План занятия по биохимическим маркерам заболеваний печени

1. Введение в биохимические маркеры печени

   • Определение и значение биохимических маркеров

   • Роль печени в метаболизме и детоксикации

2. Основные ферментные маркеры печени

   • Аланинаминотрансфераза (АЛТ)

     • Биохимическая роль

     • Нормальные значения

     • Повышение при гепатоцеллюлярном повреждении

   • Аспартатаминотрансфераза (АСТ)

     • Отличия от АЛТ, тканевая локализация

     • Соотношение АСТ/АЛТ и его диагностическое значение

   • Щелочная фосфатаза (ЩФ)

     • Связь с холестазом

     • Причины повышения

   • Гамма-глутамилтранспептидаза (ГГТ)

     • Диагностическая значимость в различении гепатобилиарных патологий и костных заболеваний

3. Маркеры холестаза и их интерпретация

   • Билирубин общий и фракции (прямой и непрямой)

   • Лечение и диагностика на основании билирубина

4. Белковые показатели функции печени

   • Альбумин

     • Синтетическая функция печени

     • Значение гипоальбуминемии

   • Протромбиновое время и международное нормализованное отношение (МНО)

     • Коагулопатия при печеночной недостаточности

5. Другие биохимические маркеры

   • Лактатдегидрогеназа (ЛДГ)

   • 5’-нуклеотидаза

   • Ферменты фазы I и II метаболизма (цитохром P450)

6. Клинические случаи и интерпретация комплексных данных

   • Дифференциальная диагностика острых и хронических заболеваний печени

   • Примеры биохимических профилей при гепатитах, циррозе, жировом гепатозе, холестазе

7. Практическое применение биохимических маркеров

   • Мониторинг эффективности лечения

   • Прогнозирование течения заболевания

   • Ограничения и факторы, влияющие на результаты тестов

8. Современные и перспективные методы исследования

   • Генетические и молекулярные маркеры

   • Биомаркеры воспаления и фиброза печени

Биохимические процессы репликации ДНК

Репликация ДНК — это процесс удвоения молекулы ДНК, происходящий в интерфазе клеточного цикла, перед митозом или мейозом. Она происходит полуконсервативным способом, при котором каждая из двух дочерних молекул ДНК содержит одну родительскую и одну новосинтезированную цепь.

1. Инициация
   Репликация начинается с распознавания специфических последовательностей ДНК — точек начала репликации (origins of replication). Белки-инициаторы (например, у эукариот ORC — origin recognition complex) связываются с этой областью, вызывая локальную денатурацию ДНК. Затем рекрутируются хеликаза (например, MCM-комплекс у эукариот), которая разрывает водородные связи между комплементарными основаниями, и образуется репликационная вилка. Для стабилизации одноцепочечной ДНК привлекаются белки SSB (single-stranded DNA-binding proteins).

2. Формирование праймера
   Так как ДНК-полимеразы не могут начать синтез новой цепи de novo, РНК-праймаза (у эукариот — комплекс с полимеризующей активностью, например, Pol ?/Primase) синтезирует короткий РНК-праймер, комплементарный матрице ДНК. Он обеспечивает 3’-ОН конец, необходимый для начала синтеза ДНК.

3. Элонгация
   Основной фермент, осуществляющий синтез ДНК у эукариот — ДНК-полимераза ? (на запаздывающей цепи) и ? (на ведущей цепи), а у прокариот — ДНК-полимераза III. Синтез идет в направлении 5’ > 3’, добавляя дезоксирибонуклеотиды, используя матричную цепь.

   • Ведущая цепь (leading strand) синтезируется непрерывно по направлению движения репликационной вилки.

   • Запаздывающая цепь (lagging strand) синтезируется фрагментами Оказаки — короткими сегментами ДНК, каждый из которых начинается с РНК-праймера.

4. Удаление РНК-праймеров и их замена на ДНК
   У прокариот РНК-праймеры удаляются ДНК-полимеразой I с 5’>3’ экзонуклеазной активностью и заменяются на ДНК. У эукариот удаление праймеров осуществляется РНКаза H и FEN1 (flap endonuclease 1), после чего промежутки достраиваются ДНК-полимеразой ?.

5. Лигирование
   Фермент ДНК-лигаза соединяет фрагменты Оказаки, катализируя образование фосфодиэфирной связи между 3’-ОН одного нуклеотида и 5’-фосфатом следующего. У эукариот используется АТФ-зависимая ДНК-лигаза I.

6. Топологическая стабилизация
   Для предотвращения чрезмерного сверхспиралевидения ДНК, возникающего впереди репликационной вилки, привлекаются топоизомеразы (например, топоизомераза I и II у эукариот), которые временно разрезают одну или обе цепи ДНК, устраняя торсионное напряжение.

7. Финализация
   У эукариот в области концов хромосом (теломер) традиционная репликация невозможна, поэтому активируется фермент теломераза. Он использует свой собственный РНК-шаблон для добавления повторяющихся теломерных последовательностей к 3’-концу ДНК, предотвращая укорачивание хромосом после каждого цикла деления.

Процесс гликозилирования и его роль в биохимии

Гликозилирование — это процесс присоединения углеводных цепей (гликанов) к белкам или липидам, образуя гликопротеины или гликолипиды. Это посттрансляционное модифицирование молекул, происходящее преимущественно в эндоплазматическом ретикулуме и комплексе Гольджи. Гликозилирование играет ключевую роль в регуляции структуры и функции клеточных молекул, а также в клеточных взаимодействиях, межклеточной сигнализации и иммунном ответе.

Существует два основных типа гликозилирования: O-гликозилирование и N-гликозилирование. При N-гликозилировании углеводная цепь присоединяется к азотистому атому аминокислоты аспарагина в белке. Этот тип модификации начинается в эндоплазматическом ретикулуме и завершается в аппарате Гольджи. В отличие от этого, O-гликозилирование происходит через присоединение углеводов к гидроксильной группе серина или треонина. O-гликозилирование чаще происходит в комплексе Гольджи.

Гликозилирование влияет на физико-химические свойства молекул, включая их стабильность, растворимость, межмолекулярные взаимодействия и биологическую активность. Оно играет ключевую роль в стабилизации белков, предотвращая их деградацию и улучшая их функциональные характеристики. Углеводные цепи также участвуют в формировании пространственной структуры белков, определяя их активность и способность к связыванию с другими молекулами.

Кроме того, гликозилирование имеет важное значение для клеточного распознавания и межклеточной коммуникации. Гликановые цепи, расположенные на поверхности клеток, могут служить мишенями для антител и других молекул, участвуя в процессе иммунной реакции. Изменения в паттернах гликозилирования могут быть связаны с развитием различных заболеваний, включая рак, диабет и нейродегенеративные расстройства.

В биохимии гликозилирование также играет роль в процессе клеточной сигнализации, поскольку оно может влиять на активность рецепторов, изменяя их способность к связыванию с лигандами или активировать специфические сигнальные пути. Гликановые цепи могут модулировать клеточные функции, такие как пролиферация, дифференцировка и миграция, играя важную роль в развитии и нормальном функционировании организма.

Таким образом, гликозилирование является важнейшим биохимическим процессом, который оказывает влияние на структуру, функцию и взаимодействия молекул, а также на многие физиологические и патологические процессы.

Метаболизм меди в организме человека

Метаболизм меди в организме включает процесс усвоения, транспортировки, распределения и выведения меди, а также её участие в биохимических реакциях. Медь является важным микроэлементом, необходимым для нормального функционирования различных ферментов, участвующих в обмене веществ, а также для поддержания структуры и функции ряда органов.

1. Абсорбция меди. Основным источником меди для организма является пища, особенно продукты животного происхождения, такие как печень, морепродукты, мясо, а также некоторые растения (например, орехи, семена и злаки). После попадания меди в желудочно-кишечный тракт она абсорбируется в основном в тонком кишечнике, в основном в двенадцатиперстной кишке и верхних отделах тощей кишки. Эффективность абсорбции меди регулируется уровнем меди в организме: при дефиците меди абсорбция увеличивается, при избытке — снижается.

2. Транспорт меди в крови. После абсорбции медь связывается с белком транспортёром — церулоплазмином, который представляет собой медь-содержащий фермент, обладающий антиоксидантной активностью. Церулоплазмин транспортирует медь в печень, где она используется для синтеза других меди-содержащих белков.

3. Распределение меди в тканях. Медь в организме распределяется по различным органам, в первую очередь в печени, мозге, почках и мышцах. В печени медь участвует в синтезе церулоплазмина и ферментов, таких как супероксиддисмутаза, участвующие в антиоксидантной защите. Медь также необходима для нормального функционирования коллагеновых волокон, т.е. для поддержания прочности соединительных тканей.

4. Функции меди. Медь играет ключевую роль в ряде биохимических процессов. Она является кофактором для множества ферментов, включая цикл цитохромов, которые участвуют в дыхательной цепи, а также в антиоксидантной защите клетки (например, фермент супероксиддисмутаза). Медь также необходима для синтеза меланина, а её дефицит может привести к нарушению пигментации кожи и волос.

5. Выведение меди. Выведение меди из организма происходит в основном через желчь и с мочой. В печени медь конъюгируется с молекулами глутатиона и через желчные протоки выводится в кишечник. Часть меди может также выводиться с мочой, но этот процесс гораздо менее выражен. Нарушения в механизмах выведения меди приводят к заболеваниям, таким как болезнь Вильсона, при которой медь накапливается в тканях, что может привести к их повреждению.

6. Регуляция метаболизма меди. Основной регулятор меди в организме — это гены, отвечающие за транспорт меди через клеточные мембраны и за её хранение в клетках. Одним из ключевых регуляторов является белок АТФ7A, который контролирует перенос меди в митохондрии, а также её вывод через желчь. Нарушение работы этих генов может привести к дефициту меди или её избыточному накоплению, что в обоих случаях может вызвать клинические симптомы.

Концентрация меди в организме строго регулируется, и её дисбаланс может иметь серьезные последствия для здоровья, такие как анемия, нейропсихиатрические расстройства, заболевания печени и почек.

Транспорт аминокислот через мембрану клетки

Транспорт аминокислот через мембрану клетки представляет собой процесс, с помощью которого аминокислоты, являющиеся строительными блоками белков, переносятся через клеточные мембраны. Этот процесс важен для обеспечения клеток необходимыми компонентами для синтеза белков, метаболизма и других биологических функций.

Существует несколько типов транспорта аминокислот: активный, пассивный и специализированный транспорт, осуществляемый через различные мембранные транспортные системы, включая переносчики и ионные каналы.

1. Пассивный транспорт осуществляется без затрат энергии и предполагает перемещение аминокислот по концентрационному градиенту, то есть от области с более высокой концентрацией к области с более низкой. Для этого используются аминокислотные транспортеры, которые могут работать по принципу облегченной диффузии. Примером является система переносчиков, которая направляет аминокислоты в клетки, основываясь на их градиенте концентрации.

2. Активный транспорт требует энергии, поскольку аминокислоты переносятся против их концентрационного градиента. Этот процесс осуществляется с помощью активных транспортных белков, которые используют АТФ для перемещения аминокислот через мембрану. Один из примеров — транспорт через систему Na+/K+-зависимых переносчиков, где энергия используется для перемещения аминокислот в клетки, даже если их концентрация в клетке выше, чем снаружи.

3. Симпорт и антипорт — это два вида активного транспорта, при которых аминокислоты могут перемещаться одновременно с другими ионами, такими как натрий (Na+) или калий (K+). В симпорте аминокислота и ион переносятся в одном направлении, а в антипорте — в противоположные.

Кроме того, аминокислотный транспорт может быть специфичным, что означает наличие различных транспортеров, которые переносят аминокислоты с определенными химическими свойствами, такими как нейтральные, заряженные или ароматические аминокислоты.

Мембраны клеток также могут содержать специализированные белки, которые участвуют в транспорте аминокислот в зависимости от их заряда, размера и полярности. Эти переносчики обеспечивают высокую селективность и регулируют обмен аминокислот в клетке, играя ключевую роль в поддержании клеточного гомеостаза и клеточной сигнализации.

Лекция: Биохимия интермедиарного обмена веществ

I. Введение в интермедиарный обмен веществ

1. Определение и значение интермедиарного обмена

2. Взаимосвязь катаболизма и анаболизма

3. Основные метаболические пути: центральные и периферические

4. Роль коферментов и коэнзимов в обмене веществ (NAD?, NADP?, FAD, коэнзим A и др.)

II. Углеводный обмен

1. Гликолиз

   • Этапы: подготовительный, окислительно-восстановительный

   • Выход энергии: 2 ATP (чистой прибыли), 2 NADH

   • Регуляция: фосфофруктокиназа-1, гексокиназа, пируваткиназа

2. Глюконеогенез

   • Основные субстраты: лактат, глицерин, аминокислоты

   • Месторасположение: печень, почки

   • Обратные реакции гликолиза, ключевые ферменты: пируваткарбоксилаза, фруктозо-1,6-бисфосфатаза

3. Гликогенолиз и гликогеногенез

   • Гормональная регуляция: инсулин, глюкагон, адреналин

   • Роль ферментов: гликогенфосфорилаза, гликогенсинтаза

4. Пентозофосфатный путь

   • Образование NADPH и рибозо-5-фосфата

   • Значение для биосинтеза жирных кислот и нуклеотидов

III. Липидный обмен

1. Катаболизм жирных кислот (?-окисление)

   • Активация жирных кислот

   • Транспорт в митохондрию (карнитиновый механизм)

   • Цикл ?-окисления: ацетил-КоА, FADH?, NADH

2. Анаболизм жирных кислот

   • Субстрат: ацетил-КоА

   • Локализация: цитозоль

   • Малонил-КоА, ацетил-КоА-карбоксилаза, жирнокислотсинтаза

3. Кетогенез и кетолиз

   • Образование кетоновых тел в печени (ацетоацетат, ?-гидроксибутират)

   • Использование в других органах, особенно мозге при голодании

4. Холестериновый обмен

   • Синтез: мевалоновый путь, ГМГ-КоА-редуктаза

   • Транспорт: липопротеины (ЛПВП, ЛПНП, ЛПОНП)

   • Регуляция синтеза и утилизации холестерина

IV. Белковый и аминокислотный обмен

1. Катаболизм аминокислот

   • Трансаминирование, дезаминирование

   • Образование аммиака

   • Введение углеродного скелета в центральные метаболические пути

2. Цикл мочевины

   • Детоксикация аммиака

   • Основные ферменты: карбамоилфосфатсинтетаза I, аргининосукцинатсинтетаза

3. Синтез незаменимых и заменимых аминокислот

   • Источники азота: глутамат, глутамин

   • Метаболические пути синтеза

4. Особенности обмена отдельных аминокислот (триптофан, фенилаланин, тирозин, глицин и др.)

   • Их роль в синтезе нейромедиаторов, гормонов, креатина

V. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК)

1. Центральное звено интермедиарного обмена

2. Субстраты: ацетил-КоА

3. Основные ферменты: цитратсинтаза, изоцитратдегидрогеназа, ?-кетоглутаратдегидрогеназа

4. Энергетический выход: 3 NADH, 1 FADH?, 1 GTP

5. Амфиболический характер ЦТК: участие в катаболизме и анаболизме

VI. Окислительное фосфорилирование и энергетический обмен

1. Цепь переноса электронов

   • Комплексы I–IV, роль коэнзима Q и цитохрома c

2. Синтез АТФ: АТФ-синтаза

3. Регуляция дыхания: дыхательный контроль, ADP/ATP, наличие субстратов

4. Расцепление окисления и фосфорилирования (термогенез, УПЗ)

VII. Взаимосвязь метаболических путей

1. Роль печени в интеграции метаболизма

2. Координация между тканями: печень, мышцы, жировая ткань, мозг

3. Метаболическая адаптация к условиям (голодание, физическая нагрузка, избыток пищи)

VIII. Гормональная регуляция обмена веществ

1. Инсулин: стимуляция анаболических процессов

2. Глюкагон и адреналин: стимуляция катаболизма

3. Кортизол, гормоны щитовидной железы, гормон роста

4. Механизмы действия: активация/инактивация ферментов, экспрессия генов

IX. Нарушения интермедиарного обмена

1. Наследственные заболевания (фенилкетонурия, галактоземия, болезнь накопления гликогена)

2. Метаболический синдром, диабет 2 типа

3. Нарушения в цикле мочевины

4. Оксидативный стресс и митохондриальные дисфункции

X. Заключение

1. Важность межорганной кооперации

2. Роль биохимии в клинической диагностике и терапии

3. Перспективы применения метаболомики и системной биологии