Обучающие задачи и эталоны их решения. Задача 1. Одним из ферментов, участвующих в регуляции липосинтеза, является митохондриальная изоцитратдегидрогеназа

Задача 1. Одним из ферментов, участвующих в регуляции липосинтеза, является митохондриальная изоцитратдегидрогеназа. Почему при ингибировании этого фермента избытком АТФ в цитоплазме клеток печени усиливаются процессы синтеза жирных кислот? При решении задачи ответьте на вопросы:

• Частью какого метаболического процесса является фермент изоцитратдегидрогеназа?
• Какой промежуточный продукт накапливается в митохондриях при ингибировании этого фермента?
• Как при этом изменяется содержание цитрата в митохондриях?
• Каков его дальнейший путь использования?

Ответ.Изоцитратдегидрогеназа является ферментом цикла трикарбоновых кислот. При его ингибировании в митохондриях накапливается изоцитрат и, как следствие, цитрат. Накапливающийся цитрат переходит в цитоплазму клеток, где под действием цитрат-лиазы распадается на ацетил-КоА и оксалоацетат (см. 3.1.2). Ацетил-КоА является исходным соединением для синтеза жирных кислот и увеличение его концентрации ведет к активации данного процесса.

Задача 2.Добавление в пищу животным больших количеств веществ - акцепторов метильных групп (например, гуанидинацетата или ниацина) приводит к развитию у них жирового перерождения печени. Как можно объяснить антилипотропный эффект таких веществ?

Ответ.Одной из причин жирового перерождения печени является нарушение синтеза фосфолипидов, участвующих в транспорте триацилглицеролов из печени в кровь. Синтез фосфолипидов зависит от наличия в клетках печени холина и возможности его синтеза из этаноламина путем метилирования. Вещества – акцепторы метильных групп нарушают этот процесс, выступая в качестве конкурентных ингибиторов. Развивающийся дефицит липотропных факторов (см. 3.3.4) - холина и метионина приводит к нарушению синтеза фосфолипидов и накоплению триацилглицеролов – жировому перерождению печени.

Задача 3. Инсулин усиливает поступление глюкозы в клетки жировой ткани. Как и почему изменяется при этом:

• Интенсивность синтеза триацилглицеролов в жировой ткани?
• Уровень свободных жирных кислот в крови?

Ответ.При повышенном поступлении в клетки жировой ткани глюкозы синтез триацилглицеролов в них усиливается. Это связано с активацией процессов катаболизма глюкозы и накоплением промежуточного продукта гликолиза – диоксиацетонфосфата. В клетках жировой ткани диоксиацетонфосфат восстанавливается в глицерол-3-фосфат (см. 3.2.1, рисунок 3.4), который взаимодействуя с активированными жирными кислотами превращается в триацилглицерол. Усиленное использование жирных кислот на синтез триацилглицеролов приводит к замедлению выведения их из жировой ткани в кровь и снижению уровня свободных жирных кислот в крови.

Задача 4. Животное получало с пищей мевалоновую кислоту, меченную по атомам углерода. В какой фракции липопротеинов будет обнаружено наибольшее количество метки?

Ответ.Мевалоновая кислота является промежуточным продуктом в синтезе холестерола (см.3.4.2), в структуру которого и будут включаться меченые атомы углерода. Основной транспортной формой холестерола в крови служат липопротеины низкой плотности (см.3.5.2). В них будет обнаруживаться наибольшее количество метки.

Задача 5.Животное получало с пищей глюкозу, меченную по атомам углерода. Через некоторое время метка была обнаружена в составе холестерола плазмы крови. Представьте в виде схемы включение атомов углерода глюкозы в синтез холестерола.

Ответ.Исходным соединением в синтезе холестерола является ацетил-КоА, который образуется в процессе аэробного окисления глюкозы.

Основными промежуточными продуктами в синтезе холестерола из ацетил-КоА являются мевалоновая кислота и изопентенилпирофосфат (см. 3.4.2) Таким образом, синтез холестерола из продуктов катаболизма глюкозы может быть представлен в виде схемы:

Задача 6. Рассчитайте количество молекул ацетил-КоА и НАДФН, необходимых для синтеза одной молекулы пальмитиновой кислоты.

Ответ.Жирные кислоты синтезируются путем последовательного соединения двууглеродных фрагментов, источниками которых служит ацетил-КоА (см.3.1.1). Количество молекул ацетил-КоА, необходимое для синтеза жирной кислоты определяется по формуле n : 2, где n – число атомов углерода в жирной кислоте. В пальмитиновой кислоте С₁₅Н₃₁СООН – 16 атомов углерода и, значит, потребуется 16:2=8 молекул ацетил-КоА. Количество этапов удлинения цепи равно (n : 2) – 1 = (16 : 2) – 1 = 7 . На каждом этапе затрачивается в реакциях восстановления 2 молекулы НАДФН, всего – 7 х2=14.

Контрольные вопросы:

1. Синтез высших жирных кислот: локализация, исходное соединение, последовательность реакций, полиферментный комплекс, коферменты. Источники НАДФН и его использование в синтезе жирных кислот.

2. Пути использования высших жирных кислот в клетках. Биосинтез ацилглицеролов и их мобилизация, биологическая роль. Факторы, способствующие развитию ожирения.

3. Общие этапы биосинтеза ацилглицеролов и фосфолипидов. Последовательность реакций синтеза фосфатидилхолина и его роль в организме. Понятие о липотропном эффекте фосфолипидов и липотропных факторах.

4. Биосинтез холестерола: локализация, основные этапы синтеза, регуляторный фермент. Последовательность реакций образования мевалоновой кислоты, ферменты. Основные пути использования холестерола в организме.

5. Липопротеины крови: схема строения, состав и свойства, классы липопротеинов. Взаимопревращения липопротеинов и их роль в организме. Нарушения метаболизма липопротеинов.

6. Клинико-диагностическое значение определение содержания холестерола и липопротеинов в сыворотке крови.

Выполните упражнения и решите задачи:

1. Рассчитайте количество молекул ацетил-КоА и НАДФН, необходимых для синтеза одной молекулы стеариновой кислоты.

2. Напишите схему синтеза триацилглицерола из глицерола и жирных кислот (стеариновой, арахидоновой, пальмитиновой).

3. Напишите схему синтеза фосфатидилхолина из глицерола, холина, пальмитиновой и линоленовой кислот.

4. При введении глюкагона у экспериментальных животных наблюдается снижение содержания цитрата в клетках печени. Как при этом будет изменяться скорость синтеза жирных кислот?

5. Одним из последствий сахарного диабета является жировое прерождение печени. Какие витамины могут быть использованы для предупреждения этого осложнения? С чем связан их липотропный эффект?

6. Лекарственный препарат компактин является ингибитором фермента β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА-редуктазы. Какое действие оказывает этот препарат на уровень атерогенных липопротеинов в плазме крови?

Литература

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. – М., 1990. – с.300-316.
2. Николаев А.Я. Биологическая химия. – М., 1989. – с.276-279; 281-292; 296-303.
3. Строев Е.А. Биологическая химия. – М., 1986. – с. 100-102; 262-268; 269-274.
4. Руководство к практическим занятиям по биохимии. Часть I. – Ярославль, 1999. – с.74-80; 88-89.
5. Конспекты лекций.

© С.М.Ершиков, 2007.