Особенности и механизм синтеза высших жирных кислот

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.

Лабораторно-практические работы.

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).

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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^х атомный спирт глицерин и высшие жирные кислоты: олеиновая кислота 55%, пальмитиновая 20%, линолевая 10%.

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 какого-либо основного заболевания, чаще эндокринного. Например Иценко-Кушинга, гипофиз, гипоталамуса и др.

Сфинголипиды.

Биологическая роль.

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.

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.