3.3. Tauku sintēze

Tauki tiek sintezēti no glicerīna un taukskābes. Glicerīns organismā rodas tauku (pārtikas vai pašu) sadalīšanās laikā, kā arī viegli veidojas no ogļhidrātiem. Taukskābes tiek sintezētas no acetilkoenzīma A, universāla ķermeņa metabolīta. Šai sintēzei ir nepieciešams arī ūdeņradis (NADPH 2 formā) un ATP enerģija. Organisms sintezē tikai piesātinātās un mononepiesātinātās (tās ar vienu dubultsaiti) taukskābes. Skābes, kuru molekulā ir divas vai vairākas dubultās saites (polinepiesātinātās), organismā netiek sintezētas, un tās ir jāapgādā ar pārtiku. Tauku sintēzei var izmantot arī taukskābes – pārtikas un ķermeņa tauku hidrolīzes produktus.

Visiem tauku sintēzes dalībniekiem jābūt iekšā aktīva forma: glicerīns glicerofosfāta veidā un taukskābes acilenzīma A veidā. Tauku sintēze notiek šūnu citoplazmā (galvenokārt taukaudos, aknās, tievā zarnā) un notiek saskaņā ar šādu shēmu

Jāuzsver, ka glicerīnu un taukskābes var iegūt no ogļhidrātiem. Tāpēc, pārmērīgi lietojot ogļhidrātus uz mazkustīga dzīvesveida fona, attīstās aptaukošanās.

Lekcija 4. Olbaltumvielu metabolisms

4.1. Olbaltumvielu katabolisms

Arī olbaltumvielas, kas veido ķermeņa šūnas, tiek pakļautas pastāvīgai sadalīšanai intracelulāro proteolītisko enzīmu ietekmē, ko sauc. intracelulārās proteināzes vai katepsīni.Šie fermenti ir lokalizēti īpašās intracelulārās organellās - lizosomās. Katepsīnu ietekmē arī ķermeņa olbaltumvielas tiek pārvērstas aminoskābēs. (Svarīgi atzīmēt, ka gan pārtikas, gan paša organisma olbaltumvielu sadalīšanās rezultātā veidojas vienādi 20 aminoskābju veidi.) Dienā tiek sadalīti aptuveni 200 g ķermeņa olbaltumvielu. Tāpēc dienas laikā organismā parādās aptuveni 300 g brīvo aminoskābju.

4.2. Olbaltumvielu sintēze

Lielākā daļa aminoskābju tiek izmantotas olbaltumvielu sintēzei. Olbaltumvielu sintēze notiek ar obligātu nukleīnskābju piedalīšanos.

Olbaltumvielu sintēzes pirmais posms ir transkripcija- veic šūnas kodolā, izmantojot DNS kā ģenētiskās informācijas avotu. Ģenētiskā informācija nosaka aminoskābju secību sintezētā proteīna polipeptīdu ķēdēs. Šo informāciju kodē slāpekļa bāzu secība DNS molekulā. Katru aminoskābi kodē trīs slāpekļa bāzu kombinācija, ko sauc kodons, vai trijnieks. Tiek saukta DNS molekulas sadaļa, kas satur informāciju par konkrētu proteīnu "gēns".Šajā DNS sadaļā transkripcijas laikā saskaņā ar komplementaritātes principu tiek sintezēta Messenger RNS (mRNS). Šī nukleīnskābe ir atbilstošā gēna kopija. Iegūtā mRNS atstāj kodolu un nonāk citoplazmā. Līdzīgā veidā ribosomu (rRNS) un transporta (tRNS) sintēze notiek uz DNS kā matricas.

Otrajā posmā - atzīšanu(atpazīšana), kas notiek citoplazmā, aminoskābes selektīvi saistās ar to nesējiem - transporta RNS (tRNS). Katra tRNS molekula ir īsa polinukleotīdu ķēde, kas satur aptuveni 80 nukleotīdus un daļēji savīti dubultā spirālē, kā rezultātā veidojas “izliekta āboliņa lapas” konfigurācija. Vienā polinukleotīdu ķēdes galā visām tRNS ir nukleotīds, kas satur adenīnu. Šim tRNS molekulas galam ir pievienota aminoskābe. Cilpa, kas atrodas pretī aminoskābju piesaistes vietai, satur antikodonu, kas sastāv no trim slāpekļa bāzēm un paredzēts turpmākai saistīšanai ar mRNS komplementāro kodonu. Viena no tRNS molekulas sānu cilpām nodrošina tRNS piesaisti fermentam, kas iesaistīts atzīšanu, un otra sānu cilpa ir nepieciešama tRNS pievienošanai ribosomai nākamajā proteīnu sintēzes posmā.

Šajā posmā ATP molekula tiek izmantota kā enerģijas avots. Atpazīšanas rezultātā veidojas aminoskābes-tRNS komplekss. Šajā sakarā proteīnu sintēzes otro posmu sauc par aminoskābju aktivāciju.

Trešais olbaltumvielu sintēzes posms ir pārraide- rodas ribosomās. Katra ribosoma sastāv no divām daļām – lielas un mazas apakšvienības. Autors ķīmiskais sastāvs abas apakšvienības sastāv no rRNS un olbaltumvielām. Ribosomas spēj viegli sadalīties apakšdaļiņās, kuras atkal var apvienoties viena ar otru, veidojot ribosomu. Tulkošana sākas ar ribosomas disociāciju apakšdaļiņās, kuras nekavējoties pieķeras mRNS molekulas sākotnējai daļai, kas nāk no kodola. Šajā gadījumā starp apakšdaļiņām paliek telpa (tā sauktais tunelis), kurā atrodas neliela mRNS daļa. Pēc tam iegūtajam ribosomu-mRNS kompleksam pievieno tRNS, kas saistītas ar aminoskābēm. tRNS piesaiste šim kompleksam notiek, saistot vienu no tRNS sānu cilpām ar ribosomu un tRNS antikodonu saistoties ar tā komplementāro mRNS kodonu, kas atrodas tunelī starp ribosomu apakšdaļiņām. Tajā pašā laikā ribosomu-mRNS kompleksam var pievienoties tikai divas tRNS ar aminoskābēm.

Sakarā ar tRNS antikodonu specifisko saistīšanos ar mRNS kodoniem, mRNS molekulas daļai, kas atrodas tunelī, ir pievienotas tikai tās tRNS molekulas, kuru antikodoni ir komplementāri mRNS kodoniem. Tāpēc šīs tRNS piegādā ribosomām tikai stingri specifiskas aminoskābes. Tālāk aminoskābes tiek savienotas viena ar otru ar peptīdu saiti un veidojas dipeptīds, kas ir saistīts ar kādu no tRNS. Pēc tam ribosoma pārvietojas pa mRNS tieši vienu kodonu (šo ribosomas kustību sauc pārvietošana).

Translokācijas rezultātā no ribosomas tiek atdalīta brīvā (bez aminoskābes) tRNS, un tuneļa zonā parādās jauns kodons, kuram pēc principa tiek pievienota cita tRNS ar šim kodonam atbilstošu aminoskābi. komplementaritāte. Piegādātā aminoskābe apvienojas ar iepriekš izveidoto dipeptīdu, kas noved pie peptīdu ķēdes pagarinājuma. Tam seko jaunas translokācijas, jaunu tRNS ar aminoskābēm nonākšana ribosomā un turpmāka peptīdu ķēdes pagarināšanās.

Tādējādi aminoskābju iekļaušanas secību sintezētajā proteīnā nosaka kodonu secība mRNS. Polipeptīdu ķēdes sintēze tiek pabeigta, kad tunelī nonāk īpašs kodons, kas nekodē aminoskābes un kuram nevar pievienoties tRNS. Šādus kodonus sauc par stopkodoniem.

Tā rezultātā, pateicoties trim aprakstītajām stadijām, tiek sintezēti polipeptīdi, t.i., veidojas proteīna primārā struktūra. Augstākās (telpiskās) struktūras (sekundārās, terciārās, kvartārās) rodas spontāni.

Olbaltumvielu sintēze ir energoietilpīgs process. Lai sintezētā proteīna molekulā iekļautu tikai vienu aminoskābi, ir nepieciešamas vismaz trīs ATP molekulas.

4.3. Aminoskābju metabolisms

Papildus proteīnu sintēzei aminoskābes tiek izmantotas arī dažādu neolbaltumvielu savienojumu sintēzei, kam ir svarīga bioloģiskā nozīme. Dažas aminoskābes sadalās un tiek pārvērstas par gala produkti: C0 2, H 2 0 un NH 3 Sabrukšana sākas ar reakcijām, kas raksturīgas lielākajai daļai aminoskābju.

Tie ietver:

a) dekarboksilēšana - karboksilgrupas atdalīšana no aminoskābēm formā oglekļa dioksīds:

Visas aminoskābes tiek transaminētas. Šajā reakcijā ir iesaistīts koenzīms – fosfopiridoksāls, kura veidošanai nepieciešams B 6 vitamīns – piridoksīns.

Transaminācija ir galvenā aminoskābju transformācija organismā, jo tās ātrums ir daudz lielāks nekā dekarboksilēšanas un deaminācijas reakcijās.

Transaminācija veic divas galvenās funkcijas:

a) transaminācijas dēļ dažas aminoskābes var pārvērsties citās. Kurā Kopā aminoskābes nemainās, bet mainās attiecība starp tām. Ar pārtiku organismā nonāk svešas olbaltumvielas, kurās aminoskābes ir dažādās proporcijās, salīdzinot ar ķermeņa olbaltumvielām. Ar transamināciju tiek koriģēts organisma aminoskābju sastāvs.

b) ir neatņemama sastāvdaļa netiešā (netiešā) deaminācija aminoskābes - process, kurā sākas lielākās daļas aminoskābju sadalīšanās.

Šī procesa pirmajā posmā aminoskābes tiek pakļautas transaminācijas reakcijai ar α-ketoglutārskābi. Aminoskābes tiek pārveidotas par α-keto skābēm, un α-ketoglutārskābe tiek pārveidota par glutamīnskābi (aminoskābi).

Otrajā posmā iegūtā glutamīnskābe tiek deaminēta, no tās tiek atdalīts NH 3 un atkal veidojas α-ketoglutārskābe. Iegūtās α-keto skābes pēc tam dziļi sadalās un pārvēršas galaproduktos C0 2 un H 2 0. Katrai no 20 keto skābēm (to veidojas tik daudz, cik ir aminoskābju veidu) ir sava specifika. sadalīšanās ceļi. Taču dažu aminoskābju sadalīšanās laikā kā starpprodukts veidojas pirovīnskābe, no kuras var sintezēt glikozi. Tāpēc aminoskābes, no kurām rodas šādas keto skābes, sauc glikogēns. Citas ketoskābes to sadalīšanās laikā neveido piruvātu. To starpprodukts ir acetilkoenzīms A, no kura nav iespējams iegūt glikozi, bet var sintezēt ketonķermeņus. Aminoskābes, kas atbilst šādām keto skābēm, sauc par ketogēnām.

Otrs aminoskābju netiešās deaminācijas produkts ir amonjaks. Amonjaks ir ļoti toksisks ķermenim. Tāpēc ķermenim ir molekulāri mehānismi tā neitralizācijai. Veidojot NH 3, tas visos audos saistās ar glutamīnskābi, veidojot glutamīnu. Šis īslaicīga amonjaka neitralizācija. Ar asinsriti glutamīns nonāk aknās, kur tas atkal sadalās glutamīnskābē un NH3. Iegūtā glutamīnskābe kopā ar asinīm tiek atgriezta orgānos, lai neitralizētu jaunas amonjaka daļas. Sintēzei tiek izmantots atbrīvotais amonjaks, kā arī oglekļa dioksīds aknās urīnviela.

Urīnvielas sintēze ir ciklisks, daudzpakāpju process, kas patērē liels skaits enerģiju. Aminoskābei ornitīnam ir ļoti svarīga loma urīnvielas sintēzē. Šī aminoskābe neietilpst olbaltumvielās. Ornitīns veidojas no citas aminoskābes - arginīns, kas atrodas olbaltumvielās. Ornitīna svarīgās lomas dēļ tiek saukta urīnvielas sintēze ornitīna cikls.

Sintēzes procesā ornitīnam pievieno divas amonjaka molekulas un oglekļa dioksīda molekulu, un ornitīns pārvēršas par arginīnu, no kura uzreiz tiek atdalīta urīnviela un atkal veidojas ornitīns. Līdzās ornitīnam un arginīnam urīnvielas veidošanā piedalās arī aminoskābes: glutamīns Un asparagīnskābe. Glutamīns ir amonjaka piegādātājs, un asparagīnskābe ir tā transportētājs.

Urīnvielas sintēze ir galīgā amonjaka neitralizācija. No aknām urīnviela kopā ar asinīm nonāk nierēs un izdalās ar urīnu. Dienā veidojas 20-35 g urīnvielas. Urīnvielas izdalīšanās urīnā raksturo olbaltumvielu sadalīšanās ātrumu organismā.

3. sadaļa. Bioķīmija muskuļu audi

Lekcija 5. Muskuļu bioķīmija

5.1. Šūnu struktūra muskuļu šķiedra

Dzīvniekiem un cilvēkiem ir divi galvenie muskuļu veidi: svītraini Un gluda. Svītrotie muskuļi ir pievienoti kauliem, t.i., skeletam, un tāpēc tos sauc arī par skeletiem. Svītrotās muskuļu šķiedras veido arī sirds muskuļa – miokarda – pamatu, lai gan ir zināmas atšķirības miokarda struktūrā un skeleta muskuļi. Gludie muskuļi veido sienu muskuļus asinsvadi, zarnas, iekļūst audos iekšējie orgāni un āda.

Katrs šķērssvītrotais muskulis sastāv no vairākiem tūkstošiem šķiedru, ko vieno saistaudu slāņi un viena un tā pati membrāna - fascija. Muskuļu šķiedras (miocīti) ir ļoti izstieptas daudzkodolu lielas šūnas, kuru garums ir līdz 2-3 cm, un dažos muskuļos pat vairāk nekā 10 cm Muskuļu šūnu biezums ir aptuveni 0,1-0,2 mm.

Tāpat kā jebkura šūna, miocīts satur svarīgus organellus, piemēram, kodolus, mitohondrijus, ribosomas, citoplazmas tīklu un šūnu membrānu. Miocītu iezīme, kas tos atšķir no citām šūnām, ir kontraktilo elementu klātbūtne - miofibrils

Serdes tos ieskauj apvalks - nukleolemma un sastāv galvenokārt no nukleoproteīniem. Kodols satur ģenētisko informāciju proteīnu sintēzei.

Ribosomas- intracelulāri veidojumi, kas pēc ķīmiskā sastāva ir nukleoproteīni. Olbaltumvielu sintēze notiek uz ribosomām.

Mitohondriji- mikroskopiski burbuļi, kuru izmērs ir līdz 2-3 mikroniem, ko ieskauj dubultā membrāna. Mitohondrijās ogļhidrātu, tauku un aminoskābju oksidēšana par oglekļa dioksīdu un ūdeni notiek, izmantojot molekulāro skābekli (gaisa skābekli). Pateicoties oksidācijas laikā izdalītajai enerģijai, mitohondrijās notiek ATP sintēze. Trenētos muskuļos mitohondriju ir daudz un tie atrodas gar miofibrilām.

Citoplazmatiskais tīkls(sarkoplazmatiskais tīklojums, sarkoplazmatiskais tīklojums) sastāv no caurulēm, kanāliņiem un pūslīšiem, ko veido membrānas un ir savienoti viens ar otru. Sarkoplazmatiskais tīkls caur īpašām caurulēm, ko sauc par T-sistēmu, ir savienots ar muskuļu šūnu membrānu - sarkolemmu. Īpaši jāatzīmē sarkoplazmas retikuluma pūslīši, ko sauc tvertnemums un satur augstu kalcija jonu koncentrāciju. Cisternās Ca 2+ jonu saturs ir aptuveni tūkstoš reižu lielāks nekā citosolā. Šāds augsts kalcija jonu koncentrācijas gradients rodas enzīma - kalcija adenozīna tri- fosfatāzes(kalcija ATPāze), iebūvēta tvertnes sienā. Šis enzīms katalizē ATP hidrolīzi un, pateicoties šī procesa laikā izdalītajai enerģijai, nodrošina kalcija jonu pārnesi tvertnēs. Šo kalcija jonu transportēšanas mehānismu tēlaini sauc kalcijssūknis, vai kalcija sūknis.

Citoplazma(citozols, sarkoplazma) aizņem miocītu iekšējo telpu un ir koloidāls šķīdums, kas satur olbaltumvielas, glikogēnu, tauku pilienus un citus ieslēgumus. Sarkoplazmas olbaltumvielas veido 25-30% no visiem muskuļu proteīniem. Starp sarkoplazmas olbaltumvielām ir aktīvi fermenti. Tie galvenokārt ietver glikolītiskos enzīmus, kas sadala glikogēnu vai glikozi pirovīnskābes vai pienskābē. Vēl viens svarīgs sarkoplazmas enzīms ir kreatīnkināze, kas iesaistīts muskuļu darba enerģijas apgādē. Īpaša uzmanība ir pelnījis sarkoplazmas proteīnu mioglobīnu, kas pēc struktūras ir identisks vienai no asins proteīna apakšvienībām - hemoglobīnam. Mioglobīns sastāv no viena polipeptīda un viena hema. Mioglobīna funkcija ir saistīt molekulāro skābekli. Pateicoties šim proteīnam, muskuļu audos tiek radīts zināms skābekļa daudzums. IN pēdējie gadi Ir noteikta vēl viena mioglobīna funkcija - 0 2 pārnešana no sarkolemmas uz muskuļu mitohondrijiem.

Papildus olbaltumvielām sarkoplazmā ir vielas, kas nesatur olbaltumvielas, slāpekli. Atšķirībā no olbaltumvielām tos sauc par ekstraktvielām, jo ​​​​tās ir viegli ekstrahējamas ar ūdeni. Starp tiem ir adenilnukleotīdi ATP, ADP, AMP un citi nukleotīdi, kuros dominē ATP. ATP koncentrācija miera stāvoklī ir aptuveni 4-5 mmol/kg. Ekstraktos ietilpst arī kreatīna fosfāts, tā priekštecis ir kreatīns un kreatīna fosfāta neatgriezeniskas sadalīšanās produkts. kreatinīns IN Kreatīna fosfāta koncentrācija miera stāvoklī parasti ir 15-25 mmol/kg. No aminoskābēm lielos daudzumos ir glutamīnskābe un glutamīnskābe. glutamīns.

Galvenais muskuļu audu ogļhidrāts ir glikogēns. Glikogēna koncentrācija svārstās no 0,2-3%. Brīvā glikoze sarkoplazmā atrodas ļoti zemā koncentrācijā – no tās ir tikai pēdas. Muskuļu darba laikā produkti uzkrājas sarkoplazmā ogļhidrātu metabolisms- laktāts un piruvāts.

Protoplazmatisks tauki saistīts ar olbaltumvielām un pieejams 1% koncentrācijā. Rezerves tauki uzkrājas muskuļos, kas trenēti izturībai.

5.2. Sarkolemmas struktūra

Katru muskuļu šķiedru ieskauj šūnu membrāna - sarkolemma. Sarkolemma ir liloproteīna membrāna, kuras biezums ir aptuveni 10 nm. Ārpus sarkolemmu ieskauj kolagēna proteīna pavedienu tīkls. Muskuļu kontrakcijas laikā kolagēna apvalkā rodas elastīgi spēki, kuru dēļ, atslābinoties, muskuļu šķiedra izstiepjas un atgriežas sākotnējā stāvoklī. Beigas tuvojas sarkolemmai motoriskie nervi. Saskares punktu starp nervu galu un sarkolemmu sauc neiromuskulārā sinapse, vai beigu nervu plāksne.

Kontrakcijas elementi - miofibrillas- ieņemt lielākā daļa muskuļu šūnu tilpums, to diametrs ir aptuveni 1 mikrons. Netrenētos muskuļos miofibrillas ir izkaisītas, bet trenētos muskuļos tās sagrupējas saišķos, t.s. Konheimas lauki.

5.3. Anizotropo un izotropo disku struktūra

Mikroskopiskā miofibrilu struktūras pārbaude parādīja, ka tās sastāv no mainīgiem gaišiem un tumšiem laukumiem jeb diskiem. IN muskuļu šūnas miofibrillas ir sakārtotas tā, lai blakus esošo miofibrilu gaišie un tumšie apgabali sakristu, kas rada mikroskopā redzamu visas muskuļu šķiedras šķērssvītrojumu. Tika atklāts, ka miofibrillas ir sarežģītas struktūras, kuras savukārt būvētas no liels skaits divu veidu muskuļu pavedieni (protofibrils vai pavedieni) - tauki Un tievs. Biezo pavedienu diametrs ir 15 nm, tievo - 7 nm.

Miofibrils sastāv no mainīgiem paralēlu biezu un plānu pavedienu kūļiem, kuru gali krustojas viens ar otru. Miofibrila daļa, kas sastāv no bieziem pavedieniem un tievu pavedienu galiem, kas atrodas starp tiem, ir divkārša. Mikroskopijā šis apgabals bloķē redzamo gaismu vai elektronu plūsmu (izmantojot elektronu mikroskopu) un tāpēc šķiet tumšs. Šādas zonas sauc anizotrops, vai tumši, diski (A-diski).

Miofibrilu gaišās zonas sastāv no plānu pavedienu centrālajām daļām. Tie salīdzinoši viegli pārraida gaismas starus vai elektronu plūsmu, jo tiem nav divkāršās laušanas un tos sauc izotropisks, vai gaisma, diski (es-diski). Tievo pavedienu kūlīša vidū šķērsvirzienā atrodas plāna proteīna plāksne, kas fiksē muskuļu pavedienu stāvokli telpā. Šī plāksne ir skaidri redzama zem mikroskopa līnijas veidā, kas iet pāri I-diskam, un to sauc Z- ieraksts.

Tiek saukta miofibrila sadaļa starp blakus esošajām 2 līnijām sarkomere Tās garums ir 2,5-3 mikroni. Katrs miofibrils sastāv no vairākiem simtiem sarkomēru (līdz 1000).

5.4. Kontrakcijas proteīnu struktūra un īpašības

Pētījums par miofibrilu ķīmisko sastāvu parādīja, ka biezi un plāni pavedieni sastāv tikai no olbaltumvielām.

Biezie pavedieni ir izgatavoti no olbaltumvielām miozīns. Miozīns ir proteīns ar molekulārais svars apmēram 500 kDa, kas satur divas ļoti garas polipeptīdu ķēdes. Šīs ķēdes veido dubultspirāli, bet vienā galā šie pavedieni atdalās un veido sfērisku veidojumu - lodveida galvu. Tāpēc miozīna molekulai ir divas daļas - lodveida galva un aste. Biezais pavediens satur apmēram 300 miozīna molekulas, un biezā pavediena šķērsgriezumā ir atrastas 18 miozīna molekulas. Miozīna molekulas biezos pavedienos ir savītas ar to astēm, un to galvas izvirzās no biezā pavediena regulārā spirālē. Miozīna galvās ir divas svarīgas zonas (centri). Viens no tiem katalizē ATP hidrolītisko šķelšanos, t.i., atbilst enzīma aktīvajam centram. Pirmie miozīna ATPāzes aktivitāti atklāja krievu bioķīmiķi Engelhards un Ļubimova. Otrā miozīna galvas daļa nodrošina biezu pavedienu savienojumu ar plānu pavedienu proteīnu muskuļu kontrakcijas laikā - akdubļi.

Plānie pavedieni sastāv no trim olbaltumvielām: aktīns, troponīns Un tropomiozīns.

Plāno pavedienu galvenais proteīns ir aktīns. Aktīns ir lodveida proteīns ar molekulmasu 42 kDa. Šim proteīnam ir divi svarīgākās īpašības. Pirmkārt, tam piemīt augsta spēja polimerizēties ar veidojumu garas ķēdes, zvanīja fibrillarsaktīns(var salīdzināt ar pērlīšu virteni). Otrkārt, kā jau minēts, aktīns var apvienoties ar miozīna galviņām, kas izraisa šķērstiltu veidošanos vai saķeres starp plāniem un bieziem pavedieniem.

Plānā kvēldiega pamatā ir divu fibrilārā aktīna ķēžu dubultspirāle, kas satur apmēram 300 lodveida aktīna molekulas (kā divas lodītes, kas savītas dubultā spirālē, katra lodīte atbilst lodveida aktīnam).

Vēl viens plāns pavedienu proteīns - tropomiozīns- ir arī dubultspirāles forma, taču šo spirāli veido polipeptīdu ķēdes, un tās izmērs ir daudz mazāks nekā aktīna dubultspirāle. Tropomiozīns atrodas fibrilārā aktīna dubultās spirāles rievā.

Trešais plānais pavedienu proteīns - troponīns- pievienojas tropomiozīnam un fiksē tā pozīciju aktīna rievā, kas bloķē miozīna galviņu mijiedarbību ar plānu pavedienu globulārā aktīna molekulām.

5.5. Muskuļu kontrakcijas mehānisms

Muskuļu kontrakcija ir sarežģīts mehāniski ķīmisks process, kura laikā ATP hidrolītiskās šķelšanās ķīmiskā enerģija tiek pārvērsta mehāniskais darbs veic muskulis.

Pašlaik šis mehānisms vēl nav pilnībā atklāts. Bet ir skaidrs:

Muskuļu darbam nepieciešamais enerģijas avots ir ATP.

ATP hidrolīzi, ko pavada enerģijas izdalīšanās, katalizē miozīns, kuram, kā jau minēts, ir fermentatīvā aktivitāte.

Muskuļu kontrakcijas sprūda mehānisms ir Ca jonu koncentrācijas palielināšanās miocītu sarkoplazmā, ko izraisa motora nervu impulss.

Muskuļu kontrakcijas laikā starp biezajiem un plāniem miofibrilu pavedieniem parādās krustveida tilti vai saaugumi.

Muskuļu kontrakcijas laikā plāni pavedieni slīd gar bieziem pavedieniem, kas izraisa miofibrilu un visas muskuļu šķiedras saīsināšanu kopumā.

Ir daudz hipotēžu, ko mēģina izskaidrot molekulārais mehānisms muskuļu kontrakcija. Patreiz attaisnotākais ir airu laivu hipotēze", vai X. Hakslija "airēšanas" hipotēze. Vienkāršotā veidā tā būtība ir šāda.

Muskuļos miera stāvoklī biezi un plāni miofibrilu pavedieni nav savienoti viens ar otru, jo aktīna molekulu saistīšanās vietas pārklāj tropomiozīna molekulas.

Muskuļu kontrakcija notiek motora nervu impulsa ietekmē, kas ir palielinātas membrānas caurlaidības vilnis, kas izplatās gar nervu šķiedru.

Šis paaugstinātās caurlaidības vilnis caur neiromuskulāro savienojumu tiek pārnests uz sarkoplazmatiskā retikuluma T-sistēmu un galu galā sasniedz cisternas, kurās ir liela kalcija jonu koncentrācija. Ievērojami palielinoties tvertnes sienu caurlaidībai, kalcija joni iziet no tvertnēm un to koncentrācija sarkoplazmā ir ļoti augsta. īsu laiku(apmēram 3 ms) palielinās 1000 reizes. Kalcija joni, būdami augstā koncentrācijā, saistās ar plānu pavedienu proteīnu - troponīnu - un maina tā telpisko formu (konformāciju). Savukārt troponīna konformācijas izmaiņas noved pie tā, ka tropomiozīna molekulas tiek pārvietotas pa fibrilārā aktīna rievu, kas veido plānu pavedienu pamatu, un atbrīvo to aktīna molekulu daļu, kas paredzēta saistīšanai ar miozīna galviņām. . Rezultātā starp miozīnu un aktīnu (t.i., starp bieziem un plāniem pavedieniem) parādās krustveida tilts, kas atrodas 90° leņķī. Tā kā biezi un plāni pavedieni satur lielu skaitu miozīna un aktīna molekulu (apmēram 300 katrā), starp muskuļu pavedieniem veidojas diezgan liels skaits krustveida tiltu jeb adhēziju. Saites veidošanos starp aktīnu un miozīnu pavada pēdējās ATPāzes aktivitātes palielināšanās, kā rezultātā notiek ATP hidrolīze:

ATP + H 2 0 ADP + H 3 P0 4 + enerģija

Pateicoties enerģijai, kas izdalās ATP sadalīšanās laikā, miozīna galva, tāpat kā laivas vira vai airis, griežas un tilts starp biezo un tievo pavedienu atrodas 45° leņķī, kas noved pie muskuļa slīdēšanas. pavedieni viens pret otru. Veicot pagriezienu, tiek salauzti tilti starp bieziem un plāniem pavedieniem. Tā rezultātā miozīna ATPāzes aktivitāte strauji samazinās, un ATP hidrolīze apstājas. Bet ja motors nervu impulss turpina iekļūt muskuļos un sarkoplazmā saglabājas augsta kalcija jonu koncentrācija, atkal veidojas krusteniski tilti, paaugstinās miozīna ATPāzes aktivitāte un atkal notiek jaunu ATP daļu hidrolīze, nodrošinot enerģiju šķērstiltu rotācijai ar to sekojošo. plīsums. Tas noved pie biezu un plānu pavedienu tālākas kustības viens pret otru un miofibrilu un muskuļu šķiedru saīsināšanas.

Izglītības — metodiskikomplekssAutorsdisciplīna Autors Autorsbioķīmija. 2. Nākamais...

Izglītības un metodiskais komplekss disciplīnai (83)

Apmācību un metodiskais komplekss

Nodaļas) Pilns nosaukums autore_Rodina Jeļena Jurijevna____________________________________ Izglītojoši-metodiskikomplekssAutorsdisciplīna MOLEKULĀRĀ BIOLOĢIJA (nosaukums) Specialitāte... ar mācību grāmatām Autors molekulārā bioloģija ir uzskaitītas mācību grāmatas Autorsbioķīmija. 2. Nākamais...

Lipīdiir ļoti liela nozīmešūnu metabolismā. Visi lipīdi ir organiski, ūdenī nešķīstoši savienojumi, kas atrodas visās dzīvajās šūnās. Saskaņā ar to funkcijām lipīdus iedala trīs grupās:

- šūnu membrānu strukturālie un receptoru lipīdi

- šūnu un organismu enerģijas “depo”.

- "lipīdu" grupas vitamīni un hormoni

Lipīdu pamatā ir taukskābju(piesātinātais un nepiesātinātais) un organiskais spirts - glicerīns. Lielāko daļu taukskābju mēs iegūstam no pārtikas (dzīvnieku un augu). Dzīvnieku tauki ir piesātināto (40-60%) un nepiesātināto (30-50%) taukskābju maisījums. Augu tauki ir visbagātākie (75-90%) ar nepiesātinātajām taukskābēm un ir visnoderīgākie mūsu organismam.

Lielāko daļu tauku izmanto enerģijas metabolisms, sadalīti ar īpašiem fermentiem - lipāzes un fosfolipāzes. Rezultātā tiek iegūtas taukskābes un glicerīns, ko pēc tam izmanto glikolīzes un Krebsa cikla reakcijās. No ATP molekulu veidošanās viedokļa - tauki veido dzīvnieku un cilvēku enerģijas rezervju pamatu.

Eikariotu šūna saņem taukus no pārtikas, lai gan pats var sintezēt lielāko daļu taukskābju ( izņemot divus neaizvietojamus– linolskābe un linolēnskābe). Sintēze sākas šūnu citoplazmā ar kompleksa enzīmu kompleksa palīdzību un beidzas mitohondrijās jeb gludajā endoplazmatiskajā retikulā.

Vairuma lipīdu (tauku, steroīdu, fosfolipīdu) sintēzes sākumprodukts ir “universāla” ​​molekula – acetil-koenzīms A (aktivēta etiķskābe), kas ir starpprodukts vairumam šūnu katabolisko reakciju.

Tauki ir jebkurā šūnā, bet īpaši daudz to ir īpašajā tauku šūnas - adipocīti, Formēšana taukaudi. Tauku vielmaiņu organismā kontrolē īpaši hipofīzes hormoni, kā arī insulīns un adrenalīns.

Ogļhidrāti(monosaharīdi, disaharīdi, polisaharīdi) ir svarīgākie savienojumi enerģijas vielmaiņas reakcijās. Ogļhidrātu sadalīšanās rezultātā šūna saņem lielāko daļu enerģijas un starpproduktu savienojumu citu vielu sintēzei. organiskie savienojumi(olbaltumvielas, tauki, nukleīnskābes).

Šūna un ķermenis lielāko daļu cukuru saņem no ārpuses – no pārtikas, bet var sintezēt glikozi un glikogēnu no savienojumiem, kas nav ogļhidrāti. Substrāti priekš dažādi veidi Ogļhidrātu sintēze ietver pienskābes (laktāta) un pirovīnskābes (piruvāta), aminoskābju un glicerīna molekulas. Šīs reakcijas notiek citoplazmā, piedaloties veselam enzīmu kompleksam - glikozes-fosfatāzēm. Visām sintēzes reakcijām nepieciešama enerģija – 1 glikozes molekulas sintēzei nepieciešamas 6 ATP molekulas!

Lielākā daļa jūsu glikozes sintēzes notiek aknu un nieru šūnās, bet nenotiek sirdī, smadzenēs un muskuļos (tur nav nepieciešamo enzīmu). Tāpēc ogļhidrātu vielmaiņas traucējumi pirmām kārtām ietekmē šo orgānu darbību. Ogļhidrātu vielmaiņu kontrolē hormonu grupa: hipofīzes hormoni, virsnieru dziedzeru glikokortikosteroīdu hormoni, insulīns un aizkuņģa dziedzera glikagons. Ogļhidrātu metabolisma hormonālā līdzsvara traucējumi izraisa cukura diabēta attīstību.

Mēs esam īsi pārskatījuši galvenās plastmasas metabolisma daļas. Jūs varat izveidot rindu vispārīgi secinājumi:

Ogļhidrātu sintēzes procesu no taukiem var attēlot ar vispārīgu diagrammu:

7. attēls - Vispārīga shēma ogļhidrātu sintēzei no taukiem

Viens no galvenajiem lipīdu sadalīšanās produktiem, glicerīns, tiek viegli izmantots ogļhidrātu sintēzē, veidojot gliceraldehīda-3-fosfātu un iekļūstot gluneoģenēzē. Augos un mikroorganismos to tikpat viegli izmanto ogļhidrātu un cita svarīga lipīdu sadalīšanās produkta – taukskābju (acetil-CoA) – sintēzei glioksilāta ciklā.

Bet vispārējā shēma neatspoguļo visus bioķīmiskos procesus, kas notiek ogļhidrātu veidošanās rezultātā no taukiem.

Tāpēc mēs apsvērsim visus šī procesa posmus.

Ogļhidrātu un tauku sintēzes shēma ir pilnīgāk parādīta 8. attēlā, un tā notiek vairākos posmos.

1. posms. Tauku hidrolītiskā sadalīšana lipāzes enzīma ietekmē līdz glicerīnam un augstākām taukskābēm (sk. 1.2. punktu). Hidrolīzes produktiem pēc virknes transformāciju jāpārvēršas par glikozi.

8. attēls – Ogļhidrātu biosintēzes shēma no taukiem

2. posms. Augstāko taukskābju pārvēršana glikozē. Augstākās taukskābes, kas radušās tauku hidrolīzes rezultātā, tiek iznīcinātas galvenokārt b-oksidācijas rezultātā (šis process tika apspriests iepriekš 1.2. sadaļas 1.2.2. punktā). Šī procesa galaprodukts ir acetil-CoA.

Glioksilāta cikls

Augi, dažas baktērijas un sēnītes var izmantot acetil-CoA ne tikai Krebsa ciklā, bet arī ciklā, ko sauc par glioksilāta ciklu. Šim ciklam ir svarīga loma kā saiknei tauku un ogļhidrātu metabolismā.

Īpaši intensīvi glioksilāta cikls funkcionē īpašās šūnu organellās – glioksisomās – eļļas augu sēklu dīgšanas laikā. Šajā gadījumā tauki tiek pārvērsti ogļhidrātos, kas nepieciešami sēklu asnu attīstībai. Šis process turpinās, līdz stāds attīsta fotosintēzes spēju. Kad dīgtspējas beigās ir izsmelti uzglabāšanas tauki, šūnā pazūd glioksisomas.

Glikoksilāta ceļš ir raksturīgs tikai augiem un baktērijām; dzīvnieku organismos tā nav. Glikoksilāta cikla funkcionēšanas spēja ir saistīta ar to, ka augi un baktērijas spēj sintezēt fermentus, piemēram, izocitrāta liāze Un malāta sintāze, kas kopā ar dažiem Krebsa cikla enzīmiem piedalās glioksilāta ciklā.

Acetil-CoA oksidēšanās shēma caur glioksilāta ceļu ir parādīta 9. attēlā.

9. attēls – glioksilāta cikla shēma

Abas glioksilāta cikla sākotnējās reakcijas (1. un 2.) ir identiskas trikarbonskābes cikla reakcijām. Pirmajā reakcijā (1) acetil-CoA tiek kondensēts ar oksaloacetātu ar citrāta sintāzes palīdzību, veidojot citrātu. Otrajā reakcijā citrāts izomerizējas par izocitrātu, piedaloties akonitāta hidratāzei. Sekojošās reakcijas, kas raksturīgas glioksilāta ciklam, katalizē īpaši fermenti. Trešajā reakcijā izocitrāts tiek sadalīts ar izocitrāta liāzi glioksilskābē un dzintarskābē:

Ceturtajā reakcijā, ko katalizē malāta sintāze, glioksilāts kondensējas ar acetil-CoA (otrā acetil-CoA molekula, kas nonāk glioksilāta ciklā), veidojot ābolskābi (malātu):

Pēc tam piektā reakcija oksidē malātu par oksaloacetātu. Šī reakcija ir identiska trikarbonskābes cikla galīgajai reakcijai; tā ir arī glioksilāta cikla beigu reakcija, jo iegūtais oksaloacetāts atkal kondensējas ar jaunu acetil-CoA molekulu, tādējādi uzsākot jaunu cikla pagriezienu.

Dzintarskābe, kas veidojas glioksilāta cikla trešajā reakcijā, šajā ciklā netiek izmantota, bet tiek pakļauta turpmākām pārvērtībām.

Organellu raksturojums 1. Plazmas membrāna 2. Kodols 3. Mitohondriji 4. Plastīdi 5. Ribosomas 6. ER 7. Šūnu centrs 8. Golgi komplekss 9.

Lizosomas A) Vielu transportēšana šūnā, reakciju telpiskā atdalīšana šūnā B) Olbaltumvielu sintēze C) Fotosintēze D) Iedzimtas informācijas glabāšana E) Bez membrānas E) Tauku un ogļhidrātu sintēze G) Satur DNS 3) Nodrošina šūna ar enerģiju I) Šūnas pašgremošana un intracelulārā gremošana J) Šūnas komunikācija ar ārējo vidi K) Kodola dalīšanās kontrole M) Pieejama tikai augiem H) Pieejama tikai dzīvniekiem

Kuras

dzīvas šūnas īpašības ir atkarīgas no bioloģisko membrānu darbības

A. selektīva caurlaidība

B. jonu apmaiņa

B. Ūdens absorbcija un aizture

D. Izolācija no vidi Un
saikne ar viņu

Kuras
Organelle savieno šūnu vienotā veselumā, transportē vielas,
piedalās tauku, olbaltumvielu, komplekso ogļhidrātu sintēzē:

B. Golgi komplekss

B.ārējais šūnu membrānu

Kuras
Ribosomu struktūra ir šāda:

A. viena membrāna

B. dubultā membrāna

B. Bez membrānas

Kā
sauca iekšējās struktūras mitohondriji:

A. grana

B. matrica

V. Krista

Kuras
struktūras, ko veido hloroplasta iekšējā membrāna:

A. stroma

B. thylakoid gran

V. Krista

G. Stromas tilakoīdi

Par kuru
organismus raksturo kodols:

A. eikariotiem

B. prokariotiem

Variēt
pēc hromosomu un hromatīna ķīmiskā sastāva:

Kur
Centromērs atrodas hromosomā:

A. par primāro sašaurinājumu

B. uz sekundārā vidukļa

Kuras
organellas ir raksturīgas tikai augu šūnām:

B.mitohondriji

B. Plastids

Kas
ribosomu daļa:

B.lipīdi

1 Divas šūnas membrānas organellas ietver:

1) ribosoma 2) mitohondrijs 3) endoplazmatiskais tīkls 4) lizosoma
2 Mitohondrijās ūdeņraža atomi atsakās no elektroniem, un enerģija tiek izmantota: 1) olbaltumvielu 2) tauku 3) ogļhidrātu 4) ATP sintēzei.
3 Visas šūnu organellas ir savstarpēji saistītas: 1) šūnu siena 2) endoplazmatiskais tīkls 3) citoplazma 4) vakuoli.

Izvēlieties vienu pareizo atbildi. 1. Ārējā šūnas membrāna nodrošina a) nemainīgu šūnas formu b) vielmaiņu un enerģiju iekšā

b) osmotiskais spiediensšūnā d) selektīva caurlaidība

2. Celulozes membrānām, tāpat kā hloroplastiem, nav šūnu

a) aļģes b) sūnas c) papardes d) dzīvnieki

3. Šūnā atrodas kodols un organoīdi

a) citoplazma _ c) endoplazmatiskais tīkls

b) Golgi komplekss d) vakuoli

4. Sintēze notiek uz granulētā endoplazmatiskā tīkla membrānām

a) olbaltumvielas b) ogļhidrāti c) lipīdi d) nukleīnskābes

5. Ciete uzkrājas

a) hloroplasti b) kodols c) leikoplasti d) hromoplasti

6. Olbaltumvielas, tauki un ogļhidrāti uzkrājas

a) kodols b) lizosomas c) Golgi komplekss d) mitohondriji

7. Piedalās skaldīšanas vārpstas veidošanā

a) citoplazma b) šūnu centrs c) vakuola d) Golgi komplekss

8. Organoīds, kas sastāv no daudziem savstarpēji savienotiem dobumiem, in
kas uzkrāj šūnā sintezētās organiskās vielas – tās ir

a) Golgi komplekss c) mitohondriji

b) hloroplasts d) endoplazmatiskais tīkls

9. Vielu apmaiņa starp šūnu un tās vidi notiek caur
apvalks klātbūtnes dēļ tajā

a) lipīdu molekulas b) ogļhidrātu molekulas

b) daudz caurumu d) nukleīnskābju molekulas

10. Šūnā sintezētās organiskās vielas pāriet uz organellām
a) ar Golgi kompleksa palīdzību c) ar vakuolu palīdzību

b) ar lizosomu palīdzību d) pa endoplazmatiskā tīkla kanāliem

11. Dekoltē organisko vielu būrī, kam seko atbrīvošana.
enerģija un notiek liela skaita ATP molekulu sintēze

a) mitohondriji b) lizosomas c) hloroplasti d) ribosomas

12. Organismi, kuru šūnās nav izveidots kodols, mitohondriji,
Golgi komplekss, pieder grupai

a) prokarioti b) eikarioti c) autotrofi d) heterotrofi

13. Prokarioti ietver

a) aļģes b) baktērijas c) sēnes d) vīrusi

14. Kodolam ir svarīga loma šūnā, jo tas ir iesaistīts sintēzē

a) glikoze b) lipīdi c) šķiedra d) nukleīnskābes un olbaltumvielas

15. Organelle, ko no citoplazmas norobežo viena membrāna, satur
daudzi fermenti, kas sadala sarežģītas organiskās vielas
vienkāršiem monomēriem, šis

a) mitohondrijs b) ribosoma c) Golgi komplekss d) lizosoma

Kādas funkcijas šūnā veic ārējā plazmas membrāna?

1) ierobežo šūnas saturu no ārējā vide
2) nodrošina vielu kustību šūnā
3) nodrošina saziņu starp organellām
4) veic olbaltumvielu molekulu sintēzi

Funkciju veic gludā endoplazmatiskā tīkla membrāna
1) lipīdu un ogļhidrātu sintēze
2) proteīnu sintēze
3) olbaltumvielu sadalīšanās
4) ogļhidrātu un lipīdu sadalīšanās

Viena no Golgi kompleksa funkcijām
1) lizosomu veidošanās
2) ribosomu veidošanās
3) ATP sintēze
4) organisko vielu oksidēšana

Lipīdu molekulas ir daļa no
1) plazmas membrāna
2) ribosomas
3) sēnīšu šūnu membrānas
4) centrioles
Jau iepriekš paldies ikvienam, kurš var palīdzēt

Lipīdu biosintēzes reakcijas var notikt visu orgānu šūnu gludajā endoplazmatiskajā retikulumā. Substrāts tauku sintēzei de novo ir glikoze.

Kā zināms, kad glikoze nonāk šūnā, tā tiek pārvērsta par glikogēnu, pentozēm un oksidējas par pirovīnskābi. Ja padeve ir liela, glikoze tiek izmantota glikogēna sintezēšanai, taču šo iespēju ierobežo šūnu tilpums. Tāpēc glikoze “izkrīt” glikolīzē un tiek pārvērsta par piruvātu tieši vai caur pentozes fosfāta šuntu. Otrajā gadījumā veidojas NADPH, kas vēlāk būs nepieciešams taukskābju sintēzei.

Piruvāts nonāk mitohondrijās, tiek dekarboksilēts par acetil-SCoA un nonāk TCA ciklā. Tomēr spēj miers, plkst atvaļinājums, pārmērīga daudzuma klātbūtnē enerģijušūnā TCA cikla reakcijas (īpaši izocitrāta dehidrogenāzes reakciju) bloķē ATP un NADH pārpalikums.

Triacilglicerīnu un holesterīna biosintēzes no glikozes vispārējā shēma

Oksaloacetātu, kas arī veidojas no citrāta, malāta dehidrogenāze reducē līdz ābolskābei un atgriežas mitohondrijās.

• izmantojot malāta-aspartāta atspoles mehānismu (nav parādīts attēlā),
• pēc malāta dekarboksilēšanas līdz piruvāts No NADP atkarīgs malik enzīms. Iegūtais NADPH tiks izmantots taukskābju vai holesterīna sintēzē.