 |
Биологические функции липидов.
|
|
|
|
Классификация липидов.
1. Неомыляемые липиды.
1.1. Жирные кислоты: номенклатура, структура, насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты (миристиновая, пальмитиновая, стеариновая, арахиновая, пальмитоолеиновая, олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая, ω3 и ω6 жирные кислоты), цис- и транс-ненасыщенные жирные кислоты. Свойства и биологическая роль жирных кислот. Производные арахидоновой кислоты – эйкозаноиды (простагландины, тромбоксаны, лейкотриены), их биологическая роль.
1.2. Производные изопрена
1) Пренольные липиды(терпены):
- каротиноиды (витамины группы А),
- токоферолы (витамины группы Е),
- нафтохиноны (витамин группы К),
- убихинон.
Структура, свойства, биологическая роль.
2) Циклические изопреноиды(стероидные липиды).
- стерины (стеролы): холестерин и эфиры холестерина (как пример омыляемых липидов).
- стероиды - стероидные гормоны (эстрогены, андрогены, глюко- и минералокортикоиды, прогестерон и их производные)
- секостероиды - витамин D2 и D3 и их производные
- желчные кислоты и их производные
Структура, свойства и биологическая роль.
2. Омыляемые липиды.
2.1. Простые липиды:
1) Производные глицерина – глицеролипиды (нейтральные жиры) (моно-, ди- и триацилглицериды): структура, свойства и биологическая роль.
2) Производные сфингозина - церамиды: структура, свойства и биологическая роль.
3) Воска: структура, свойства и биологическая роль.
2.2. Сложные липиды:
Фосфолипиды:
1) Производные глицерина – глицерофосфолипиды (фосфатидная кислота, фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозитол, плазмалогены, кардиолипин): структура, физико-химические свойства, полиморфизм в водных растворах, биологическая роль.
|
|
|
2) Производные сфингозина – сфингофосфолипиды (сфингомиелины): структура, свойства, биологическая роль.
Гликолипиды:
Производные сфингозина - г ликосфинголипиды
-цереброзиды: галактозилцереброзиды и глюкозилцереброзиды
- глобозиды
- ганглиозиды
- сульфатиды
Структура, свойства, биологическая роль.
Липиды как сигнальные вещества, кофакторы и пигменты.
Липидомика – наука, занимающаяся классификацией липидов и их функций. Понятие «липидом».
Методы разделения и очистки липидов.
Биологические мембраны.
Функции биологических мембран.
Структура биологических мембран.
Липидный состав биологических мембран. Жирнокислотный состав мембранных липидов. Физико-химические свойства двухслойной фосфолипидной мембраны (подвижность молекул, проницаемость). Химическая гетерогенность фосфолипидов мембраны. Специфичность фосфолипидного состава биологических мембран. Роль холестерина в структуре мембраны.
Мембранные белки и их роль в построении и функционировании мембран: амфитропные, периферические и интегральные белки, их двумерная диффузия в мембранах. Типы интегральных мембранных белков.
Асимметрия биологических мембран. Динамическая жидкостно-мозаичная модель биологических мембран Сингера-Никольсона и факторы, обуславливающие подвижность мембраны. Движение липидов и белков в бислое мембраны.
Рафты и кавеолы, их биологическая роль
Избирательная проницаемость биологических мембран. Поры, каналы (аквапорины, лиганд- и потенциал-зависимые ионные каналы), переносчики. Формы транспорта веществ через мембрану: унипорт, симпорт и антипорт, простая диффузия, облегченная диффузия (пассивный транспорт) и активный транспорт (первичный, вторичный); транспортеры (переносчики и ионные каналы). Транспортные АТРазы Р-типа (Na+/K+-, Ca2+-, H+/K+-АТРазы), F-типа (Fo,F1-АТРаза). Аквапорины.
|
|
|
Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды.
Пуриновые и пиримидиновые основания, нуклеозиды и нуклеотиды: строение, свойства, роль в метаболизме. Дезоксирибонуклеотиды.
Мононуклеотиды: строение и биологическая роль. Физико-химические свойства АТР – универсального источника энергии в биологических системах, соединения с высоким потенциалом переноса фосфорильного остатка. Адениловые нуклеотиды АТР, АDР и АМР: их строение, биологическая роль, взаимопревращения (адениловая система). Аденилаткиназная реакция. Нуклеозидмоно- и дифосфаткиназные реакции.
Роль гуаниновых, цитозиновых и урациловых нуклеотидов в метаболизме.
Циклические нуклеотиды (сАМР и сGМР): строение, свойства, образование и распад в клетке, биологическая роль.
Динуклеотиды (NAD+, NADP+, FAD): строение и биологическая роль.
Роль нуклеотидов в построении нуклеиновых кислот - РНК и ДНК. Состав нуклеиновых кислот: азотистые основания и их связь в молекулах ДНК и РНК. Комплементарные пары нуклеотидов; правила Чаргаффа. Роль водородных связей в формировании структуры ДНК и РНК. Сходства и различия ДНК и РНК по структуре и функциям. Двойная спираль Уотсона-Крика.Другие упорядоченные структуры нуклеиновых кислот. Суперспирализация ДНК. Роль гистонов упаковке ДНК. РНК и её биологическая роль.
Метаболизм углеводов
Переваривание углеводов в желудочно-кишечном тракте: переваривание в полости рта; гидролиз углеводов в тонком кишечнике; пристеночное пищеварение в энтероцитах. Ферменты, участвующие в переваривании углеводов. Гидролиз углеводов в толстой кишке. Пути всасывания углеводов в кишечнике. Транспорт глюкозы в клетки: инсулинозависимые тирозиновые рецепторы, белки-транспортеры глюкозы.
Судьба всосавшейся глюкозы в клетках (гликолиз, пентозофосфатный путь, синтез гликогена).
Гликолиз. Общая характеристика гликолиза и его две стадии: подготовительная и окислительно-восстановительная.
Первая (подготовительная) стадия гликолиза.
1) Фосфорилирование глюкозы: гексокиназная реакция, изоформы фермента в мышцах и печени (сходство и различие, регуляция, значение существования изоформ).
2) Глюкозо-6-фосфатизомеразная реакция и её значение.
3) Фосфофруктокиназная реакция фосфорилирования фруктозо-6-фосфата, регуляция активности фермента.
|
|
|
4) Образование триозофосфатов в реакции альдольного расщепления: изоформы альдолазы.
5) Изомеризация триозофосфатов: основные свойства фермента. Пути превращения дигидроксиацетонфосфата (взаимосвязь углеводного и липидного обменов).
Вторая стадия гликолиза.
1) Реакция гликолитической оксидоредукции. Строение активного центра глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы (ГАФД) и механизм катализируемой реакции, ингибирование фермента. NAD+ как кофермент реакции: строение, восстановление, переносимые группы.
2) Фосфоглицераткиназная реакция - первая реакция субстратного фосфорилирования; сопряжение реакций, катализируемых ГАФД и фосфоглицераткиназой (теория метаболонов).
3) Фосфоглицератмутазная реакция: механизм, 2,3- бис -фосфоглицериновая кислота как кофермент реакции и её образование.
4) Образование фосфоенолпирувата (ФЕП) - соединения с высоким потенциалом переноса фосфорильной группы в енолазной реакции.
5) Пируваткиназная реакция - вторая реакция субстратного фосфорилирования в гликолизе; основные свойства и регуляция активности пируваткиназы, изоформы фермента.
Дальнейшая судьба пирувата (общая схема).
Лактатдегидрогеназная реакция: реокисление NADH вне митохондрий, изоформы фермента. Ацидоз.
Гликолитическая оксидоредукция (реакции, катализируемые ГАФД и лактатдегидрогеназой).
Полный стехиометрический баланс гликолиза в анаэробных и аэробных условиях. Образование АТР в ходе гликолиза.
Вовлечение гликогена и различных гексоз в первую стадию гликолиза. Образование фосфорных производных моносахаридов как первый этап их превращения: галактозы в глюкозо-1-фосфат, маннозы и фруктозы во фруктозо-6-фосфат, фруктозы во фруктозо-1-фосфат (в печени); ферменты, участвующие в образовании фосфорных производных моносахаров. Дальнейшее вовлечение фосфорных производных моносахаридов в гликолиз.
Обратимые и необратимые реакции гликолиза. Биологическая роль необратимых реакций гликолиза. Классы ферментов, катализирующих реакции гликолиза.
|
|
|
Глюконеогенез - образование глюкозы из неуглеводных предшественников.
Обходные пути необратимых реакций гликолиза при образовании глюкозы:
1) Образование ФЕП из пирувата через оксалоацетат. Образование оксалоацетата в митохондриях: пируваткарбоксилазная реакция и биотин как кофермент реакции карбоксилирования (структура биотина и механизм реакции). Челночный механизм переноса оксалоацетата из митохондрий в цитоплазму (дикарбоксилатная транспортная система). Декарбоксилирование оксалоацетата в цитоплазме с образованием ФЕП как пример металлзависимого декарбоксилирования; фосфоенолпируваткарбоксикиназа.
2) Образование фруктозо-6-фосфата из фруктозо-1,6- бис -фосфата; фруктозо- 1,6 - бис -фосфатаза.
3) Образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата в печени и почках; глюкозо-6-фосфатаза.
Общая схема глюконеогенеза. Стехиометрическое уравнение синтеза глюкозы из пирувата и/или молочной кислоты. Биологическая роль глюконеогенеза.
Цикл Кори (цикл молочной кислоты) - образование в печени и почках глюкозы из молочной кислоты; его биологическое значение.
Взаимосвязь гликолиза и глюконеогенеза с другими метаболическими путями. Регуляция гликолиза и глюконеогенеза.
Гликогенолиз – анаэробный распад гликогена.
1) Фосфоролиз гликогена; гликогенфосфорилаза: механизм реакции, основные свойства фермента и способы его регуляции в печени и в скелетных мышцах; фосфорилирование гликогенфосфорилазы – формы «a» и «b», их взаимопревращение; аллостерическая регуляция фермента АМР в мышцах и глюкозой в печени. Регуляция распада гликогена ионами Са2+.
2) Деветвление гликогена: гликогендеветвящий фермент и катализируемые им глюкантрансферазная и α-1,6-глюкозидазная реакции.
3) Фосфоглюкомутаза: катализируемая реакция, глюкозо-1,6- бис -фосфат как кофермент реакции.
Физиологическая роль расщепления гликогена в печени и мышцах. Стехиометрическое уравнение гликогенолиза. Сравнение энергетической эффективности гликогенолиза и гликолиза.
Синтез гликогена. Активация глюкозы с образованием UDP-глюкозы; глюкозо-1,6- бис -фосфат как кофермент глюкозо-1-фосфат-уридилтрансферазной реакции.
1) Гликогенсинтаза: катализируемая реакция, регуляция фермента путем
фосфорилирования. Роль гликогенина в синтезе гликогена.
2) Ветвление гликогена: гликогенветвящий фермент, образование α-1,6-
гликозидных связей, биологический смысл ветвления.
Гормональная регуляция обмена гликогена.
Адреналин (в мышцах и печени): химическая природа, физиологическая роль. Строение β-адренергических рецепторов. G-белки (Gs и Gi): строение, биологическая роль, механизм действия. Аденилатциклаза (АЦ); образование сАМР, его биологическая роль как вторичного мессенджера; фосфодиэстераза (ФДЭ) и ее биологическая роль. сАМР-зависимая протеинкиназа (ПК А): строение, аллостерическая регуляция, биологическая роль. Киназа фосфорилазы: строение, двойная регуляция фермента (с помощью фосфорилирования и ионами Са2+), активация гликогенфосфорилазы «b» и ингибирование гликогенсинтазы. Способы завершения действия адреналина.
|
|
|
Понятия реципрокной регуляции и регуляторного каскада, их биологическое значение.
Глюкагон (в печени): химическая природа, синтез, физиологическая роль. Два регуляторных каскада, запускаемых глюкагоном в печени: сАМР-зависимый и через фруктозо-2,6- бис -фосфат - аллостерический регулятор активности ферментов гликолиза и глюконеогенеза. Фосфофруктокиназа-2 - как пример бифункционального фермента, обладающего киназной и фосфатазной активностями. Способы завершения действия глюкагона. Биологическая роль двойной регуляции уровня глюкозы в печени.
Инсулин: химическая природа, синтез, физиологическая роль. Рецепторы инсулина и механизм передачи гормонального сигнала.
Пути образования и превращений глюкозо-6-фосфата. Глюкозо-6-фосфат как центр пересечения путей превращения углеводов.
Пентозофосфатный путь превращения глюкозы (прямое окисление глюкозы): биологическая роль. Окислительная стадия: последовательность химических реакций, суммарное уравнение. Неокислительная стадия: биологическое значение, последовательность реакций, трансальдолазы и транскетолазы. Общая схема пентозофосфатного пути, связь с гликолизом и другими метаболическими путями. Стехиометрическое уравнение пентозофосфатного пути. Роль пентозофосфатного пути в эритроцитах.
Классы ферментов, катализирующих реакции пентозофосфатного пути.
Пируват как центр пересечения путей превращения углеводов.
Спиртовое брожение и его биологическое значение.
1) Пируватдекарбоксилазная реакция (механизм) и тиаминпирофосфат (ТПФ) как кофермент реакции декарбоксилирования.
2) Алкогольдегидрогеназная реакция: образование этанола и реокисление NADH вне митохондрий. Судьба этанола в печени и эпителии желудка.
Классы ферментов, катализирующих реакции спиртового брожения.
Окисление пирувата до ацетил-СоА - первая стадия дыхания. Пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК-комплекс) как мультиферментная система: ферменты (в том числе и регуляторные) и коферменты (тиаминпирофосфат (ТПФ), липоевая кислота, кофермент А, FАD, NAD+) ПДГ-комплекса, пространственная сборка.
1) Пируватдегидрогеназная реакция. ТПФ как кофермент окислительного декарбоксилирования.
2) Дигидролипоилацетилтрансферазная реакция. Коферменты реакции: липоевая кислота и ацетилкофермент А. Образование ацилтиоэфира.
3) Дигидролипоилдегидрогеназная реакция. Коферменты реакции (FAD и NAD+).
Регуляция ПДГ-комплекса через регуляторные ферменты – киназу пируватдегидрогеназы (ПДГ) и фосфатазу фосфоПДГ (прямая и непрямая регуляция). Природа необратимости превращения пирувата в ацетил-СоА. Суммарное уравнение реакций, катализируемых ПДГ-комплексом.
Классы ферментов ПДГ-комплекса.
Реакции образования восстановительных эквивалентов в гликолизе и ПДГ.
Цикл ди- и трикарбоновых кислот (цикл Кребса): локализация, общая схема и последовательность реакций. Классы ферментов ЦТК.
1) Образование цитрата и основные свойства цитратсинтазы.
2) Образование изоцитрата и основные свойства аконитазы.
3) Изоцитратдегидрогеназная реакция как пример Ме-зависимого декарбоксилирования (1-е декарбоксилирование в цикле Кребса): основные свойства изоцитратдегидрогеназы и ее регуляция.
4) a-Кетоглутаратдегидрогеназный (α-КДГ) комплекс (2-е декарбоксилирование в цикле Кребса (тиаминпирофосфатзависимое, окислительное)). Сходства и различия ПДГ- и a-КДГ комплексов.
5) Сукцинил-СоА-синтетазная реакция как пример реакции субстратного фосфорилирования (другие примеры субстратного фосфорилирования); основные свойства фермента.
6) Сукцинатдегидрогеназная реакция: локализация и основные свойства фермента, FAD как кофермент реакции.
7) Гидратация фумарата, основные свойства фумаразы.
8) Малатдегидрогеназная реакция: обратимость реакции, ее направление в клетке, кофермент NAD+.
Обратимые и необратимые реакции цикла Кребса.
Регуляция цикла Кребса. Общая стехиометрия цикла Кребса и окислительного декарбоксилирования пирувата. Субстратное обеспечение цикла Кребса (анаплеротические реакции) и его взаимосвязь с другими метаболическими путями. Биологическая роль цикла Кребса.
Глицерофосфатная транспортная система переноса восстановительных эквивалентов из цитоплазмы в митохондрии (глицерофосфатный челнок). Малат-аспартатная транспортная система переноса восстановительных эквивалентов из цитоплазмы в митохондрии (малат-аспартатный челнок).
Метаболизм липидов.
Переваривание липидов в желудочно-кишечном тракте. Расщепление нейтральных жиров в ротовой полости и желудке у взрослых и детей; липазы. Расщепление нейтральных жиров в двенадцатиперстной кишке: нейтрализация НСl, эмульгирование жиров. Желчные кислоты (холевая, дезоксихолевая, хенодезоксихолевая), парные желчные кислоты (гликохолевая, таурохолевая) и их соли; роль желчи в переваривании жиров (эмульгирование жиров, образование мицелл, активация панкреатической липазы). Панкреатическая липаза: основные свойства и пути активации. Схема расщепления триглицеридов. Схема расщепления фосфолипидов в кишечнике, роль фосфолипазы А2 и лизофосфолипазы в этом процессе. Расщепление эфиров холестерина с помощью холестеринэстеразы.
Всасывание моноглицеридов, остатков фосфолипидов, жирных кислот, глицерина, холестерина и солей желчных кислот в эпителиальные клетки кишечника (свободное всасывание и всасывание в виде смешанных мицелл).
Ресинтез нейтральных липидов в кишечной стенке и его биологическое значение; β-моноглицеридный путь (в гладком эндоплазматическом ретикулуме) и α-глицерофосфатный путь (в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме). Ресинтез фосфолипидов (как в других тканях, см. ниже) и эфиров холестерина.
|
|
|
