Экзогенные и эндогенные антиоксиданты

Антиоксиданты — это молекулы, которые способны нейтрализовать свободные радикалы и тем самым предотвращать окислительные процессы в клетках, что способствует защите организма от различных заболеваний и старения. Антиоксиданты могут быть разделены на две категории: экзогенные и эндогенные.

Экзогенные антиоксиданты — это вещества, которые поступают в организм извне, с пищей или через другие источники. Они не синтезируются в организме и должны быть обеспечены через рацион питания. К экзогенным антиоксидантам относятся витамины, минералы, флавоноиды и другие биологически активные компоненты. Наиболее известными экзогенными антиоксидантами являются витамины C и E, селен, бета-каротин, флавоноиды, полифенолы, антоцианы и другие соединения, содержащиеся в растениях, овощах, фруктах, орехах, зеленом чае и других продуктах.

Эндогенные антиоксиданты — это молекулы, синтезируемые непосредственно в клетках организма. Они обеспечивают защиту от окислительного стресса в условиях, когда внешние антиоксиданты либо отсутствуют, либо недостаточны. Эндогенные антиоксиданты включают ферменты, такие как супероксиддисмутаза (СОД), каталаза, глутатионпероксидаза и другие, которые активно участвуют в устранении свободных радикалов. Эти молекулы играют ключевую роль в поддержании внутреннего баланса окислительно-восстановительных процессов и защите клеток от повреждения.

Различие между экзогенными и эндогенными антиоксидантами заключается в их источнике и механизме действия. Экзогенные антиоксиданты поступают из внешней среды и часто имеют ограниченное время действия, в то время как эндогенные антиоксиданты производятся организмом и способны поддерживать более долгосрочную защиту от окислительного стресса.

Механизм действия и биологическая роль ферментов трансфераз

Ферменты трансферазы представляют собой класс ферментов, которые катализируют перенос функциональных групп (например, метильных, ацильных, аминогрупп и т.д.) с одной молекулы на другую. Эти ферменты играют ключевую роль в биохимических процессах, включая метаболизм, регуляцию клеточных функций и синтез биологически активных молекул.

Трансферазы могут переносить различные функциональные группы, такие как фосфат, метил, ацильные, аминогруппы, углеводы и другие. Каждая трансфераза специфична к определенной функциональной группе и субстратам, что позволяет осуществлять сложные регуляторные механизмы в клетке.

Механизм действия трансфераз заключается в том, что фермент связывает донорную молекулу, содержащую функциональную группу, и акцепторную молекулу, на которую эта группа переносится. В процессе катализа трансфераза способствует расщеплению связи между донором и функциональной группой, после чего группа переносится на акцептор. Это происходит через образование переходного состояния, которое стабилизируется с помощью активных центров фермента.

Примером работы трансфераз является фосфотрансфераза, которая катализирует перенос фосфатной группы с АТФ на другие молекулы, что является основой энергетического обмена и сигнальных путей клетки. Другим примером является метилтрансфераза, которая переносит метильную группу на различные субстраты, регулируя таким образом экспрессию генов и модификацию белков.

Биологическая роль ферментов трансфераз заключается в регуляции множества жизненно важных процессов, таких как клеточный метаболизм, синтез макромолекул (белков, липидов, углеводов), посттрансляционные модификации белков, а также в регуляции генетической активности через метилирование ДНК. Они участвуют в поддержании энергетического баланса клетки, синтезе вторичных метаболитов, а также в контроле клеточного роста, деления и дифференцировки.

Ферменты трансферазы также играют важную роль в защите клетки от токсических веществ и агентов, участвуя в их детоксикации через перенос функциональных групп на субстраты, что способствует их более легкому выведению из организма. Например, глутатионтрансфераза катализирует перенос глутатиона на реакционноспособные молекулы, нейтрализуя их и снижая токсичность.

Таким образом, ферменты трансферазы выполняют критически важные функции, обеспечивая клеточный метаболизм и регуляцию физиологических процессов на молекулярном уровне.

Биохимические механизмы действия витамина К

Витамин К играет ключевую роль в процессах коагуляции крови и метаболизме костной ткани. Его основное биохимическое действие связано с активацией ряда белков, участвующих в этих процессах, через карбоксилирование остатков глутаминовой кислоты в их структуре.

Основным механизмом действия витамина К является участие в реакции эпоксидного восстановления, которая необходима для карбоксилирования определённых белков, содержащих глутаминовую кислоту в виде остатка ?-глутамата. Витамин К существует в двух активных формах: витамин К1 (филлохинон), получаемый из растительных источников, и витамин К2 (менахинон), который синтезируется кишечной микрофлорой.

Процесс активации зависит от фермента ?-глутамилкарбоксилазы. Этот фермент катализирует добавление карбоксильной группы (CO2) к ?-глутамату, что необходимо для изменения структуры белка и обеспечения его функциональной активности. В результате этого изменения белки, такие как протромбин (фактор II), факторы VII, IX и X, становятся активными и способны эффективно участвовать в процессе коагуляции, что имеет решающее значение для формирования тромба и остановки кровотечений.

Витамин К также участвует в метаболизме костной ткани. Он активирует остеокальцин, белок, участвующий в минеральном обмене костей, улучшая усвоение кальция в костях и предотвращая кальцификацию мягких тканей. Недавние исследования также указывают на его роль в регуляции остеобластной активности, что подтверждает значение витамина К в поддержании костной массы.

Другим важным аспектом является участие витамина К в регуляции кальцификации сосудистых стенок. Он активирует матричный ?-карбоксилатный белок, который препятствует чрезмерной кальцификации сосудов, таким образом снижая риск развития атеросклероза и других сосудистых заболеваний.

Недавние исследования показали, что дефицит витамина К может привести к нарушению процессов кроветворения, ослаблению костной ткани, а также повышенному риску кальцификации сосудов, что может существенно увеличивать вероятность сердечно-сосудистых заболеваний.

Механизм трансляции и роль рибосом в синтезе белка

Процесс трансляции является важнейшей стадией синтеза белка в клетке, осуществляющейся на рибосомах. Он включает несколько ключевых этапов: инициацию, элонгацию и терминацию. Рибосомы играют центральную роль в расшифровке генетической информации, закодированной в молекуле мРНК, и её преобразовании в последовательность аминокислот, формируя таким образом полипептидную цепь.

На начальном этапе трансляции молекула мРНК, которая была синтезирована в ходе транскрипции, поступает в цитоплазму и присоединяется к малой субъединице рибосомы. Инициация начинается с распознавания старт-кодона (AUG) на мРНК. Антикодон тРНК, несущей метионин, связывается с этим старт-кодоном, что инициирует присоединение большой субъединицы рибосомы. Образуется инициационный комплекс, который теперь способен приступать к синтезу белка.

После инициации начинается этап элонгации, в ходе которого рибосома перемещается вдоль мРНК, считывая каждый её кодон. Каждому кодону мРНК соответствует определённая тРНК с антикодоном, который комплементарен этому кодону. тРНК приносит аминокислоту, которая затем связывается с растущей полипептидной цепью. Процесс продолжается, пока рибосома не достигнет стоп-кодона.

Важнейшей частью процесса является также механизм декодирования информации, осуществляемый рибосомой. Рибосома обладает активностью пептидилтрансферазы, которая катализирует образование пептидных связей между аминокислотами, используя энергию, поступающую от гидролиза ГТФ и АТФ.

Когда рибосома доходит до стоп-кодона, трансляция завершается. Стоп-кодон распознаётся специальными факторами, которые инициируют высвобождение полипептидной цепи и её дальнейшую посттрансляционную модификацию, если это необходимо.

Таким образом, рибосомы, как молекулярные машины, обеспечивают точную и эффективную реализацию генетической программы, закодированной в мРНК, и играют ключевую роль в синтезе белков.

Биосинтез и метаболизм пуринов и пиримидинов

Биосинтез пуринов

Пуриновые основания (аденин и гуанин) синтезируются de novo из простых предшественников, таких как аминокислоты, формил-тетрагидрофолат и углекислый газ. Синтез начинается с рибозо-5-фосфата, который, под действием фермента рибозо-5-фосфатпирофосфокиназы, превращается в 5-фосфорибозил-1-пирофосфат (PRPP). Далее PRPP включается в каскад реакций, включающих глутамин, глицин, формил-тетрагидрофолат, аспартат и CO?, в результате чего образуется инозинмонофосфат (IMP) — общий предшественник аденилата (AMP) и гуанилата (GMP).

Синтез AMP из IMP требует аспартата и GTP, а синтез GMP — глутамина и ATP. Конечные продукты (AMP и GMP) осуществляют отрицательную обратную связь на начальные этапы биосинтеза, предотвращая избыточное образование нуклеотидов.

Катаболизм пуринов

Пуриновые нуклеотиды подвергаются деградации до гипоксантина, ксантина и далее до мочевой кислоты. AMP сначала дезаминируется до инозина, который расщепляется до гипоксантина. Гуанин дезаминируется до ксантина. Оба — гипоксантин и ксантин — далее окисляются ферментом ксантиноксидазой до мочевой кислоты. У человека мочевая кислота выводится почками. Нарушения в катаболизме могут привести к гиперурикемии и подагре.

Биосинтез пиримидинов

Пиримидиновые основания (цитозин, тимин, урацил) синтезируются de novo через путь, в котором сначала образуется пиримидиновое кольцо, а затем оно присоединяется к PRPP. Начальным субстратом является карбамоилфосфат, образующийся из глутамина, CO? и ATP под действием карбамоилфосфатсинтетазы II. Затем, в результате последовательных реакций с аспартатом и циклизации, образуется оротовая кислота. Она соединяется с PRPP с образованием оротидин-5'-монофосфата (OMP), который далее декарбоксилируется до уридинмонофосфата (UMP).

UMP фосфорилируется до UDP и UTP. Из UTP образуется CTP при помощи глутамина. Тимидилат (dTMP) синтезируется из дезоксиуридилата (dUMP) путем метилирования, катализируемого тимидилатсинтазой с участием тетрагидрофолата как донора метильной группы.

Катаболизм пиримидинов

Пиримидины распадаются до ?-аланина (из урацила) и ?-аминомасляной кислоты (из тимина). Эти продукты далее метаболизируются в ацетил-КоА и сукцинил-КоА. В отличие от пуринов, конечные продукты катаболизма пиримидинов водорастворимы и легко утилизируются.

Роль путей ресинтеза (salvage pathways)

Клетки активно используют пути ресинтеза, восстанавливая основания (например, гуанин, аденин, урацил) в соответствующие нуклеотиды при участии ферментов гипоксантин-гуанин-фосфорибозилтрансферазы (HGPRT) и аденин-фосфорибозилтрансферазы (APRT). Эти пути особенно важны в тканях с ограниченной способностью к de novo синтезу, таких как мозг и эритроциты.

Влияние дефицита железа на биохимию организма

Дефицит железа приводит к значительным нарушениям в биохимических процессах организма, прежде всего из-за ключевой роли железа в синтезе гемоглобина, миоглобина, а также в работе многих ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях.

1. Нарушение транспорта кислорода
   Железо входит в состав гемоглобина, обеспечивающего транспорт кислорода от легких к тканям. При дефиците железа уменьшается синтез гемоглобина, что вызывает снижение кислородной емкости крови, гипоксию тканей и развитие анемии.

2. Снижение активности железосодержащих ферментов
   Железо является кофактором ряда ферментов, включая цитохромы, пероксидазы и каталазы. Дефицит железа нарушает функцию митохондриальных цитохромов, что снижает эффективность дыхательной цепи и уменьшает выработку АТФ, снижая энергетический потенциал клеток.

3. Нарушение синтеза ДНК и деления клеток
   Железо участвует в функции рибонуклеотидредуктазы — фермента, необходимого для синтеза ДНК. Его дефицит тормозит клеточный цикл, особенно в тканях с высокой пролиферативной активностью, таких как костный мозг, что дополнительно усугубляет анемию.

4. Изменение метаболизма аминокислот и нейротрансмиттеров
   Железо необходимо для гидроксилазы тирозина и триптофана, ферментов, участвующих в синтезе катехоламинов и серотонина. При дефиците железа нарушается нейромедиаторный баланс, что может проявляться когнитивными и эмоциональными нарушениями.

5. Нарушение иммунной функции
   Железо необходимо для нормального функционирования иммунных клеток, в том числе макрофагов и лимфоцитов. Его дефицит снижает способность организма к выработке реактивных форм кислорода, необходимых для уничтожения патогенов.

6. Регуляция железа и обмена веществ
   Дефицит железа вызывает активацию гепсидина — гормона, регулирующего абсорбцию и мобилизацию железа, что ограничивает его всасывание в кишечнике и высвобождение из депо, создавая замкнутый круг дефицита.

В совокупности дефицит железа вызывает мультисистемные нарушения биохимических процессов, приводящие к снижению энергетического обмена, ухудшению транспорта кислорода, нарушению синтеза ключевых молекул и ослаблению иммунитета.