Практическое занятие № 7 Задание к занятию № 7 Тема

Практическое занятие № 7
Задание к занятию № 7
Тема:
Учебные и воспитательные цели:
- Общая цель: уметь использовать знания о метаболизме нейтральных жиров,
сфинголипидах, перекисном окислении липидов в практической
деятельности.
- Частные цели: владеть методикой определения комплекса жирных кислот с
альбуминами.
1. Входной контроль знаний:
1.1. Тесты.
1.2. Устный опрос.
2.Основные вопросы темы:
2.1. Классификация, биологическая роль высших жирных кислот.
2.2. Особенности и механизм синтеза высших жирных кислот.
2.3. Метаболизм нейтральных жиров. Ожирение.
2.4. Сфинголипиды. Строение. Биологическая роль. Болезнь Нимана-Пика,
Тея-Сакса, Гоше.
2.5. Регуляция липидного обмена.
2.6. Перекисное окисление липидов.
3.Лабораторно-практические работы.
3.1. Способность мыла эмульгировать жиры.
Отмерить в пробирку 1 каплю растительного масла, прибавить 5 капель
воды и энергично встряхнуть. Масло раздробляется на мелкие капельки,
образующие мутную жидкость – эмульсию. Однако эта эмульсия очень
неустойчивая и уже через несколько секунд капельки масла начинают
сливаться в более крупные капли, которые постепенно всплывают кверху. К
образовавшейся эмульсии добавить 5 капель раствора мыла и снова
встряхнуть. Образуется молочно-белая эмульсия, которая уже не расслаивается
так быстро, как раньше.
Образование нерастворимых кальциевых солей жирных кислот.
Поместить в пробирку 5 капель раствора мыла и добавить 1 каплю 0,27%
раствора хлорида кальция. Энергично взболтать. Немедленно выпадает осадок
белого цвета нерастворимых в воде кальциевых солей жирных кислот
(кальциевое мыло).
3.2.
Образование нерастворимого в воде свинцового мыла.
В пробирку отмерить 5 капель растворимого мыла, прибавить 1 каплю 5%
р-ра уксуснокислого свинца Pb(CH3COOH)2. Немедленно выпадает белый
нераство-римый осадок свинцовых солей жирных кислот.
3.3.
Образование комплекса жирных кислот с альбумином.
В две пробирки вносят по 2 капли раствора мыла. В первую пробирку
добавляют 5-10 капель белка. Во вторую – 5-10 капель воды. В пробирку, куда
добавили воду, добавляют по каплям 2% раствор соляной кислоты до
появления осадка жирных кислот. Избыток кислоты удалять не следует. В
пробирку с белком добавляют столько же капель кислоты. Отмечают, что
жирные кислоты не выпали в осадок, так как они образовали с яичным
альбумином комплексное соединение.
3.4.
4.Выходной контроль.
4.1.Тесты.
4.2.Ситуационные задачи.
5.Литература:
5.1. Материалы лекций.
5.2. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина,
1990.С.271-279, 282-284, 300-307, 313-314
5.3. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Медицина,
2004. С. 189-194, 198-200, 381-389, 391-394, 403-404.
2.Основные вопросы темы.
2.1. Классификация, биологическая роль высших жирных кислот.
Жирные кислоты – это соединения с длинной цепью углеродных атомов
имеют на одном конце СООН. В организме находится более 70 ж.к. Наиболее
часто встречаются ж.к. с 16, 18, 20 углеродными атомами.
Жирные кислоты могут быть предельные – 25% в организме и
непредельные (ненасыщенные) 75%.
Атомы углерода нумеруются, начиная с карбоксильной группы,
ω
3
2
1
СН3…….СН2 – СН2 – СООН
а углерод концевой метильной группы – ω (омега) углерод.
Для указания = связей, их положения, было принято такое обозначение:
∆ 9 это значит, что двойная связь находится между 9 и 10 атомами
углерода,
ω – 3 это значит, что двойная связь между 3 и 4 атомами углерода, если
их отсчитывать с ω(омега) конца.
ω – 3, ω – 6, ω – 9 жирные кислоты семейства животного
происхождения.
ВЫСШИЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
ω
H3C
ω
H3C
2
4
5
1
COOH
3
5
4
16, 18, 20 C
2
COOH
3
1
4
21
Насыщенные
ж/к
С15Н31СООН пальмитиновая
С17Н35СООН стеариновая
Мононенасыщенная С17Н33СООН (18 : 1) олеиновая (ω – 9)
Полиненасыщенные С17Н31СООН (18 : 2) линолевая (ω – 6)
ж/к
Эйкозаноиды
В рыбе
ж/к
С17Н29СООН (18 : 3) линоленовая (ω–3)
С19Н31СООН (20 : 4) арахидоновая (ω–6)
С19Н29СООН (20 : 5) тимнодоновая
(ω–3)
С21Н31СООН (22 : 6) докозогексановая
(ω–6)
22
Роль полиеновых ВЖК.
1.
Повышают растворимость ХС (активируют превращения
ХС в желчные кислоты, копростанол).
2.
Обеспечивают нормальное состояние кровеносных
сосудов
(способствуют
образованию
большого
количества
простациклинов).
3.
Эйконол, полученный из ткани морских рыб, содержащих
тимнодоновую и докозогексановую кислоты – препарат для лечения
атеросклероза.
4.
Стимулируют иммунитет (повышают устойчивость к
инфекционным заболеваниям, рентгеновскому облучению).
2.2. Особенности и механизм синтеза высших жирных кислот.
Особенности:
1. Протекает в цитоплазме.
2. У человека происходит синтез только пальмитиновой
кислоты.
3. Принимает участие АПБ – полиферментный комплекс,
состоящий из 6 ферментов.
4. Необходимо участие реакций карбоксилирования, СО2, АТФ,
НАДФ∙Н2.
О
ЛИПОГЕНЕЗ
=
1)
2СН3 – С ~ SKoA + СО2
карбоксилаза
Биотин,АТФ
ацетил КоА
2)
+ АПБ
СООН – СН2 – С ~SКоА
малонил КоА
О
+
синтетаза
=О
=
О
Ацетил - АПБ
СН3 – С - СН2 – С ~ S- АПБ
нО
5)
О
+ АПБ
О
=
3)СН3 – С~ S- АПБ
4)
//
НАДФ Н
-
2
редуктаза
=О
СН3 – СН – СН2 – С
- Н2О
6)
СН3 – СН = СН – С
7)
СН3 – СН2 – СН2 – С
НАДФ Н2
~ S- АПБ
=О
~ S-АПБ
редуктаза
=О
~ S- АПБ
СООН – СН2 - С =~ S- АПБ
Малонил - АПБ
ацетоацетил АПБ
β гидроксибутирил АПБ
кротонил - АПБ
бутирил - АПБ
23
Повтор цикла 7 раз, начиная с 3 реакции до пальмитоил-АПБ.
Удлинение пальмитиновой кислоты происходит с участием ацетил-КоА,
с образованием стеариновой кислоты. В печени и в тканях мозга из
стеариновой кислоты образуются ВЖК с длинной углеродной цепью от С20
до С24, необходимых для образования глико- и сфинголипидов. Из
ненасыщенных жирных кислот в организме синтезируется только олеиновая
в результате дегидрирования стеариновой кислоты (десатурация) – под
влиянием ферментов десатураз, которые могут образовывать двойные связи
только у 9 углеродного атома, ω-3 и ω-6 не синтезируются в организме и
обязательно должны поступать с пищей.
Нейтральные жиры.
В их состав входит 3 атомный спирт глицерин и высшие жирные
кислоты: олеиновая кислота 55%, пальмитиновая 20%, линолевая 10%.
х
ТАГ
=О
СН2 – О – С – С17Н33
│
О
СН – О – С –=С17Н33
│
=О
СН2 – О – С – С15Н31
=О
СН2 – О – С – С15Н31
│
=О
СН – О – С – С15Н31
│
=О
СН2 – О – С – С15Н31
- жидкий жир
- твердый жир
26
СОСТАВ НЕЙТРАЛЬНОГО ЖИРА
Жирные
кислоты
Новорожденные
Взрослые
Олеиновая
69%
90%
Пальмитиновая
29%
8%
430
17,50
Чем и объясняется
высокая точка
плавления
у новорожденных и
низкая у взрослых
27
СИНТЕЗ НЕЙТРАЛЬНЫХ ЖИРОВ
(в почках, в кишечнике)глицеринфосфокин
аза
Глицерин
ATФ
а
дегидрогеназ
НАДН2
(в мышечной ткани)
диоксиацетонфосфат
H2C OH
HC
C
H2
OH + 2 C17H33COSКoA
Ацил-КоА
OPO H
3
2
Глицерол-3-фосфат
O
H2C O C C17H33
O
HC O C C H
17 33
фосфотидсинтетаза
C O PO3H2
-2 HS-КoA
H2
фосфотаза
Фосфатидная кислота
+H2O
-H3PO4
28
H2C O COC17H33
HC
O COC17H33
C OH
H2
1,2 - диацилглицерол
трансфераза
O
+
C15H31
H2C O COC17H33
HC
SCoA
Ацил-КоА
O COC17H33
C O COC15H31
H2
триацилглицерол
Ожирение – полигенное заболевание, сопровождающееся накопление
ТАГ в адипоцитах, которое является фактором риска развития инфаркта
миокарда, инсульта, СД, гипертонической и желчнокаменной болезни.
Ожирение бывает:
1. первичное – оно развивается в результате алиментарного дисбаланса –
избыточное калорийное питание по сравнению с расходованием
энергии.
Причины: - генетические нарушения до 80%
- состав и количество потребляемой пищи
- система питания в семье
- уровень физической активности
- психологические факторы
Рассмотрим
генетические
факторы
в
развитии
ожирения.
Метаболические различия между тучными и худыми людьми. У людей,
склонных к ожирению, вероятно, имеется более прочное сопряжение
дыхания и окислительного фосфорилирования, т.е. более эффективный
метаболизм. Возможно разное соотношение аэробного и анаэробного
гликолиза. Анаэробный гликолиз (как менее эффективный) «сжигает»
гораздо больше глюкозы, в результате снижается переработка в жиры.
У человека обнаружен ген ожирения. Продуктом экспрессии этого гена
служит белок лептин, который содержит 167 аминокислотных остатков,
взаимодействует с рецептором гипоталамуса, в результате снижается
секреция нейропептида У, стимулируя пищевое поведение. У 80% больных
концентрация лептина в крови тучных людей больше в 4 раза чем у нормы.
2. вторичное ожирение – ожирение развивающееся в результате какоголибо основного заболевания, чаще эндокринного. Например
Иценко-Кушинга, гипофиз, гипоталамуса и др.
Сфинголипиды.
СФИНГОЛИПИДЫ
CH3 - (CH2)12 - CH = CH - CH - CH - CH2 - O
O
OH
NH
+
- P - O - CH2 - CH2 - N - (CH3)3
O
C
OH
CH2OH
CФИНГОМИЕЛИН
R
O
CH3 - (CH2)12 - CH = CH - CH - CH - CH2 - O
OH
OH NH
NH
C O
OH H
ЦЕРЕБРОЗИД R
O
C
СФИНГОЗИН – ГЛЮКОЗА (ГАЛАКТОЗА)
ГАЛАКТОЗА)
NH
СИАЛОВАЯ КИСЛОТА
C O
RГАНГЛИОЗИД
Биологическая роль.
30
1. Структурная функция, входят в наружный слой плазматической
мембраны, участвует в межклеточных контактах.
2. Карбоксильная группа сиаловых кислот, придает мембране
отрицательный заряд и эти соединения способны связывать Νа, К
изменяя их распределение в мозговой ткани.
3. Рецепторы нейромедиаторов.
4. Некоторые гликосфинглолипиды являются антигенами определяющие
группу крови.
Патология (липидозы).
Лизосомные болезни – это генетические наследственные заболевания,
когда
из-за отсутствия ф-та происходит неполное расщепление
сфинголипидов, цереброзидов.
ЛИПИДОЗЫ
ЗаболеЗаболевание
Дефект
ферментов
НакопивНакопившийся
липид
Клинические
симптомы
болезни
Болезнь
Ниманна –
Пикка
СфингоСфингомиэлиназа
СфингоСфингомиэлин,
миэлин,
холестерин
Психич.
Психич. отсталость,
отсталость,
гепатоспленомегалия,
гепатоспленомегалия,
судорожные
припадки,
припадки, слепота
Болезнь
Гоше
Глюкозидаза
(глюкоцеглюкоцереброзидаза)
реброзидаза)
ГлюкоГлюкоцереброзицереброзиды
Психич.
Психич. отсталость,
отсталость,
гепатоспленомегалия,
гепатоспленомегалия,
изменение костей,
костей,
вакуолизация
лимфоцитов
Болезнь
Тея Сакса
Гексозидаза
в сыворотке
Ганглиозид
Психич.
Психич. отсталость,
отсталость,
слепота,
,
слепота
макроцефалия
31
Заболевание обмена клеточных липидов (липидозы).
1. Нимана – Пика редко встречается заболевание 6 типов. Накопление
сфингомиелина, во внутренних органах и нервных тканях. Нет фермента
сфингомиелиназы. А - форма. (В грудном возрасте) клиника: задержка роста,
умственного развития, гепатоспленомегалия, частые респират. инфекции и
слепота (вишнево красное пятно на сетчатке глаз в 50% случаев). Смерть в
возрасте 3-4х лет.
2.
Гоше часто встречающейся липидоз 3 формы накопления
цереброзидов: 1. Инфантильная,
В первые месяцы задержка роста, нервно-психические нарушения,
неврологические расстройства, заканчивающиеся смертью до 1 года.
2. Ювенильная,
На втором году - умственное отставание, гепатоспленомегалия,
неврологические расстройства (судороги, мышечная гипотония), заболевание
костей, погибают с 6-лет.
3. Взрослая (висцеральная),
Отложение во внутренних органах и костях. Нет или редко умственные
отставания и неврологические расстройства.
3. Болезнь Тея-Сакса у евреев в 4-6 месяцев – ганглиозидоз.
Клиника: мышечная гипотрофия, неврологические изменения, полная
слепота.
У детей 1 года жизни чаще наблюдается болезнь Нимана-Пика, а после
года – болезнь Гоше.
Перекисное окисление липидов.
ПОЛ называют еще свободно – радикальным окислением липидов. Это
окисление протекает в норме на низком следовом уровне (с малой
скоростью) в мембранах митохондрий, лизосом, в оболочке эритроцитов, там
где имеются ненасыщенные липиды (гл. обр. фосфолипиды).
Процессы ПОЛ играют определенную роль. Они участвуют:
 в регуляции проницаемости мембран;
 в обновлении клеточных мембран;
 в регуляции скорости роста организма;
 в пролиферации клеток.
Продуктами перекисного окисления ненасыщенных липидов являются:
 свободные радикалы – R;
 перекисные радикалы – ROO;
 гидроперекиси – ROOH; (98% на первых стадиях);
 альдегиды (малоновый диальдегид);
 кетоны;
 эпоксиды.
К образованию свободных радикалов и ускорению ПОЛ приводят:
 облучение ионизирующей радиацией;
 металлы переменной валентности (Fe, Cu);
 некоторые диазосоединения.
Продукты ПОЛ – реакционноспособные молекулы, которые спонтанно
ускоряют цепные реакции перекисного окисления ненасыщенных липидов и
реагируют с биомолекулами (белками, нуклеиновыми кислотами), вызывая
нарушения их функций. Цепное перекисное окисление сопровождает слабая
хемилюминесценция (сверхслабое свечение тканей).
Стабильный уровень ПОЛ, в нормальных физиологически необходимых
пределах, обеспечивает антиоксидантная система защиты.
Антиоксиданты (антиокислители) уменьшают концентрацию свободных
радикалов.
Антиоксиданты.
1. Истинные антиоксиданты токоферольного типа (витамин Е,
тироксин, селен).
2. SH – содержащие низкомолекулярные соединения (глутатион,
цистеин).
3. Антиоксиданты – комплексы: моно – ди – трикарбоновые
кислоты (лимонная, никотиновая, аскорбиновая, бензойная).
4. Ферментативные механизмы защиты:
глутатион – редуктаза: глутатион – дегидрогеназа, каталаза,
супероксиддисмутаза.
Нервная ткань, легкие обладают наиболее высоким антиокислительным
действием. Сердце, почки имеют среднее значение антиокислительной
активности. Подкожный жир, мышцы, пожелудочная железа имеют низкую
антиокислительную активность.
Антиокислительная активность большинства соединений определяется
наличием у них подвижного атома Н с ослабленной связью «С». Происходит
замена активных радикалов субстрата RОО. R’ на малоактивный радикал
антиокислителя А. Этот радикал не способен к продолжению цепи и
превращается в стабильные молекулярные продукты за счет полимеризации.
Глутатион – пероксидаза разрушает гидроперекиси жирных кислот с
участием восстановленного глутатиона:
ROOH+2Г – SH
R-OH+Г-S-S-Г+Н2О
Ферменты каталаза, пероксидаза обезвреживают уже образовавшиеся
перекиси и прерывают дальнейшее разветвление.
Токоферолы способны встраиваться своими боковыми цепями между
НЖК фосфолипидов мембран, образуя комплексы и увеличивая плотность
упаковки мембран. Это препятствует проникновению кислорода и
образованию
перекисных
радикалов.
Существует
системность
ингибирования ПОЛ. Срыв происходит хотя бы при выпадении одного из
компоненров антиоксидантного комплекса. Срыв этой физиологической
защитной системы, а значит усиление перекисного окисления наступает:
1. При
весеннем
дефиците
антиоксидантов,
токоферола,
аскорбиновой кислоты.
2. При избытке калорийного питания. Нарушается равновесие
между темпами биологического окисления и поступлением продуктов, что
приводит к сбросу субстрата на свободно – радикальный путь окисления.
3. Стресс. Приводит к падению антиоксидантной активности, так
как происходит несоответствие между поступлением избытка субстрата
(жирных кислот), также кислорода в ткани и их реальным расходом.
4. Гиподинамия. Малая подвижность снижает ферментативное
биологическое окисление, сопровождаемое утилизацией кислорода –
усиливает свободно – радикальное окисление.
5. Лучевой фон. Облучение ускоряет ПОЛ.
6. Длительная терапия антибиотиками снижает ВИТ. С, РР.
Увеличение перекисного окисления липидов приводит к синдрому
липидной периоксидации, для которого характерны:
1. Поражение мембран.
2. Поражение ферментов.
3. Митоз.
4. Накопление полимеров.
Эти явления могут по-разному превалировать при различной патологии.
Действие перекисей липидов на мембраны.
В состав мембран наряду с белками входят ФЛ и ХС. Фосфолипиды
поддерживают постоянство организации мембран путем реакций распада и
синтеза. Появление перекисных соединений в цепочке жирных кислот
фосфолипидов может привести к разрыхлению мембран. Происходит
изменение заряда на поверхности раздела мембрана – раствор, изменение
конформации липидо – протеинового комплекса, появление гидрофильных
включений в сплошном гидрофобном слое мембран.
Повышается проницаемость мембран для определенных ионов.
Происходит накопление Са2+, Na+ в клетках. Повышение ионов приводит к
накоплению Н2О в митохондрии, разбуханию матрикса и разрыву мембран.
Действие перекиси липидов на белки.
Продукты ПОЛ оказывают инактивирующее действие на ферменты
клетки:
1. РНК – азу, ацетилхолинэстеразу, ЛДГ, цитохромоксидазу, Гл – 6
– фосфатазу, моноаминоксидазу.
2. Вызывают полимеризацию ферментов цикла Кребса.
Повреждение белковых молекул заключается в образовании комплекса
окисленный липид – белок, полиметизации белковых молекул и разрушении
аминокислот, особенно содержащих Н – группы. Среди аминокислот,
чувствительных к действию липидных перекисей на первом месте стоит
цистеин, затем гистидин, серин, пролин, аргинин, метионин, фенилаланин,
тирозин.
Свободно – радикальное окисление.
В инактивации инсулина, миозина ведущим является перевод в
нерастворимую форму, образование поперечных сшивок.
Последнее десятилетие лавинообразно увеличивается число работ,
посвященных роли ПОЛ в генезе кислородзависимой патологии. Усиление
ПОЛ считается одним из ведущих факторов в патогенезе ИБС,
атеросклероза, гипертонической болезни. Резко меняется ПОЛ при опухолях,
старении, бронхолегочной патологии.