Обмін складних білків

1. Обмін складних білків

2.

До складних відносяться білки, що складаються з
білкової частини та небілкового компоненту
(простетична група).
За хімічним складом простетичної групи складні білки
можна розділити на декілька класів:
Нуклеопротеїни
Хромопротеїни
Ліпопротеїни
Фосфопротеїни
Глікопротеїни
Металопротеїни

3. Обмін нуклеопротеїнів. Ентеральний обмін.

У шлунку:
нуклеопротеїни (ДНП, РНП) + HCl → простий білок
+ нуклеїнова кислота (ДНК, РНК)
В 12-типалій кишці:
ДНК-аза
ДНК + НОН
РНК + НОН
РНК-аза
олігонуклеотиди + мононуклеотиди
олігонуклеотиди + мононуклеотиди

4.

Інші відділи тонкого кишечнику:
мононуклеотиди + НОН
нуклеозиди + НОН
нуклеотидази
нуклеозидази
нуклеозиди + Н3РО4
азотисті основи (пуринові або
піримідинові) + пентоза
Всмоктування:
- ДНК: Аденін (А), Гуанін (Г), Цитозин (Ц), Тимін (Т),
дезоксирибоза і фосфатна кислота
- РНК: Аденін (А), Гуанін (Г), Цитозин (Ц), Урацил (У),
рибоза і фосфатна кислота

5.

6. Катаболізм нуклеопротеїнів

В
тканинах
розпад
нуклеопротеїнів
відбувається аналогічно їх розпаду в шлунковокишковому
тракті,
тільки
здійснюється
специфічними
тканинними
ферментами,
локалізованими, в основному, в лізосомах:
ДНК-аза, РНК-аза, нуклеотидази, нуклеозидази.

7.

Пентози, які в результаті катаболізму
нуклеїнових кислот, окиснюються до СО2 і Н2О,
а також використовуються для синтезу нових
нуклеотидів.
Фосфатна кислота застосовується для
фосфорилування органічних сполук або
виводиться з організму нирками і товстим
відділом кишечнику.

8.

Азотисті основи (пуринові і піримідинові)
перетворюються в кінцеві продукти обміну, які
виділяються з сечею.
Піримідинові азотисті основи підлягають
остаточному розпаду до СО2, Н2О і NH3.
Пуринові азотисті основи зберігають циклічну
структуру пурину. Кінцевий продукт у людини,
людиноподібних мавп, свиней і птиці – сечова
кислота, а у коней, собак і кролів вона окиснюється з
розривом пуринового кільця і утворенням алантоїну.

9. Розпад пуринових азотистих основ

Аденін + НОН
Гуанін + НОН
дезаміназа
1
Гіпоксантин + /2 О2
дезаміназа
+ 1/ 2 О 2
ксантиноксидаза
Ксантин
ксантиноксидаза
Сечова кислота (кінцевий продукт у приматів і птахів)
уріказа
Алантоїн (кінцевий продукт у більшості с.-г.
тварин, рептилій та ін.)

10.

OH
NH2
N
N
N
H
+ НОН
N
дезаміназа
N
NH3 +
+ 1/ 2 O 2
N
N
H
Гіпоксантин
N
Аденін
OH
OH
N
N
N
H
ксантиноксидаза
N
N
дезаміназа
+ НОН
N
H
NH2
+ 1/ 2 O 2
N
Ксантин
ксантиноксидаза
O
OH
N
N
H
N
N
HO
N
N
H
(енольна форма)
NH
O
OH
N
H
Сечова кислота
+ HOH
уріказа
H
N
1
+ /2 O2
O
СО2 + O
N
N
H
H
Алантоїн
NH2
O
O
N
H
(кетоформа)
OH

11.

Сечова кислота є одним із нормальних компонентів
сечі. За добу в організмі утворюється приблизно 1 грам
сечової кислоти.
Сечова кислота виводиться з організму з сечею - це
звичайний її компонент, але в нирках організму людини
відбувається її інтенсивна реабсорбція.
Концентрація сечової кислоти в крові підтримується на
постійному рівні (0,12-0,30 ммоль/л).

12. Функції сечової кислоти:

1. Є потужним стимулятором центральної
нервової
системи,
бо
інгібує
фосфодиестеразу, яка є посередником дії
гормонів адреналіну і норадреналіну.
Сечова кислота пролонгує (подовжує) дію
цих гормонів на ЦНС.
2. Має антиоксидантні властивості – здатна
взаємодіяти з вільними радикалами.

13.

Сечова кислота дуже погано розчиняється у воді. При
надлишковій кількості або порушенні катаболізму
підвищується концентрація сечової кислоти в крові
(гіперурікемія) і відкладення її у вигляді кристалів в
органах. Відкладення сечової кислоти в суглобах є
причиною сильної болі при подагрі.
Інше захворювання, при якому кристали уратів
відкладаються в нирковій лоханці або в сечовому
міхурі, відоме як сечокам'яна хвороба.
У більшості випадків гіперурікемія пов'язана з
порушенням виведення сечової кислоти нирками.
Несприятливим фактором є високий вміст пуринів у
їжі (наприклад, м'ясна дієта, кава).

14. Розпад піримідинових азотистих основ

Цитозин
дезаміназа
+ НОН
Урацил + НАДФН2
Дигідроурацил
НАДФ
- NH3
+ НОН
бета-уреїдопропіонова
кислота
+ НОН
бета-аланін
NH3 СО2
Сечовина
Тимін + НАДФН2
+ НОН
NH3 СО2
Сечовина
Дигідротимін
бета-аміноізомасляна
кислота
бета-уреїдоізомасляна
кислота

15.

NH2
N
+ HOH
O
O
O
дезаміназа
N
H
Цитозин
O
O
HN
HN
+ НАДФН2
НАДФ
N
H
Урацил
CH2
CH2
O
N
H
Дигідроурацил
C
OH
+ HOH
O
NH2
CH2
C
CH2
N
H
бета-уреїдопропіонова
кислота
O
+ HOH
H2N
NH3
Сечовина
СО2
CH2
CH2
C
OH
бета-амінопропіонова кислота
(бета-аланін)

16.

-аланін зазвичай розпадається до CO2, H2O і
NH3, але іноді може використовуватися для
синтезу пептидів карнозину і ансерину в
м'язовій тканині.
У мікроорганізмів -аланін використовується і
для синтезу HS-КоА.
Кінцевим продуктом розпаду піримідинових
азотистих основ можна вважати і сечовину, яка
утворюється з амоніаку згідно відомого
механізму.

17.

O
O
CH3
HN
HN
CH
+ НАДФН2
N
H
Тимін
O
НАДФ O
CH3
+ HOH
CH2
N
H
Дигідротимін
O
C
O
NH2
OH
CH3
CH
C
CH2
N
H
бета-уреїдоізомасляна
кислота
O
+ HOH
NH3
H2N
СО2
CH2
CH
C
OH
CH3
бета-аміноізомасляна кислота

18.

Тимін розпадається подібно урацилу, але
зберігається CH3-група і замість -аланіну
утворюється -аміноізобутират ( -метил- аланін). Оскільки тимін зустрічається тільки в
ДНК, то за рівнем -аміноізобутирату в сечі
оцінюють інтенсивність розпаду ДНК.

19. СИНТЕЗ МОНОНУКЛЕОТИДОВ

Для синтезу мононуклеотидів de novo необхідними є прості
речовини: CO2 і рибозо-5-фосфат (продукт 1-го етапу ГМФшляху). Синтез відбувається з витратою АТФ. Окрім того,
необхідні замінні амінокислоти, які синтезуються в організмі,
тому навіть при повному голодуванні синтез нуклеїнових кислот
відбувається.
РОЛЬ АМІНОКИСЛОТ У СИНТЕЗІ МОНОНУКЛЕОТИДІВ:
Аспарагін. Є донором амідної групи.
Аспарагінова кислота.
а) Є донором аміногрупи
б) Приймає участь в синтезі всією молекулою.
Гліцин
а) Є донором активного С1.
б) Бере участь в синтезі всією молекулою.
Серин. Є донором активного С1.

20. ВІДМІННОСТІ В СИНТЕЗІ ПУРИНОВИХ І ПІРИМІДИНОВИХ МОНОНУКЛЕОТИДІВ:

Особливістю синтезу пуринових нуклеотидів є
те, що
циклічна структура пуринової азотистої
основи поступово добудовується на активній формі
рибозо-фосфату (5-фосфорибозил-1-пірофосфат), як
на матриці. При циклізації утворюється вже готовий
пуриновий мононуклеотид.
При синтезі піримідинових мононуклеотидів
спочатку
утворюється
циклічна
структура
піримідинової азотистої основи, яка в готовому
вигляді переноситься на рибозу – на місце
пірофосфату.

21. Джерела синтезу пуринового кільця:

СО2 (С6)
Аспарагінова
кислота (N1)
N1
HC 2
форміл-ТГФК
(С2)
H
C
6
3
N
5C
4C
гліцин (С4, С5, N7)
N
7
8 CH
9
NH
глутамін
(амідний N)
(N3, N9)
метионіл-ТГФК (С8)

22.

Існує 10 загальних і 2 специфічних стадії.
В результаті загальних реакцій утворюється
пуриновий мононуклеотид, який є спільним
попередником майбутніх АМФ і ГМФ –
інозинмонофосфат (ІМФ).
ІМФ в якості азотистої основи містить
гіпоксантин.

23.

Пуринове кільце будується з СО2, аспарагінової
кислоти, глутаміну, гліцину і серину.
Ці речовини або повністю включаються в
пуринову структуру, або передають для її
побудови окремі групи.
Утворюється готовий ІМФ.
Потім відбуваються специфічні реакції, в
результаті яких ІМФ перетворюється або в
АМФ, або в ГМФ. При такому перетворенні в
молекулі з'являється аміногрупа, причому у
випадку перетворення в АМФ - на місці ОНгрупи. При утворенні АМФ джерелом Нітрогену
є аспарагінова кислота, а для утворення ГМФ
необхідним є глутамін.

24.

25.

Далі
з
НМФ
(нуклеотидмонофосфат)
утворюються НДФ і НТФ за допомогою АТФ.
Витрати АТФ на синтез нуклеотидів de novo
дуже великі. Цей спосіб синтезу є енергетично
невигідним.
В деяких тканинах є альтернативний спосіб
синтезу – реутилізація (повторне використання)
пуринових азотистих основ, які утворилися при
розпаді нуклеотидів.

26.

Ферменти, що каталізують реакції реутилізації, є
найбільш активними у клітинах, які швидко діляться
(ембріональні тканини, червоний кістковий мозок,
ракові клітини), а також у тканинах головного мозку.
У людини зустрічається генетичний дефект цього
ферменту - “синдром Леша-Ніхана”.
Для таких хворих характерними є виражені
морфологічні зміни в головному і кістковому мозку,
розумова і фізична відсталість, агресія, аутоагресія.
У досліді на тваринах синдром аутоагресії моделюється
шляхом згодовування їм кофеїну (пурину) у великих
дозах, який пригнічує процес реутилізації гуаніну.

27. Анаболізм нуклеопротеїнів Джерела синтезу піримідинового кільця:

(N3)
Глутамін
(амідний N)
N3 4 5
2
СО2
(С2)
1
N
6
Аспарагінова кислота
(N1, C4, C5, C6)

28. СИНТЕЗ ПІРИМІДИНОВИХ МОНОНУКЛЕОТИДІВ

Процес починається з утворення циклічної структури
піримідинової азотистої основи, і тільки потім приєднується
рибозо-фосфат.
Перша реакція синтезу піримідинових монуклеотидів
приводить до утворення карбамоїлфосфату. Одна з молекул
АТФ є донором фосфату:

29.

30.

Оротова кислота – перша азотиста основа на
шляху синтезу піримідинів – загальний
попередник інших піримідинів.
Цитидинові нуклеотиди утворюються тільки на
основі трифосфатної форми.

31. СИНТЕЗ НУКЛЕЇНОВИХ КИСЛОТ З МОНОНУКЛЕОТИДІВ

Нуклеїнові кислоти є полімерами. Тому їх синтез
представляє собою ланцюг реакцій полімеризації
мононуклеотидів. В результаті цих реакцій
відбувається
поступове
подовження
полінуклеотидного ланцюгу.
Субстратами для синтезу є мононуклеотиди у
трифосфатній формі, вони ж є і джерелами енергії
(містять макроергічні зв'язки). В процесі синтезу
відщеплюється ФФ і відбувається вивільнення
енергії.

32.

В загальному процес має наступний вигляд:
Утворюється 3’,5’-фосфодиефірний зв'язок.
Пірофосфат (ФФ), який виділяється,
розщеплюється пірофосфатазою.

33.

34. Обмін хромопротеїнів

Ентеральний обмін:
У шлунку: гемоглобін + НСl → глобін + гем
Гем + НСl → гематин (Fe3+)
В кишечнику: гематин → стеркобіліноген →
стеркобілін (з каловими масами виводиться з
організму)

35. Будова гему

36. Будова гемоглобіну

37. Деградація гемоглобіну

В організмі людини протягом 1 год. руйнується
близько 100-200 млн еритроцитів. Розпад
починається в мікросомальній фракції ретикулоендотеліальної системи [РЕС] клітин печінки,
селезінки та кісткового мозку.
Після відділення білкової частини (глобіну)
червоний гем розщеплюється гем-оксигеназою за
допомогою кисню і НАДФН на іони Fe2+, СО
(оксид Карбону!) і зелений білівердін.
Далі Ферум утилізується.

38.

В подальшому білівердін відновлюється
білівердінредуктазою до помаранчевого
білірубіну. Ці зміни кольору легко можна
спостерігати in vivo у вигляді синяків (при
гематомах).

39. Катаболізм гемоглобіну

Гемоглобін
НАДФН2
вердоглобін
Білівердін
НАДФН2
глобін + Fe3+ + білівердін
(пігмент зеленого
кольору)
білірубін

40.

Сполука білірубін це пігмент жовто-зеленого
кольору, що утворюється після розпаду
гемоглобіну.

41. Метаболізм білірубіну

1. Транспорт білірубіну кров'ю і надходження
в паренхімальні клітини печінки.
Так як він погано розчинний в плазмі, то
транспорт здійснюється в комплексі з
альбумінами.

42.

2. Детоксикація білірубіну в клітинах
печінки.
Після того як білірубін в печінці двічі
кон’югується з активованою глюкуроновою
кислотою, підвищується його водорозчинність.
Утворення кон’югату каталізується УДФглюкуронозілтрансферазою — ферментом, який
знаходиться в ЕР печінки, а також у незначній
кількості в нирках і слизовій кишечнику.

43. Детоксикація білірубіну в печінці (кон’югація з глюкуроновою кислотою)

Білірубін + УДФ-глюкуронова кислота
білірубін-моно-глюкуронід
- УДФ
Білірубін-моно- + УДФ-глюкуронова
глюкуронід
кислота
- УДФ
білірубін-ди-глюкуронід
"прямий" білірубін
в жовч
в кишечник
в кров (20 - 25 %
загального
білірубіну)

44.

3. Секреція білірубіну в жовч і виведення з
організму.
В кишечнику кон’югат білірубіну знову частково
розщеплюється бактеріальною β-глюкуронідазою.
Вільний білірубін поступово відновлюється до
безбарвного уробіліногену та стеркобіліногену, які
далі окиснюються киснем повітря до уробіліну та
стеркобіліну. Ці кінцеві продукти метаболічної
трансформації жовчних пігментів у кишечнику
забарвлені в кольори від помаранчевого до жовтого.
Вони виділяються в основному з калом, а менша
частина резорбується (ентерогепатична циркуляція).
При інтенсивному процесі розпаду гему в сечі раптово
з'являється уробіліноген, де він при окисненні киснем
повітря
темніє,
перетворюючись
в
уробілін.

45. Секреція білірубіну та виведення з організму

бакт.
глюкуронова кислота + білірубін
ферм.
кишечника
стеркобіліноген
стеркобілін
уробіліноген
(калові маси)
пігменти
в сечу
Білірубін-диглюкуронід
Білірубін + 2Н
уробіліноген
(пігмент сечі)

46.

Жовтуха (істинна) –
симптомокомплекс, який
характеризується жовтушним
забарвленням шкіри та слизових
оболонок, обумовлений
накопиченням в тканинах і крові
білірубіну.
Істинна жовтуха може розвиватися в результаті
трьох основних причин:
1) надмірного руйнування еритроцитів і
підвищенного
вироблення
білірубіну
–
гемолітична або надпечінкова жовтуха;
2) порушення захоплення клітинами печінки
білірубіну і зв'язування його з глюкуроновою
кислотою
–
паренхіматозна
або
печінковоклітинна жовтуха;
3) наявність перешкоди до виділення білірубіну з
жовчю в кишечник і зворотного всмоктування
зв'язаного білірубіну в кров – механічна або
підпечінкова жовтуха.

47. Біосинтез гему

O
Джерела: 1) гліцин -
H2N
CH2
C
OH
2) сукциніл-КоА (метаболіт ЦТК)
O
C
OH
CH2
CH2
O
C
SКоА
3) джерело заліза - білок ферритин
(депонується - клітини кісткового мозку, печінки, селезінки)
Синтез гему проходить як в цитозолі клітини, так і в мітохондріях.

48.

Біосинтез гему.
δ-амінолевулинова
кислота
(АЛК) утворюється шляхом
з'єднання гліцину і сукцинату.
В цьому процесі приймає
участь піридоксальфосфат і
АЛК-синтетаза.
Реакція
синтезу гему контролюється
механізмом зворотного зв'язку.
2
молекули
АЛК
конденсуються в монопірольну
форму порфобіліногену (ПБГ).
4 молекули ПБГ формують
тетрапірольне
кільце
уропорфіріногену.
Утворюються 2 ізомерні форми
І і ІІІ. Здебільшого в синтезі
гему бере участь ізомер ІІІ.
Синтез
гему
включає
утворення копропорфіріногену
і
протопорфіріногену
з
наступним приєднанням Fe+2

49. Патології

Відомо ряд захворювань, причинами яких є
спадкові
або
набуті
порушення
порфіринового синтезу, так звані порфірії.
Більшість цих захворювань приводять до
виділення попередників гему з калом або
сечею, яка внаслідок цього може бути
забарвлена в темно-червоний колір.
Також
спостерігається
відкладення
порфіринів у шкірі. При дії світла це
приводить до утворення важковиліковних
пухирів.

50.

При порфіріях частими є також неврологічні
порушення. Можливо, що в основі
середньовічних легенд про людей-вампірів
(дракул) є дивна поведінка хворих порфіріями
(світлобоязнь, незвична зовнішність та
поведінка, вживання крові в їжу, що компенсує
дефіцит гему і часто поліпшує стан при деяких
формах порфірій).