Биохимические аспекты функционирования митохондрий

Митохондрии — это двухмембранные органеллы, играющие ключевую роль в клеточном энергообеспечении. Основной функцией митохондрий является синтез аденозинтрифосфата (АТФ) посредством окислительного фосфорилирования, которое происходит в системе дыхательной цепи.

Внутренняя мембрана митохондрий содержит четыре основных комплекса дыхательной цепи (комплексы I-IV) и АТФ-синтазу (комплекс V). Эти комплексы осуществляют последовательные редокс-реакции, перенос электронов от восстановленных форм кофакторов NADH и FADH? к кислороду, конечному акцептору электронов, с образованием воды. В процессе переноса электронов через дыхательную цепь высвобождается энергия, которая используется для протонного насоса — транспортировки протонов (H?) из матрикса в межмембранное пространство.

Формируется электрохимический градиент протонов (протонный мотивирующий фактор), который обеспечивает энергию для синтеза АТФ. Протоны возвращаются в матрикс через АТФ-синтазу, вызывая вращение ее субъединиц и каталитическую конверсию АДФ и неорганического фосфата (Pi) в АТФ.

Митохондрии также участвуют в других биохимических процессах, таких как регуляция метаболизма аминокислот, цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса), ?-окисление жирных кислот и инициирование апоптоза через высвобождение цитохрома c.

В матриксе происходит цикл Кребса, в ходе которого ацетил-КоА окисляется с образованием NADH и FADH?, являющихся донаторами электронов для дыхательной цепи. Функционирование митохондрий зависит от сохранения мембранного потенциала, обеспечиваемого градиентом ионного распределения.

Митохондрии имеют собственную ДНК (мтДНК), которая кодирует некоторые компоненты дыхательной цепи, что обеспечивает автономность синтеза белков, необходимых для митохондриального дыхания.

Таким образом, биохимическая работа митохондрий заключается в преобразовании энергии, заключённой в макроэргических связях восстановленных коферментов, в химическую энергию АТФ, поддерживая клеточный метаболизм и жизнедеятельность.

Семинар: Регуляция гомеостаза глюкозы

1. Введение в гомеостаз глюкозы

   • Определение гомеостаза глюкозы.

   • Значение поддержания нормального уровня глюкозы в крови для функционирования организма.

   • Основные системы, участвующие в регуляции глюкозы.

2. Механизмы регуляции уровня глюкозы

   • Роль инсулина и глюкагона в поддержании гомеостаза глюкозы.

   • Инсулин: механизмы действия, синтез и секреция.

   • Глюкагон: механизмы действия, синтез и секреция.

   • Взаимодействие инсулина и глюкагона в регуляции уровня глюкозы.

3. Роль печени в гомеостазе глюкозы

   • Глюконеогенез и гликогенез: механизмы образования и депонирования глюкозы.

   • Влияние инсулина и глюкагона на функции печени.

   • Продукция глюкозы в печени и её транспорт в кровоток.

4. Роль мышечной ткани и жировой ткани

   • Влияние инсулина на транспорт глюкозы в клетки.

   • Роль мышечной ткани в потреблении глюкозы.

   • Роль жировой ткани в метаболизме углеводов и накоплении энергии.

5. Регуляция глюкозы на уровне центральной нервной системы

   • Роль гипоталамуса и других центральных структур в регуляции обмена глюкозы.

   • Глюкоза как важный энергетический субстрат для мозга.

   • Влияние нервной системы на секрецию инсулина и глюкагона.

6. Патологии регуляции гомеостаза глюкозы

   • Диабет 1 типа: этиология, патогенез, диагностика.

   • Диабет 2 типа: механизмы развития, роль инсулинорезистентности.

   • Гипогликемия: причины, клинические проявления, лечение.

   • Нарушения секреции инсулина и их последствия.

7. Методы диагностики нарушений гомеостаза глюкозы

   • Определение уровня глюкозы в крови (постпрандиально, натощак).

   • Тест на толерантность к глюкозе.

   • Определение уровня гликированного гемоглобина (HbA1c).

8. Терапевтические подходы к нормализации уровня глюкозы

   • Инсулинотерапия (для диабета 1 типа).

   • Лекарственные препараты для коррекции инсулинорезистентности (для диабета 2 типа).

   • Диетотерапия и физическая активность в лечении диабета.

   • Хирургические методы: бариатрическая хирургия и трансплантация поджелудочной железы.

9. Заключение

   • Важность поддержания нормального уровня глюкозы для общего здоровья.

   • Перспективы развития методов лечения и профилактики заболеваний, связанных с нарушениями гомеостаза глюкозы.

Биохимия регуляции кислотно-основного состояния крови

Регуляция кислотно-основного состояния крови (КОС) представляет собой сложную совокупность процессов, направленных на поддержание стабильного pH крови в пределах 7,35–7,45. Нарушения этого равновесия могут привести к нарушению функционирования клеток и органов, что делает понимание биохимических механизмов этого процесса ключевым для клинической медицины.

Основные механизмы поддержания кислотно-основного равновесия включают буферные системы, дыхательную регуляцию и почечную экскрецию ионов водорода (H+) и бикарбоната (HCO3-).

1. Буферные системы крови. Основными буферами крови являются бикарбонатная, белковая и фосфатная системы. Бикарбонатная система наиболее важна и эффективно регулирует pH крови в физиологических условиях. В ней участвуют ионы водорода (H+) и бикарбонат-ион (HCO3-), которые образуют слабую кислоту угольную кислоту (H2CO3). При повышении концентрации H+ (кислотности) в крови угольная кислота диссоциирует, образуя воду и углекислый газ (CO2), который выводится через легкие. При повышении концентрации HCO3- происходит обратная реакция, что приводит к снижению кислотности. Важную роль в этом процессе играет фермент углекислотаназный (карбоник-анидаза), который ускоряет обмен между CO2 и H2CO3.

2. Роль дыхания в регуляции КОС. Легкие активно участвуют в поддержании кислотно-основного равновесия через удаление углекислого газа. Увеличение вентиляции способствует выведению CO2, что уменьшает концентрацию H2CO3 и, следовательно, снижает кислотность крови (алкалоз). В свою очередь, гиповентиляция приводит к накоплению CO2, увеличивая концентрацию угольной кислоты и вызывая метаболический ацидоз.

3. Почечная регуляция. Почечная система регулирует концентрацию ионов водорода и бикарбоната через фильтрацию и секрецию в почечных канальцах. Почками активно выводится излишек водородных ионов, а также реабсорбируются ионы бикарбоната, что позволяет поддерживать нормальный уровень pH крови. Этот процесс медленный, однако его роль в длительной регуляции КОС имеет ключевое значение, особенно при хронических расстройствах кислотно-основного состояния.

4. Гормональные и клеточные механизмы. Помимо основных систем, регуляция КОС также включает гормональную и клеточную регуляцию. Гормоны, такие как альдостерон, ангиотензин II и кортизол, могут изменять почечную функцию, влияя на реабсорбцию натрия и водорода. Клеточные механизмы, включая активацию различных мембранных насосов (например, натрий/водородный обменник), обеспечивают поддержание внутреннего кислотно-основного равновесия на уровне клеток.

Таким образом, регуляция кислотно-основного состояния крови является результатом взаимодействия множества биохимических процессов, включающих буферные системы, дыхание и функции почек, а также гормональные и клеточные механизмы. Эти механизмы работают синергично, обеспечивая гомеостаз и стабильность внутренней среды организма.

Биохимия синтеза холестерина

Синтез холестерина в организме происходит преимущественно в печеночных клетках и включает несколько последовательных этапов, объединённых в путь мевалоната. Исходным субстратом служит ацетил-КоА, который конденсируется в цитоплазме.

1. Конденсация ацетил-КоА
   Два молекулы ацетил-КоА конденсируются с образованием ацетоацетил-КоА под действием тиолазы. Затем к ацетоацетил-КоА присоединяется третий ацетил-КоА с образованием 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА (ГМГ-КоА) под влиянием фермента ГМГ-КоА-синтазы.

2. Редукция ГМГ-КоА
   ГМГ-КоА восстанавливается до мевалоната ферментом ГМГ-КоА-редуктазой, являющимся ключевым и лимитирующим этапом синтеза холестерина. Эта реакция требует NADPH и регулируется по механизму обратной связи.

3. Фосфорилирование мевалоната
   Мевалонат подвергается двухкратному фосфорилированию до 5-пирофосфомевалоната и последующему декарбоксилированию с образованием изопреноидного соединения изопентенилпирофосфата (IPP).

4. Изомеризация и полимеризация изопреноидов
   IPP изомеризуется в диметилаллилпирофосфат (DMAPP). Эти C5-изопреноиды конденсируются последовательно с образованием более длинных изопреноидных соединений: геранилпирофосфата (C10), фарнезилпирофосфата (C15), и затем сквалена (C30).

5. Циклизация сквалена
   Сквален превращается в сквален-эпоксид под действием сквален-эпоксидазы (флавопротеинового фермента). Сквален-эпоксид подвергается циклизации с образованием ланостерола — первого циклического промежуточного продукта.

6. Преобразование ланостерола в холестерин
   Ланостерол многократно модифицируется через серию деметилирований, восстановлений, изомеризаций и дегидрирований с участием ферментов, таких как цитохром P450-зависимые оксидазы, в конечном итоге формируя холестерин.

Регуляция синтеза холестерина осуществляется на уровне ГМГ-КоА-редуктазы через транскрипционные механизмы (SREBP), протеолиз фермента, а также аллостерическое влияние и фосфорилирование. Холестерин сам регулирует свою биосинтезную цепь, контролируя экспрессию ключевых ферментов и активность рецепторов липопротеинов низкой плотности (LDL).

Роль и механизм действия аденозинмонофосфата (АМФ) в клетке

Аденозинмонофосфат (АМФ) — это нуклеотид, который играет ключевую роль в клеточном метаболизме как важный регулятор энергетического гомеостаза и сигнализации. АМФ образуется при гидролизе аденозинтрифосфата (АТФ) через промежуточное образование аденозиндифосфата (АДФ), в частности, в условиях дефицита энергии.

Основная роль АМФ заключается в регуляции энергетического баланса клетки. Повышение уровня АМФ свидетельствует о снижении энергетического статуса клетки, что активирует пути, направленные на восстановление энергетического запаса.

Механизм действия АМФ реализуется через несколько ключевых процессов:

1. Активация AMP-активируемой протеин киназы (AMPK): АМФ связывается с регуляторными участками AMPK, индуцируя конформационные изменения, которые активируют этот фермент. Активированный AMPK фосфорилирует ряд белков-мишеней, что приводит к увеличению процессов, направленных на синтез АТФ (например, усиление окислительного фосфорилирования, глюконеогенеза и ?-окисления жирных кислот), и подавлению энергоёмких анаболических процессов (синтез белков, липидов, углеводов).

2. Регуляция метаболических путей: Через влияние на AMPK и другие сигнальные пути АМФ способствует переключению метаболизма с анаболизма на катаболизм, оптимизируя использование энергии.

3. Влияние на ферменты метаболизма: АМФ является аллостерическим активатором таких ферментов, как фосфофруктокиназа-1 (ФФК-1) — ключевого регулятора гликолиза, а также аденилатциклазы (в некоторых тканях), влияя на вторичные посредники.

4. Участие в нуклеотидном обмене: АМФ является предшественником для ресинтеза АТФ через фермент аденилаткиназу, который катализирует реакцию 2 АДФ - АТФ + АМФ, что позволяет поддерживать баланс адениновых нуклеотидов.

Таким образом, АМФ служит важным внутриклеточным сенсором энергетического состояния, регулирует метаболические пути через активацию AMPK и аллостерическую модуляцию ферментов, обеспечивая адаптацию клеточного метаболизма к энергетическим потребностям и стрессам.

Изменения клеточных мембран при воспалении

При воспалении клеточные мембраны подвергаются комплексным структурно-функциональным изменениям, которые обеспечивают мобилизацию и активацию клеток иммунной системы, а также модуляцию сосудистой проницаемости. Первичным процессом является активация мембранных рецепторов, таких как Toll-подобные рецепторы (TLR), цитокиновые рецепторы и рецепторы комплемента, что запускает внутриклеточные сигнальные каскады. Это приводит к изменению состава липидного бислоя, включая активацию фосфолипаз А2, вызывающую высвобождение арахидоновой кислоты и последующее образование медиаторов воспаления (простагландины, лейкотриены).

Воспаление сопровождается повышенной экспрессией адгезивных молекул (селективы, интегрины, молекулы клеточной адгезии) на поверхности эндотелиальных и иммунных клеток, что усиливает их взаимодействие и миграцию к очагу повреждения. Мембраны становятся более проницаемыми вследствие изменения структуры и функции белков, регулирующих транспорт и барьерные свойства, например, нарушение плотных контактов (tight junctions) в эндотелии.

Активированные клетки могут демонстрировать изменения мембранного потенциала и реорганизацию цитоскелета, что способствует выведению воспалительных медиаторов через мембранные везикулы (экзоцитоз). В некоторых случаях наблюдается формирование микровезикул и экзосом, содержащих провоспалительные молекулы.

Таким образом, при воспалении клеточные мембраны выполняют роль динамической платформы для передачи сигналов, координации клеточной адгезии, регулирования проницаемости и выделения биологически активных веществ, обеспечивая эффективный клеточный ответ на повреждение.

Ферменты, участвующие в синтезе и метаболизме нуклеотидов

Синтез и метаболизм нуклеотидов включают сложный комплекс ферментов, обеспечивающих образование, модификацию и деградацию пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.

Ферменты синтеза пуриновых нуклеотидов:

1. Глутамин-фосфорибозилпирофосфат-амидотрансфераза (GPAT) — катализирует первую реакцию в пути де ново синтеза пуринов, присоединение глутамина к 5-фосфорибозил-1-пирофосфату (PRPP).

2. Глицин-трансфераза — добавляет глицин, формируя промежуточные соединения.

3. Формилтетрагидрофолат-зависимые ферменты (например, GAR-трансформилаза, AICAR-трансформилаза) — вносят одинарные углеродные группы в структуру пурина.

4. Аденилосукцинат-синтетаза — участвует в превращении инозинмонофосфата (IMP) в аденозинмонофосфат (AMP).

5. Гуанилат-синтетаза — катализирует превращение IMP в гуанозинмонофосфат (GMP).

Ферменты синтеза пиримидиновых нуклеотидов:

1. Карбамилфосфат-синтетаза II (CPS II) — катализирует образование карбамилфосфата из глутамина, СО2 и АТФ, первый шаг в синтезе пиримидинов.

2. Аспартат-транскарбамоилаза — присоединяет аспартат к карбамилфосфату, формируя карбамоиласпартат.

3. Дихидрооротатдегидрогеназа — окисляет дихидроорат в орат.

4. Оратфосфорибозилтрансфераза — присоединяет фосфорибозилпирофосфат (PRPP) к ороту, образуя оротидинмонофосфат (OMP).

5. OMP-декарбоксилаза — декарбоксилирует OMP до уридинмонофосфата (UMP).

6. Уридин-монофосфат-киназа и нуклеотидкиназы — фосфорилируют монофосфаты до ди- и трифосфатов.

Общие ферменты метаболизма нуклеотидов:

1. Нуклеозидкиназы — катализируют фосфорилирование нуклеозидов в нуклеотиды.

2. Нуклеотидкиназы — обеспечивают межконверсию нуклеотидов (моно-, ди-, трифосфатов).

3. Рибонуклеотидредуктаза — восстанавливает рибонуклеотиды до дезоксирибонуклеотидов, ключевой этап для синтеза ДНК.

4. Аденозиндезаминаза — катализирует деаминирование аденозина до инозина.

5. Гуанин- и гипоксантинфосфорибозилтрансферазы (HGPRT) — ферменты пути спасения пуринов, восстанавливают гипоксантин и гуанин в нуклеотиды.

6. Уриказа — участвует в деградации пуринов, превращая урат.

7. Ксантиноксидаза — окисляет гипоксантин и ксанин до урата.

8. Пиримидиновые нуклеозидфосфатазы и нуклеотидазы — участвуют в деградации и переработке пиримидиновых нуклеотидов.

Таким образом, ферментативный комплекс, включающий амидотрансферазы, трансферазы, киназы, редуктазы, дезаминазы и дегидрогеназы, обеспечивает как синтез, так и разложение нуклеотидов, регулируя их концентрацию и баланс в клетке.

Витамины и их роль в биохимических процессах

Витамины — это органические соединения, необходимые организму в малых количествах для нормального функционирования. Они играют ключевую роль в поддержании здоровья, обеспечивая протекание множества биохимических процессов. Витамины не синтезируются в организме человека в достаточных количествах, что требует их поступления с пищей или добавками.

Витамины делятся на две группы: жирорастворимые и водорастворимые. Жирорастворимые витамины (A, D, E, K) растворяются в жирах и сохраняются в организме, а водорастворимые (группа витаминов B, витамин C) растворяются в воде и не накапливаются, поэтому их регулярное поступление необходимо.

1. Роль в метаболизме
   Витамины активно участвуют в метаболических путях. Например, витамины группы B (B1, B2, B3, B6, B12, фолиевая кислота) являются коферментами в ферментативных реакциях, катализирующих превращение углеводов, белков и жиров в энергию. Витамин B1 (тиамин) участвует в декарбоксилировании пирувата, а витамин B2 (рибофлавин) и B3 (ниацин) — в окислительно-восстановительных реакциях, важных для клеточного дыхания.

2. Антиоксидантная функция
   Витамины, такие как витамин C и E, действуют как антиоксиданты, защищая клетки от повреждений, вызванных активными формами кислорода. Витамин C участвует в восстановлении других антиоксидантов и улучшении иммунной функции, а витамин E защищает клеточные мембраны от окислительного стресса.

3. Синтез и регулирование биологически активных веществ
   Некоторые витамины являются предшественниками гормонов или других биologically активных веществ. Например, витамин D превращается в гормон кальцитриол, регулирующий обмен кальция в организме. Витамин K участвует в синтезе белков, необходимых для свертывания крови. Витамин A в форме ретинола необходим для нормальной функции зрения и поддержания здоровья кожи.

4. Роль в синтезе ДНК и клеточной репликации
   Фолиевая кислота (витамин B9) критична для синтеза нуклеиновых кислот и клеточной репликации. Недостаток фолата может привести к нарушениям в делении клеток и развитию анемии.

5. Регуляция обмена кальция и фосфора
   Витамин D играет центральную роль в регуляции кальциевого обмена, влияя на всасывание кальция в кишечнике, его перераспределение в костной ткани и поддержание нормального уровня кальция в крови. Это важно для нормальной работы костей и зубов, а также для функционирования нервной и мышечной систем.

Таким образом, витамины являются неотъемлемой частью множества биохимических процессов, от обмена веществ до защиты клеток от окислительного стресса, и их дефицит может приводить к серьезным нарушениям здоровья.

Трансаминирование и декарбоксилирование аминокислот

Трансаминирование и декарбоксилирование аминокислот — это два ключевых метаболических процесса, которые играют важную роль в обмене аминокислот и образовании биологически активных соединений в организме.

Трансаминирование — это процесс переноса аминогруппы (-NH2) с одной аминокислоты на ?-кетокислоту, в результате чего образуется новая аминокислота и новая ?-кетокислота. Этот процесс катализируется ферментами, называемыми трансаминазами (или аминотрансферазами), которые требуют кофермента пиридоксальфосфата (производное витамина B6). Трансаминирование является важным этапом в синтезе различных аминокислот, таких как глутамат, аланин и аспартат, а также в образовании промежуточных метаболитов цикла Кребса (например, ?-кетоглутарат).

Основная функция трансаминирования — это регуляция концентрации аминокислот в организме и поддержание азотистого обмена. Процесс особенно важен в печени, где происходит детоксикация аммиака, а также в мышцах при переработке аминокислот в энергию.

Декарбоксилирование аминокислот — это процесс удаления карбоксильной группы (-COOH) из аминокислот с образованием аминов. Это реакция, которая катализируется ферментами, называемыми декарбоксилазами. В ходе декарбоксилирования аминокислоты превращаются в биогенные амины, которые выполняют важные физиологические функции, такие как регуляция нейротрансмиттерных систем и гормональная активность. Например, декарбоксилирование глутамата приводит к образованию ?-аминомасляной кислоты (ГАМК), нейротрансмиттера, который играет важную роль в ингибировании нервной активности в ЦНС.

Процесс декарбоксилирования также имеет значение для синтеза ряда биологически активных веществ, таких как серотонин, допамин, адреналин, тироксин и другие нейрогормоны. Эти соединения имеют широкий спектр физиологических эффектов, включая регуляцию настроения, координацию движений и контроль сердечно-сосудистой активности.

Оба процесса, трансаминирование и декарбоксилирование, важны для поддержания метаболического баланса в клетках и тканях организма, участвуют в обмене углерода, азота и других ключевых элементов, а также в синтезе и метаболизме молекул, которые регулируют различные физиологические функции.

Циклы Кребса и их связь с окислительным фосфорилированием

Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты) — центральный метаболический путь аэробного дыхания в митохондриях эукариотических клеток и цитоплазме прокариот. Основная функция цикла Кребса заключается в окислении ацетил-КоА, образующегося в результате распада углеводов, жиров и белков, до CO? с одновременным восстановлением переносчиков электронов NAD? и FAD до NADH и FADH? соответственно.

В ходе цикла ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом, образуя лимонную кислоту, которая последовательно преобразуется через ряд реакций с образованием промежуточных соединений и регенерацией оксалоацетата. Ключевыми ферментативными реакциями являются декарбоксилирование и дегидрирование, сопровождающиеся переносом электронов на NAD? и FAD.

Восстановленные коферменты NADH и FADH? служат донорами электронов для дыхательной цепи, расположенной во внутренней мембране митохондрий. Электроны проходят через серию белков и коферментов дыхательной цепи, что приводит к транспорту протонов (H?) из матрикса в межмембранное пространство, создавая электрохимический протонный градиент.

Окислительное фосфорилирование — процесс синтеза АТФ, использующий энергию протонного градиента, созданного в ходе переноса электронов по дыхательной цепи. Протоны возвращаются в матрикс через фермент АТФ-синтазу, которая за счет энергии градиента катализирует фосфорилирование АДФ в АТФ. Таким образом, цикл Кребса поставляет восстановленные переносчики электронов для дыхательной цепи, что является необходимым условием для эффективного окислительного фосфорилирования и производства основной части клеточной энергии в виде АТФ.

Биохимические изменения при воспалении

Воспаление — это сложный биологический процесс, который представляет собой ответ организма на повреждение тканей, инфекции или химические воздействия. Оно сопровождается серией биохимических изменений, направленных на защиту и восстановление поврежденных тканей, но также может приводить к патологиям при нарушении регуляции.

Одним из ключевых событий при воспалении является активация иммунной системы. В начале воспаления происходит высвобождение цитокинов, таких как интерлейкины (IL), фактор некроза опухоли (TNF-?) и интерфероны. Эти молекулы служат сигналами для активации воспалительных клеток и усиливают проницаемость сосудов, что позволяет иммунным клеткам, белкам плазмы и антителам проникать в очаг воспаления.

При активации воспаления запускаются процессы ферментативных изменений. Одними из таких являются фосфолипазы, которые активируют синтез арахидоновой кислоты. Арахидоновая кислота является предшественником для синтеза простагландинов, лейкотриенов и других медиаторов воспаления, которые регулируют расширение сосудов, повышение проницаемости сосудистой стенки и привлечение лейкоцитов к месту воспаления. Простагландины, в частности, играют ключевую роль в возникновении болевого синдрома и повышении температуры тела.

Активированные макрофаги, нейтрофилы и другие клеточные элементы воспаления синтезируют активные формы кислорода (АФК) и азотистые соединения, такие как оксид азота (NO). Эти молекулы обладают мощным антибактериальным эффектом, но при избыточном образовании могут также повреждать окружающие ткани, способствуя хронизации воспаления.

В воспалении также происходит активация системы комплемента — белков, которые участвуют в иммунном ответе, способствуют разрушению микробов и координируют действия других компонентов иммунной системы. Комплемент активирует фагоцитоз, повышает проницаемость сосудов и усиливает воспалительную реакцию.

Важным биохимическим процессом при воспалении является активация каскада коагуляции. Тромбоциты, высвобождающие различные медиаторы, участвуют в образовании тромба, что помогает ограничить распространение инфекции, но может способствовать тромбообразованию и образованию фибрина.

На молекулярном уровне воспаление также связано с изменениями в метаболизме клеток, включая усиление гликолиза, повышение уровня лактата и активацию пути глюконеогенеза, что поддерживает энергетические потребности клеток в условиях стресса.

Одним из заметных биохимических процессов является также изменение уровня острофазовых белков. Например, уровень С-реактивного белка (CRP) и фибриногена резко увеличивается в ответ на воспаление, что используется в клинической практике для диагностики и мониторинга воспалительных заболеваний.

При хроническом воспалении происходят изменения в тканевом метаболизме и клеточном гомеостазе, что может привести к повреждению клеточных структур, апоптозу и даже развитию фиброзных процессов. Тканевая гиперплазия, отложение коллагена и развитие инвазивных воспалительных процессов также характерны для хронической воспалительной реакции.

Основные пути метаболизма жиров в организме человека

Жиры (липиды) в организме человека подвергаются сложным процессам метаболизма, включающим несколько ключевых этапов: гидролиз, транспорт, ?-окисление, синтез и утилизацию.

1. Пищеварение и всасывание жиров
   Жировые триглицериды, поступающие с пищей, гидролизуются в просвете тонкой кишки под действием панкреатической липазы до свободных жирных кислот и моноацилглицеролов. Образовавшиеся продукты всасываются энтероцитами, где происходит их ресинтез в триглицериды и упаковка в хиломикроны для транспортировки по лимфатической системе в кровоток.

2. Транспорт липидов в крови
   Липиды циркулируют в крови в виде липопротеинов — хиломикронов, липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП), низкой плотности (ЛПНП) и высокой плотности (ЛПВП). Хиломикроны доставляют триглицериды к тканям, где под действием липопротеинлипазы происходит расщепление до свободных жирных кислот.

3. Клеточный захват и транспорт
   Свободные жирные кислоты проникают в клетки, где могут быть либо использованы для синтеза мембранных фосфолипидов и запасных триглицеридов, либо направлены на окисление для получения энергии. Транспорт жирных кислот в митохондрии осуществляется через систему карнитинового переноса.

4. ?-окисление жирных кислот
   В митохондриях происходит поэтапное расщепление жирных кислот с удалением двух углеродных фрагментов в виде ацетил-КоА. Этот процесс сопровождается образованием НАДН и ФАДН2, которые далее участвуют в цепи переноса электронов, обеспечивая синтез АТФ.

5. Окисление и энергетический обмен
   Образовавшийся ацетил-КоА поступает в цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот), где происходит его дальнейшее окисление с генерацией дополнительного количества АТФ, СО2 и воды.

6. Синтез жиров (липогенез)
   В условиях избыточного поступления углеводов и энергии в печени и жировой ткани происходит синтез жирных кислот из ацетил-КоА, последующая их конденсация в триглицериды и депонирование в виде жировой ткани.

7. Кетогенез
   При дефиците углеводов, например, в состоянии голодания, происходит усиленный распад жирных кислот с образованием кетоновых тел (ацетоацетат, ?-гидроксибутират), которые служат альтернативным источником энергии для мозга и других тканей.

8. Регуляция метаболизма жиров
   Основные гормоны, регулирующие липидный обмен — инсулин, глюкагон, адреналин, кортизол. Инсулин стимулирует липогенез и депонирование жиров, подавляет липолиз. Гормоны стресса и голодания активируют липолиз и ?-окисление.

Биохимические основы работы РНК-полимеразы

РНК-полимераза (РНК-полимеразы) — это ферменты, осуществляющие синтез РНК на основе матричной ДНК в процессе транскрипции. Этот процесс требует нескольких этапов: инициации, элонгации и терминации. РНК-полимераза распознает специфические участки ДНК, что регулирует начало транскрипции, а также катализирует создание фосфодиэфирных связей между нуклеотидами, что обеспечивает синтез одноцепочечной РНК.

1. Структура РНК-полимеразы
   РНК-полимеразы представляют собой сложные многосубъединичные комплексы, состоящие из нескольких субъединиц. У прокариотов это, как правило, однофункциональный фермент, состоящий из пяти субъединиц: два ?-субъединичных, ?-субъединица, ?' субединица и ?-субъединица. У эукариотов структура более сложна и включает большее количество субъединиц, включая такие, как CTD (C-terminal domain) на RPB1, которые играют важную роль в регуляции транскрипции.

2. Инициация транскрипции
   Инициация начинается с распознавания промотора, специфической последовательности ДНК, которая служит сигналом для начала синтеза РНК. В прокариотах это происходит с участием ?-фактора, который связывается с РНК-полимеразой, образуя так называемый «инициаторный комплекс». В эукариотах процесс инициации включает более сложные взаимодействия с различными транскрипционными факторами. Эти факторы помогают РНК-полимеразе найти правильное место на ДНК и начать синтез РНК.

3. Элонгация
   После инициации РНК-полимераза начинает двигаться вдоль ДНК, синтезируя РНК на основе принципа комплементарности: аденин (A) с цитозином (C), тимин (T) с гуанином (G), и наоборот. Фермент использует свободные нуклеозидтрифосфаты (ATP, GTP, CTP, UTP) для добавления соответствующих нуклеотидов к растущей цепочке РНК. Элонгация продолжается до тех пор, пока не будет достигнут сигнал терминации.

4. Терминация
   Завершение транскрипции наступает, когда РНК-полимераза сталкивается с терминатором — последовательностью, которая сигнализирует о завершении синтеза РНК. В прокариотах терминаторы могут быть как фактор-зависимыми (с участием белков, таких как Rho), так и фактор-независимыми (образование вторичной структуры РНК, вызывающее диссоциацию фермента). В эукариотах процесс терминации также разнообразен и включает дополнительные элементы, такие как полиаденилирование.

5. Кинетика и механизмы работы РНК-полимеразы
   РНК-полимераза действует с высокой точностью и специфичностью, выбирая правильный нуклеотид на основе комплементарности. В процессе элонгации происходит постоянный «проверочный» механизм, который снижает вероятность ошибок. Ошибки в процессе транскрипции могут привести к синтезу дефектных молекул РНК, что повлияет на последующие этапы биосинтеза белков.

6. Роль РНК-полимеразы в регуляции генов
   Регуляция активности РНК-полимеразы играет важнейшую роль в клеточном метаболизме и развитии. Активность РНК-полимеразы может быть изменена с помощью различных регуляторных факторов, таких как промоторы, энгансеры, репрессоры, а также метилирование ДНК и модификации гистонов. Эти механизмы обеспечивают клетке способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды и контролировать экспрессию генов в зависимости от внешних и внутренних сигналов.