ПРЕДИСЛОВИЕ
Цель курса биохимии научить будущих врачей применять при изучении последующих дисциплин и в профессиональной врачебной деятельности сведения о химическом составе и молекулярных процессах организма как о характеристиках нормы и признаках патологии. Исходя из Этого, в предлагаемом издании особое внимание уделяется сведениям о непосредственной связи молекулярных процессов с физиологическими (биологическими) функциями клетки и организма. Например, с этой точки зрения один из центральных вопросов общей биохимии о механизмах ферментативного катализа представляется нам менее важным, чем вопрос о субстратной специфичности и многообразии ферментов в организме. Сведения о молекулярных механизмах патогенеза болезней, имеющиеся в каждой главе, выполняют не только информативную, но и мотивационную роль, поскольку подчеркивают значение биохимии для изучения клинических дисциплин и для будущей профессиональной деятельности. Вместе с тем биохимия должна сохранять характер фундаментальной дисциплины, составляя вместе с другими медико-биологическими дисциплинами теоретическую основу медицины. Как используется знание медико-биологических дисциплин в практической деятельности врача? Установление диагноза болезни и назначение адекватного лечения включают ряд мыслительных операций, начиная с отбора симптомов из многих тысяч диагностических признаков, известных современной медицине. Отобранные симптомы складываются в клиническую картину, на основе которой делают заключение о сущности болезни и, наконец, устанавливают диагноз страдания конкретного больного, служащий базой для определения методов лечения. При этом мысль врача постоянно возвращается от последующего этапа к предыдущему и корректируется путем сопоставления промежуточных заключений. Центральную роль в этом процессе играют образы сущности болезней, имеющиеся в памяти врача. Они служат главным ориентиром и в движении к диагнозу, и в движении от диагноза к способам лечения. А сущности болезней, равно как мишени и механизмы действия лекарств и лечебных мероприятий, описываются в терминах и понятиях морфологии, физиологии и биохимии. При этом клиницисту требуется интегральное описание морфологии, физиологии и биохимии патологических состояний: нет такой функции и нет такой болезни, которые можно было бы описать в рамках одной или двух из этих дисциплин. При составлении книги мы стремились подбирать такие факты, конкретные явления, частные приложения биохимии, на основе которых проще перейти к1 0 Биологическая химия обобщениям, чтобы, исходя из них, можно было понимать и конструировать другие конкретные явления того же класса, составляющие содержание биохимии. Такой подход позволяет решить и проблему, связанную со старением информации. Современный врач вынужден не только знать тонкости своего дела, но и уметь ориентироваться в быстро меняющейся информационной обстановке. Знание основных концепций, закономерностей и методов биохимии помогает студенту (врачу) находить и понимать новую информацию по биохимии и применять ее для решения медицинских проблем. При написании книги мы исходили из того, что будущие врачи, начинающие изучать биохимию, имеют запас знаний о молекулах и молекулярных процессах, полученный в средней школе и в курсах химических дисциплин, предшествующих или параллельных курсу биохимии. Поэтому мы в ряде случаев нарушали логику изложения химизма биохимических процессов, чтобы сохранить логику изложения их биологического смысла и значения. Для читателя важно помнить, что в каждом очередном разделе содержится больше информации, чем можно извлечь при первом чтении, основываясь на знании только предшествующих разделов. Это обычная ситуация при описании сложных кооперативных систем, в которых все части образуют единое функциональное Целое. Именно к таким системам относятся объекты биологии, в том числе биохимия человека. Настоящее издание отражает результат многолетней Эволюции преподавания биохимии в ММА. При подготовке нового издания учтены многочисленные и существенные изменения содержания биохимии за последние годы.
Раздел 1. Биохимические механизмы сохранения гомеостаза, нормальная физиология и патология обмена веществ
— Переваривание и всасывание углеводов в желудочно-кишечном тракте
Расщепление крахмала и гликогена начинается в ротовой полости при рН 6,8—7,2 под действие альфа-амилазы слюны. Образовавшиеся декстрины и частично мальтоза попадают в желудок, где действие альфа-амилазы слюны прекращается вследствие кислой реакции желудочного сока. Расщепление декстринов продолжается в 12перстной кишке при рН 7,8—8,4 под действием альфа-амилазы сока поджелудочной (панкреатической) железы. Образовавшиеся дисахариды — мальтоза и изомальтоза, а так же поступившие с пищей дисахариды — сахароза и лактоза расщепляются в тонком кишечнике под действием мальтазы, изомальтазы, сахарозы и лактазы. Образовавшиеся моносахариды — глюкоза, фруктоза, галактоза всасываются в кровь за счет градиента концентрированных ионов Na, который создает K+/Na+ АТФаза.
— Пути промежуточного обмена углеводов
— Поступление глюкозы в клетки тканей.
— Биосинтез гликогена в печени и мышцах.
— Распад гликогена в печени и мышцах.
— Дихотомический путь распада глюкозы — гликолиз.
— Апотомический путь распада глюкозы — пентозафосфатный путь (ПФП).
— Биосинтез глюкозы из неуглеводных компонентов — глюконеогенез.
— Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса или цикл лимонной кислоты).
— Окислительное фосфорилирование (ЦПЭ — цепь переноса электронов).
Специфическими путями обмена глюкозы являются 1—6: 7—8 являются общими путями терминального окисления.
— Уровни регуляции обмена углеводов
— Нервный.
В повышении и уменьшении концентрации глюкозы в крови участвуют симпатическая и парасимпатическая нервная система, а также печень и поджелудочная железа.
— Гормональный.
Участвуют следующие гормоны: инсулин, глюкагон, глюкокортикоиды (кортизол, кортизон, кортикостерон), адреналин, тироксин и трийодтиронин. Все перечисленные гормоны, кроме инсулина, повышают концентрацию глюкозы в крови, инсулин же наоборот понижает её.
— Тканевой.
В тканевой регуляции обмена углеводов участвуют печень и почки.
— Гормональная регуляция обмена углеводов
Инсулин.
Инсулин вырабатывается бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Он обеспечивает фосфорилирование глюкозы, транспорт глюкозы через клеточную мембрану, активирует внутриклеточное расщепление глюкозы, активируя фермент гликогенсинтазу, способствует синтезу гликогена в печени, тормозит активность липазы и стимулирует переход глюкозы в жир, тормозит глюконеогенез. Таким образом инсулин снижает концентрацию глюкозы в крови. Разрушается инсулин в крови ферментом инсулинлазой.
Глюкагон.
Вырабатывается альфа-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Повышает концентрацию глюкозы в крови активизируя фосфорилазу в печени.
Глюкокортикоиды (кортизон, кортикостерон, кортизол).
Вырабатываются в корковом веществе надпочечников, повышают концентрацию глюкозы в крови, активируя глюконеогенез.
Адреналин.
Вырабатывается в мозговом слое надпочечников, повышает концентрацию глюкозы в крови, активируя фосфорилазу печени; а так же фосфорилазы мышц. Из мышечного гликогена образуется молочная кислота, которая превращается в глюкозу, а затем в гликоген в печени восполняя его количество.
Тироксин и трийодтиронин.
Вырабатывается в щитовидной железе, повышают концентрацию глюкозы в крови, активируя фосфорилазы в печени, что вызывает распад гликогена, а так же снижают биосинтез гликогена и нактивируя (тормозя) гликоген синтазу.
— Переваривание липидов в желудочно-кишечном тракте
Эмульгирование липидов происходи в просвете 12перстной кишки при участии желчных кислот, из одной капли жира образуется 1012 мелких капелек. Гидролиз триаглицеридов происходит в несколько стадий:
1.активация липазей в просвете кишечника трипсином и желчными кислотами.
2.расщепление триацилглицерином на диацилглицерин и ВЖК под действием липазы.
3.от диацилглицерина отщепляется еще одна молекула ВЖК и образуется моноациглицерин.
4.моноацилглицерин расщепляется на глицерин и ВЖК.
В результате действия фосфолипазы, фосфолипиды расщепляются на глицерин, 2 ВЖК, фосфорную кислоту и азотистое основание.
Холестеролэстераза расщепляет эфиры холестерина на свободный холестерин и одну ВЖК. Липаза, холестеролэстаза, фосфолипаза вырабатывается поджелудочной железой в неактивном виде и выделяются в составе сока поджелудочной железы в 12перстную кишку.
— Характеристика транспортных формы липидов
Липопротеины — это транспортные формы липидов и других гидрофобных соединений, представляющие собой сферические частицы с гидрофильной оболочкой, образованной фосфолипидами, белками и холестерином, и гидрофобным ядром, состоящим из эфиров холестерина и триацилглицеринов.
К ним относятся:
1) Хиломикроны состоящие из 2% — белка; 90% — ТАГ, экзогенные; 3% — фосфолипидов; 2% — холестерина; 3% — эфиров холестерина.
Хиломекроны образуются в энтероцитах из экзогенных ТАГ и снабжают ткани жирными кислотами распадаясь под действием липопротеинлипазы крови.
2) ЛПОНП состоят из 10% — белков; 55% — ТАГ, эндогенные; 18% — фосфолипидов; 7% — холестерина; 10% — эфиров холестерина.
Липопротеины очень низкой плотности образуются в энтероцитах и печени, транспортируют эндогенные ТАГ и холестерин из печени в кровь.
3) ЛПНП состоят из 25% — белка; 4% — ТАГ; 21% — фосфолипидов; 8% — холестеринов; 42% — эфиров холестерина.
Липопротеины низкой плотности образуются в крови из липопротеинов очень низкой плотности и переносят холестерин в внепочечным тканям.
4) ЛПВП зрелые состоят из 45—50% — белков; 5% — ТАГ; 25% — фосфолипидов; 5%- холестерина; 20% — эфира холестерина.
Липопротеины высокой плотности — предшественники, представляют собой «пустые мешочки» из фосфолипид-белковой оболочки, синтезируются в печени, транспортируются к внепочечным тканям из которых извлекают холестерин, превращаясь в зрелые липопротеины высокой плотности и таким образом переносят холестерин в печень для утилизации в виде желчных кислот.
— Регуляция обмена липидов
Контроль скорости синтеза и распада жирных кислот осуществляют ЦНС и эндокринные железы.
Липогенез (накопление липидов в депо) усиливает инсулин.
Липолиз активируется адреналином и норадреналином, кортикостеройдемы, глюкагоном и гормонами гипофиза –АКТГ и липотропин. Липолиз приводит к повышению концентрации жирных кислот в крови.
На синтез фосфолипидов влияет присутствие необходимых биологически активных веществ в достаточном количестве.
— Гормональная регуляция водно-минерального обмена
Антидиуретический гормон (АДГ, вазопрессин). Является пептидом, но вырабатывается в гипоталамусе. Выделяется в кровь из задней доли гипофиза, влияет на проницаемость стенок дистальных почечных канальцев для воды, повышая её, что приводит к усилению реабсорции воды. Антидиуретический гормон понижает осмотическое давление в тканях организма.
Альдостерон. Это миниралокортикоид секретируемый корой надпочечников, усиливает реабсорцию натрия в дистальных канальцах почек. Альдостерон повышает осмотическое давление в тканях.
Паратгормон. Является пептидом, синтезируется в паращитовных железах, выбрасывается в кровь при снижении концентрации кальция в крови, действует на костную ткань, способствуя выходу из неё кальция в кровь, на почки усиливая реабсорцию кальция из первичной мочи, на желудочно-кишечный тракт усиливая всасывание кальция из пищи.
Кальцитонин. Является пептидом, синтезируется в щитовидной железе, выделяется в кровь при повышении концентрации кальция, способствует отложению кальция в костях, уменьшает реабсорцию его из мочи.
Кальцитриол. Активная форма витамина Д. поступает в слизистую оболочку кишечника, он обеспечивает образование кальцийсвязываюшего белка, который ускоряет всасывание кальция в ЖКТ.
— Показатели кислотно-основного состояния в норме
1) рН — отрицательный десятичный логарифм, концентрация ионов водорода.
В норме в артериальной крови составляет 7,35–7,45, в венозной 7,3–7,4, в моче 5,5—6,8 (6,0—7,0).
2) рСО2 — это парциональное давление (напряжение) углекислого газа в крови, находящегося в растворенном состоянии. В норме в артериальной крови 35,8—46,6 мм рт ст, в венозной 46,0—58,0 мм рт ст.
3) рО2 — порциональное давление (напряжение) кислорода в крови, находящегося в растворенном состоянии. В норме в артериальной крови 83,0—108,0 мм рт ст, в венозной 40,0—45,0 мм рт ст.
4) НСО3- — бикарбонат плазмы крови в норме в артериальной крови 18,0—23,0 ммоль/л.
5) Стандартный бикарбонат плазмы крови. Концентрация бикарбонатов в цельной крови уравновешенная при рСО2 40,0 мм рт ст, температуре 38 градусов и полным насыщением крови кислородом. Норма в артериальной крови 21,0—28,0 ммоль/л, в венозной 22,0—29,0 ммоль/л.
6) Буферные основания (ВВ) — сумма анионов буферных систем, Главным образом бикарбонатов и белковых ионов. Нормальные буферные основания (НВВ) показатель определяемый при рН 7,38 и рСО2 равным 40 мм рт ст.
Избыток оснований (ВЕ) — это разности между ВВ и НВВ, то есть избыток (+) или недостаток (-) оснований. В норме ВЕ колеблется от +2,3 до -2,3 ммоль/л.
— Роли буферных систем, легких и почек в поддержании кислотно-основного состояния
Буферный раствор — это раствор рН которого меняется незначительно при разбавлении или добавлении небольших количеств кислоты или щелочи.
Буферные системы крови:
— Бикарбонатная включает Н2СО3/NaРСО3
Н+ + NаНСО3 = Н2СО3 + Nа+
Н2О СО2
ОН- + Н2СО3 = Н2О + НСО3- + Nа+ =NаНСО3
— Фосфатная NaН2РО4/Na2 НРО4
Н+ + Na2 НРО4 = NaН2РО4 + Nа+
ОН- + NaН2РО4 = Na2 НРО4 + Н2О
— Белковая Pt-COOH/Pt-COONa
R R
H2N-CH-COOH + OH- = H2N-CH-COONa + H2O
R R
H2N-CH-COOH + H+ = H2N-CH-COOH + Na+
— Гемоглобиновая
HвН/НвК НвО2Н/НвО2К
Легкие участвуют в поддержании рН крови выводят избыток СО2 из организма. Почки выводят избыток кислоты и оснований, и поддерживают кислотно-основное состояние с помощью 3 механизмов:
1) превращение гидрофосфата натрия в дигидрофосфат натрия.
2) возврат гидрокарбоната натрия в плазму крови.
3) образование иона аммония из аммиака и протона, и удаление его с мочой.
— Определение понятия «гемостаз». Виды свертывания крови
Гемостазом наз-ют систему механизмов, действие которых направлено, с одной стороны, на сохранение жидкого состояния крови, а с другой стороны — на ограничение кровопотерь за счет поддержания целостности сосудистой стенки и образования тромбов.
Структурные элементы системы — стенки кровеносных сосудов (главным образом эндотелий), клетки крови и сложные ферментные системы плазмы (коагуляционная, фибринолитическая, калликреин-кининовая, комплемента).
Виды свертывания крови:
1) первичный (сосудистотромбицетарный гемостаз)
При повреждении эндотелия сосудов, который имеет тромборезистность, обнажается коллаген, при контакте с которым тромбоциты прилипают к стенке сосуда и склеиваются в комья. Эти процессы происходят при участии фактора Виллебранда. Образуется тромбоцитарный тромб. Адгезированнные тромбоциты, выделяют серотонин и катехоламины, вызывающие спазм сосудов, способствующие остановке кровотечения. Может быть достаточен для остановки кровотечения в капиллярах.
2) вторичный (плазменный, коагуляционный).
Это сложный многоступенчатый ферментативный процесс приводящий к формированию фибринового сгустка, который повышает плотность тромбацитарного тромба, закрепляет его на сосудистой стенке в месте повреждения. Плазменные факторы в норме находятся в крови в виде неактивных форм. Активация свертывающей системы может осуществляться по внешнему и внутреннему механизму. Внешний механизм осуществляется при травме сосудов и тканей, внутренний при появлении аномальной поверхности на внутренней стенки сосуда (атеросклеротическая бляшка, коллаген, инородное тело) или при резком спазме сосуда.
— Характеристика факторов свертывания крови. Фазы гемостаза
Факторы свертывания крови:
— Плазменные.
ф.I — фибриллярный белок, превращается в фибрин (ф. Iа), образующий основу кровяного свертка.
ф. II — протромбин — кальций зависимый предшественник активного протеолитического фермента тромбина (ф. IIа).
ф. III — тканевый тромбопластин-фосфолипопротеины кислотной мембраны.
ф. IV — ионы Ca+, обеспечивают сближение и оптимальную ориентацию ферментов свертывания на кислых фосфолипидах поверхности тромбоцитов (ф.3) на тканевом тромбопластине.
ф.X (Стюарта-Проуэра) — предшественник протеалитического фермента тромбиназы (ф. Xа), кальций зависимый гликопротеин, активирующий превращение протромбина в тромбин.
ф. XI (Розенталя) — предшественник протеолитического фермента плазменного тромбопластина (ф. XIа), гликопротеин, активатор ф. IX.
ф. XII (Хагемана) — предшественник ф. XIIа, фактор контакта, который активируется при контакте с отрицательно заряженными поверхностями, коллагеном, хондроитинсульфатом под действие катехоламинов, калликреина.
— Тромбоцитарные.
ф.3 — тромбоцитарный тромбопластин — кислые фосфолипиды;
ф.8 — тромбостенин или ретрактоэнзим, катализатор ретракции сгустка, обладает АФТ-азной активностью.
Фазы гемостаза:
I Образование активной тромбиназы.
II Образование активного тромбина.
III Превращение фибриногена в фибрин-полимер.
IV Ретракция фибринового тромба.
— Характеристика сосудисто-тромбоцитарного гемостаза
Эндотелий сосудов имеет тромборезистентность, обусловленную несколькими факторами, в том числе выделением клетками эндотелия мощного ингибитора агрегации тромбоцитов — простациклина (простагландина I). При повреждении эндотелия обнажается коллаген, при контакте с которым тромбоциты прилипают к стенке сосуда (адгезия) и склеиваются в комья (агрегация). Эти факторы происходят при участии фактора Виллебранда (агрегационный компонент ф.VIII: ФВ), синтезирующегося в эндотелии сосудов, ионов кальция2+ и тромбоцитарных факторов — тромбоксана А2 и АДФ. Образуется тромбоцитарный тромб. Адгезированные тромбоциты, кроме того, выделяют серотонин и катехоламины, вызывающие спазм сосудов, способствуя остановке кровотечения. Это может быть достаточно для остановки кровотечения в капиллярах.
— Характеристика коагуляционного гемостаза
Это сложный многоступенчатый ферментативный процесс приводящий к формированию фибринового сгустка, который повышает плотность тромбацитарного тромба, закрепляет его на сосудистой стенке в месте повреждения. Плазменные факторы в норме находятся в крови в виде неактивных форм. Активация свертывающей системы может осуществляться по внешнему и внутреннему механизму. Внешний механизм осуществляется при травме сосудов и тканей. Внутренний при появлении аномальной поверхности на внутренней стенки сосуда (атеросклеротическая бляшка, коллаген, инородное тело) или при резком спазме сосуда.
Свертывание крови по внешнему пути начинается с повреждения сосуда и тканей при этом в кровь высвобождается тромбопластин (ф. III), что в присутствии ионов кальция приводит к активации ф.X. Внутренний путь приводит к активации ф.VII, что в присутствии ионов кальция приводит к активации ф.X. Ф.VIII ускоряет этот процесс.
Такими путями в крови образуется фермент тромбиназа (ф. Xа). Этот фермент осуществляет частичный протеолиз протромбина, в результате чего образуется тромбин (IIа). Эта реакция происходит на фосфолипидных мембранах агрегированных тромбоцитов (ф.3) в присутствии ионов кальция.
Тромбин — фермент который превращает молекулы ионов белка фибриногена в молекулы фибрин-мономеров. Это главное звено в свертывании крови.
Фибриноген — гликопротеин состоит из 6 полипептидных цепей, концы которых имеют сильный отрицательный заряд, что обусловливает хорошую растворимость фибриногена в плазме.
Тромбин отщепляет эти заряженные концы (фибринопептиды А и В) и образуется мономер фибрина. Множество фибринмономеров участвует в образовании нерастворимого фибрин-полимера. Это нерастворимая сетчатая структура в которой задерживаются форменные элементы и образуется рыхлый тромб. Далее происходит ретракция тромба: под действием ф.8 из рыхлого тромба выдавливается жидкая часть, остается плотный тромб, фиксирующийся к поверхности.
— Характеристика внешнего механизма свертывания крови
Свертывание крови по внешнему пути начинается с повреждения сосуда и тканей при этом в кровь высвобождается тромбопластин (ф. III), что в присутствии ионов кальция приводит к активации ф.X. Такими путями в крови образуется ф. тромбиназа (ф. Xа). Этот фермент осуществляет частичный протеолиз протромбина, в результате чего образуется тромбин (ф. IIа). эта реакция происходит на фосфолипидных мембранах агрегированных тромбоцитов (ф.3) в присутствии ионов кальция.
Тромбин — фермент который превращает молекулы ионов белка фибриногена в молекулы фибрин-мономеров. Это главное звено в свертывании крови.
Фибриноген — гликопротеин состоит из 6 полипептидных цепей, концы которых имеют сильный отрицательный заряд, что обусловливает хорошую растворимость фибриногена в плазме.
Тромбин отщепляет эти заряженные концы (фибринопептиды А и В) и образуется мономер фибрина. Множество фибринмономеров участвует в образовании нерастворимого фибрин-полимера. Это нерастворимая сетчатая структура в которой задерживаются форменные элементы и образуется рыхлый тромб. Далее происходит ретракция тромба: под действием ф.8 из рыхлого тромба выдавливается жидкая часть, остается плотный тромб, фиксирующийся к поверхности.
— Характеристика внутреннего механизма свертывания крови
Бесплатный фрагмент закончился.
Купите книгу, чтобы продолжить чтение.