодовый триплет. Аминокислота

Отдав аминокислоту, т-РНК покидает рибосому, ей на смену приходит другая, с иной аминокислотой, составляющей следующее звено в строящейся белковой молекуле (62). Так звено за звеном собирается полипептидная цепь белка, а информация о структуре белка, записанная в и-РНК в виде последовательности нуклеотидов, воспроизводится на полипептидной цепи белка в виде последовательности аминокислот. Этот процесс называется трансляцией (от лат. «трансляция» — перенос) (см. приложение, задачу 2 и таблицу). Когда синтез молекулы белка закончен, рибосома сходит с и-РНК. Образовавшийся белок поступает в эндоплазматическую сеть и по ее каналам в другие части клетки, а рибосома поступает на другую и-РНК и участвует в синтезе другого белка. Все реакции белкового синтеза катализируются специальными ферментами, а энергию доставляет АТФ.

АТФ является единым и универсальным источником энергии для всех клеточных реакций.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

5.1. Общие понятия об обмене веществ и энергии

137

5. Введение в обмен веществ. Энергетика обмена веществ

Жизнедеятельность организма, само существование его связано с постоянным поглощением организмом веществ и энергии из окружающей среды в удобной для утилизации форме и выделением эквивалентного количества энергии и веществ в эту среду в форме, менее удобной для утилизации. Совокупность химических реакций, обеспечивающих этот процесс, именуется обменом веществ и энергии (метаболизмом).

Назначение обмена веществ и энергии заключается, во-первых, в восстановлении постоянно теряемых организмом веществ, входящих в состав тканей

итканевых жидкостей, и, во-вторых, в обеспечении организма энергией, необходимой для образования ряда веществ, присущих организму, для движения, секреции, экскреции, электрических явлений и др. проявлений жизни.

Обмен веществ представляет собой сочетание многих разнообразных и противоположных процессов. Одни из них представляют процессы физиологические (питание, выделение и др.), другие – физические (сорбция, диффузия

идр.), третьи – химические (распад и синтез веществ и др.).

При этом все эти процессы образуют непрерывный, самосовершающийся и саморегулируемый круговорот веществ в живых телах, сопровождающийся постоянным самообновлением живой материи.

Обмен веществ осуществляется при условии и в результате постоянного взаимодействия живой и неживой материи, организма и среды. Естественно поэтому, что ход обмена веществ в организме, а часто и сам характер этого обмена находятся в тесной зависимости от условий внешней среды. Присущие организмам молекулярные механизмы преобразования, воспроизводства и разрушения специфических органических соединений(белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов и др.), действуют лишь в определенных, ограниченных интервалах температуры, давления, радиации и других параметров. В силу этого тип обмена веществ складывается в процессе жизнедеятельности организма, как единство внутренних и внешних факторов.

Обмен веществ объединяет два противоположных процесса. Та часть общего процесса обмена веществ, которая выражается в поглощении, накоплении, усвоении организмом веществ окружающей среды, в создании, синтезе за счет их структурных единиц своего тела, называется анаболизмом или ассимиляцией.

Та часть общего процесса обмена веществ, которая состоит в разрушении веществ, составляющих организм, в распаде элементов живого тела и выделе-

138 5. Введение в обмен веществ. Энергетика обмена веществ

нии продуктов этого распада из организма, называется катаболизмом или диссимиляцией.

В совокупности обе части составляют единый процесс обмена веществ. Катаболизм – это прежде всего ферментативное расщепление крупных

молекул (белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов), осуществляемое преимущественно за счет реакций гидролиза и окисления. В ходе катаболизма образуются более мелкие молекулы, что сопровождается выделением свободной энергии и запасанием ее в форме, главным образом, энергии фосфатных связей АТФ.

Анаболизм – это ферментативный синтез сравнительно крупных молекул и надмолекулярных комплексов из простых предшественников, что связано с потреблением энергии, поставляемой, главным образом, в форме энергии фосфатных связей АТФ.

Катаболизм и анаболизм протекают в клетках одновременно и тесно переплетаются друг с другом. Например, в ходе распада глюкозы первой реакцией является синтез более сложного вещества – глюкозо-6-фосфата и т.п.

Сочетание катаболических и анаболических реакций приводит к постоянному обновлению состава тела. При этом надо иметь в виду, что хотя в процессе обмена веществ состав тела все время обновляется, общий его состав у взрослых организмов в течение кратких отрезков времени почти не меняется.

5.2. Энергетика обмена веществ

Обмену веществ, каждой ферментативной реакции превращения вещества сопутствует превращение энергии. На некоторых этапах катаболизма химическая энергия выделяется и запасается, главным образом, в форме энергии фосфатных связей АТФ, а на определенных этапах анаболизма она используется, расходуется. Энергетические отношения обусловливают тесную взаимосвязь анаболических и катаболических процессов: всякий раз, когда происходит синтез более сложных веществ, требующих затраты энергии, одновременно с ним должны идти процессы, поставляющие энергию – процессы распада или окисления. Процессы, протекающие с выделением энергии, получили название экзоргических, а процессы, протекающие с потреблением энергии– эндергических. Основной экзоргической реакцией организма является синтез воды в процессе тканевого дыхания, а основной эндергической реакцией– синтез АТФ из АДФ и фосфата, сопряженный с выделением энергии при тканевом дыхании.

У зеленых растений энергия поступает в организм и улавливается в виде квантов света. Такие организмы способны создавать органические вещества своего тела из неорганических веществ путем фотосинтеза и их называют аутотрофными организмами. Другие организмы, главным образом, животные,

5. Введение в обмен веществ. Энергетика обмена веществ 139

нуждаются в уже готовых органических веществах и их называют гетеротрофами.

Энергия в эти организмы поступает главным образом в виде энергии химических связей органических веществ пищи. Образованию вещества тела гетеротрофов происходит путем химиосинтеза, т.е. синтеза, энергия для которого черпается за счет энергии химических связей органических веществ; в процессе их расщепления и выделяется необходимая для синтеза энергия. Следовательно, между аутотрофами (растениями) и гетеротрофами (животными) существует тесная взаимосвязь. Растительные аутотрофы за счет энергии солнечных лучей с помощью хлорофилла и других пигментов в хлоропластах восстанавливают СО2 в сложные органические вещества с использованием воды и с высвобождением кислорода. Гетеротрофы питаются растениями(непосредственно или опосредованно). Питательные вещества (сложные органические вещества – углеводы, липиды, белки) гидролизуются в желудочно-кишечном тракте до моносахаридов, жирных кислот, глицерина, аминокислот. Эти продукты гидролиза всасываются в кровь и доставляются кровью к различным клеткам, где в ходе специфических реакций они частично расщепляются еще на более мелкие молекулы. Последние поступают в митохондрии, где расщепляются далее в лимоннокислом цикле и окисляются в дыхательной цепи ферментов (тканевом дыхании). Одновременно с этим кислород, выделяемый растениями в процессе фотосинтеза в воздух, поступает через легкие в кровь животных и транспортируется с помощью гемоглобина в клетки, а затем в митохондрии. Этот кислород используется в тканевом дыхании. В реакциях тканевого дыхания высвобождается энергия, которая путем окислительного фосфорилирования аккумулируется в молекулах АТФ, а также образуется вода. В

лимоннокислом цикле также образуется СО, который с помощью крови

2

транспортируется из клеток в легкие, а затем выдыхается животным. Вода, образующаяся в процессе тканевого дыхания, удаляется из организма. Вода и СО2, выделенные животными, используются растениями для образования органических веществ в процессе фотосинтеза.

Каждое органическое соединение, входящее в состав живой материи, обладает определенными запасами потенциальной энергии, за счет которой может быть совершена работа. Эту энергию принято называть свободной энергией. Свободная энергия является частью общей(полной) энергии (энтальпии). Полная энергия определяется как тепло, которое высвобождается при сгорании данного соединения в колориметре. Если сгорание происходило при постоянном давлении, то эту величину называют энтальпией. Разница между свободной энергией и общей энергией(энтальпией) зависит от температуры и является функцией энтропии системы (S). Энтропия тем выше, чем менее упорядочена система. Знание изменения свободной энергии (DF) системы при переходе ее из одного состояния в другое является критерием, позволяющим су-

140 5. Введение в обмен веществ. Энергетика обмена веществ

дить о возможности химического превращения в соответствии с законами термодинамики. Клетка использует лишь часть общей энергии(Н). Соотноше-

ние между этими величинами можно выразить уравнением: DН=DF+TDS. Из уравнения видно, что изменение общей энергии (DН) складывается из изменения свободной энергии(DF), т.е. энергии, которая может быть использована клеткой, и изменения той части энергии, которая рассеивается в виде тепла (в уравнении: Т – абсолютная температура, S – энтропия системы). Из уравнения также следует, что с увеличением энтропии количество используемой энергии возрастает и процесс становится менее обратимым. Согласно второму закону термодинамики, энтропия изолированной системы реакций стремится к некоторому максимальному значению, при котором достигается равновесие и реакция прекращается. Во время химической реакции, когда молекулярная упорядоченность нарушается, энтропия системы возрастает. Если приложить энергию, чтобы заставить реакцию идти в обратном направлении(с более низкого энергетического уровня на более высокий), то энтропия уменьшается. Однако, такого рода процессы термодинамически невозможны, если они не связаны с другой системой, в которой энтропия соответственно увеличивается, тем самым компенсируя ее уменьшение в первой системе.

Следует напомнить, что с точки зрения термодинамики живые организмы являются неравновесной открытой системой, находящейся в стационарном состоянии; системой, извлекающей из внешней среды утилизируемую в процессе жизнедеятельности свободную энергию, в результате чего происходит возрастание энтропии (т.е. неупорядоченности) среды. Эта закономерность прослеживается в процессе обмена веществ организма, благодаря тесной взаимосвязи анаболических и катаболических реакций.

Главным материальным носителем свободной энергии в органических веществах являются химические связи между атомами. Поэтому при преобразовании химических связей в молекуле уровень свободной энергии соединения изменяется. Нормальным энергетическим уровнем при возникновении или распаде химической связи преобразуемого вещества считается изменение уровня свободной энергии, равное порядку 3 ккал/моль (или 12,5 кДж/ моль). Именно такой уровень свободной энергии отмечается при видоизменении большинства связей в органических соединениях. Однако при новообразовании и распаде некоторых связей уровень свободной энергии в молекулах ряда органических соединений выражается величинами6-10 ккал/моль (или 25 кДж/моль) и более (табл. 1). Такие соединения, молекулы которых содержат связи, отдающие при распаде значительные количества свободной энергии, получили название макроэргических соединений, а связи, при преобразовании которых наступают такие крупные изменения в энергетическом балансе веще-

5. Введение в обмен веществ. Энергетика обмена веществ 141

ства – макроэргических связей. Последние обозначаются специальным значком ~.

Макроэргические связи представлены преимущественно сложноэфирными (в том числе и тиоэфирными), ангидридными и фосфоамидными связями. При этом почти все известные соединения с макроэргическими связямисо держат атомы фосфора и серы, по месту которых в молекуле и локализованы макроэргические связи.

Таблица 1 – Изменение стандартной свободной энергии (в ккал) гидролиза некоторых фосфорилированных соединений (термодинамическая шкала фосфорилированных соединений)

Соединение

Ккал

Фосфоенолпируват

14,80×4,1

1,3-дифосфоглицерат

11,80

Креатинфосфат

10,30

Ацетилфосфат

10,10

Аргининфосфат

7,70

АТФ

7,30

Глюкозо-1-фосфат

5,00

Фруктозо-6-фосфат

3,80

Глюкозо-6-фосфат

3,30

Глицерол-1-фосфат

2,20

Энергия, высвобождаемая при разрыве макроэргических связей, поглощается при синтезе органических соединений с более высоким уровнем свободной энергии, чем исходные. В то же время запасы макроэргических веществ в организме постоянно пополняются путем аккумулирования энергии, выделяющейся при понижении энергетического уровня распадающихся соединений. Следовательно, макроэргические вещества выполняют функцию и доноров, и акцепторов энергии в обмене веществ.

Наряду с функцией доноров и акцепторов макроэргическим соединениям свойственна очень важная роль трансформаторов энергии, так как они способны преобразовывать стационарную форму энергии, присущую химической связи, в мобильную, т.е. в энергию возбужденного состояния молекул, обеспечивая тем самым реакционную их способность. Преобразование мобильной формы энергии снова в стационарную форму энергии новой химической связи ведет к видоизменению веществ. Этим путем обмен веществ обеспечивается в организме энергией.

Таким образом, обмен веществ и энергии представляет единый, непрерывный процесс, где видоизменение вещества сопровождается выделением или поглощением свободной энергии и где выделившаяся или поглотившаяся в том или ином количестве энергия обеспечивает осуществление распада или

142 5. Введение в обмен веществ. Энергетика обмена веществ

синтеза химических связей, т.е. по существу видоизменение самих веществ. При этом следует иметь в виду, что свободная энергия, которая выделяется при распаде макроэргических соединений и за счет которой может бытьсо вершена та или иная работа, используется не только для химического синтеза, но и служит в организме для теплообразования, свечения, накопления электричества, выполнения механической работы и т.п. В этих случаях химическая энергия преобразуется при обязательном участии макроэргических соединений (в частности, АТФ и др.). в тепловую, лучистую, электрическую, механическую и т.п.

Выдающуюся роль в биоэнергетических процессах играет аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Способность АТФ как запасать, так и отдавать энергию, т.е. образовывать систему АТФ-АДФ, занимая промежуточное положение в термодинамической шкале фосфорилированных соединений, определяет функций этой системы, как посредника, переносчика богатых энергией фосфатных групп от высокоэнергетических фосфорилированных соединений, стоящих в термодинамической шкале выше АТФ, к менее богатым энергией соединениям, которые, акцептируя фосфат, активируются.

АТФ играет важную роль и в обмене самих макроэргических соединений. Синтез в организме многих других макроэргических соединений протекает при посредстве АТФ. Важное значение в этом обмене имеет образование креатинфосфата и нуклеозидтрифосфатов (гуанозинтрифосфата, уридинтрифосфата, цитидинтрифосфата), которые могут, как и АТФ, служить источником энергии при биосинтетических процессах. Описанные взаимоотношения можно выразить в виде схемы:

АТФ

системы аккумуляции

системы использования

энергии

энергии

АДФ + Ф

энергия солнца или пищи.

Интересны некоторые расчеты, характеризующие количество синтезируемого АТФ в организме человека4. Оказывается человек массой 70 кг производит за день 75 кг АТФ, т.е. больше своего собственного веса. Конечно, надо

4 Э. Брода. Эволюция биоэнергетических процессов. Изд. Мир, М., 1978.

5. Введение в обмен веществ. Энергетика обмена веществ 143

иметь в виду, что молекулы АТФ все время расходуются для совершения работы, а на их место образуются новые, только что синтезированные молекулы АТФ (75 кг выпускаемой промышленностью АТФ стоит 150 тысяч долларов). Удивителен факт, что живые организмы производят на единицу массы значительно больше энергии, чем солнце (человек весом 70 кг производит энергии 2·104 эрг/г.сек против 2 эрг/г.сек, производимых солнцем).

При рассмотрении обмена веществ различают внешний(или общий) обмен веществ, учитывающий поступление в организм веществ и их выделение, т.е. учитывающий баланс и промежуточный обмен веществ, который охватывает превращения этих веществ в организме.

5.3. Общая характеристика промежуточного обмена веществ

Под промежуточным или межуточным обменом веществ понимают превращения веществ с момента поступления их в организм и кончая образованием конечных продуктов обмена. Промежуточный обмен выполняет 4 функции:

Øизвлечение энергии из окружающей среды, поступающей либо в форме энергии химических связей органических веществ, либо в форме квантов солнечного света;

Øпревращение экзогенных веществ (т.е. веществ пищи) в простые низкомолекулярные вещества;

Øобразование из этих простых веществ, являющихся как бы строительными блоками, высокомолекулярных веществ: белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др. клеточных компонентов, свойственных организму;

Øсинтез и распад тех биомолекул, которые необходимы для выполнения различных специфических функций клетки.

Первым этапом обмена веществ является превращение поступивших -ве ществ пищи в желудочно-кишечном тракте. Большинство питательных веществ являются полимерами (протеины и протеиды, полисахариды, липиды) и для того, чтобы быть усвоенными организмом, должны подвергнуться гидролитическому расщеплению пищеварительными ферментами до мономеров. Следовательно, пищеварение белков, жиров и углеводов – основных питательных веществ – является биологически необходимым процессом превращения питательных веществ в легко всасываемое, усвояемое состояние. Этот процесс обеспечивается пищеварительными ферментами.

Все пищеварительные ферменты характеризуются относительной специфичностью своего действия. Это имеет большое значение для приспособления организма к различному составу питательных веществ.

144 5. Введение в обмен веществ. Энергетика обмена веществ

Пищеварительные ферменты вырабатываются особыми железами(слюнными, желудочными, поджелудочной железой и др.), или отдельными клетками. Ежесуточно в желудочно-кишечном тракте секретируется примерно 8 л пищеварительных секретов, содержащих все необходимые ферменты для гидролиза пищевых веществ. В секретах содержится от 6 до 10 г ферментных белков. Вырабатываемое количество ферментов обеспечивает полное пищеварение углеводов и белков пищи. У человека ежедневно синтезируется 1 г пепсина, достаточного для расщепления 60,0 кг яичного белка, и около 1,6 г амилазы, достаточной для расщепления 175 кг крахмала. Расщепление и всасывание жиров более ограничено, чем пищеварение углеводов и белков.

Наряду с пищеварением протеинов, протеидов, углеводов, липидов, всасыванием продуктов их гидролиза, желудочно-кишечный тракт осуществляет выделение продуктов обмена веществ, например, продуктов распада холестерина и желчных пигментов, а также продуктов обмена кишечной микрофлоры, самих кишечных микробов и невсосавшихся частей пищи.

Пищеварение начинается в ротовой полости, куда выделяется секрет слюнными железами. Слюна представляет собой гипотоническую жидкость, которая отличается повышенным содержанием калия, кальция и бикарбоната. В ней в небольшом количестве содержатся различные ферменты(до 30-ти), однако, преимущественно содержатся амилолитические ферменты. В слюне содержится большое количество амилазы, мальтазы, которое составляет около 10% всего белка слюны. Наличие большого количества амилолитических ферментов в слюне обусловливает пищеварение в полости рта углеводов. Поскольку пища находится в ротовой полости непродолжительное время, то амилаза действует также в желудке, где она сохраняет активность до момента денатурирования, обусловленного кислотами желудка.

Вжелудке важнейшим физиологическим процессом является пищеварение белков. Оно осуществляется в первую очередь за счет действия пепсина, а также гастриксина и химозина, имеющего большое значение в желудочном соке ребенка и молодых животных.

Желудочный сок, кроме того, содержит липазу, имеющую ограниченное значение для пищеварения жиров (катализирует гидролиз жиров молока).

Всостав желудочного сока входят также такие важные для пищеварения составные части как соляная кислота, слизистые вещества и др.

Основные пищеварительные процессы протекают в тонком кишечнике. В двенадцатиперстной кишке пища смешивается с секретом поджелудочной железы, желчью и кишечным соком. Благодаря наличию в секретах поджелудочной железы и кишечных желез пептид-гидролаз(трипсина, химотрипсина, пептидаз), активной липазы, амилазы, декстриназы и др. ферментов, в тонком кишечнике завершается ферментный гидролиз белков до аминокислот, углеводов (полисахаридов) до моносахаридов, жиров до жирных кислот и глице-

5. Введение в обмен веществ. Энергетика обмена веществ 145

рина, происходит их всасывание слизистой оболочкой тонкого кишечника в кровь или лимфу и последующий перенос с кровью в ткани и клетки организма, где они включаются во внутриклеточный метаболизм.

Питание является важной составной частью обмена веществ, призванное обеспечить организм необходимыми ему веществами и источниками энергии. Для взрослого человека при средней по утомляемости работе требуется суточный рацион в 3000 ккал (или 12570 кДж). При этом важное значение придается сбалансированности питания. Существует понятие о сбалансированном -ра циональном питании. Согласно этому понятию соотношение по массе белков, жиров и углеводов в рационе должно быть1:1:4. 15% суточной калорийности должны составлять белки, причем, на белки животного происхождения должно приходиться не менее половины общего их количества; 30% суточной калорийности должно приходиться на жиры, причем 75-80% должны составлять животные жиры и 20-25% – растительные масла; 55% суточной калорийности должно приходиться на углеводы. В пищевой рацион обязательно должны включаться, как основные источники белков и липидов, мясо, рыба, молочные продукты, а как источники углеводов, витаминов, минеральных веществ в рацион должны входить овощи и фрукты.

За исключением процессов переваривания и всасывания в желудочнокишечном тракте, а также образования минеральных веществ в костной ткани и образования межклеточных веществ и жидкостей, все остальные процессы промежуточного обмена совершаются внутри клеток и понятие внутриклеточного обмена почти совпадает с понятием промежуточного обмена.

Промежуточный обмен включает в себя сотни различных взаимосвязанных ферментативных реакций, так как продукты одной ферментативной реакции служат субстратом другой реакции, которая является следующим этапом метаболизма. Существование такой преемственности связано с тем, что в ферментативных реакциях происходит отщепление определенных функциональных групп от субстрата и перенос их на акцепторные молекулы , которые в свою очередь становятся субстратом для последующей реакции. В качестве таких функциональных групп в большинстве реакций промежуточного обмена выступают аминные, ацетильные, фосфатные, метильные, формильные, карбоксильные группы или же атомы водорода.

Ферментативные реакции, лежащие в основе обмена веществ и энергии, представляют собой кооперативный, четко организованный в пространстве и времени единый многоступенчатый процесс.

При этом последовательности реакций метаболического процесса сходны

увсех живых форм, особенно в части центральных метаболических путей.

Внастоящее время периодически составляют так называемые метаболические карты, схематично изображающие все известные в организме фермен-

146 5. Введение в обмен веществ. Энергетика обмена веществ

тативные реакции в их взаимосвязи(к примеру – «Метаболические пути» Д. Никольсона или А.Г. Малыгина под ред. Л.М. Гинодмана).

Для промежуточного обмена характерна ступенеобразность ферментативных процессов.

В процессе промежуточного обмена при катаболизме высокомолекулярных веществ прослеживается три основные ступени или стадии. На первой стадии (стадия гидролиза) белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы расщепляются путем гидролиза на сравнительно низкомолекулярные составные части, служащие их «строительными блоками»: белки – на аминокислоты, липиды – на жирные кислоты, глицерин и др. компоненты, полисахариды – на моносахариды. Это происходит, главным образом, в желудочно-кишечном тракте, но может происходить(в случае катаболизма высокомолекулярных компонентов самого организма) и внутриклеточно.

На второй стадии продукты, образовавшиеся на первой стадии, путем, главным образом, анаэробного окисления (стадия анаэробного окисления) превращаются в более простые молекулы, число которых невелико. Так, жирные кислоты, глицерин. моносахариды расщепляются до ацетил-КоА, а ами-

нокислоты –

до ацетил-КоА, α-кетоглутаровой кислоты, янтарной кислоты,

фумаровой

кислоты, щавелево-янтарной

кислоты,

т.е. образуют субстраты

третьей стадии катаболизма.

Следует

иметь в виду, что если

жирные

кислоты с четным числом

С-атомов путем β-окисления непосредственно превращаются в ацетил-КоА, то моносахара, распадающиеся на второй стадии катаболизма путем гликолиза или пентозофосфатного цикла, глицерин, некоторые аминокислоты, жирные кислоты с нечетным числом углеродных атомов непосредственно не дают указанных субстратов лимоннокислого цикла. Моносахара, некоторые аминокислоты и глицерин расщепляется вначале до пировиноградной кислоты, которая затем путем окислительного декарбоксилирования превращается в ацетилКоА. Другие аминокислоты и жирные кислоты с нечетным числом углеродных атомов дают пропионил-КоА, который затем превращается в сукцинил-КоА.

Продукты, образовавшиеся на второй стадии, вступают в третью стадию, стадию аэробного окисления, которая для всех них является общей и в которой они аэробно окисляются до двуокиси углерода и воды. Этой общей третьей стадией является так называемый лимоннокислый цикл, сопряженный с дыхательной цепью ферментов.

Процесс анаболизма, происходящий в клетках одновременно с катаболизмом, также включает три стадии. Исходные вещества для синтетических процессов поставляет третья стадия катаболизма. Таким образом, лимоннокислый цикл, сопряженный о тканевым дыханием, одновременно является третьей стадией катаболизма и первой, исходной стадией анаболизма. Этот цикл поставляет α-кетокислоты (для синтеза аминокислот), ацетил-КоА и дву-

5. Введение в обмен веществ. Энергетика обмена веществ 147

окись углерода (для синтеза жирных кислот и сахаров). На второй стадии анаболизма из этих исходных продуктов образуются аминокислоты, моносахара, жирные кислоты и др. «строительные блоки», из которых на третьей стадии анаболизма синтезируются белки, липиды, углеводы и др.

Хотя анаболизм и катаболизм проходят в клетках одновременно и -фер ментам свойственна обратимость катализируемых реакций, полного совпадения катаболических и анаболических путей между данным предшественником

исоответствующим ему продуктом не происходит в силу:

1)значительного различия ферментативных этапов этих путей;

2)различной локализации в клетке ферментативных систем катаболизма и анаболизма;

3)наконец, различия в механизмах их регуляции.

Катаболические и анаболические пути метаболизма связывает, как уже указывалось выше, общая стадия, представленная лимоннокислым циклом, сопряженным с тканевым дыханием, которая обозначается как центральные или амфиболические пути метаболизма. Амфиболические пути, с одной стороны, используются для катаболизма с целью завершения разрушения молекул, образовавшихся на второй стадии катаболизма, и одновременно эти пути поставляют молекулы – предшественники для второй стадии анаболизма.

Одновременно с превращением веществ в ферментативных реакциях промежуточного обмена происходит выделение и потребление энергии, т.е. имеет место обмен энергии.

Освобождение химической энергии при катаболизме происходит в разной степени на трех его стадиях.

При гидролитическом распаде высокомолекулярных веществ освобождается незначительное количество энергии(менее 1% энергии окисления этих веществ). Значительное количество энергии освобождается в реакциях гликолиза, окисления молочной кислоты, глицерина, жирных кислот, аминокислот, т.е. на стадии расщепления «строительных блоков» белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов. В конечном счете, в этих реакциях образуются субстраты лимоннокислого цикла, из которых три имеют основное энергетическое значение: ацетилкоэнзим А, α-кетоглутаровая кислота и щавелевоуксусная кислота. Эти вещества подвергаются дальнейшему окислению в цикле лимонной кислоты, функционирующей сопряжено с деятельностью аэробного звена дыхательной цепи. В результате на этом этапе высвобождаются 2/3 всей энергии расщепления веществ.

Высвободившаяся энергия частично превращается в тепло, а около 40% ее аккумулируется путем синтеза макроэргических веществ – главным образом, в форме энергии фосфатных связей аденозинтрифосфата(АТФ), а также гуано-

148 5. Введение в обмен веществ. Энергетика обмена веществ

зинтрифосфата (ГТФ), уридинтрифосфата (УТФ), цитидинтрифосфата (ЦТФ) и др.

АТФ синтезируется ферментативным путем из аденозиндифосфата (АДФ) и неорганического фосфата (Ф). Ферментативные реакции, в которых совершается перенос фосфатных групп на АДФ с образованием АТФ сопряжены с определенными этапами высвобождения энергии в окислительных реакциях в процессе катаболизма (т.н. окислительное фосфорилирование).

Молекулы АТФ могут далее перемещаться в те участки клетки, которым необходима энергия. Иначе говоря, в живых системах энергия, необходимая для осуществления химической реакции, будучи высвобождена в одной точке, может быть передана в виде макроэргического соединения в другую точку, где она непосредственно используется.

5

При переносе концевой фосфатной группы с АТФ на определенные акцепторные молекулы происходит высвобождение химической энергии АТФ, при этом АТФ превращается в АДФ, а акцепторная молекула, получившая энергию в форме энергии фосфатной связи, имеет возможность совершать работу.

АТФ, используемый в биосинтетических реакциях, может отдавать не только ортофосфорную, но и пирофосфорную группу, в результате чего образуется аденозинмонофосфорная кислота(АМФ) и высвобождается большое количество энергии.

Таким путем энергия, высвободившаяся в процессе катаболизма в окислительных реакциях и аккумулированная в макроэргических связях, может быть использована в различных синтетических реакциях в процессе анаболизма.

Помимо передачи энергии в форме энергии фосфатных связей, существует передача энергии в форме переноса электронов, богатых энергией. Электроны, отнимаемые при катаболизме в реакциях окисления, передаются восстанавливаемым группам в реакциях анаболизма с помощью коферментов, играющих роль переносчиков электронов. Наиболее важным переносчиком богатых энергией электронов в этих реакциях являются никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ), участвующий, к примеру, в переносе энергии, высвобождающейся при окислении углеводов в апотомическом цикле, для реакций синтеза жирных кислот.

OH

O

P

O

5 Переносится не фосфатная группа –

OH , а фосфорильная,

жение «перенос фосфатных групп» общепринято.


Смотрите также