В чем состоит биологическая роль обмена веществ: Attention Required! | Cloudflare

• ГДЗ
• 1 Класс
  • Окружающий мир
• 2 Класс
  • Математика
  • Английский язык
  • Русский язык
  • Немецкий язык
  • Литература
  • Окружающий мир
• 3 Класс
  • Математика
  • Английский язык
  • Русский язык
  • Немецкий язык
  • Окружающий мир
• 4 Класс
  • Математика
  • Английский язык
  • Русский язык
  • Немецкий язык
  • Окружающий мир
• 5 Класс
  • Математика
  • Английский язык
  • Русский язык
  • Немецкий язык
  • Биология
  • История
  • География
  • Литература
  • Обществознание
  • Человек и мир
  • Технология
  • Естествознание
• 6 Класс
  • Математика
  • Английский язык
  • Русский язык
  • Немецкий язык
  • Биология
  • История
  • География
  • Литература
  • Обществознание
  • Технология
• 7 Класс

1. Предмет и задачи биологической химии. Обмен веществ и энергии, ие­рархическая структурная организация и самовоспроизведение как важ­нейшие признаки живой материи.

Биологическая химия —это наука о молекулярной сущности жизни. Она изучает химическую природу веществ, входящих в состав живых организ­мов, их превращения, а также связь этих превращений с деятельностью клеток, органов и тканей и организма в целом. Из этого определения вытекает, что биохимия занимается выяснением химических основ важней­ших биологических процессов и общих путей и принципов превращений веществ и энергии, лежащих в основе разнообразных проявлений жизни. Таким образом, главной задачей биохимии является установление связи между молекулярной структурой и биологической функцией химических компонентов живых организмов.

Наиболее важными и приоритетными фундаментальными направления­ми научных исследований в биохимии и молекулярной биологии являются генетическая инженерия и биотехнология, которым придается исключитель­ное значение. Усилия ученых сосредоточены на создании и производстве препаратов для медицины (гормоны, ферменты, моноклональные антитела, биоактивные пептиды, вакцины, интерферон, простагландины и др.), сель­ского хозяйства (регуляторы роста растений, феромоны для борьбы с вре­дителями растений), промышленности (пищевые и вкусовые добавки). Эта новая технология может решать ряд важных проблем в медицине (пренатальная диагностика болезней, генотерапия и др.).

В настоящее время перед биологической наукой поставлена задача — обеспечить преимущественное развитие научных исследований по следую­щим основным направлениям: разработка методов генетической и клеточ­ной инженерии, создание на их основе новых процессов для биотехноло­гических производств с целью получения принципиально новых пород животных, форм растений с ценными признаками; разработка новых методов и средств диагностики, лечения и профилактики наследственных заболеваний; разработка научных основ инженерной энзимологии; разра­ботка и внедрение новых биокатализаторе в (в том числе иммобилизован­ных) и оптимизация с их помощью биотехнологических процессов получе­ния химических и пищевых продуктов; исследования структуры и функции биомолекул клетки; изучение молекулярных и клеточных основ иммуноло­гии, а также генетики микроорганизмов и вирусов, вызывающих заболева­ния человека и животных, создание методов и средств диагностики, лечения и профилактики этих заболеваний; исследования молекулярно-биологиче-ских механизмов канцерогенеза, природы онкогенов и онкобелков, их роли в малигнизации клеток и создание на этой основе методов диагностики и лечения опухолевых заболеваний человека; исследования проблем био­энергетики, питания, психики и молекулярных основ памяти и деятельности мозга. Таким образом, можно наметить следующие главные направления развития исследований в области биологической химии на ближайшую и отдаленную перспективу, так называемые горизонты биохимии:

1. Дифференцировка клеток высших организмов (эукариот).

2. Организация и механизм функционирования генома.

3. Регуляция действия ферментов и теория энзиматического катализа.

4. Процессы узнавания на молекулярном уровне.

5. Молекулярные основы соматических и наследственных заболеваний человека.

6. Молекулярные основы злокачественного роста.

7. Молекулярные основы иммунитета.

8. Рациональное питание.

9. Молекулярные механизмы памяти.

10. Биосинтез белка.

11. Биологические мембраны и биоэнергетика.

Основное назначение биологической химии сводится к тому, чтобы решать на молекулярном уровне задачи фундаментальные, общебиологиче­ские, включая проблему зависимости человека от экосистемы, которую необходимо не только понимать, но защищать и научиться разумно ею пользоваться.

Важнейшим признаком всего живого является обмен веществ.Обмен веществ обеспечивает присущее живому организму как системе динамическое равновесие, при котором взаимно уравновешиваются синтез и разрушение, размножение и гибель. В основе реакций обмена веществ лежат физико-химические взаимодействия между атомами и молекулами, подчиняющиеся единым для живой и неживой материи законам. Сказанное означает, что сама возможность существования жизни, в первооснове своей, сводится к элементарным актам физико-химических процессов. Обмен веществ состоит из двух противоположных, одновременно протекающих процессов. Первый — анаболизм — объединяет все реакции, связанные с синтезом необходимых веществ, их усвоением и использованием для роста, развития и жизнедеятельности организма. Второй — катаболизм — включает реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада. В целом же, обмен веществ представляет собой комплекс биохимических и энергетических процессов, обеспечивающих использование пищевых веществ для нужд организма и удовлетворения его потребностей в пластических и энергетических веществах.

Живой организм – сложная, упорядоченная иерархическая структурная организация. Уровень организации живой материи повышается в ходе эволюции. Формирование каждой следующей ступени иерархии уровней происходит на основе предыдущей, которая структурно в неё входит. Существует множество теорий о структурной организации живой материи. Наиболее известная из них оценивает иерархию по критерию масштабности. Согласно ей, жизнь имеет следующие уровни организации:

1. Молекулярный уровень— отражает особенности химизма живого вещества, а также механизмы и процессы передачи генной информации

2. Клеточный и субклеточный уровни— отражают особенности специализации клеток, а также внутриклеточные структуры. На этом уровне происходят процессы жизнедеятельности (обмен веществ, питание, дыхание, раздражимость и т. д.)

3. Организменный и органно—тканевый уровни — отражают признаки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также строение и функции органов и тканей живых существ

4. Популяционно—видовой уровень— образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида, совокупность особей одного вида

5. Уровень биогеоценозов— структуры, состоящие из участков Земли с определенным составом живых и неживых компонентов, представляющих единый природный комплекс – экосистему

6. Биосферный— вся совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой

Еще одним качеством, благодаря которому возможна жизнь — это свойство живых организмов к самовоспроизведению. Самовоспроизведение свойственно целым организмам, отдельным их органам, тканям, клеткам, клеточным включениям и многим органеллам. Самовоспроизведение осуществляется посредством вегетативного, полового и бесполого размножений, у животных — путем деления, живорождения, яйцерождения и яйцеживорождения. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур, которое обусловлено информацией, заложенной в нуклеиновой кислоте ДНК,. Самовоспроизведение тесно связано с явлением наследственности: любое живое существо рождает себе подобных, путем реализации механизма матричного синтеза ДНК. 

белков | Определение, структура и классификация

Белок , очень сложное вещество, которое присутствует во всех живых организмах. Белки имеют большую питательную ценность и непосредственно участвуют в химических процессах, необходимых для жизни. Важность белков была признана химиками в начале 19 века, в том числе шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом, который в 1838 году ввел термин белок , слово, производное от греческого prōteios , что означает «удерживать первое место».”Белки видоспецифичны; то есть белки одного вида отличаются от белков другого вида. Они также специфичны для органов; например, в пределах одного организма мышечные белки отличаются от белков мозга и печени.

Популярные вопросы

Что такое белок?

Белок — это встречающееся в природе чрезвычайно сложное вещество, состоящее из аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями.Белки присутствуют во всех живых организмах и включают многие важные биологические соединения, такие как ферменты, гормоны и антитела.

Где происходит синтез белка?

Где хранится белок?

Белки не хранятся для дальнейшего использования в животных. Когда животное потребляет избыток белков, они превращаются в жиры (глюкозу или триглицериды) и используются для снабжения энергией или создания энергетических запасов. Если животное не потребляет достаточное количество белка, организм начинает расщеплять богатые белком ткани, такие как мышцы, что приводит к истощению мышц и, в конечном итоге, к смерти, если дефицит является серьезным.

Что делают белки?

Белки необходимы для жизни и необходимы для широкого спектра клеточной деятельности. Белковые ферменты катализируют подавляющее большинство химических реакций, происходящих в клетке. Белки обеспечивают многие структурные элементы клетки, и они помогают связывать клетки вместе в ткани. Белки в форме антител защищают животных от болезней, и многие гормоны являются белками. Белки контролируют активность генов и регулируют экспрессию генов.

Молекула белка очень велика по сравнению с молекулами сахара или соли и состоит из множества аминокислот, соединенных вместе, чтобы образовать длинные цепи, подобно тому, как бусинки расположены на нитке. Существует около 20 различных аминокислот, которые естественным образом встречаются в белках. Белки с аналогичной функцией имеют сходный аминокислотный состав и последовательность. Хотя пока невозможно объяснить все функции белка на основе его аминокислотной последовательности, установленные корреляции между структурой и функцией можно отнести к свойствам аминокислот, из которых состоят белки.

Растения могут синтезировать все аминокислоты; животные не могут, хотя все они необходимы для жизни. Растения могут расти в среде, содержащей неорганические питательные вещества, обеспечивающие азот, калий и другие вещества, необходимые для роста. Они используют углекислый газ, содержащийся в воздухе, в процессе фотосинтеза для образования органических соединений, таких как углеводы.Однако животные должны получать органические питательные вещества из внешних источников. Поскольку содержание белка в большинстве растений низкое, очень большое количество растительного материала требуется животным, таким как жвачные животные (например, коровы), которые едят только растительный материал для удовлетворения своих потребностей в аминокислотах. Нежвачные животные, в том числе люди, получают белки в основном от животных и продуктов их переработки, например мяса, молока и яиц. Семена бобовых все чаще используются для приготовления недорогой, богатой белком пищи ( см. питание человека).

Содержание белка в органах животных обычно намного выше, чем в плазме крови. Например, мышцы содержат около 30 процентов белка, печень — 20-30 процентов, а эритроциты — 30 процентов. Более высокий процент белка содержится в волосах, костях и других органах и тканях с низким содержанием воды. Количество свободных аминокислот и пептидов у животных намного меньше количества белка; Белковые молекулы продуцируются в клетках путем поэтапного выравнивания аминокислот и попадают в жидкости организма только после завершения синтеза.

Высокое содержание белка в некоторых органах не означает, что важность белков связана с их количеством в организме или ткани; напротив, некоторые из наиболее важных белков, таких как ферменты и гормоны, присутствуют в очень малых количествах. Важность белков в основном связана с их функцией. Все идентифицированные ферменты являются белками.Ферменты, которые являются катализаторами всех метаболических реакций, позволяют организму накапливать химические вещества, необходимые для жизни — белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды, — превращать их в другие вещества и разлагать их. Жизнь без ферментов невозможна. Есть несколько белковых гормонов с важными регуляторными функциями. У всех позвоночных респираторный белок гемоглобин действует как переносчик кислорода в крови, транспортируя кислород от легких к органам и тканям тела.Большая группа структурных белков поддерживает и защищает структуру тела животного.

Роль липидов в раке

1. Липиды в раке

1.1 Липидный метаболизм в опухолях

Опухоли можно упрощенно описать как массы неконтролируемого аномального клеточного роста. Поскольку они быстро делятся и размножаются, опухоли требуют постоянного источника энергии и питательных веществ для накопления биомассы и конкурируют со здоровыми клетками за ограниченный запас основных клеточных строительных блоков. Многие раковые опухоли адаптировались к суровым условиям окружающей среды, изменив свой метаболический профиль (для описания этого обычно используется термин «перепрограммирование»), чтобы поддержать рост и повысить свои шансы на выживание [1], среди которых наиболее хорошо описано, возможно, их предпочтение выполнять гликолиз в аэробных условиях, наблюдение, известное как эффект Варбурга [2].В нормальных клетках глюкоза гидролизуется посредством гликолиза, цикла трикарбоновой кислоты (ТСА) и окислительного фосфорилирования для извлечения максимального количества энергии в форме аденозинтрифосфата (АТФ). В этом процессе кислород используется в качестве конечного акцептора электронов во время окислительного фосфорилирования. В отсутствие кислорода глюкоза по-прежнему расщепляется на пируват посредством гликолиза, но впоследствии превращается в лактат вместо того, чтобы проходить через цикл TCA и окислительное фосфорилирование.Метаболизм глюкозы посредством гликолиза и ферментации в лактат приводит к меньшему количеству АТФ по сравнению с окислительным фосфорилированием, однако опухолевые клетки, как правило, предпочитают этот путь даже в присутствии кислорода (то есть эффект Варбурга). Гипотеза, объясняющая это предпочтение, предполагает, что вместо полного истощения молекул углерода в глюкозе посредством аэробного дыхания (окислительного фосфорилирования) высокопролиферирующим клеткам необходимо сохранять свои источники углерода с целью накопления биомассы [2, 3].Вандер Хайден и его коллеги рассчитали количество молекул АТФ и восстановленного никотинамидадениндинуклеотида (НАДН), продуцируемых глюкозой, и сравнили их с количеством, необходимым для синтеза макромолекул, таких как жирные кислоты, и пришли к выводу, что пролиферирующие опухоли не могут использовать все свои запасы глюкозы для АТФ. только производство. Таким образом, предпочтение гликолиза может способствовать увеличению доступности углеродных предшественников биомолекул, таких как липиды, аминокислоты и нуклеиновые кислоты, которые в противном случае преобразовывались бы в двуокись углерода (CO ₂ ) посредством дыхания через цикл TCA и окислительного фосфорилирования.

За счет снижения потерь углерода при дыхании опухолевые клетки могут использовать этот накопленный пул для синтеза основных клеточных строительных блоков, необходимых для поддержания их размножения. Одним из таких примеров является синтез жирных кислот и других липидных молекул, полученных в результате модификации жирных кислот. Жирные кислоты и их производные играют незаменимую роль в клеточной биологии; несколько ключевых функций включают формирование базовой структуры клеточной мембраны в качестве хранилища энергии и в качестве медиаторов в клеточных сигнальных каскадах.Липиды обычно получают из пищевых источников или синтезируют в живых клетках, начиная с молекулы-предшественника ацетил-коА. В большинстве эукариотических клеток пируват образуется при расщеплении глюкозы путем гликолиза. Затем он попадает в митохондрии, где фермент пируватдегидрогеназа превращает пируват в ацетил-коА. Ацетил-коА впоследствии превращается в цитрат цитрат-синтазой (первая стадия в цикле ТСА), стадия, необходимая для транспортировки ацетил-коА в форме цитрата из митохондрий в цитозоль, который является местом синтеза жирных кислот.Цитрат транспортируется из митохондрий и превращается обратно в ацетил-коА цитратлиазой АТФ (ACLY) в цитозоле. Затем ацетил-коА карбоксилируется ацетил-коА-карбоксилазой (АСС) с образованием малонил-коА, и оба предшественника затем присоединяются к белку-носителю ацила и многократно удлиняются с помощью единиц углерода из дополнительных молекул малонил-коА. Это удлинение осуществляется синтазой жирных кислот (FASN) с образованием молекулы из 16 атомов углерода, называемой пальмитиновой кислотой. Пальмитиновая кислота может быть в дальнейшем ненасыщенной и / или удлиненной с образованием производных ненасыщенных жирных кислот, которые служат строительными блоками для синтеза других липидов, таких как фосфоглицериды, фосфоинозитиды, эйкозаноиды и сфинголипиды (суммировано на рисунке 1, рассмотрено в [4]).Отдельно ацетил-коА также используется для синтеза холестерина через мевалонатный путь. Этот процесс включает в себя сначала преобразование ацетил-коА в ланостерин (через промежуточные продукты, включая 3-гидрокси-3-метилглутарил-коА, мевалонат, изопентенилпирофосфат, фарнезилпирофосфат и сквален), который затем превращается в холестерин посредством многоступенчатого ферментативного процесса.

Рисунок 1.

Биосинтез липидов. Схематическое изображение путей, участвующих в синтезе жирных кислот, холестерина, фосфоглицеридов, эйкозаноидов и сфинголипидов.Ферменты, участвующие в катализе этого процесса, отмечены красным. (a) Цитрат, полученный из цикла трикарбоновой кислоты (TCA), сначала превращается в ацетил-CoA с помощью цитратлиазы АТФ (ACYL). (b) Для синтеза жирных кислот ацетил-КоА-карбоксилаза (АСС) добавляет карбоксильную группу для превращения ацетил-КоА в малонил-КоА. Повторная конденсация ацетил-КоА и малонил-КоА, катализируемая синтазой жирных кислот (FASN), приводит к образованию цепи жирных кислот из 16 атомов углерода. После этого 16-углеродная цепь жирной кислоты расщепляется тиоэстеразой с образованием длинноцепочечных жирных кислот, таких как пальмитиновая кислота, стеариновая кислота и олеиновая кислота.Добавление двойной связи стеароил-КоА-десатуразой (SCD) дает мононенасыщенные жирные кислоты. (c) Последующее удлинение и десатурация, катализируемое ферментами элонгазы жирных кислот (ELOVL) и десатуразы жирных кислот (FADS), дает пул жирных кислот с различными уровнями насыщения. Незаменимые жирные кислоты также можно получить с пищей. (d – g) Последующая модификация генерирует разные типы липидов. (d и e) При биосинтезе глицеролипидов насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты соединяются с глицерин-3-фосфатом, реакция в значительной степени зависит от глицерин-3-фосфатацилтрансферазы (GPAT) с образованием (d) фосфоинозитидов и (e) фосфоглицеридов.(е) Эйкозаноиды — это сигнальные молекулы, образованные в результате окисления полиненасыщенных жирных кислот, таких как арахидоновая кислота. Ниже по течению могут образовываться несколько семейств эйкозаноидов, таких как простагландины и лейкотриены. (g) Сфинголипиды содержат ацильные цепи и полярные головные группы, полученные из серина, фосфохолина и фосфоэтаноламина. Керамид, сфингомиелин и сфингозин являются обычными промежуточными продуктами метаболического пути сфинголипидов (h). Синтез холестерина регулируется серией превращений и добавлений ацильных групп ферментами 3-гидрокси-3-метилглутарат-КоА-синтазой (HMGCS) и 3-гидрокси -3-метилглутарил-КоА редуктаза (HMGCR).Последующие модификации дают фарнезилпирофосфат, важный промежуточный продукт для пренилирования белка. Холестерин также составляет структурную основу синтеза гормонов в клетке. На рисунке использованы сокращения: кофермент A (-CoA), простагландин-эндопероксидсинтаза (COX1 / 2), диацилглицерин-O-ацилтрансфераза (DGAT), 3-гидроксил-3-метил-глутарил-коэнзим A-редуктаза (HMG-CoA), 5-гидропероксид арахидоновой кислоты (HPETE) и фосфатаза фосфатидной кислоты (PPAP).

Исследования показали, что биосинтез основных клеточных строительных блоков, включая белки, жирные кислоты и нуклеиновые кислоты, модифицируется и / или активируется в [5, 6], что указывает на то, что метаболизм в высокопролиферирующих раковых клетках, вероятно, изменен, чтобы поддерживать их аномальные рост.Липиды и жирные кислоты, в частности, необходимы для биосинтеза и модификации двухслойной липидной мембраны во вновь образованных клетках [7], а также для других ролей, связанных с передачей сигналов клеток и выживанием опухолей. В соответствии с путем биосинтеза жирных кислот опухоли в основном получают предшественники углеродных ацил жирных кислот из глюкозы [8, 9]. Чтобы увеличить производство жирных кислот и других липидов, опухолевые клетки используют путь биосинтеза жирных кислот в свою пользу. Компонентные ферменты в этом пути (ACLY, ACC и FASN) обычно активируются в опухолях [10, 11, 12, 13], и было продемонстрировано, что ингибирование или подавление этих ферментов ограничивает рост раковых клеток [14, 15, 16] .Повышение регуляции этих ферментов, связанных с синтезом жирных кислот, достигается за счет передачи сигналов млекопитающим-мишенью комплекса 1 рапамицина (mTOR) и факторами транскрипции, называемыми белками, связывающими регуляторный элемент стерола (SREBP). SREBP осуществляют транскрипционный контроль над различными генами синтеза и поглощения жирных кислот, холестерина, триглицеридов и фосфолипидов [17] и регулируются комплексом mTOR 1, киназой, реагирующей на питательные вещества и факторы роста [18]. Предыдущие исследования, проведенные с различными видами рака, показали, что нарушение регуляции передачи сигналов mTOR опосредует пролиферацию раковых клеток (см. Обзор [19, 20]).Более конкретно, mTOR и SREBPs, как было показано, увеличивают биосинтез липидов посредством передачи сигналов Akt, тем самым способствуя пролиферации раковых клеток [21]. Передача сигналов комплексом mTOR 1 также приводит к усилению биосинтеза жирных кислот в раковых клетках либо за счет активации SREBP через киназу S6 [22], либо путем фосфорилирования (подавления) ингибитора SREBP липина 1 [18]. Помимо липидов, передача сигналов mTOR complex 1 также участвует в стимулировании биосинтеза белков и нуклеотидов [23, 24, 25].Взятые вместе, эти результаты показывают, что нарушение регуляции комплекса mTOR 1 играет центральную метаболическую роль в стимулировании роста и пролиферации раковых клеток, позволяя им «перепрограммировать» свой метаболизм. Действительно, есть исследования потенциального использования ингибиторов mTOR в качестве лекарств для лечения рака, учитывая их важность в развитии рака.

1.2 Липиды как промоторы рака

Ранние эксперименты показали, что липидный состав опухолевых тканей отличается от нормальных здоровых клеток [26, 27, 28, 29].Их липидный состав различается в зависимости от типа опухолевой ткани и, возможно, также коррелирует со стадией опухоли и характеристиками злокачественности, как недавно было продемонстрировано при сравнении липидного состава мембран между шестью линиями клеток рака груди человека и эпителием здоровой молочной железы [30]. Эти и другие подобные исследования привели к выводу, что липиды могут играть активную роль в раковых заболеваниях в дополнение к их основной функции по поддержанию структурной целостности двухслойной липидной мембраны.Одним из таких примеров является класс липидов, называемых сфинголипидами. Сфинголипиды — это липидные молекулы, которые содержат амино-спиртовую группу в своих основных цепях и в зависимости от дополнительных замен остатками жирных кислот или фосфохолином образуют производные сфинголипидов, такие как церамиды и сфингомиелины. Основная роль сфинголипидов заключается в увеличении текучести и барьерной функции липидной двухслойной клеточной мембраны, в которой они обычно находятся в наружной створке. Было продемонстрировано, что сфинголипиды, в частности сфингозин-1-фосфат (S1P), способствуют выживанию клеток во время онкогенеза, поскольку ингибирование либо вышележащих жирных кислот, либо специфически синтеза сфинголипидов ограничивает рост опухоли [31].Сфингозин может быть синтезирован путем конденсации пальмитиновой кислоты с аминокислотой серином или путем отщепления остатков жирных кислот от церамидов церамидазой. Образующийся сфингозин подвергается фосфорилированию сфингозинкиназой, производя S1P. Передача сигналов S1P взаимодействует с гистондеацетилазой 1, 2 (HDAC1 и HDAC2) и теломеразой, чтобы контролировать многие ключевые клеточные процессы, включая клеточный рост, пролиферацию, миграцию и инвазию (обзор [32, 33]; см. Ниже раздел о липидах как посредниках передачи сигналов при раке. ), поэтому его метаболизм и связанные с ним ферменты представляют значительный исследовательский интерес.

Второй аспект роли липидов в развитии рака — это влияние экзогенных источников липидов на онкогенез и метастазирование. Многочисленные исследования экспериментировали с диетами с высоким содержанием липидов на мышах и сообщили об увеличении роста опухолей и / или метастазов, связанных с кетогенными диетами с высоким содержанием жиров [34, 35, 36] или специфическими липидами, такими как холестерин [37] или пальмитиновая кислота [38]. в продвижении рака. Существует множество механизмов, с помощью которых высокие концентрации пищевых липидов могут оказывать канцерогенное действие.Согласно Liśkiewicz с коллегами, их кетогенная диета с высоким содержанием жиров, вводимая мышам ad libitum ad libitum, приводила к активации ERK1 / 2, которая контролирует пролиферацию, дифференцировку и выживаемость клеток [39], а также к усилению передачи сигналов mTOR в опухолях почек [34]. В другом исследовании диета с высоким содержанием жиров вызвала повышение уровня ацетоацетата в сыворотке мышей-реципиентов, что впоследствии привело к усилению опухолевого роста ксенотрансплантатных клеток меланомы человека с мутацией V600E в гене BRAF [35].Другой механизм, с помощью которого диета с высоким содержанием жиров может усилить метастазирование опухоли, — это путь митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) Ras-Raf-MEK-ERK, который, как недавно было показано, активирует SREBP и, следовательно, липогенез при метастатическом раке простаты человека [36]. Дополнительные примеры конкретных липидных групп, связанных с раком, включают холестерин и пальмитиновую кислоту, как упомянуто выше. Введение избыточного холестерина либо из пищевых источников, либо путем генетического увеличения клеточного биосинтеза холестерина стимулировало рост клеток кишечных крипт, что приводило к более чем 100-кратному увеличению скорости образования опухолей в желудочно-кишечном тракте живых мышей [37].Аналогичным образом, экзогенное добавление пальмитиновой кислоты, как было показано, увеличивает инвазивность клеток рака поджелудочной железы человека через путь, опосредованный toll-подобным рецептором 4 (TLR4) [40], способствует росту клеток меланомы посредством передачи сигналов Akt [41], а также увеличивает метастатический потенциал карциномы ротовой полости человека через мембраносвязанные рецепторы жирных кислот, называемые CD36 [38]. Эти исследования в совокупности предполагают, что избыток пищевых липидов вреден для здоровья и может усугубить рак в дополнение к ожирению; Однако остается открытым вопрос, приводят ли эти результаты к заметному риску рака у людей.

1.3 Липиды как супрессоры рака

С другой стороны, не все классы липидов, по-видимому, стимулируют рост и метастазирование рака. Имеются данные, подтверждающие ингибирующую роль полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) в развитии рака [42, 43, 44]; рассмотрен в [45], хотя существуют противоречивые экспериментальные результаты [46]; рассмотрено в [47]. Пищевые ПНЖК, обычно потребляемые людьми, включают две основные группы — семейства ПНЖК n-3 и n-6. Эти ПНЖК классифицируются по положению их первой двойной связи от метильного конца молекулы жирной кислоты (n-3 означает двойную связь между третьим и четвертым атомами углерода, n-6 между шестым и седьмым атомами углерода).Некоторые распространенные n-3 ПНЖК включают альфа-линоленовую кислоту (ALA), эйкозапентаеновую кислоту (EPA) и докозагексаеновую кислоту (DHA), а обычные n-6 включают линолевую кислоту (LA) и арахидоновую кислоту (AA). Предполагается, что способствующие развитию рака или ингибирующие эффекты ПНЖК зависят от относительных количеств вводимых n-6 и n-3 [48]. Современные тенденции предполагают, что n-3 ПНЖК полезны для уменьшения рака, тогда как n-6 ПНЖК имеют тенденцию увеличивать риски. Эпидемиологическое обследование, отслеживавшее более 72000 женщин-участниц и их диету в среднем в течение 8 лет, показало, что люди, потребляющие большее количество n-6 ПНЖК по сравнению с n-3, сталкиваются с повышенным риском развития рака груди [49].Эти тенденции в большой когорте согласуются с предыдущими оценками полезных свойств n-3 ПНЖК EPA [50, 51, 52] и DHA [53, 54] в борьбе с различными видами рака. Однако полезные свойства ALA (также n-3) менее изучены по сравнению с EPA и DHA. Было показано, что потребление ALA на мышиных моделях рака простаты снижает рост рака [46], хотя другое исследование, проведенное на ткани простаты человека, представило доказательства того, что ALA в простате была связана с агрессивным раком простаты [47].LA n-6 PUFA обычно изучается в контексте рака груди, хотя его роль в настоящее время все еще неясна, поскольку исследования LA и риска рака груди дали противоречивые результаты [55, 56]. Другой n-6 ПНЖК, АК, часто изучается в контексте рака простаты, и было показано, что он увеличивает рост рака простаты [57, 58], хотя метаанализ АК и риск различных видов рака, включая рак простаты, показывает только слабые ассоциации [59]. Точная роль ПНЖК при раке, скорее всего, зависит от многих других факторов, включая тип раковых клеток, стадию и метаболизм этих ПНЖК в организме хозяина, все из которых следует изучить более подробно, чтобы использовать ПНЖК в противоопухолевой терапии.

2. Липиды как сигнальные медиаторы при раке

Многие клеточные сигнальные гормоны и факторы роста имеют структурные компоненты, состоящие из липидов. Примеры таких гормонов и факторов включают простагландины, лизофосфатидную кислоту и стероидные гормоны и многие другие. Лизофосфатидная кислота представляет собой производное фосфолипида, которое связывает рецепторы, связанные с G-белком (GPCR), для активации пролиферации, выживания и миграции клеток. Таким образом, туморогенез и распространение рака обычно связывают с дисрегуляцией экспрессии и передачи сигналов лизофосфатидовой кислоты [60].Кроме того, аутотаксин, секретируемый фермент, участвующий в производстве лизофосфатидной кислоты, связан с гиперпролиферацией [61] и инвазивностью опухоли [62]. Избыточная экспрессия рецепторов аутотаксина и лизофосфатидовой кислоты наблюдалась при нескольких раковых заболеваниях, включая глиобластому [63], простату [64] и рак груди [65], все из которых сверхэкспрессия способствовала увеличению подвижности клеток и инвазивному потенциалу. Примечательно, что продукции рецепторов аутотаксина или лизофосфатидовой кислоты было достаточно, чтобы вызвать развитие высокочастотных инвазивных опухолей молочной железы [60].В клетках рака печени человека лизофосфатидная кислота также связывается с лизофосфатидным рецептором 1, активируя передачу сигналов MMP-9 и способствуя инвазии раковых клеток [66].

Биоактивные сфинголипиды образуют важный класс липидов, состоящий из сфингозинов, церамидов и других сложных сфинголипидов, таких как сфингомиелины и гликосфинголипиды. Они связывают специфические белки-мишени, чтобы вызвать сигнальные ответы в важных клеточных событиях, таких как регуляция роста, клеточная адгезия, миграция, апоптоз и воспаление [67].Сфинголипиды и их производные участвуют в регуляции сигнальных каскадов во многих аспектах патогенеза и терапии рака, либо в подавлении опухоли, либо в выживании различных видов рака [33, 67]. Например, широко известно, что церамиды подавляют рост опухоли, опосредуя гибель раковых клеток через апоптоз, некроптоз или митофагию [68]. Они синтезируются в ответ на клеточные стрессы, которые вызывают апоптотические сигналы, такие как химиотерапия или ультрафиолетовое (УФ) излучение [69].Были предложены различные способы, с помощью которых церамид регулирует апоптоз. Одним из таких примеров является радиационно-индуцированный апоптоз, во время которого церамидные каналы активируют митохондриальный апоптоз за счет проницаемости внешней мембраны митохондрий [70]. С другой стороны, S1P считается липидом, способствующим выживанию, поскольку он способен инициировать пролиферацию раковых клеток, злокачественную трансформацию, предотвращать апоптоз и способствовать устойчивости к противораковым препаратам [68, 71, 72]. SIP опосредует коммуникацию клеток-хозяев и раковых клеток, задействуя G-белок, связанный с рецептором S1P-зависимой или независимой передачи сигналов, чтобы способствовать миграции опухоли, выживанию и уклонению от иммунных ответов хозяина [73].

Простагландины — это подкласс эйкозаноидов. Они синтезируются путем окисления 20-углеродных незаменимых жирных кислот, катализируемого ферментами фосфолипаз и циклооксигеназой (ЦОГ). Простагландин E2 (PGE (2)) является наиболее широко изученным и был предложен для непосредственной модуляции туморогенеза при некоторых видах рака (обзор в [74]). Например, введение экзогенного PGE (2) моделям крыс F344 привело к более высокой заболеваемости и множественности кишечных аденом [75]. Было высказано предположение, что усиление канцерогенеза толстой кишки происходит за счет активации передачи сигналов PGE (2) путем связывания E-простаноидных (EP) мембранных рецепторов 1–4 [75].Отдельное исследование in vitro показало, что лечение PGE (2) усиливает пролиферацию эпителиальных клеток и экспрессию COX-2 в аденомах кишечника, что, как предполагается, действует через сигнальный путь Ras-митоген-активируемой протеинкиназы [76]. Помимо PGE (2), также сообщалось о неконтролируемой экспрессии EP, которая в результате влияет на исход различных видов рака [77, 78]. Например, Джин и его коллеги [79] продемонстрировали, что активация PGE (2) агонистом рецептора EP1 ONO-DI-004, но не антагонистом ONO-8711, улучшает жизнеспособность клеток и миграцию клеток рака печени.В клетках карциномы легких Льюиса EP3, как было показано, запускает продукцию MMP-9 и VEGF, оба из которых являются центральными регуляторами ангиогенеза и последующего метастазирования [80], что дополнительно указывает на роль передачи сигналов простагландина в прогрессировании рака. Взятые вместе, модификация сигнальных путей раковыми клетками влияет на изобилие и активацию сигнальных липидов, что в результате способствует проонкогенным путям, которые могут привести к устойчивости к противораковым препаратам.

3.Посттрансляционная модификация белков при раке на основе липидов

Понимание роли липидов в модуляции клеточных процессов в раковых клетках (по сравнению с нормальными клетками) важно для определения потенциальных маркеров рака. Поскольку посттрансляционная модификация белков является важным компонентом многих ключевых компонентов передачи сигналов во время онкогенного прогрессирования, они являются подходящим кандидатом для исследований рака. Текущие исследования подчеркнули важность различных посттрансляционных модификаций, которые вносят вклад в онкогенез, а именно фосфорилирования, гликозилирования, убиквитинирования, пренилирования, метилирования и ацетилирования [81].Обычное участие липидов в посттрансляционной модификации известно как пренилирование. Пренилирование — это процесс, в котором гидрофобная группа на основе углеводорода (такая как фарнезил [15-углеродный изопреноид] или геранилгеранил) ковалентно присоединяется к посттрансляционному белку, что, как следствие, изменяет клеточную локализацию, белок-белковое взаимодействие и функция модифицированного белка [82]. Пренилирование имеет решающее значение для мембранной ассоциации и активации GTPases, таких как Ras, Rho, cdc42 и GPCRs, которые все являются важными регуляторами рака [83, 84].Например, известно, что стимуляция белков Ras способствует онкогенезу, регулируя экспрессию генов, развитие клеточного цикла, выживаемость и миграцию [85]. Инактивация белка ретинобластомы (белка-супрессора опухоли) индуцировала нерегулируемую экспрессию фарнезилдифосфатсинтазы и пренилтрансферазы, впоследствии увеличивая пренилирование / активацию N-ras в опухоли ретинобластомы и способствуя старению [86]. Кроме того, известно, что пренилирование включает фарнезилпирофосфат, промежуточное соединение для синтеза холестерина.Учитывая важность посттрансляционной модификации белков на основе липидов, многие противораковые терапии в настоящее время нацелены на белки и ферменты пути пренилирования [87, 88].

Другой тип посттрансляционной модификации, связанной с липидами, называется ацилированием, то есть процессом добавления жирных кислот к аминокислотам. Ацилирование белков жестко регулируется гистонацетилтрансферазами (HAT) и деацетилазами (HDAC) и модулирует различные клеточные функции, такие как пролиферация, дифференцировка и миграция клеток [89].Сообщалось, что HAT модулируют рак двумя способами, в зависимости от места ацетилирования и типа рака: один является протанкогенным, а другой — опухолевым [90]. Например, о гиперацетилировании гистонов сообщалось в клетках рака печени [91], тогда как дефицит ацетилирования наблюдался у пациентов с раком простаты [92]. При карциномах желудочно-кишечного тракта снижение ацетилирования гистонов в значительной степени связано с тяжестью опухолевой инвазии и метастазирования [93]. Более того, Канг и его коллеги [94] продемонстрировали, что куркумин-индуцированное гипоацетилирование гистонов запускает каспазо-3-зависимый апоптоз и способствует дифференцировке нейронов нейрональных клеток-предшественников при раке мозга.Роль HDACs в развитии рака была также продемонстрирована при нескольких видах рака, таких как рак шейки матки [95], толстой кишки [96] и рака желудка [97]. Подобно HAT, HDAC также выполняют двойную функцию в регуляции рака. Например, потеря HDAC1 в тератомах увеличивает апоптоз и индуцирует остановку клеток, хотя и не влияет на размер опухоли [98]. Сходным образом увеличение клеточной дифференцировки и апоптоза наблюдалось, когда экспрессия HDAC2 была устранена в клетках колоректального рака [95]. Напротив, нокдаун HDAC6 способствует миграции и образованию трубок в клетках HUVEC in vitro [99].

Модификация белков липидами также важна для клеточной локализации и транспорта [100]. Напр., Прикрепление GPI к белкам запускает транслокацию к наружному листку плазматической мембраны, что важно для событий передачи сигнала [101]. Следовательно, знание различных типов посттрансляционных модификаций белков на основе липидов полезно для анализа причинных эффектов этих модификаций в контексте биологии рака.

4.Липиды и аутофагия при раке

Рециркуляция и циркуляция липидов в клетке регулируются лизосомами, мембранной органеллой, содержащей гидролитические ферменты [102]. В последние годы появились новые исследования, указывающие на важность лизосомальной деградации, процесса, называемого аутофагией, в поддержании гомеостаза клеточных липидов в различных тканях [103]. Аутофагия важна для выживания клеток в случае недостатка питательных веществ, когда внутриклеточные белки и органеллы нацелены на лизосомы для деградации в качестве альтернативного источника рециркулируемой энергии [104].Обычно описываются три процесса аутофагии: аутофагия (также называемая макроаутофагией) [105], микроаутофагия [106] и опосредованная шапероном аутофагия [107]. Нарушение регуляции аутофагии связано с широким спектром заболеваний, таких как метаболические, сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания, старение и рак [108]. Помимо ее роли в ответах на голодание, росте и дифференцировке, а также в удалении дисфункциональных / поврежденных цитоплазматических белков и органелл, аутофагия также описывается в регуляции опухолей при раке [109].

Взаимосвязь между липидами и аутофагией представляет особый интерес, поскольку широко установлено, что аутофагия играет роль в развитии рака, хотя и является сложной. В некоторых сообщениях утверждается, что на ранних стадиях онкогенеза аутофагия может действовать как механизм подавления опухоли (см. Обзор [110, 111]). Beclin-1, ортолог млекопитающих гена 6, связанного с аутофагией дрожжей (Atg6), был широко признан в качестве кандидата для подавления опухоли. Аллельная делеция Beclin-1 [112] и снижение экспрессии белка [113] наблюдались при раке яичников, груди и простаты.Гетерозиготные мутантные мыши Beclin 1 ^+/− обладали пониженной аутофагической активностью и спонтанным развитием опухолей [114], что указывает на важность Beclin-1 в причинном эффекте аутофагии и роста опухоли. Однако по мере прогрессирования рака аутофагия становится необходимой для преодоления окислительных и метаболических стрессоров в клетке, тем самым улучшая выживаемость и прогрессирование раковых клеток [115]. Например, раковые клетки человека, экспрессирующие онкоген Ras, способны активировать аутофагию для поддержки туморогенеза и выживания опухолевых клеток в условиях голодания [116].Поскольку аутофагия может способствовать или подавлять развитие рака, нацеливание на этот аспект в качестве терапии рака должно быть сосредоточено как на регуляции, так и на подавлении аутофагии на соответствующих стадиях. Тем не менее, он по-прежнему имеет потенциал в качестве основной мишени или ко-мишени, поскольку многочисленные исследования показали, что ингибирование аутофагии усиливает терапевтические эффекты против рака при миеломе, раке груди, толстой кишки и простаты [117].

Липиды и липидные ферменты играют незаменимую роль в аутофагическом процессе и могут влиять на аутофагию на различных стадиях [118, 119].Напр., Комплекс mTOR является важным негативным регулятором аутофагии, а липиды, такие как фосфатидилинозитол-3-фосфат (PI3P), диацилглицерин и фосфатидные кислоты, мешают передаче сигналов mTOR ниже по течению, действуя независимо, способствуя аутофагии [118, 120]. На более поздних стадиях аутофагии клеточные материалы, нацеленные на деградацию, передаются аутофагосомам. Липидные капли и липидный фермент фосфолипаза D, как предполагается, регулируют биогенез аутофагосом, а также положительно модулируют аутофагию in vivo и in vitro [121, 122].Более того, Сео и его коллеги показали, что при голодании SREBP могут напрямую активировать гены, связанные с аутофагией, и необходимы для образования аутофагосом и ассоциации с липидными каплями.

5. Липиды в ангиогенезе и лимфангиогенезе

Классическими характеристиками злокачественных опухолей являются их усиленные пролиферативные и инвазивные свойства. Было показано, что для того, чтобы раковые клетки могли поддерживать эти повышенные потребности роста, а также экспансию в другие ткани, они индуцируют ангиогенез для снабжения кислородом и питательными веществами [123].Сосудистая сеть опухоли также полезна для выведения конечных продуктов метаболизма, таких как молочная кислота, накопление которой может быть токсичным для опухолевых клеток. Формирование новых капилляров в опухоли может стимулироваться факторами роста, такими как фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) и фактор роста фибробластов (bFGF) [124, 125]. В нормальных здоровых клетках VEGF функционирует, создавая новые кровеносные сосуды во время эмбрионального развития и заживления ран [126]. Микроокружение опухоли состоит из различных типов клеток, которые являются нормальными или неподвижными.Когда опухоль увеличивается в размерах, возникает недостаток питательных веществ и гипоксия. Это запускает продукцию VEGF и цитокинов опухолью в окружающее ее микроокружение [127], тем самым инициируя пролиферацию эндотелиальных клеток, что позволяет опухолям развиваться и расти экспоненциально. Хотя такое инициирование сосудистой сети может обеспечить опухоль большим количеством кислорода и питательных веществ, конечный результат не идеален. VEGF-индуцированные образования сосудистой сети опухоли имеют неправильную форму, протекающие и часто функционально ненормальные [124].Негерметичная природа этой опухолевой сосудистой сети запускает рекрутирование тромбоцитов, которые впоследствии высвобождают ангиогенные стимулирующие факторы в микросреду для дальнейшего стимулирования ангиогенеза [128]. Помимо распространения по кровеносным сосудам, опухолевые клетки могут также использовать путь лимфатических сосудов для инвазии в другие ткани, тем самым способствуя метастазированию [129]. В частности, VEGF-C является основным медиатором лимфангиогенеза и метастазирования в лимфатические узлы [130].

Важность липидов в ангиогенезе опухолей подчеркивается в исследованиях, связанных с биоактивным производным сфинголипида S1P.Функция S1P сравнима с факторами роста VEGF и bFGF, где его секреция стимулирует ангиогенез [131] и созревание сосудов [132]. Сообщалось также о взаимодействии между S1P и этими проангиогенными факторами роста, которые могут обеспечивать коллективный эффект в содействии развитию сосудистой сети [133]. Экспрессия S1P активируется в различных опухолях, таких как рак легких [134] и колоректальный рак [135]. Раковые клетки способны секретировать S1P в свое микроокружение, чтобы индуцировать как ангиогенез, так и лимфангиогенез [136, 137]; через связывание рецепторов S1P [138], что способствует распространению опухоли.Более того, анализ in vitro и показал, что высокие уровни S1P связаны с повышенной миграцией и образованием трубок в совместно культивируемых сосудистых или лимфатических эндотелиальных клетках [139]. Ангиогенные и лимфатические метастазы также стимулируются секрецией простагландинов, группы липидных соединений, ферментативно полученных из жирных кислот [140]. В частности, PGE (2) при раке молочной железы способен связывать GPCR и индуцировать ангиогенные регуляторные гены для пролиферации, образования трубок и последующего метастазирования [141].Это также верно в отношении рака простаты, где PGE (2) активирует ангиогенез через простаноидные пути EP2 и EP4, чтобы увеличить продукцию плазминогена урокиназного типа и факторов роста эндотелия сосудов, чтобы изменить подвижность клеток рака простаты [142].

Липидный метаболизм также участвует в ангиогенезе. Экспрессия SREBP1 повышена во вновь образованной сосудистой сети [143]. В ответ на сигналы VEGF эндотелиальные клетки активируют SREBP1 и SREBP2, чтобы запустить пролиферацию, миграцию и образование сосудов [144].Напротив, ингибирование SREBP1 привело к снижению продукции проангиогенных факторов [143]. Метастазы — одна из основных причин смертности от рака человека. Поскольку ангиогенез и лимфангиогенез обеспечивают опухолью платформу для приобретения питательных веществ и метастазирования, понимание роли липидов в метаболизме эндотелиальных клеток может быть полезным в качестве мишени для терапии рака и лекарственной устойчивости [145, 146].

6. Заключительные замечания

Липидный метаболизм и передача сигналов в настоящее время широко признаны в качестве основных факторов в биологии рака.Было показано, что нацеленные компоненты, такие как ферменты, биоактивные липиды и рецепторы, все из которых важны для поддержания липидного гомеостаза, метаболизма и передачи сигналов, снижают пролиферацию и метастазирование раковых клеток. Это может быть достигнуто с помощью различных средств, таких как изменение функции ферментов, участвующих в биосинтезе и метаболизме липидов, изменение структуры, состава и локализации биоактивных липидов и липидных рафтов, или путем нарушения липид-опосредованного перекрестного взаимодействия опухоли и стромы в опухоли. микросреды и способствуя апоптозу раковых клеток.Учитывая центральную роль липидов в развитии рака, эти стратегии обнадеживают для лечения и лечения рака.

Благодарности

Эта работа поддержана Программой ранней карьеры GRF-HKBU-22103017-ECS Совета по исследовательским грантам Гонконга.

Какова биологическая функция мочевой кислоты? Антиоксидант для нервной защиты или биомаркер гибели клеток

Основной целью настоящего исследования было изучение биологической функции мочевой кислоты. Уровень мочевой кислоты в различных органах у нормальных крыс-самцов определяли с помощью наборов для анализа мочевой кислоты, а уровень экспрессии генов в органах определяли путем количественного секвенирования РНК. Был проведен корреляционный анализ между мочевой кислотой в органах и экспрессией генов (измеренной значением FPKM).Сывороточная мочевая кислота (SUA) у пациентов с раком молочной железы или с доброкачественной опухолью молочной железы анализировалась при постановке диагноза, а SUA у пациентов с раком молочной железы также анализировалась сразу после химиотерапии. Было 1937 мРНК, уровень экспрессии которых значительно коррелировал с уровнем мочевой кислоты, и большинство из которых были связаны с метаболизмом пуринов или нуклеозидов, клеточным метаболизмом, клеточными циклами и путями гибели клеток. Дальнейший анализ показал, что уровень мочевой кислоты сильно коррелировал с гибелью клеток, а не с их жизнеспособностью.Уровень SUA у пациентов с раком груди был выше, чем у пациентов с доброкачественной опухолью груди, и SUA увеличивался после химиотерапии. Все результаты свидетельствуют о том, что мочевая кислота в основном синтезируется из местных нуклеозидов, деградированных из мертвых клеток, а мочевая кислота может быть важным биомаркером гибели клеток, а не антиоксидантом для нервной защиты.

1. Введение

Гиперурикемия — старая тема в области метаболических нарушений и распространенное фундаментальное заболевание, связанное с подагрой, почечной дисфункцией и другими сердечно-сосудистыми заболеваниями [1].Заболевание привлекает все больше внимания биологов и ученых-медиков из-за высокой заболеваемости и экономического бремени [2]. Гиперурикемия имеет преобладание у мужчин и может быть диагностирована по уровню сывороточной мочевой кислоты (SUA) выше 420 μ M (70 μ г / мл) [2].

Причина направления гиперурикемии — накопление мочевой кислоты в организме. Мочевая кислота — конечный продукт метаболизма пуриновых нуклеозидов, синтезируемый ксантиндегидрогеназой (Xdh) у людей, хотя в дальнейшем она может быть преобразована в аллантоин с помощью уриказы (Uox) у других животных, за исключением некоторых птиц и рептилий [3].Мочевая кислота содержится в клетках, тканях и органах, а уровень мочевой кислоты в каждом органе разный. Предполагалось, что печень является самым важным органом, вырабатывающим мочевую кислоту [4, 5], но, как ни странно, не органом с самым высоким уровнем мочевой кислоты [6]. Доминирующий источник мочевой кислоты (около 2/3 и более) генерируется из эндогенных пуринов, а остальная часть — из экзогенных [4]. Несомненно, две трети или более мочевой кислоты выводится через почки, а остальная часть — с калом [4].Хотя имелись систематические данные о распределении мочевой кислоты у крыс [6], значение мочевой кислоты в различных органах было плохо изучено.

Считалось, что мочевая кислота представляет собой отходы метаболизма нуклеозидов, точно так же, как мочевина для белков, поскольку почти не было функциональных нарушений, если уровень мочевой кислоты в сыворотке был глубоко снижен Uox, скажем, расбуриказой [7]. Однако в некоторых сообщениях говорится, что мочевая кислота играет роль в некоторых физиологических функциях и не должна полностью удаляться [8, 9].Считалось, что из-за своей антиоксидантной активности мочевая кислота защищает нейрональные клетки, что способствует эволюции или развитию мозга [8, 10, 11], а также играет роль в поддержании кровяного давления [8]. Однако антиоксидантная активность мочевой кислоты уступает по химической структуре гидрофильному витамину С или гидрофобному витамину Е. Эффекты, возникающие в результате антиоксидантной активности, можно легко заменить приемом двух витаминов [12, 13] и других продуктов, содержащих восстанавливающие химические вещества [14].Поэтому его антиоксидантная активность не так важна, как предполагалось ранее. Итак, функция мочевой кислоты в органах до сих пор не выяснена. В настоящем исследовании будет определяться мочевая кислота в различных органах крыс и уровень экспрессии их мРНК, а также анализироваться взаимосвязь между ними, чтобы найти ее функцию.

2. Материалы и методы

2.1. Материалы

Самцы крыс Sprague-Dawley (SD) в возрасте 2 месяцев и массой 180-220 г были получены из Куньминского медицинского университета, Куньмин, Китай.Крыс содержали при температуре 22 ° C, при контролируемой влажности 45-55% и при естественном освещении. Клинические данные были собраны в Третьей дочерней больнице Куньминского медицинского университета. Этот проект был одобрен Комитетом по экспериментальным животным Медицинского университета Куньмина и Комитетом по медицинской этике Медицинского университета Куньмина.

Мочевая кислота была приобретена у Tokyo Into Industrial Co. Ltd. (Токио, Япония). Наборы для анализа мочевой кислоты для метода фосфорновольфрамовой кислоты и наборы для анализа белков для метода BCA (бицинхониновая кислота) были приобретены в Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute (Нанкин, Китай).Набор для очистки РНК TRIzol Plus был приобретен у Invitrogen (Карлсбад, Калифорния, США). Сверхчистая вода была получена из системы очистки воды Milli-Q производства EMD Millipore Group (Дармштадт, Германия). Спектрофотометр NanoDrop ND-1000 был изготовлен компанией PeqLab, Эрланген, Германия. Мультимикропланшетный ридер Infinite 200 PRO был произведен Tecan Group (Меннедорф, Швейцария). Другие инструменты или реагенты, использованные в настоящем исследовании, были произведены в Китае.

2.2. Обработка животных и анализ мочевой кислоты

При лечении животных применяли методы Yun et al. [6]. Вкратце, крыс SD голодали в течение 36 часов перед умерщвлением. Крыс подвергали внутрибрюшинной анестезии уретаном (1,0 г / кг). Брюшко крысы вскрыли, образцы крови были взяты через брюшную аорту и органы, включая печень, селезенку, легкие, мочевой пузырь, поджелудочную железу, почки, яичко, мозг, сердце, эктогтеус, двенадцатиперстную кишку (5 см) и последние. Забирали 5 см подвздошной кишки. Кишечный тракт вскрыли, внутреннюю стенку очистили ватным тампоном и дважды промыли 1 мл физиологического раствора.Образцы органов замораживали при -40 ° C для использования или немедленно гомогенизировали на льду.

Концентрацию мочевой кислоты ( мкл, г / мл) в образцах сыворотки и супернатанте гомогената ткани анализировали с помощью наборов для анализа мочевой кислоты в соответствии со стандартной рабочей процедурой (СОП), предоставленной производителем. Белок во всех образцах анализировали с помощью наборов для анализа белков.

2.3. Количественное секвенирование мРНК

После сбора органов крыс, включая мозг, почки, легкие, печень, сердце, желудок, двенадцатиперстную кишку и подвздошную кишку, было взято около 200 мг ткани.Образец замораживали жидким азотом и растирали в порошок. Полную РНК в порошке экстрагировали и очищали с помощью набора для очистки TRIzol Plus RNA Purification Kit. Количество и качество РНК измеряли на спектрофотометре NanoDrop ND-1000. Целостность РНК оценивали с помощью стандартного денатурирующего электрофореза в агарозном геле [15, 16].

Двухцепочечную кДНК (ds-кДНК) синтезировали из общей РНК с использованием набора для синтеза ds-кДНК Invitrogen SuperScript в присутствии праймеров олиго dT 100 пмоль / л.КДНК секвенировали в Sangon Biotech (Шанхай, Китай). Ожидаемое значение FPKM (количество фрагментов на килобазу последовательности транскрипта на миллион секвенированных пар оснований) использовали для нормализации экспрессии [17, 18]. Анализ взаимосвязи значения FPKM гена между различными органами и анализ путей, связанных с родственными генами [15], также были выполнены Sangon Biotech.

2.4. Клинические данные

Клинические данные, включая 203 случая рака груди (в возрасте 24-80 лет) и 100 случаев доброкачественной опухоли груди (в возрасте 28-61 лет), были предоставлены Третьей дочерней больницей Медицинского университета Куньмина.Все случаи были от пациентов женского пола и подтверждены патологическим диагнозом. Исключались случаи с тяжелым нарушением функции печени и почек или осложненными другими опухолями. SUA анализировали с помощью наборов для анализа мочевой кислоты с помощью уриказных методов, а антиген Ki67 в раковой ткани анализировали с помощью наборов для ELISA в клинической лаборатории больницы.

2.5. Статистический анализ

Значения были выражены как (стандартное отклонение). Тест Стьюдента проводился для сравнения средних значений в разных группах.Двумерные корреляции метода Пирсона (двусторонние) были выполнены, чтобы найти взаимосвязь между уровнем мочевой кислоты и значениями FPKM в органах. Статистическая значимость принята при.

3. Результаты

3.1. Распределение мочевой кислоты в различных органах у нормальных крыс

Распределение мочевой кислоты в различных органах показано на рисунке 1. Органом с самым высоким уровнем мочевой кислоты была двенадцатиперстная кишка, затем подвздошная кишка и печень, относящиеся к пищеварительной системе. [6] и предположил, что пищеварительная система была основным местом распределения мочевой кислоты.

белков | Определение, структура и классификация

Белок , очень сложное вещество, которое присутствует во всех живых организмах. Белки имеют большую питательную ценность и непосредственно участвуют в химических процессах, необходимых для жизни. Важность белков была признана химиками в начале 19 века, в том числе шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом, который в 1838 году ввел термин белок , слово, производное от греческого prōteios , что означает «удерживать первое место».”Белки видоспецифичны; то есть белки одного вида отличаются от белков другого вида. Они также специфичны для органов; например, в пределах одного организма мышечные белки отличаются от белков мозга и печени.

Популярные вопросы

Что такое белок?

Белок — это встречающееся в природе чрезвычайно сложное вещество, состоящее из аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями.Белки присутствуют во всех живых организмах и включают многие важные биологические соединения, такие как ферменты, гормоны и антитела.

Где происходит синтез белка?

Где хранится белок?

Белки не хранятся для дальнейшего использования в животных. Когда животное потребляет избыток белков, они превращаются в жиры (глюкозу или триглицериды) и используются для снабжения энергией или создания энергетических запасов. Если животное не потребляет достаточное количество белка, организм начинает расщеплять богатые белком ткани, такие как мышцы, что приводит к истощению мышц и, в конечном итоге, к смерти, если дефицит является серьезным.

Что делают белки?

Белки необходимы для жизни и необходимы для широкого спектра клеточной деятельности. Белковые ферменты катализируют подавляющее большинство химических реакций, происходящих в клетке. Белки обеспечивают многие структурные элементы клетки, и они помогают связывать клетки вместе в ткани. Белки в форме антител защищают животных от болезней, и многие гормоны являются белками. Белки контролируют активность генов и регулируют экспрессию генов.

Молекула белка очень велика по сравнению с молекулами сахара или соли и состоит из множества аминокислот, соединенных вместе, чтобы образовать длинные цепи, подобно тому, как бусинки расположены на нитке. Существует около 20 различных аминокислот, которые естественным образом встречаются в белках. Белки с аналогичной функцией имеют сходный аминокислотный состав и последовательность. Хотя пока невозможно объяснить все функции белка на основе его аминокислотной последовательности, установленные корреляции между структурой и функцией можно отнести к свойствам аминокислот, из которых состоят белки.

Растения могут синтезировать все аминокислоты; животные не могут, хотя все они необходимы для жизни. Растения могут расти в среде, содержащей неорганические питательные вещества, обеспечивающие азот, калий и другие вещества, необходимые для роста. Они используют углекислый газ, содержащийся в воздухе, в процессе фотосинтеза для образования органических соединений, таких как углеводы.Однако животные должны получать органические питательные вещества из внешних источников. Поскольку содержание белка в большинстве растений низкое, очень большое количество растительного материала требуется животным, таким как жвачные животные (например, коровы), которые едят только растительный материал для удовлетворения своих потребностей в аминокислотах. Нежвачные животные, в том числе люди, получают белки в основном от животных и продуктов их переработки, например мяса, молока и яиц. Семена бобовых все чаще используются для приготовления недорогой, богатой белком пищи ( см. питание человека).

Содержание белка в органах животных обычно намного выше, чем в плазме крови. Например, мышцы содержат около 30 процентов белка, печень — 20-30 процентов, а эритроциты — 30 процентов. Более высокий процент белка содержится в волосах, костях и других органах и тканях с низким содержанием воды. Количество свободных аминокислот и пептидов у животных намного меньше количества белка; Белковые молекулы продуцируются в клетках путем поэтапного выравнивания аминокислот и попадают в жидкости организма только после завершения синтеза.

Высокое содержание белка в некоторых органах не означает, что важность белков связана с их количеством в организме или ткани; напротив, некоторые из наиболее важных белков, таких как ферменты и гормоны, присутствуют в очень малых количествах. Важность белков в основном связана с их функцией. Все идентифицированные ферменты являются белками.Ферменты, которые являются катализаторами всех метаболических реакций, позволяют организму накапливать химические вещества, необходимые для жизни — белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды, — превращать их в другие вещества и разлагать их. Жизнь без ферментов невозможна. Есть несколько белковых гормонов с важными регуляторными функциями. У всех позвоночных респираторный белок гемоглобин действует как переносчик кислорода в крови, транспортируя кислород от легких к органам и тканям тела.Большая группа структурных белков поддерживает и защищает структуру тела животного.