28. Эйказаноиды и простагландины.

Ответ. К эйкозаноидам (είκοσι, греч.-двадцать) относят окисленные производные эйкозановых кислот: эйкозотриеновой (С20:3), арахидоновой (С20:4), тимнодоновой (С20:5) жирных кислот. Активность эйкозаноидов значительно разнится от числа двойных связей в молекуле, которое зависит от строения исходной жирной кислоты. Выделяют три основные группы эйкозаноидов: простагландины, лейкотриены, тромбоксаны. Простагландины (Pg) синтезируются практически во всех клетках, кроме эритроцитов и лимфоцитов. Выделяют типы простагландинов A, B, C, D, E, F. Функции простагландинов сводятся к изменению тонуса гладких мышц бронхов, мочеполовой и сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, при этом направленность изменений различна в зависимости от типа простагландинов, типа клетки и условий. Они также влияют на температуру тела. Простагландины впервые обнаружены в простате и семенной жидкости, поэтому так и называются - простАгландины. Простациклины являются подвидом простагландинов (Pg I), вызывают дилатацию мелких сосудов, но еще обладают особой функцией – ингибируют агрегацию тромбоцитов. Их активность возрастает при увеличении числа двойных связей в исходных жирных кислотах. Синтезируются в эндотелии сосудов миокарда, матки, слизистой желудка. Тромбоксаны (Tx) образуются в тромбоцитах, стимулируют их агрегацию и вызывают сужение сосудов. Их активность снижается при увеличении числа двойных связей в исходных жирных кислотах. В организме суммарный эффект простациклинов и тромбоксанов на тромбообразование и артериальное давление складывается. При недостатке полиненасыщенных жирных кислот в пище возникает крен в сторону преобладающей активности тромбоксанов, что ведет к повышению вязкости крови, образованию тромбов и спазму мелких сосудов, в целом - к повышению артериального давления и нарушению периферического кровообращения. Поступление в клетки ω3-жирных кислот противостоит этим патологическим сдвигам. Лейкотриены (Lt) синтезируются в лейкоцитах, в клетках легких, селезенки, мозга, сердца. Выделяют 6 типов лейкотриенов A, B, C, D, E, F. В лейкоцитах они стимулируют подвижность, хемотаксис и миграцию клеток в очаг воспаления, в целом они активируют реакции воспаления, предотвращая его хронизацию. Также вызывают сокращение мускулатуры бронхов (в дозах в 100-1000 раз меньших, чем гистамин). Депонироваться эйкозаноиды не могут, разрушаются в течение нескольких секунд, и поэтому клетка должна синтезировать их постоянно из поступающих жирных кислот ω6- и ω3-ряда. Источником свободных эйкозановых кислот являются фосфолипиды клеточной мембраны. Под влиянием гистамина, комплекса антиген-антитело, цитокинов, кининов активируются фосфолипаза А2 или комбинация фосфолипазы С и ДАГ-липазы, которые отщепляют жирную кислоту из положения С2 мембранных фосфолипидов.

Полиненасыщенная жирная кислота метаболизирует в основном двумя путями: циклооксигеназным и липоксигеназным, активность которых в разных клетках выражена в разной степени. Циклооксигеназный путь отвечает за синтез простагландинов и тромбоксанов, липоксигеназный – за синтез лейкотриенов. В зависимости от исходной жирной кислоты и, соответственно, числа двойных связей все эйкозаноиды делят на три группы: Первая группа – синтезируется из эйкозотриеновой кислоты (С20:3), которая образуется из линоленовой (С18:3). В соответствии с количеством двойных связей простагландинам и тромбоксанам присваивается индекс 1, лейкотриенам – индекс 3: например, Pg E1, Pg I1, Tx A1, Lt A3. Интересно, что PgE1 ингибирует аденилатциклазу в жировой ткани и препятствует липолизу, также он участвует в патогенезе бронхоспазма. Вторая группа синтезируется из арахидоновой кислоты (С20:4). По тому же правилу ей присваивается индекс 2 или 4, например, Pg E2, Pg I2, Tx A2, Lt A4. Третья группа эйкозаноидов происходит из тимнодоновой кислоты (С20:5). По числу двойных связей присваиваются индексы 3 или 5: например, Pg E3, Pg I3, Tx A3, Lt A5.

29. Фосфолипиды (Фосфатидилэтаноламин, фосфатидилхолин, фосфатидилинозитол).

Ответ. Фосфолипиды (ФЛ, фосфатиды) представляют собой соединение спирта глицерола или сфингозина с высшими жирными кислотами и фосфорной кислотой. В их состав также входят азотсодержащие соединения холин (витамин B4), этаноламин, серин, циклический шестиатомный спирт инозитол (витамин В8). Доля фосфолипидов в пищевом жире невелика (не более 10%), это фосфолипиды клеточных мембран и жировых эмульсий. Источниками фосфолипидов является практически любой жир, используемый в пищу – любые растительные масла, свиной, говяжий и другой животный жир, жир молочных продуктов и сливочное масло. В результате фосфолипидов поступает около 8-10 г в сутки. В организме человека наиболее распространены глицерофосфолипиды. Жирные кислоты, входящие в состав этих фосфолипидов, неравноценны. Ко второму атому углерода присоединена, как правило, полиненасыщенная жирная кислота. При углероде С1 находятся любые кислоты, чаще мононенасыщеннные или насыщенные. Наиболее простым глицерофосфолипидом является фосфатидная кислота (ФК) – промежуточное соединение для синтеза ТАГ и ФЛ. Фосфатидилэтаноламин (ФЭА, кефалин), фосфатидилхолин (ФХ, лецитин) – структурные ФЛ, они вместе с холестерином формируют липидный бислой клеточных мембран, обеспечивают активность мембранных ферментов, вязкость и проницаемость мембран. Кроме этого, дипальмитоил-фосфатидилхолин, являясь поверхностно-активным веществом, служит основным компонентом сурфактанта легочных альвеол. Его недостаток в легких недоношенных младенцев приводит к развитию синдрома дыхательной недостаточности. Также фосфатидилхолин, являясь одним из важнейших компонентов желчи, поддерживает находящийся в ней холестерин в растворенном состоянии и, таким образом, препятствует образованию желчных камней. Фосфатидилинозитол (ФИ) – играет ведущую роль в кальций-фосфолипидном механизме передачи гормонального сигнала в клетку.

30. Сфинголипиды. Церамиды. Ганглиозиды

Ответ. Сфингофосфолипиды – основным представителем у человека являются сфингомиелины – основное их количество расположено в сером и белом веществе головного и спинного мозга, в оболочке аксонов периферической нервной системы, есть в печени, почках, эритроцитах и других тканях. В качестве жирных кислот выступают насыщенные и мононенасыщенные, которые присоединены к спирту сфингозину. В нервной ткани сфингомиелин участвует в передаче нервного сигнала по аксонам, активно изучается роль сфинголипидов в регуляции внутриклеточных процессов в качестве источника вторичного мессенджера церамида. Гликолипиды широко представлены в нервной ткани и мозге. Размещаются они в наружном монослое плазматических мембран, при этом олигосахаридные цепи направлены наружу. Роль гликолипидов изучена еще недостаточно: они обладают рецепторной функцией, участвуют в межклеточных взаимодействиях и контактах, являются антигенами клеточной поверхности (группы крови Lewis и AB0). Общей частью всех гликолипидов является церамид – соединение аминоспирта сфингозина с длинноцепочечной жирной кислотой. В классе гликолипидов выделяют две группы - цереброзиды и ганглиозиды. В составе обеих групп находится церамид и углевод, представленный моно- или олигосахаридом или их производными. Большую часть гликолипидов составляют цереброзиды. Для большинства тканей более характерны глюкозилцерамиды, однако в нервной ткани главным цереброзидом является галактозилцерамид. Другой группой гликолипидов являются широко представленные в нервной ткани ганглиозиды. Они содержат церамид, разные остатки моносахаров и их производных (сульфосахаров и аминосахаров) и одну или несколько молекул сиаловых кислот.

31. Неомыляемые липиды. Холестерин и его свойства.

Ответ. Липиды, которые не гидролизуются с освобождением жирных кислот и при щелочном гидролизе не способны образовывать мыла, называются неомыляемыми. В основе классификации неомыляемых липидов лежит их разделение на две группы – стероиды и терпены. Стероиды – широко распространенные в природе соединения. Это производные тетрациклических тритерпенов. К стероидам относят стерины (стеролы) – высокомолекулярные циклические спирты и стериды – сложные эфиры стеринов и высших жирных кислот. Стериды не растворяются в воде, но хорошо растворимы во всех жировых растворителях и входят в состав сырого жира. Стериды образуют омыляемую фракцию липидов. Стерины же при омылении жира остаются в неомыляемой фракции, составляя наибольшую ее часть. В организме человека и животных главным представителем стеринов (стеролов) является холестерин. Холестерин играет важную роль в жизнедеятельности животного организма: участвует в построении биологических мембран. Находясь в составе мембран клеток, вместе с фосфолипидами и белками обеспечивает избирательную проницаемость клеточной мембраны, оказывает регулирующее влияние на состояние мембраны и на активность связанных с ней ферментов; является предшественником образования в организме желчных кислот, а также стероидных гормонов. К этим гормонам относятся тестостерон (мужской половой гормон), эстрадиол (один из женских гормонов), альдестерон (образующийся в коре надпочечников и регулирующий водно – солевой баланс); является провитамином витаминов группы Д. Холестерин под действием УФ-лучей в коже превращается в витамин Д3 (холекальциферол), который в свою очередь служит предшественником гормона, участвующего в регуляции обмена кальция и минерализации костной ткани. Так же нужно отметить, что при нарушении обмена веществ холестерин откладывается на стенках кровеносных сосудов, приводя к тяжелой болезни – атеросклерозу. В растениях и дрожжах содержится эргостерин (эргостерол). При облучении эргостерола УФ из него образуется витамин Д2 (эргокальциферол). Для промышленного изготовления витаминов группы Д (антирахитические витамины) используют дрожжи, они содержат свыше 2% стеридов и стеролов на сухое вещество.

В растительных маслах (соевое. кукурузное, масла пшеничных зародышей) содержится обычно от двух до четырех различных стеролов, отличающихся друг от друга количеством, расположением двойных связей и строением боковой цепи, причем обязательной составной частью является β-ситостерол. В основе строения терпенов находится молекула изопрена. Это мономер, из которого построены олигомерные или полимерные цепочки неомыляемых липидов. Терпены, молекулы которых представляют собой соединения из 2, 3, 4, 6, 8 молекул изопрена, называют соответственно моно-, се- скви-, ди-, три- и тетратерпенами. Молекулы терпенов могут иметь линейную или циклическую структуру, содержать гидроксильные, карбонильные и карбоксильные группы. В качестве типичного представителя алифатических монотерпенов является мирцен. От 30 до 50% мирцена содержится в эфирном масле хмеля. Представителями кислородных производных алифатических терпенов являются линалоол, гераниол и цитронеллол. Все они представляют спирты. Линалоол содержится в цветках ландыша, в апельсиновом и кориандровом масле. По-видимому, аромат персиков обусловлен различными сложными эфирами линалоола – уксуснокислым, муравьинокислым и др. Гераниол встречается в масле эвкалипта. Цитронеллол обладает запахом розы и содержится в розовом, гераниевом и других маслах. Холестерол относится к группе соединений, имеющих в своей основе циклопентан-пергидрофенантреновое кольцо, и является ненасыщенным спиртом. Примерно 1/4 часть всего холестерола в организме этерифицирована олеиновой кислотой и полиненасыщенными жирными кислотами. В плазме крови соотношение эфиров холестерола к свободному холестеролу составляет 2:1. Синтез холестерола в организме составляет примерно 0,5-0,8 г/сут, при этом половина образуется в печени, около 15% в кишечнике, оставшаяся часть в любых клетках, не утративших ядро. Таким образом, все клетки организма способны синтезировать холестерол. Из пищевых продуктов наиболее богаты холестеролом (в пересчете на 100 г продукта) сметана (0,002 г), сливочное масло (0,03 г), яйца (0,18 г), говяжья печень (0,44 г). В целом за сутки с обычным рационом поступает около 0,4 г. Выведение холестерола из организма происходит в основном через кишечник: с фекалиями в виде холестерола, поступающего с желчью, и образованных микрофлорой нейтральных стеролов (до 0,5 г/сут), в виде желчных кислот (до 0,5 г/сут), около 0,1 г удаляется в составе слущивающегося эпителия кожи и кожного сала, примерно 0,1 г превращается в стероидные гормоны (женские и мужские половые гормоны, глюкокортикоиды, минералокортикоиды) и после их деградации выводится с мочой. Функции холестерола. Структурная – входит в состав мембран, повышая их вязкость и жесткость. Связывание полиненасыщенных жирных кислот и их транспорт между органами и тканями в составе липопротеинов низкой и высокой плотности. Является предшественником желчных кислот, стероидных гормонов (кортизола, альдостерона, половых гормонов) и витамина D.

32. Распад липидов в жкт. Специфичность фосфолипаз.

Ответ. Потребность в липидах взрослого организма составляет 80-100 г в сутки, из них растительных (жидких) жиров должно быть не менее 30%. С пищей в основном поступают триацилглицеролы, фосфолипиды и эфиры ХС. Переваривание липидов осложняется тем, что их молекулы полностью или частично гидрофобны. Для преодоления этой помехи используется процесс эмульгирования, когда гидрофобные молекулы (ТАГ, эфиры ХС) или гидрофобные части молекул (жирные кислоты в составе ФЛ, циклическая структура ХС) погружаются внутрь мицеллы, а гидрофильные остаются на поверхности, обращенной к водной фазе. Условно внешний обмен липидов можно подразделить на следующие этапы. Эмульгирование жиров пищи – необходимо для того, чтобы ферменты ЖКТ смогли начать работу. Гидролиз триацилглицеролов, фосфолипидов и эфиров ХС под влиянием ферментов ЖКТ. Образование мицелл из продуктов переваривания (жирных кислот, МАГ, холестерола). Всасывание образованных мицелл в эпителий кишечника. Ресинтез триацилглицеролов, фосфолипидов и эфиров ХС в энтероцитах. После ресинтеза липидов в кишечнике они собираются в транспортные формы – хиломикроны (в основном) и липопротеины высокой плотности (ЛПВП) (малое количество) – и разносятся по организму. Первые два этапа переваривания липидов, эмульгирование и гидролиз, происходят практически одновременно. Вместе с этим, продукты гидролиза не удаляются, а оставаясь в составе липидных капелек, облегчают дальнейшее эмульгирование и работу ферментов. У взрослых в ротовой полости переваривание липидов не идет, хотя длительное пережевывание пищи способствует частичному эмульгированию жиров. Собственная липаза желудка у взрослого не играет существенной роли в переваривании липидов из-за ее небольшого количества и того, что ее оптимум рН 4,5-5,5. Также влияет отсутствие эмульгированных жиров в обычной пище (кроме молока). Тем не менее, у взрослых теплая среда и перистальтика желудка вызывает некоторое эмульгирование жиров. При этом даже низко активная липаза расщепляет незначительные количества жира, что важно для дальнейшего переваривания жиров в кишечнике, т.к. наличие хотя бы минимального количества свободных жирных кислот облегчает эмульгирование жиров в двенадцатиперстной кишке и стимулирует секрецию панкреатической липазы. Под влиянием перистальтики ЖКТ и составных компонентов желчи пищевой жир эмульгируется. Образующиеся при переваривании лизофосфолипиды также являются хорошим поверхностно-активным веществом, поэтому они способствуют дальнейшему эмульгированию пищевых жиров и образованию мицелл. Размер капель такой жировой эмульсии не превышает 0,5 мкм. Гидролиз эфиров ХС осуществляет холестерол-эстераза панкреатического сока. Переваривание ТАГ в кишечнике осуществляется под воздействием панкреатической липазы с оптимумом рН 8,0-9,0. В кишечник она поступает в виде пролипазы, для проявления ее активности требуется колипаза, которая помогает липазе расположиться на поверхности липидной капли. Колипаза, в свою очередь, активируется трипсином и затем образует с липазой комплекс в соотношении 1:1. Панкреатическая липаза отщепляет жирные кислоты, связанные с С1 и С3 атомами углерода глицерола. В результате ее работы остаются 2-моноацилглицеролы (2-МАГ), которые всасываются в составе мицелл или превращаются моноглицерол-изомеразой в 1-МАГ. Последний гидролизуется до глицерола и жирной кислоты. Примерно 3/4 ТАГ после гидролиза остаются в форме 2-МАГ и только 1/4 часть ТАГ гидролизуется полностью. В панкреатическом соке также имеется активируемая трипсином фосфолипаза А2, отщепляющая в фосфолипидах жирную кислоту от С2, также обнаружена активность фосфолипазы С и лизофосфолипазы. Для работы всех указанных гидролитических ферментов в кишечнике необходимы ионы Са2+, способствующие удалению жирных кислот из зоны катализа. В результате воздействия на эмульгированные жиры ферментов панкреатического и кишечного соков образуются 2-моноацилглицеролы, свободные жирные кислоты и свободный холестерол, формирующие структуры мицеллярного типа (размер уже около 5 нм). Свободный глицерол всасывается напрямую в кровь. Полученные смешанные мицеллы достигают эпителия кишечника и их компоненты диффундируют в клетки и попадают в гладкую эндоплазматическую сеть. Желчные кислоты почти не всасываются и остаются в просвете кишечника. Далее желчные кислоты достигают подвздошной кишки и всасываются там (Кишечно-печеночная циркуляция).

33. Химический состав нуклеиновых кислот. Правила Чаргаффа.

Ответ. В молекуле ДНК углевод представлен дезоксирибозой, а в молекуле РНК – рибозой, отсюда их названия: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) кислоты. Кроме того, они содержат фосфорную кислоту, по два пуриновых (А, Г) и по два пиримидиновых основания (Ц,Т,У); различия только в пиримидиновых основаниях: в ДНК содержится тимин, а в РНК – урацил. В составе нуклеиновых кислот встречаются три главных пиримидиновых основания: цитозин, урацил и тимин.

Помимо главных пиримидиновых оснований, в составе нуклеиновых кислот открыты минорные пиримидиновые основания, 5-метил- и 5-оксиметилцитозин, дигидроурацил. Два пуриновых основания, постоянно встречающихся в гидролизатах нуклеиновых кислот, имеют следующее строение: К минорным нуклеозидам пуринового ряда, обнаруживаемым в составе ДНК и РНК, относятся инозин. Cвойство свободных азотистых оснований –существование в двух таутомерных формах, в частности лактим- и лактамной формах. В составе нуклеиновых кислот все оксипроизводные пуринов и пиримидинов находятся в лактамной форме. Содержание ДНК в клетках постоянно и исчисляется несколькими пикограммами. На долю РНК приходится около 5–10% от общей массы клетки Выделяют три главных вида. РНК: матричную (информационную) – мРНК, РНК; рибосомную – рРНК, и транспортную – тРНК. Правило Чаргаффа: молярная доля пуринов равна молярной доле пиримидинов; количество аденина и цитозина равно количеству гуанина и тимина; количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина: А = Т и Г = Ц; соответственно; существенным для характеристики вида (таксономическое значение) оказался так называемый коэффициент специфичности, отражающий отношение Г+Ц/А+Т. Структурными единицами нуклеиновых кислот являются мономерные молекулы – мононуклеотиды. Это продукты полимеризации мононуклеотидов, число и последовательность расположения которых в цепях ДНК и РНК определяются в строгом соответствии с программой, заложенной в молекуле матрицы. Мононуклеотиды состоят из трех специфических компонентов: азотистого основания, углевода и фосфорной кислоты. Соединения азотистого основания и углевода -нуклеозид. Нуклеозиды содержат пуриновое или пиримидиновое основание, соединенное с углеводом N-гликозидной связью. Мононуклеотиды, присоединяя еще один остаток фосфата, образуют фосфоангидридную связь и превращаются в нуклеозиддифосфаты (АДФ, ГДФ, УДФ, ЦДФ и ТДФ). Присоединяя еще один остаток фосфата, образуют нуклеозидтрифосфаты (АТФ, ГТФ,УТФ, ЦТФ и ТТФ). Функция нуклеозидтрифосфатов - участие в биоэнергетике всех живых организмов. В организме существкет два типа фосфорных эфиров нуклеотидов: когда фосфат связывает 2 атома кислорода пентозного остатка в одном и том же нуклеотиде; когда фосфатный мостик объединяет два разных мононуклеотида.

34. Структурная организация олиго- и полинуклеотидов. Характеристика первичной структуры днк.

Ответ. Олигонуклеотид — короткий фрагмент ДНК или РНК, получаемый либо путём химического синтеза, либо расщеплением более длинных полинуклеотидов. Используются в качестве зондов или праймеров. Олигонуклеотид длины L — это короткая нуклеотидная последовательность длины L с определенным нуклеотидным составом. Например, последовательность «ATTAGGACA» содержит следующие олигонуклеотиды длины 5 — «ATTAG», «TTAGG», «TAGGA», «AGGAC», «GGACA». Нуклеиновая кислота — высокомолекулярное органическое соединение, биополимер (полинуклеотид), образованный остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации. Различают четыре уровня структурной организации нуклеиновых кислот: первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры. Первичная структура представляет собой цепочки из нуклеотидов, соединяющихся через остаток фосфорной кислоты (фосфодиэфирная связь). Вторичная структура — это две цепи нуклеиновых кислот, соединённые водородными связями. Стоит отметить, что цепи соединяются по типу «голова-хвост» (3' к 5'), по принципу комплементарности (азотистые основания находятся внутри этой структуры). Третичная структура, или же спираль, образуется за счет радикалов азотистых оснований (образуются водородные дополнительные связи, которые и сворачивают эту структуру, тем самым обуславливая её прочность). И, наконец, четвертичная структура — это комплексы гистонов и нитей хроматина. Поскольку в нуклеотидах существует только два типа гетероциклических молекул, рибоза и дезоксирибоза, то и имеется лишь два вида нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). Мономерные формы также встречаются в клетках и играют важную роль в процессах передачи сигналов или запасании энергии. Наиболее известный мономер РНК — АТФ, аденозинтрифосфорная кислота, важнейший аккумулятор энергии в клетке. Первичная структура нуклеиновых кислот – это последовательное расположение нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК или РНК. Между нуклеотидами имеется 3’,5’-фосфодиэфирная связь.