Охарактеризуйте фагоцитоз и напишите используемые в нем ферментативные реакции.

Фагоцитоз – это активное поглощение и разрушение клетками твердых частиц, чуждых для организма (микроорганизмы, вирусы, иммунные комплексы антиген-антитело, простейшие, гельминты, твердые неорганические частицы, отмершие клетки).

К фагоцитам относятся нейтрофилы, моноциты, эозинофилы, базофилы, тканевые макрофаги, купферовские клетки, остеокласты, клетки микроглии.

Формирование фагосомы. Взаимодействие микробной клетки с поверхностью фагоцита приводит к образованию на его мембране выростов - псевдоподий, окружающих микробную клетку. Фагосома, сформированная таким образом, вместе с захваченной бактерией погружается внутрь фагоцита.

Образование фаголизосомы. В цитозоле фагосомы сливаются с первичными лизосомами, образуя фаголизосомы. Первичные лизосомы, образованные аппаратом Гольджи, содержат ряд заключённых в гранулы гидролаз, способных разрушать органические молекулы в кислой среде фаголизосом: протеиназы, фосфатазы, эстеразы, ДНК-азы, РНК-азы. Низкое значение рН внутри фагосом оказывает бактерицидное действие и создаёт оптимальную среду для активации ли-зосомальных гидролаз. В результате действия этих ферментов разрушаются полимерные молекулы микроорганизмов и образуются аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, которые поступают в цитозоль и могут использоваться клеткой. Большая часть мембранных компонентов и непереваренные субстраты локализуются в остаточных тельцах, которые путём экзоцитоза возвращаются на поверхность плазматической мембраны фагоцитов, при этом значительная часть мембранных компонентов может утилизироваться и в самой мембране.

Ферментативные реакции

1. НАДФН-оксидаза

Активация кислородзависимых бактерицидных механизмов уничтожения микробов. Ферментный комплекс мембраны фагосом - NADPH-оксидаза восстанавливает О2, образуя супероксидный анион:

2 О2 + NADPH → 2 O2- + NADP+ + H+ .

Супероксиддисмутаза

Супероксидный анион спонтанно или при участии фермента супероксиддисмутазы превращается в пероксид водорода:

О2- + О2- + 2Н+ → Н2О2 + О2.

Миелопероксидаза

Под действием миелопероксидазы, проникающей в фагосому при её слиянии с лизосомой, из пероксидов в присутствии галогенов (йоди-дов и хлоридов) образуются дополнительные токсичные окислители - гипойодид и гипохлорид.

Н2О2 + Cl- + H+ → НОС1 + H2O .

Все эти молекулы являются сильными окислителями и оказывают бактерицидное действие. Резкое увеличение потребления кислорода фагоцитирующей клеткой называется "респираторным взрывом"

1.Повышение потребление глюкозы и ее окисления по пентозофосфатному пути с образованием НАДФН.

2. Повышение потребления кислорода в 20-40 раз.

3. Активация НАДФН-оксидазы и генерация супероксид анион-радикала.

4. Активация миелопероксидазы и генерация гипохлорита.

Активные формы кислорода инициируют свободнорадикальные реакции, разрушающие липиды клеточных мембран поглощённых фагоцитами бактерий.

Наследственная недостаточность NADP-оксидазы, обусловленная дефектом одного из генов этого ферментного комплекса, приводит к хроническому гранулематозу. В результате дефекта фермента фагоциты больных не способны продуцировать супероксидный кислородный радикал и пероксид водорода и поэтому не могут быстро разрушать фагоцитированные клетки бактерий и грибов. Некоторые устойчивые микроорганизмы остаются жизнеспособными внутри фагоцитов, и их антигены вызывают в месте скопления фагоцитов клеточный иммунный ответ и формирование гранулём. Наиболее часто встречается сцепленная с Х-хромосомой форма этого заболевания, связанная с дефектом гена одной из полипептидных цепей комплекса, локализованного на коротком плече Х-хромосомы.

Образование реакционноспособных метаболитов азота. Бактерицидное действие в макрофагах оказывает и оксид азота (NO). Оксид азота в этих клетках образуется, так же как и в других, под действием фермента NO синтазы из аргинина (см. раздел 9). Активность NO синтазы в макрофагах заметно повышается при фагоцитозе в присутствии γ-интерферона и фактора некроза опухолей. Супероксид-анион образует с NO соединения, обладающие большими бактерицидными свойствами, чем сам NO:

NO + О2- → ONOO- → ОН* + NO2 .

Билет 28

Вопрос 1. Опишите строение пируватдегидрогеназного комплека. Как регулируется пируватдегидрогеназный комплекс? Дайте характеристику витаминов и коферментов, используемых в процессе.

В составе комплекса насчитывают 3 фермента и 5 коферментов:

Пируватдегидрогеназа (Е1, ПВК-дегидрогеназа), ее коферментом является тиамин- дифосфат, катализирует 1-ю реакцию.

Дигидролипоат-ацетилтрансфераза (Е2), ее коферментом является липоевая кислота, катализирует 2-ю и 3-ю реакции.

Дигидролипоат-дегидрогеназа (Е3), кофермент – ФАД, катализирует 4-ю и 5-ю реак- ции.

Помимо указанных коферментов, которые прочно связаны с соответствующими фер- ментами, в работе комплекса принимают участие коэнзим А и НАД.

Регуляция ПВК

Осуществляется различными способами:

доступностью субстратов, ингибированием продуктами реакциии, аллостерически и путем ковалентной модификации.

1)Ковалентная модификация

В пируватдегидрогеназном комплексе имеются еще 2 вспомогательных фермента – ки- наза и фосфатаза, участвующие регуляции активности пируватдегидрогеназы (Е1) путем фосфорилирования и дефосфорилирования.

Киназа активируется при избытке АТФ и продуктов реакции – НАДН и ацетил-SКоА.

2) Аллостерическая регуляция

ингибиторы - продукты реакции (ацетил-КоА и НАДН) активируют киназу ПДК

активаторы - субстраты реакции (пируват, НАД+, КоА), а также инсулин и ионы Cа2+

Коферменты:

1. Тиаминдифосфат - производное витамина В1 (тиамин)

2. Флавинадениндинуклеотид - производное витамина В2 (рибофлавин)

3. Никотинамидадениндинуклеотид - производное витамина В3 (ниацин)

4. Коэнзим А - производное витамина В5 (фолиевая кислота)

Вопрос 2. Дайте харакеристику митохондриям, их функции и дисфункции. Что такое митохондриальные болезни? Укажите причины развития гипоэнергетических состояний.

Митохондрия ограничена двумя мембранами - гладкой внешней искладчатой внутренней, имеющей очень большую поверхность. Складки внутренней мембраны глубоко входят в матрикс митохондрий, образуя впячивания - кристы. Пространство между внешней и внутренней мембранами обычно называют межмембранным пространством.

Мембраны митохондрий содержат интегральные мембранные белки. Во внешнюю мембрану входят порины, которые образуют поры и делают мембраны проницаемыми для веществ с молекулярной массой до 10 кДа. Внутренняя же мембрана митохондрий ПОЧТИ исключение составляют О₂, СО₂, Н₂0. Внутренняя мембрана митохондрий характеризуется необычно высоким содержанием белков (75%). В их число входят транспортные белки-переносчики, ферменты, компоненты дыхательной цепи иАТФ-синтаза.

Функции:

В них синтезируется большая часть необходимого клетке АТФ.

В митохондриях локализованы следующие метаболические процессы: превращение пирувата в ацетил-КоА, катализируемое пируватдегидрогеназным комплексом: цитратный цикл; дыхательная цепь, сопряженная с синтезом АТФ ( «окислительное фосфорилирование»);

Патологии митохондрий

Передаются только по материнской линии. При делении митохондрий, ДНК случайным образом распределяется между потомками. Мутации мтхДНК могут накапливаться и приводить к тяжелым заболеваниям.

Атрофия зрительного нерва Лебера

Вызвана мутацией участка мтхДНК, который кодирует одну из субъединиц комплекса I. Болезнь проявляется во взрослом возрасте и приводит к потере зрения.

Митохондриаьная энцефаломиопатия, лакоацидоз и инсультоподобные эпизоды (синдром MELAS)

Вызвана мутацией в гене, кодирующем тРНК митохондрий. Эта мутация влияет на транскрипцию мтДНК, в рез-те чего нарушается структура всех комплексов дых. цепи, кроме II, который полностью кодируется ядерным геномом.

Болезнь Ли

Дегенеративное заболевание ЦНС, обычно развивается в раннем возрасте. Чаще всего причиной болезни является мутации участков ядерных геномов, кодирущих компоненты дых. цепи. Однако в некоторых случаях болезнь развивается из-за мутаций митохондриаьных генов. При болезни Ли может быть нарушена активность АТФ-синтазы или комплексов I, II, III, IV.