Биологическая химия как наука, предмет и задачи, методы исследования

Гипервитаминоз. Причина - избыточное потребление с препаратами (не менее 1,5 млн МЕ в сутки). Хронический избыток витамина D приводит к гипервитаминозу, при котором отмечается: деминерализация костей, приводящая к их хрупкости и переломам.увеличение концентрации ионов кальция и фосфора в крови, приводящее к кальцификации сосудов, ткани легких и почек.

18. Коферментные функции водорастворимых витаминов

Коф-ты вит-ов - производные вит-нов или их хим-е модификации.

Название	Коферментная форма	Биологические функции
В1 (тиамин)	ТДФ (тиаминдифосфат)	Декарбоксилирование а-кетокислот, перенос активного альдегида (транскетолаза)
В2 (рибофлавин)	FAD флавинаденин- динуклеотид; FMN - флавинмо- нонуклеотид	В составе дыхательных ферментов, перенос водорода
B5 (пантотенов. К-та)	KoA-SH	Транспорт ацильных групп
В6 (пиридоксин)	ПФ (пиридо- ксальфосфат)	Обмен аминокислот (трансаминирование, декарбоксилирование)
PP (ниацин)	NAD никотин- амидадениндинуклеотид NADP никотинамид- адениндинуклеотидфосфат	Акцепторы и переносчики водорода
Н (биотин)	Биотин	Фиксация СО2, реакции карбоксилирования (например, пирувата и ацетил-КоА)
Вc (фолие-вая кислота)	Тетрагидро-фолиевая кислота	Транспорт одноуглеродных групп
В12 (кобаламин)	Дезоксиаденозил-и метил-кобаламин	Транспорт метальных групп
С (аскорбиновая кислота)		Гидроксилирование пролина, лизина (синтез коллагена), антиоксидант
Р (рутин)		Вместе с витамином С участвует в окисл.-восс. процессах, тормозит действие гиалуронидазы

19. Ферменты, понятие, хим.природа, роль в процессах метаболизма. Хаар-ка ферментов как катализаторов

Ферменты - это биологические катализаторы в основном белковой природы, изменяющие скорость хим.реакции в живой клетке. Вещество, превращение которого катализирует фермент, получило название субстрат.

Хар-ка ферментов как катализаторов.

1. Повышают скорость реакции. 2. В реакциях они не расходуются.

3. Для обратимых процессов не влияют на константу равновесия.

4. работают только в термодинамических возможных р-ях. 5. Ведет реакцию в обход энергетического барьера (ч/з образ-е промежут. продуктов).

Белковая природа ферментов придает им ряд особенностей, отличающих их от обычных катализаторов.

Отличительные признаки ферментов:

1. высокая молекулярная активность (ферменты могут ускорять реакцию в 10⁸-10¹² раз); 2. высокая специфичность ферментов к субстратам (субстратная специфичность) и к типу катализируемой реакции (реакционная специфичность); 3. высокая чувствительность ферментов к неспецифическим физико-химическим факторам среды -- температуре, рН, ионной силе раствора и т. д.; 4. высокая чувствительность к химическим реагентам; 5. возможность регуляции активности.

По сложности строения белковой молекулы выделяют простые (однокомпонентные) ферменты, состоящие только из белковой части, (состоят из аминокислот) - пепсин, трипсин, фосфатазы, и сложные (двухкомпонентные) ферменты, имеющие кроме белковой части (апофермента) и небелковую часть (кофермент). Кофермент часто называют кофактором или простетической группой. Отличие заключается в характере связывания с апоферментом. Кофермент связывается с ним нековалентными связями, а кофактор (простетическая группа) -- ковалентными. Коферменты выполняют следующие функции: а) являются посредниками между ферментом и субстратом; б) непосредственно участвуют в акте катализа, выполняя чаще всего роль промежуточного переносчика групп, участвующих в реакции; в) стабилизируют апофермент. Различают: а) коферменты алифатического ряда (липоевая кислота); б) коферменты ароматического ряда (убихинон); в) коферменты -- производные водорастворимых витаминов (ТПФ, ПФ); г) коферменты-нуклеотиды (НАД⁺, ФАД); д) коферменты-металлы (Zn, Co, Mg).

Роль в метаболизме. В клетке постоянно происходит большое количество разнообразных химических реакций, которые формируют метаболические пути - последовательное превращение одних соединений в другие. Основу всех жизненных процессов составляют тысячи химических реакций, катализируемых ферментами.

20. Особенности ферментативного катализа. Специфичность ферментов

Согласно теории Михаэлиса-Ментен фермент (Е) соединяется со своим субстратом (S), образуя нестойкий промежуточный комплекс (ES), который в конце реакции распадается с освобождением фермента и продуктов реакции.

Поэтому всю последовательность каталитического ферментативного процесса можно представить следующим образом:

где ЕХ - истинный активированный комплекс (переходное состояние); ЕР - комплекс фермента с продуктом.

Специфичность ферментов

Под специфичностью ферментов понимают способность каждого из них катализировать одну или несколько близких по природе химических реакций. Различают следующие типы специфичности.

1. А б с о л ю т н а я с п е ц и ф и ч н о с т ь. При этом типе специфичности фермент катализирует превращение только одного субстрата. Фермент каталаза катализирует расщепление пероксида водорода на воду и кислород; ее действие ограничивается только этим субстратом.

2. Г р у п п о в а я с п е ц и ф и ч н о с т ь. Основным признаком для ферментов этого типа специфичности служит характер разрушаемой или создаваемой связи в близких по строению группах веществ. К ферментам с групповой специфичностью относятся липазы, катализирующие гидролиз сложных эфиров глицерина и карбоновых кислот; фосфатазы, действующие на эфиры фосфорной кислоты; пептидгидролазы, катализирующие гидролиз пептидных связей в белках и пептидах и др.

3. С т е р е о х и м и ч е с к а я с п е ц и ф и ч н о с т ь. Ферменты этого типа специфичности действуют на определенный изомер одного и того же вещества: D- или L-, - или -, транс- или цис-. Пептидгидролазы действуют только на пептиды, образованные аминокислотами L-ряда.

Наличие субстратной специфичности объясняют две гипотезы:

Теория Фишера (модель "жесткой матрицы", "ключ-замок") - активный центр фермента строго соответствует конфигурации субстрата и не изменяется при его присоединении. Эта модель хорошо объясняет абсолютную специфичность, но не групповую. 2. Теория Кошланда (модель "индуцированного соответствия", "рука-перчатка") - подразумевает гибкость активного центра. Присоединение субстрата к якорному участку фермента вызывает изменение конфигурации каталитического центра таким образом, чтобы его форма соответствовала форме субстрата.

21. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации фермента и субстрата

Влияние концентрации субстрата на скорость ферментативной реакции

Эта кривая описывается уравнением Михаэлиса-Ментен:

При постоянной концентрации фермента начальная скорость реакции растет пропорционально увеличению концентрации субстрата (реакция первого порядка для низких концентраций субстрата). При высоких концентрациях скорость реакции достигает своего максимального значения (Vmax) и не зависит от концентрации субстрата (реакция нулевого порядка).

К_м -- это константа Михаэлиса. Она численно равна той концентрации субстрата, при которой скорость реакции составляет половину от максимального значения. С помощью К_м можно характеризовать сродство данного фермента к данному субстрату. Чем меньше К_м, тем больше сродство фермента к данному субстрату. Если К_м высока, то это означает, что сродство фермента к такому субстрату низкое и реакция при небольших концентрациях субстрата протекает неэффективно.

Влияние концентрации фермента на скорость ферментативной реакции

При высокой концентрации субстрата и при постоянстве других факторов скорость ферментативной реакции зависит от концентрации фермента. При построении графика эта зависимость будет линейной.

22. Зависимость скорости ферментативной реакции от температуры и рН среды

Зависимость скорости реакции от температуры

Зависимость активности ферментов (скорости реакции) от t описывается колоколообразной кривой с максимумом скорости при значениях оптимальной t для данного фермента. При 0°С реакция не идет.

Закон о повышении скорости реакции в 2-4 раза при повышении t на 10°С справедлив и для ферментативных реакций, но только в пределах до 55-60°С, т.е. до t денатурации белков. (имеются ферменты некоторых м/о, существующих в воде горячих источников и гейзеров).

Наивысшую активность ферменты обычно проявляют в очень узком интервале температур (40-50С). До этого интервала с повышением температуры скорость катализируемой ферментами реакции повышается.

Зависимость скорости реакции от рН

Для каждого фермента существует оптимальное значение рН, т.е. такая величина рН, или зона рН, при которой катализируемая ферментом реакция протекает с наибольшей скоростью (рис.). Например, оптимальные значения рН для пепсина 1,5-2,5 - платинообразный график, трипсина 8,0-8,5, амилазы слюны 7,2 - колокообразный гр., аргиназы 9,7 пикообразный гр., кислой фосфатазы 4,5-5,0. Большинство ферментов имеют максимальную каталитическую активность в зоне рН от 6 до 8; в резко кислой или резко щелочной среде работают лишь некоторые ферменты.

За пределами оптимальной зоны рН, т.е. при отклонениях в сторону снижения или в сторону повышения от этого значения, скорость ферментативной реакции снижается.

Рис.пепсин (1) и сахароза из дрожжей (2).

23. Различия ферментативного состава органов и тканей, изменение активности ферментов в онтогенезе и при болезнях. Понятие об энзимопатиях

Классификация изоферментов: а) по органной локализации -- ферменты гликолиза в мышцах и цитоплазме; б) по внутриклеточной локализации -- малатдегидрогеназа митохондриальная и цитоплазматическая; в) изоферменты, образующиеся в результате мутаций структурных генов; г) гибридные формы, образующиеся путем нековалентного связывания нескольких разных по структуре полипептидных цепей. Так, ЛДГ состоит из 4-х цепей 2-х видов -- H и M. Из них возможно образование пяти изоферментов -- Н₄, Н₃М, Н₂М₂, МН₃ и М₄. Н₄ и Н₃М преобладают в миокарде, а М₄ -- в печени.

Гидролазы. Широко представлены ферментами желудочно-кишечного тракта и лизосомальными ферментами. Осуществляют распад макромолекул, образуя легко адсорбируемые мономеры.

В случае, если фермент не может выполнять свою функцию, говорят об энзимопатологии (энзимопатии) - состояния, связанные с патологическим изменением активности ферментов.

Первичные (наследственные) энзимопатии связаны с генетическим дефектом и наследственным снижением активности. Например, фенилкетонурия связана с дефектом фенилаланин-4-монооксигеназы, которая превращает фенилаланин в тирозин. В результате накапливаются аномальные метаболиты фенилаланина, оказывающие сильный токсический эффект. Заболевание подагра связано с дефектом ферментов метаболизма пуриновых оснований и накоплением мочевой кислоты. Алкаптонурия - нарушено окисление гомогентизиновой кислоты в тканях (гомогентизиновая кислота - промежуточный метаболит катаболизма тирозина). У таких больных наблюдают недостаточность фермента окисления гомогентизиновой кислоты - диоксигеназы гомогентизиновой кислоты, приводящей к развитию заболевания. В результате увеличиваются концентрация гомогентизиновой кислоты и выведение её с мочой. В присутствии кислорода гомогентизиновая кислота превращается в соединение чёрного цвета - алкаптон. Поэтому моча таких больных на воздухе окрашивается в чёрный цвет.

Вторичные (приобретенные) энзимопатии возникают как следствие заболеваний органов, вирусных инфекций и т.п., что приводит к нарушению синтеза фермента или условий его работы, например, гипераммониемия при заболеваниях печени, при которых ухудшается синтез мочевины и в крови накапливается аммиак. Другим примером может служить недостаточность ферментов желудочно-кишечного тракта при заболеваниях желудка, поджелудочной железы или желчного пузыря.

Недостаток витаминов и их коферментных форм также является причиной приобретенных ферментопатий.

24. Понятие об эффекторах. Активирование и ингибирование ферментов. Механизм

Эффекторы - любые хим. соед-ия, кот-е непоср-но связ-ся с ферментом и изменяют его активность.

И н г и б и т о р а м и называют вещества, вызывающие частичное или полное торможение химических реакций, включая и ферментативные. Механизм действия ингибиторов в общей форме: ингибитор вступает в соединение с ферментом, образуя соединение фермент-ингибитор. Различают о б р а т и м о е и н е о б р а т и м о е ингибирование фермента. При обратимом ингибировании активность фермента восстанавливается по мере удаления свободного ингибитора диализом или иным способом. При необратимом ингибировании активность фермента не удается восстановить диализом. Напротив, если ингибитор присутствует в избытке по сравнению с ферментом, то со временем наступает полное торможение активности фермента.

По механизму действия виды ИНГИБИРОВАНИЯ:

1. Конкурентное ингибирование - это торможение ферментативной реакции, вызванное связыванием с активным центром фермента ингибитора, который по своей структуре близок к структуре субстрата.

2. Неконкурентное ингибирование вызывают вещества, не имеющие структурного сходства с субстратом. Причем эти вещества обратимо присоединяются к ферменту не в активном центре, где обычно связывается субстрат, а совсем в другом месте и, следовательно, конкуренция между субстратом и ингибитором отсутствует.

3.Субстратное ингибирование - это торможение ферментативной реакции, вызванное избытком субстрата.

4. Аллостерическое ингибирование характерно для ферментов, имеющих четвертичную структуру, молекула которых состоит из нескольких единиц (протомеров). Аллостерические ферменты могут иметь 2 и более единиц. При этом одна имеет каталитический центр и называется каталитической, а другая - аллостерический центр и называется регуляторной. В отсутствии аллостерического ингибитора субстрат присоединяется к каталитическому центру, и идёт обычная каталитическая реакция. При появлении аллостерического ингибитора, он присоединяется к регуляторной единице, и изменяет конформацию центра фермента, в результате этого активность фермента снижается.

А к т и в а т о р ы - вещества, увеличивающие каталитическую активность ферментов. Роль активаторов ферментов выполняют ионы металлов: калия, кальция, магния, цинка, меди, железа, марганца, кобальта, а из анионов - хлора. Усиление активности ферментов под действием ионов металлов объясняется тем, что в одних случаях ионы металлов выполняют роль кофактора, в других - облегчают образование фермент-субстратного комплекса, в третьих - способствуют прсоединеию кофермента к апоферменту, в четвертых обеспечивают становление четвертичной структуры фермента или же действуют иными путями.

Активный центр ферментов, теории его конформации

Активный центр - комбинация аминокислотных остатков (обычно 12-16), обеспечивающая непосредственное связывание с молекулой субстрата и осуществляющая катализ. Аминокислотные радикалы в активном центре могут находиться в любом сочетании, при этом рядом располагаются АК, значительно удаленные друг от друга в линейной цепи, но сближенные в функциональной конформации. Наиболее часто в состав активного центра входят такие АК как серин, гистидин, трионин, цистеин.

Активный центр обычно располагается в гидрофобном углублении (недоступном для молекул воды), изолируя субстрат от воды. В образовании активного центра, участвуют боковые группы АК.

Остальные АК поддерживают пространственную конфигурацию активного центра фермента и обеспечивают его реакционную способность.

Контактный (субстрат-связывающий ) участок - это место в активном центре фермента, где происходит связывание субстрата с его активным центром. Контактный участок обеспечивает специфическое сродство субстрата к ферменту.

Каталитический участок - место, где проходит сама каталитическая реакция.

Теории коформации фермента и субстрата:

1. Теория Фишера (модель "жесткой матрицы", "ключ-замок") - активный центр фермента строго соответствует конфигурации субстрата и не изменяется при его присоединении. Эта модель хорошо объясняет абсолютную специфичность, но не групповую. 2. Теория Кошланда (модель "индуцированного соответствия", "рука-перчатка") - подразумевает гибкость активного центра. Присоединение субстрата к якорному участку фермента вызывает изменение конфигурации каталитического центра таким образом, чтобы его форма соответствовала форме субстрата.

25. Регуляция активности ферментов и ее виды. Аллостерическая регуляция. Физиологическое значение регуляции активности

Основные способы регуляции активности ферментов:

1. Доступность субстрата или кофермента. Скорость, с которой вещества реагируют друг с другом, зависит от их концентрации.

2. Компартментализация - это сосредоточение ферментов и их субстратов в одном компартменте (одной органелле) - в эндоплазматическом ретикулуме, митохондриях, лизосомах.

3. Изменение количества фермента может происходить в результате увеличения или снижения его синтеза. Изменение скорости синтеза фермента обычно зависит от количества определенных гормонов или субстратов реакции.

4. Ограниченный (частичный) протеолиз проферментов подразумевает, что синтез некоторых ферментов осуществляется в виде более крупного предшественника и при поступлении в нужное место этот фермент активируется через отщепление от него одного или нескольких пептидных фрагментов. Подобный механизм защищает внутриклеточные структуры от повреждений. Пример - активация протеолитических ферментов желудочно-кишечного тракта (трипсиноген, пепсиноген).

5. Аллостерическая регуляция. Аллостерические ферменты построены из двух и более субъединиц: одни субъединицы содержат каталитический центр, другие имеют аллостерический центр и являются регуляторными. Аллостерический центр (allos - чужой) - центр регуляции активности фермента, который пространственно отделен от активного центра и имеется не у всех ферментов. Связывание с аллостерическим центром какой-либо молекулы вызывает изменение конфигурации белка-фермента и, как следствие, скорости ферментативной реакции. В качестве такого регулятора может выступать продукт данной или одной из последующих реакций, субстрат реакции или иное вещество. Аллостерические ферменты обычно стоят в начале метаболических путей, и от их активности зависит течение многих последующих реакций.

6. Белок-белковое взаимодействие обозначает ситуацию, когда в качестве регулятора выступают не метаболиты биохимических процессов, а специфичные белки.

7. Ковалентная (химическая) модификация заключается в обратимом присоединении или отщеплении определенной группы, благодаря чему изменяется активность фермента. Чаще всего такой группой является фосфорная кислота.

РОЛЬ. Главная цель такой чувствительности ферментов - отреагировать на изменение окружающей среды, приспособить клетку к новым условиям, дать должный ответ на гормональные и иные стимулы, а в некоторых ситуациях - получить шанс выжить.

26. Происхождение ферментов плазмы крови. Фармакологические энзимпрепараты

В крови могут присутствовать следующие ферменты:

1) секреторные (плазмоспецифические) -- печень;

2) экскреторные -- желудочно-кишечный тракт;

3) клеточные -- из клеток органов и тканей при некрозе, нарушении проницаемости клеточных мембран или усилении пролиферации клеток.

Активность ферментов в крови зависит от их активности в печени, мышцах, лейкоцитах, тромбоцитах..

Применение ферментов в медицине. Ферменты могут использоваться как самостоятельно (таблетки, порошки, аэрозоли, растворы), так и на носителе, т. е. в иммобилизованной форме (гели, мази, пасты).

энзимотерапия. Самыми распространенными ферментативными препаратами являются комплексы ферментов желудочно-кишечного тракта (Фестал, Мезим форте), содержащие пепсин, трипсин, амилазу и т.п., и используемые для заместительной терапии при нарушениях переваривания веществ в желудочно-кишечном тракте. Рибонуклеаза и дезоксирибонуклеаза входят в состав глазных капель для лечения вирусных конъюнктивитов. Трипсин ингалируют при бронхолегочных заболеваниях для разжижения густой и вязкой мокроты. Коллагеназу применяют для ускорения отторжения некротизированных тканей, для очистки трофических язв),

3. применение ингибиторов ферментов. Весьма широко применяются ингибиторы протеаз (контрикал, гордокс) при панкреатитах - состояниях, когда происходит активирование пищеварительных ферментов в протоках и клетках поджелудочной железы.

Ингибиторы холинэстеразы (физостигмин, прозерин) приводят к накоплению нейромедиатора ацетилхолина в синапсах и показаны при миастении, двигательных и чувствительных нарушениях при невритах, радикулитах, психогенной импотенции.

Препараты, содержащие ингибиторы моноаминоксидазы (наком, мадопар), повышают выработку нейромедиаторов катехоламинов в ЦНС при лечении паркинсонизма. Подавление активности моноаминооксидазы (разрушающей катехоламины) сохраняет нормальную передачу сигналов в нервной системе.

Ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (каптоприл, эналаприл и т.п.) используются как антигипертензивное средство и вызывают расширение периферических сосудов, уменьшение нагрузки на миокард, снижение артериального давления.

Аллопуринол - ингибитор ксантиноксидазы, фермента катаболизма пуринов, требуется для снижения образования мочевой кислоты и подавления развития гиперурикемии и подагры.

Ингибиторы гидроксиметилглутарил-SКоА-редуктазы (ловастатин, флувастатин, аторвастатин) применяются для снижения синтеза холестерола при атеросклерозе, заболеваниях сердечно-сосудистой системы, дислипопротеинемиях.

Ингибитор карбоангидразы (ацетазоламид) используется как мочегонное средство при лечении глаукомы, отеков, эпилепсии, алкалозах и горной болезни).

27. Гормоны, понятие, химическая природа, биологическая роль. Классификация. Основные мех-мы рег-ции метаболизма

ГОРМОНЫ - это биологически активные вещества, которые синтезируются в малых количествах в специализированнных клетках эндокринной системы и через циркулирующие жидкости (например, кровь) доставляются к клеткам-мишеням, где оказывают свое регулирующее действие.

Гормоны характеризуются:

- синтезируются железами внутренней секреции; - действуют дистантно; - строгая специфичность действия; - высокая биологическая активность (концентрация 10^-12-10^-15 моль/л).

По химическому строению гормоны можно классифицировать по трем классам:

1. Белково-пептидные гормоны (гормоны гипоталамуса и гипофиза (в этих железах синтезируются пептиды и некоторые белки), а также гормоны поджелудочной и паращитовидной желез и один из гормонов щитовидной железы).

полипептиды: глюкагон, кортикотропин, меланотропин, вазопрессин, окситоцин, пептидные гормоны желудка и кишечника;

простые белки (протеины): инсулин, соматотропин, пролактин, паратгормон, кальцитонин;

сложные белки (гликопротеиды): тиреотропин, фоллитропин, лютропин.

2. Производные аминокислот (амины, которые синтезируются в мозговом слое надпочечников и в эпифизе, а также иод-содержащие гормоны щитовидной железы.

производные тирозина: тироксин, трийодтиронин, дофамин, адреналин, норадреналин;

производные триптофана: мелатонин, серотонин;

производные гистидина: гистамин.

3. Стероидные гормоны (стероидные гормоны, которые синтезируются в коре надпочечников и в половых железах).

По количеству углеродных атомов стероиды отличаются друг от друга:

С₂₁ - гормоны коры надпочечников и прогестерон; кортикостероиды (альдостерон, кортизол, кортикостерон);

С₁₉ - мужские половые гормоны - андрогены и тестостерон; андрогены (тестостерон),

С₁₈ - женские половые гормоны - эстрогены. эстрогены и прогестерон.

Общим для всех стероидов является наличие стеранового ядра, которое представлено на рисунке.

4.Производные жирных кислот: арахидоновая кислота и ее производные: простагландиды: простациклины, тромбоксаны, лейкотриены.

Функциональная классификация гормонов:

Эффекторные гормоны -- гормоны, которые оказывают влияние непосредственно на орган-мишень.

Тропные гормоны -- гормоны, основной функцией которых является регуляция синтеза и выделения эффекторных гормонов. Выделяются аденогипофизом.

Рилизинг-гормоны -- гормоны, регулирующие синтез и выделение гормонов аденогипофиза, преимущественно тропных. Выделяются нервными клетками гипоталамуса.

По механизму действия (по расположению рецепторов):

1. гормоны, действующие через внутриклеточный рецептор - липофильные гормоны - стероиды и тиреоидные гормоны;

2. гормоны, действующие через рецепторы, находящиеся на поверхности клетки - гидрофильные гормоны. Они действуют через внутриклеточный посредник - мессенджер.

Гормон - первый посредник, а цАМФ, ионы Са²⁺, фосфатидилинозиды - вторые (чаще цАМФ, которая образуется из АДФ) посредники.

Выделяют 2 вида регуляции метаболизма: внутренняя и внешняя.

В случае внутренней регуляции управляющие сигналы образуются и действуют внутри одной и той же клетки (саморегуляция). Внутреня регуляция обеспечивается аллостерическими ферментами, активность которых изменяется при изменении концентрации метаболитов в клетке.

Роль. ГОРМОНЫ - это биологически активные вещества, которые оказывают свое регулирующее действие на кл.-мишени.

28. Иерархия регуляторных систем. Место гормонов в регуляции метаболических процессов и ф-ций организма

Обеспечение взаимосвязи разных органов и баланса их активности регулируется в соответствии с иерархической лестницей. У высших животных верхнюю часть лестницы занимает система гормонов гипоталамуса, контролируемая центральной нервной системой. Сигналы, получаемые от органов, принимаются и обрабатываются, после чего клетки гипоталамуса отвечают при помощи специфических сигнальных молекул - рилизинг-факторов. На стимулирующие или тормозящие стимулы из ЦНС секретируются стимулирующие или ингибирующие рилизинг-факторы, которые носят название либерины или статины соответственно. Эти нейрогормоны с кровотоком достигают аденогипофиза, где стимулируют (либерины) или ингибируют (статины) биосинтез и секрецию тропных гормонов.

Тропные гормоны воздействуют на периферические железы, стимулируя выделение соответствующих периферических гормонов. К подобным системам относятся группы гормонов тиреоидной функции, глюкокортикоидной функции и профиль половых гормонов. Регуляция этих систем осуществляется по принципу обратной отрицательной связи, т.е. накопление гормонов периферических желез тормозит секрецию рилизинг-факторов гипоталамуса и тропных гормонов гипофиза. Подавляющее действие на активность эндокринных желез может оказывать и результат ответа клеток-мишеней.

Семейство гипоталамических гормонов - рилизинг-факторов - включает вещества, как правило небольшие пептиды, образующиеся в ядрах гипоталамуса. Их функция - регуляция секреции гормонов аденогипофиза: стимулирование - либерины и подавление - статины.

Существуют эндокринные железы для которых отсутствует регуляция тропными гормонами - паращитовидная железа, мозговое вещество надпочечников, поджелудочная железа. Они контролируются нервными влияниями или концентрацией определенных веществ в крови.

Место гормонов в метаболизме.

В клетке-мишени могут наблюдаются следующие основные эффекты:

1) Изменение скорости биосинтеза отдельных белков (в том числе белков-ферментов);

2) Изменение активности уже существующих ферментов (например, в результате фосфорилирования - на примере аденилатциклазной системы);

3) Изменение проницаемости мембран в клетках-мишенях для отдельных веществ или ионов (например, для Са⁺²).

ГОРМОНЫ - это биологически активные вещества, которые оказывают свое регулирующее действие на кл.-мишени.

29. Механизм передачи гормонального сигнала в клетку. Клетки - мишени и клеточные рецепторы гормонов

КЛЕТКИ-МИШЕНИ - это клетки, которые специфически взаимодействуют с гормонами с помощью специальных белков-рецепторов.

Взаимодействие гормона и (R) характеризуется высокой специфичностью, которая обеспечивается комплементарностью между структурой гормона и активного центра (R). В результате эффекта кооперативности, возникающего при взаимодействии гормона и (R), существенно изменяется активность (R) -- это есть феномен амплификации (усиления) гормонального сигнала. Механизм амплификации включает участие специальных ферментов и молекул -- вторичных посредников. Клеточные (R) в зависимости от их локализации делятся на 2 большие группы: 1) (R) плазматической мембраны; и 2) внутриклеточные (R).

(R) плазматической мембраны клеток обеспечивают узнавание, связывание и передачу регуляторного сигнала внутрь клетки.

Внутриклеточные (R) расположены в цитозоле или ядре клетки. После связывания с гормоном они изменяют скорость транскрипции и трансляции определённых генов.

В зависимости от строения гормона существуют два типа взаимодействия. Если молекула гормона липофильна, (например, стероидные гормоны), то она может проникать через липидный слой наружной мембраны клеток-мишеней. Если молекула имеет большие размеры или является полярной, то ее проникновение внутрь клетки невозможно. Поэтому для липофильных гормонов рецепторы находятся внутри клеток-мишеней, а для гидрофильных - рецепторы находятся в наружной мембране.

Механизм действия гормонов ч/з внутриклеточные регуляторы. Гормон проникает в клетку, связывается с рецептором. Образованный таким образом гормон-рецепторный комплекс пере¬мещается в ядро и действует на генетический аппарат клетки. В результате меняется процесс транскрипции, а в дальнейшем, синтез белков. Таким образом, данные гормоны влияют на коли¬чество ферментов в клетке.

Механизм действия гормонов через рецепторы плазматических мембран.

В роли "вторых посредников" для передачи сигналов от гормонов в клетках-мишенях могут быть наиболее распространенные: - Циклические нуклеотиды (ц-АМФ и ц-ГМФ); - Ионы Са;

В этом случае гормон не проникает в клетку, а взаимодей¬ствует с рецептором на поверхности мембраны.

Далее возмож¬ны два варианта событий:

1.Первый вариант -- с рецептором связан фермент, кото¬рый из специфического субстрата образует второй посред¬ник. Второй посредник далее связывается со своим рецептором в клетке. Чаще всего рецептором посредника является протеинкиназа, которая за счет фосфата АТФ, фосфорилирует белки. В результате изменяются их свойства, возникает биохимический и физиологический эффект.

2.Второй вариант -- рецептор связан не с ферментом мембраны, а с ионным каналом. При связывании гормона с рецептором, канал открывается, ион поступает в клетку и выполняет функции второго посредника.Хорошо изученными вторыми посредниками являются цик-лические нуклеотиды (цАМФ, цГМФ) и Са2+.

30. Центральная регуляция эндокринной системы. Роль либеринов. статинов, тропных гормонов гипофиза

Система гормонов гипоталамуса контролируется центральной нервной системой. Сигналы, получаемые от органов, принимаются и обрабатываются, после чего клетки гипоталамуса отвечают при помощи специфических сигнальных молекул - рилизинг-факторов. На стимулирующие или тормозящие стимулы из ЦНС секретируются стимулирующие или ингибирующие рилизинг-факторы, которые носят название либерины или статины соответственно. Эти нейрогормоны с кровотоком достигают аденогипофиза, где стимулируют (либерины посредством цАМФ) или ингибируют (статины) биосинтез и секрецию тропных гормонов. Тропные гормоны воздействуют на периферические железы, стимулируя выделение соответствующих периферических гормонов. К подобным системам относятся группы гормонов тиреоидной функции, глюкокортикоидной функции и профиль половых гормонов. Регуляция этих систем осуществляется по принципу обратной отрицательной связи, т.е. накопление гормонов периферических желез тормозит секрецию рилизинг-факторов гипоталамуса и тропных гормонов гипофиза. Подавляющее действие на активность эндокринных желез может оказывать и результат ответа клеток-мишеней.

Гормоны гипоталамуса	Эффект
Кортиколиберин	Стим-ет образование кортикотропина и липотропина
Гонадолиберин	Стим-ет образование лютропина и фоллитропина
Пролактолиберин	Способствует выделению пролактина
Пролактостатин	Ингибирует выделение пролактина
Соматолиберин	Стимулирует секрецию гормона роста
Соматостатин	Ингибирует секрецию гормона роста и тиреотропина
Тиролиберин	Стимулирует секрецию тиреотропина и пролактина
Меланолиберин	Стимулирует секрецию меланоцит-стим-ющего горм.
Меланостатин	Ингибирует секрецию меланоцит-стим-ющего горм.

Гормоны аденогиплыиза	Эффект
СТГ (соматотро-пин, гормон роста)	Стим-ет рост организма, синтез белка в клетках, обр-ие глюкозы и распад липидов
Пролактин	Рег-ет лактацию, инстинкт выхаж-я потомства
ТТГ (тиреотропин)	Рег-ет биосинтез и секр. горм. щитовидной железы
Кортикотропин	Рег-ет секрецию гормонов коры надпочечников
ФСГ (фоллитро-пин) и ЛГ (лютеинизирующий гормон)	ЛГ регулирует синтез женских и мужских половых гормонов, стим. рост и созр-е фолликулов, овуляцию, образ-е и функц-ние желт. тела в яичниках. ФСГ оказ. сенсибилизирующее действие на фолл-кулы и клетки Лейдига к действию ЛГ, стим-ет сперматогенез

31. Механизм передачи сигнала в клетку гормонами пептидной природы. цАМФ

К ним относятся гормоны поджелудочной железы, передней доли гипофиза и паращитовидных желез.

Гормоны поджелудочной железы-инсулин и глюкагон - участвуют в регуляции углеводного обмена. По своему действию являются антагонистами между собой. Инсулин снижает, а глюкагон увеличивает уровень сахара в крови.

Гормоны гипофиза регулируют деятельность многих других эндокринных желез. К ним относятся:

-соматотропный гормон (СТГ) -- гормон роста, стимулирует рост клеток, повышает уровень биосинтетических процессов;

-тиреотропный гормон (ТТГ) -стимулирует деятельность щитовидной железы;

- адренокортикотропный гормон (АКТГ) -- регулирует биосинтез кортикостероидов корой надпочечников;

-гонадотропные гормоны -регулируют функцию половых желез.

Аденилатциклазная система

Когда соответствующий гормон связывается с рецептором, в мембране активируется фермент аденилатциклаза, который из АТф образует цАМФ. цАМФ является аллостерическим актива¬тором протеинкиназы, которая фосфорилирует белки и изменяет их свойства. Содержание цАМФ в клетке увеличивают: глюкагон, катехо-ламины (через в-рецепторы), антидиуретический гормон, гиста-мин (Н2-рецепторы), простагландин-Е, простациклин, тиреотроп-ный гормон, АКТГ, холерный токсин. Содержание цАМФ в клетке снижают: ацетилхолин (М-холи-норецепторы), катехоламины (а2-рецепторы), соматостатин, ан-гиотензин-П, опиаты, коклюшный токсин.

Функции цАМФ: Как второй посредник участвует в регуляции: проницаемости мембран;синтеза макромолекул;активности ферментов; процессов деления; в нейронах -- увеличения возбудимости;в сердце -- стимуляции; в гладких мышцах -- расслабления; в железах -- увеличения секреции; изменения иммунных реакций; дезагрегации тромбоцитов.

32. Механизм передачи сигналов в клетку гормонами стероидной природы

Действие гормонов через внутриклеточные рецепторы

Некоторые гормоны, такие как стероидные гормоны и гормоны щитовидной железы, по свойствам являются гидрофобными. В плазме крови для их транспортировки используются специальные белки-транспортеры. В комплексе с этими белками они не способны взаимодействовать с мембранными рецепторами, но способны отрываться от них и диффундировать через клеточную мембрану внутрь клетки. После перехода в цитозоль гормоны немедленно подхватываются другими белками, которые уже являются рецепторами. Далее он проникает в ядро, где может связываться с ядерным рецептором. В результате гормон приобретает сродство к ДНК. Связываясь с гормон-чувствительным элементом в ДНК, гормон влияет на транскрипцию определенных генов и изменяет концентрацию РНК в клетке и, соответственно, количество определенных белков в клетке.Взаимодействие комплекса гормон-рецептор с определённой последовательностью нуклеотидрв в промоторной части ДНК приводит к активации транскрипции. В рез-те увеличивается или уменьшается скорость трансляции., изменяется количество белков, которые могут влиять на метаболизм и функциональное состояние клетки. Таким образом, данные гормоны влияют на количество ферментов в клетке.

Эффекты гормонов, которые передают сигнал через внутриклеточные рецепторы, нельзя наблюдать сразу, так как на протекание матричных процессов (транскрипцию и трансляцию) требуются часы.

33. Нарушение ф-ций эндокринной системы. Заместительная терапия при гипоф-ции гормонов

Эндокримнная системма -- система регуляции деятельности внутренних органов посредством гормонов, выделяемых эндокринными клетками непосредственно в кровь, либо диффундирующих через межклеточное пространство в соседние клетки.

К железам внутренней секреции относятся: Щитовидная железа; Паращитовидные железы; Вилочковая железа (тимус); Надпочечники; Параганглии; Половые железы -- яички и яичники; Инкреторная часть поджелудочной железы.; Гипоталамо-гипофизарная система (гипоталамус, гипофиз); Эпифиз.

Внутренняя секреция играет основную роль в регуляции процессов обмена веществ, роста, умственного, физического и полового развития, процессах приспособления организма к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды, а также в реакциях организма на стресс. Гормоны участвуют в поддержании постоянства внутренней среды.

Среди самых частых эндокринных заболеваний можно назвать:

* сахарный диабет - связан с недостаточной продукцией инсулина или нечувствительностью к нему тканей;

* несахарный диабет - развивается при недостаточной выработке гормона вазопрессина;

* гипотиреоз - характеризуется дефицитом гормонов щитовидной железы; у взрослых проявляется вялостью и прибавкой массы тела;

* тиреотоксикоз - связан с избыточной продукцией гормонов щитовидной железы; симптомы включают учащенное сердцебиение и тремор (дрожь);

* синдром Кушинга - развивается при избытке глюкокортикоидов (гормонов надпочечников); симптомы включают ожирение и повышение артериального давления;

* акромегалия и гигантизм - наблюдаются, главным образом, при опухоли гипофиза.

Гормонамльные препарамты ? это ЛС, кот. Сод-ат гормоны или гормоноиды, которые проявляют фармакологические эффекты подобно гормонам. Их применяют в виде таких препаратов: экстракты гормонов, полученные с эндокринных желёз забойных животных (адреналин, инсулин); синтетические гормоны, которые полностью соответствуют структуре естественных и действуют аналогично им; синтетические соединения, которые не идентичны по химическому строению естественным гормонам, но проявляют выраженное гормональное действие; фитогормоны -- растительные препараты, которые проявляют горм-ю активность при введении в организм животных. Горм-ые препараты нетоксичны, но имеют выраженное поб-ое действие. Оно проявляется от частоты введения препарата, при длительном применении гормона. Даже в малых дозах сущ-но изменяют протекание многих физиол-х процессов -- одни активизируют их, другие -- угнетают.

34. Строение, биосинтез и метаболизм гормонов щитовидной железы, влияние на обмен веществ. Нарушение гормональной ф-ции

В щитовидной железе синтезируются гормоны, которые являются йодированными производными тирозина (йодтиронины). К ним относятся трийодтиронин (трийодтиронин, Т₃) и тироксин (тетрайодтиронин, Т₄).

Т3 и Т4 образуются из АК - тирозина.

Биосинтез йодтиронинов

Синтез йодтиронинов происходит в составе белка - тиреоглобулина, который находится в фолликулах щитовидной железы. Тиреоглобулин представляет собой гликопротеин, содержащий 115 остатков тирозина. После синтеза в клетках щитовидной железы тиреоглобулин поступает во внеклеточный коллоид, где происходит йодирование тирозина и образование йодтиронинов - Монойодтирозины (МИТ) и дийодтирозины (ДИТ). Две молекулы ДИТ образуют тироксин. МИТ и ДИТ образуют трийодтиронин. Т₄ в клетках щитовидной железы образуется в сутки в 20 раз больше, чем Т_3, но эта форма также может синтезироваться из Т₄ в периферических тканях. Эти гормоны поступают в кровь и связываются с тироксинсвязывающим глобулином - основным транспортным белком для йодтиронинов.

Регуляция синтеза и секреции йодтиронинов происходит по принципу обратной связи. Снижение уровня тиреоидных гормонв в крови приводит к повышению секреции тиреолиберина и ТТГ. Рецепторы к тиреоидным гормонам на поверхности клеток. Эти гормоны действуют по механизму действия липофильных сигнальных молекул.

Влияние на метаболические процессы

В физиологической концентрации йодтиронины усиливают биосинтез белков, но в высокой концентрации проявляется их катаболический эффект в отношении синтеза белков.

В печени под влиянием данных гормонов происходит увеличение скорости распада глюкозы, мобилизации гликогена.

В печени жировой ткани гормоны стимулируют липолиз.

Под влиянием гормонов щитовидной железы происходит увеличение активности Na⁺, K⁺ - АТФ-азы, что ведет к уменьшению АТФ в клетке и, следовательно, к повышению поглощения клетками кислорода.

В нормальной концентрации йодтиронины стимулируют процессы роста и клеточной дифференцировки. Также трийодтиронин ускоряет транскрипцию гена гормона роста.

Нарушения секреции тиреоидных гормонов

Гипосекреция. В детском возрасте снижение секреции приводит к задержке физического и умственного развития (кретинизм).

У взрослых тяжелым проявлением недостатка гормонов щитовидной железы является микседема. В этом случае происходит замедление распада гликозаминогликанов, которые накапливаясь в коже, подкожной клетчатке, голосовых связках, задерживают воду и способствуют развитию слизистого отека кожи, изменению тембра голоса.

Гипотиреоз может возникать также вследствие недостаточного поступления йода в организм. При этом происходит увеличение размеров щитовидной железы (эндемический зоб).

Гиперсекреция. Диффузный токсический зоб (базедова болезнь) наиболее распространенное заболевание, сопровождающееся повышенной продукцией йодтиронинов. При этом заболевании размеры щитовидной железы увеличены и развивается тиреотоксикоз. Тиреотоксикоз проявляется повышенной возбудимостью, снижением массы тела, повышением температуры тела (разобщение окисления и фосфорилирования), потливостью, экзофтальм.

35. Общие представления об обмене веществ, анаболизме и катаболизме, их взаимосвязи

Метаболизм - высоко координированную и целенаправленную клеточную активность, обеспеченную участием многих взаимосвязанных ферментативных систем, и включает два неразрывных процесса анаболизм и катаболизм. Он выполняет три специализированные функции: 1. Энергетическая - снабжение клетки химической энергией, 2. Пластическая - синтез макромолекул как строительных блоков, 3. Специфическая - синтез и распад биомолекул, необходимых для выполнения специфических клеточных функций.

Анаболизм - это биосинтез белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот и других макромолекул из малых молекул-предшественников. Поскольку он сопровождается усложнением структуры, то требует затрат энергии (эндергонические реакции). Источником такой энергии является энергия АТФ. Также для биосинтеза некоторых веществ (жирные кислоты, холестерол) требуются богатые энергией атомы водорода - их источником является НАДФН. Молекулы НАДФН образуются в реакциях окисления глюкозо-6-фосфата в пентозном пути и оксалоацетата малик-ферментом. В реакциях анаболизма НАДФН передает свои атомы Н₂ на синтетические реакции и окисляется до НАДФ. Так формируется НАДФ-НАДФН-цикл.

Катаболизм - расщепление и окисление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов. Оно сопровождается высвобождением энергии, заключенной в сложной структуре веществ (экзергонические реакции). Большая часть высвобожденной энергии рассеивается в виде тепла. Меньшая часть этой Е "перехватывается" коферментами окислительных реакций НАД и ФАД, некоторая часть сразу используется для синтеза АТФ. Следует заметить, что атомы водорода, высвобождаемые в реакциях окисления веществ, могут использоваться клеткой только по двум направлениям: 1)на анаболические реакции в составе НАДФН; 2)на образование АТФ в митохондриях при окислении НАДН и ФАДН2 .

Схема. Анаболизм и катаболизм тесно взаимосвязаны

? на уровне субстратов (источников углерода);

? на уровне источников энергии:

катаболизм АТФ анаболизм.

36. Схема катаболизма осн. пищевых веществ. Понятие об общих и специфич. путях катаболизма. (СХЕМУ САМИ РИСУЕМ, тк места нет)

Весь катаболизм условно подразделяется на три этапа:

I этап. Специфический. Происходит в кишечнике (переваривание пищи) или в лизосомах при расщеплении уже ненужных молекул. При этом освобождается около 1% энергии, заключенной в молекуле. Она рассеивается в виде тепла.

II этап. Специфический. Вещества, образованные при внутриклеточном гидролизе или проникающие в клетку из крови, на втором этапе обычно превращаются в пировиноградную кислоту, ацетильную группу (в составе ацетил-S-КоА) и в некоторые другие мелкие органические молекулы. Локализация второго этапа - цитозоль и митохондрии. Часть энергии рассеивается в виде тепла и примерно 13% энергии вещества усваивается, т.е. запасается в виде макроэргических связей АТФ.

III этап. Общий, неспецефический. Все реакции этого этапа идут в митохондриях. Ацетил-SКоА включается в реакции цикла трикарбоновых кислот и окисляется до углекислого газа. Выделенные атомы водорода соединяются с НАД и ФАД и восстанавливают их. После этого НАДН и ФАДН2 переносят водород в цепь дыхательных ферментов, расположенную на внутренней мембране митохондрий. Здесь в результате процесса под названием "окислительное фосфорилирование" образуется вода и главный продукт биологического окисления - АТФ. Часть выделенной на этом этапе энергии молекулы рассеивается в виде тепла и около 46% энергии исходного вещества усваивается, т.е. запасается в связях АТФ и ГТФ.

37. Эндэргонические и экзэргонические р-ции в живой кл. Макроэргич. соединения, типы. Осн. источники энергии клетки

В энергетическом обеспечении клетки важнейшую роль играет адениловая система, которая включает АМФ, АДФ, Н₄Р₂О₇ (пирофосфат), Н₃РО₄ (неорганический фосфат) и цАМФ (циклический АМФ). Вопрос об адениловой системе сводится к процессам распада, синтеза АТФ и ее значению для процессов жизнедеятельности клетки. Главным компонентом адениловой системы клетки является АТФ. Это макроэргическое соединение. Как известно, к макроэргическим относятся соединения, при гидролизе которых высвобождается не менее, чем 5 ккал/моль. В ряду макроэргов клетки АТФ отводится главная роль.

Две фосфоангидридные связи в молекуле АТФ являются макроэргическими. Свободная энергия гидролиза каждой из них равна 7,3 ккал/моль (32 кДж/моль). АТФ обладает высоким потенциалом переноса фосфатных групп на другие вещества (глюкоза, глицерол), тем самым активируя их. АТФ занимает центральное положение в ряду других фосфорилированных соединений клетки и является универсальным макроэргом клетки. Это так называемая клеточная энергетическая валюта.

АТФ используется клетками для процессов биосинтеза (анаболические реакции), активации многих молекул (глюкоза, глицерол), выполнения механической работы, переноса веществ через мембраны, обеспечивает точную передачу генетической информации и др. При этом АТФ может гидролизоваться двумя способами:

1) АТФ + Н₂О = АДФ + неорганический фосфат + энергия (32 кДж\моль);

2) АТФ + Н₂О = АМФ + пирофосфат + энергия (32 кДж\моль).

Синтез АТФ носит название фосфорилирования и описывается уравнением: АДФ + Н₃РО₄ = АТФ + Н₂О. Эта реакция происходит при условии обеспечения энергией в количестве не менее 32 кДж/моль.

Если источником этой энергии является транспорт электронов по дыхательной цепи внутренней мембраны митохондрий, говорят об окислительном фосфорилировании. Это главный путь синтеза АТФ в аэробных клетках.

Если источником энергии является гидролиз макроэргической связи субстрата, говорят о субстратном фосфорилировании, может происходить в анаэробных условиях.

38. Окисление как источник энергии для живой клетки. Понятие об аэробном и анаэробном окислении. Субстратное и окислительное фофолирование

Окисление биологическое- овр, протекающие в клетках организма, в рез. кот. сложные орг. в-ва окисляются при участии специфич. ферментов кислородом, доставляемым кровью. Конечными продуктами био ок. явл. вода и двуокись углерода. Освобождающаяся в процессе био ок. энергия частично выдел. в виде тепла, основная же ее часть идет на образование молекул сложных фосфорорганич. соед. (главным образом аденозинтрифосфата -- АТФ), кот. явл. источниками энергии, необход. для жизнедеят. организма.