ответы. биохимия.. 1 Классификация и строение углеводов. Функции углеводов различных классов
 Скачать 468 Kb.
|
|
17. Биохимическая функция витамина В12 Витаминами B12 называют группу кобальтсодержащих биологически активных веществ, называемых кобаламинами. К ним относят собственно цианокобаламин — продукт, получаемый при химической очистке витамина цианидами, гидроксикобаламин и две коферментные формы витамина B12: метилкобаламин и 5-дезоксиаденозилкобаламин. В более узком смысле витамином B12 называют цианокобаламин, так как именно в этой форме в организм человека поступает основное количество витамина B12, не упуская из вида то, что он не синоним с B12 и несколько других соединений также обладают B12 витаминной активностью. Цианокобаламин лишь один из них. Следовательно, цианокобаламин всегда витамин B12, но не всегда витамин B12 является цианокобаламином. Ковалентная связь C-Co кофермента B12 участвует в двух типах ферментативных реакций: -Реакции переноса атомов, при которых атом водорода переносится непосредственно с одной группы на другую, при этом замещение происходит по алкильной группе, спиртовому атому кислорода или аминогруппе. -Реакции переноса метильной группы (-CH3) между двумя молекулами. В организме человека есть только два фермента с коферментом B12: Метилмалонил-КоА-мутаза, фермент, использующий в качестве кофактора аденозилкобаламин и при помощи реакции, упомянутой выше в п.1, катализирует перестановку атомов в углеродном скелете. В результате реакции из L-метилмалонил-КоА получается сукцинил-КоА. Эта реакция является важным звеном в цепи реакций биологического окисления белков и жиров. 5-метилтетрагидрофолат-гомоцистеин-метилтрансфераза, фермент из группы метилтрансфераз, использующий в качестве кофактора метилкобаламин и при помощи реакции, упомянутой выше в п.2, катализирует превращение аминокислоты гомоцистеина в аминокислоту метионин. 18. Биологическая роль пантотеновой кислоты Пантотеновая кислота, пантотенат (лекарственная форма — пантотенат кальция, витамин B5). Пантотеновая кислота по химической природе является дипептидом и состоит из остатков аминокислоты β-аланина и пантоевой кислоты. Пантотеновая кислота получила свое название от греческого «пантотен», что означает «всюду», из-за чрезвычайно широкого её распространения. Пантотеновая кислота, попадая в организм, превращается в пантетин, который входит в состав кофермента А, который играет важную роль в процессах окисления и ацетилирования. Кофермент А — одно из немногих веществ в организме, участвующее в метаболизме и белков, и жиров, и углеводов. Пантотеновая кислота требуется для обмена жиров, углеводов, аминокислот, синтеза жизненно важных жирных кислот, холестерина, гистамина, ацетилхолина, гемоглобина. Пантотеновая кислота чувствительна к нагреванию, при термической обработке теряется почти 50 % витамина. В клетках животных и растений пантотеновая кислота входит в состав кофермента A (KoA), принимающего участие в важнейших реакциях обмена веществ. Важнейшим свойством витамин пантотеновой кислоты является ее способность стимулировать производство гормонов надпочечников — глюкокортикоидов, что делает его мощным средством для лечения таких заболеваний как артрит, колит, аллергия и болезни сердца. Витамин играет важную роль в формировании антител, способствует усвоению других витаминов, а также принимает участие в синтезе нейротрансмиттеров. Пантотеновая кислота участвует в метаболизме жирных кислот. Она нормализует липидный обмен и активирует окислительно-восстановительные процессы в организме.Пантотеновая кислота оказывает значительное гиполипидемическое действие, обусловленное, по-видимому, ингибированием биосинтеза основных классов липидов, формирующих в печени липопротеины низкой и очень низкой плотности. 19. Биологическая роль рибофлавина Рибофлави́н (лактофлавин, витамин B2) — один из наиболее важных водорастворимых витаминов, кофермент многих биохимических процессов. Рибофлавин является биологически активным веществом, играющим важную роль в поддержании здоровья человека. Биологическая роль рибофлавина определяется вхождением его производных флавинмононуклеотида (FMN) и флавинадениндинуклеотида (FAD) в состав большого числа важнейших оксилительно-восстановительных ферментов в качестве коферментов. Флавиновые ферменты принимают участие в окислении жирных, янтарной и других кислот; инактивируют и окисляют высокотоксичные альдегиды, расщепляют в организме чужеродные D-изомеры аминокислот, образующиеся в результате жизнедеятельности бактерий; участвуют в синтезе коферментных форм витамина B6 и фолацина; поддерживают в восстановленном состоянии глутатион и гемоглобин. В ферментах коферменты функционируют как промежуточные переносчики электронов и протонов, отщепляемых от окисляемого субстрата. 20. Биологическая роль никотинамида Никотинамид — витаминное средство. По строению близок к никотиновой кислоте, химическая формула: C6H6N2O, синоним — витамин РР. Ликвидирует дефицит витамина PP, как и ниацин (никотиновая кислота). Представляет собой важный компонент кодегидрогеназы I (НАД) и II (НАДФ), участвующих в окислительно-восстановительных процессах в клетке. Участвует в метаболизме жиров, протеинов, аминокислот, пуринов, тканевом дыхании, гликогенолизе. Не оказывает выраженного сосудорасширяющего действия, при его применении не наблюдается покраснения кожных покровов и ощущения «прилива» крови к голове. Оказывает противопеллагрическое действие. 21. Биохимические функции тиаминпирофосфата Тиаминпирофосфат (тиаминдифосфат, кокарбоксилаза) — тиаминсодержащий кофермент ряда ферментов окислительного и неокислительного декарбоксилирования α-кетокислот (пировиноградной и а-кетоглютаровой кислот) и обмене α-кетосахаров. Применяется в медицине. В соединении с белком и ионами магния входит в состав фермента карбоксилазы, катализирующей карбоксилирование и декарбоксилирование a-кетокислот (например, в превращении пировиноградной кислоты в ацетилкофермент А). Во всех случаях происходит разрыв С—С связи, смежной с кетогруппой субстрата. Является готовой формой кофермента, образующегося из тиамина в процессе его превращения в организме. Может катализировать некоторые реакции без участия белкового компонента. Реакционным центром в тиамина является углеродный атом в положении 2 тиазольного кольца. Тиазольный фрагмент тиамина является четвертичной тиазолиевой солью, кватернизованной по атому азота. Соли тиазолия, незамещённые в положении 2, способны терять протон с образованием илидов. Такие илиды способны реагировать с карбонильными группами кетокислот и альдегидов с образованием соответствующих 2-тиазолилкарбинолов. Эти соединения являются промежуточными продуктами в различных ферментативных реакциях. Так, например, пировиноградная кислота и другие α-кетокислоты реагируют с тиаминпирофосфатом, образуя соответствующие карбинолы — продукты присоединения, которые затем быстро декарбоксилируются и расщепляются, образуя альдегиды и исходный тиаминпирофосфат. 22. Биохимические функции витамина С Аскорби́новая кислота́ — органическое соединение, родственное глюкозе, является одним из основных веществ в человеческом рационе, которое необходимо для нормального функционирования соединительной и костной ткани. Выполняет биологические функции восстановителя и кофермента некоторых метаболических процессов, является антиоксидантом. Биологически активен только один из изомеров — L-аскорбиновая кислота, который называют витамином C. Образование коллагена, серотонина из триптофана, образование катехоламинов, синтез кортикостероидов. Аскорбиновая кислота также участвует в превращении холестерина в желчные кислоты. Витамин С необходим для детоксикации в гепатоцитах при участии цитохрома P450. Витамин С сам нейтрализует супероксид-анион радикал до перекиси водорода. Восстанавливает кубихинон и витамин Е. Стимулирует синтез интерферона, следовательно, участвует в иммуномодулировании. Переводит трёхвалентное железо в двухвалентное, тем самым способствует его всасыванию. Тормозит гликозилирование гемоглобина, тормозит превращение глюкозы в сорбит. 23. Биологическая роль тетрагидрофолиевой кислоты Тетрагидрофолат — это кофермент, участвующий во многих реакциях, особенно при метаболизме аминокислот и нуклеиновых кислот. Является донором одноуглеродной группы. Получает атом углерода путем образования комплекса с формальдегидом, который образуется в других реакциях. Недостаток тетрагидрофолата вызывает анемию. Концентрация тетрагидрофолата снижается под действием лекарственного препарата (цитостатика) метотрексата, который используют для остановки синтеза нуклеотидов. Непосредственная функция тетрагидрофолиевой кислоты – перенос одноуглеродных фрагментов, которые присоединяются к атомам N5 или N10: формила – в составе N5-формил-ТГФК и N10-формил-ТГФК, метенила – в качестве N5,N10-метенил-ТГФК, метилена – в виде N5,N10-метилен-ТГФК, метила – в форме N5-метил-ТГФК, формимина – в составе N5-формимино-ТГФК. Строение и взаимопревращение активных форм тетрагидрофолиевой кислоты Благодаря способности переносить одноуглеродные фрагменты, витамин: -участвует в синтезе пуриновых оснований и тимидинмонофосфата, и, следовательно, в синтезе ДНК, -участвует в обмене аминокислот – обратимое превращение глицина и серина, синтез метионина из гомоцистеина, -взаимодействует с витамином В12, содействуя выполнению его функций при превращении метионина в гомоцистеин. В кровь из кишечника поставляется только N5-метил-ТГФК и в таком виде она входит в клетку. Благодаря реакции превращения гомоцистеина в метионин метилированная форма ТГФК в клетке способна переходить в свободную ТГФК, которая уже может участвовать в других реакциях обмена. При дефиците витамина В12 данная реакция нарушается и возникает внутриклеточный дефицит витамина, хотя в крови его (в виде метил-ТГФК) может быть много. Такое явление получило название "ловушка для фолата". 24. Биологическая роль витамина Д Витамин D участвует в регуляции размножения клеток органов и тканей организма, регулирует обменные процессы в организме, стимулирует синтез ряда гормонов, играет важную роль в поддержании активности сердечно-сосудистой системы, печени, поджелудочной железы, желудочно-кишечного тракта. Метаболиты витамина D регулируют транспорт кальция в организме, оказывая важнейшее влияние на формирование и поддержание костной ткани. Витамин D регулирует также усвоение фосфора, уровень содержания кальция и фосфора в крови и поступление их в костную ткань и зубы. Вместе с витамином A и кальцием или фосфором защищает организм от простуды, диабета, глазных и кожных заболеваний. Он также способствует предотвращению зубного кариеса и патологий дёсен, помогает бороться с остеопорозом и ускоряет заживление переломов. Биохимические функции витамина D: 1. Увеличение концентрации кальция и фосфатов в плазме крови. -Для этого кальцитриол: стимулирует всасывание ионов Ca2+ и фосфат-ионов в тонком кишечнике (главная функция), -стимулирует реабсорбцию ионов Ca2+ и фосфат-ионов в проксимальных почечных канальцах. 2. В костной ткани роль витамина D двояка: -стимулирует выход ионов Ca2+ из костной ткани, так как способствует дифференцировке моноцитов и макрофагов в остеокласты и снижению синтеза коллагена I типа остеобластами, -повышает минерализацию костного матрикса, так как увеличивает производство лимонной кислоты, образующей здесь нерастворимые соли с кальцием. 3. Участие в реакциях иммунитета, в частности в стимуляции легочных макрофагов и в выработке ими азотсодержащих свободных радикалов, губительных, в том числе, для микобактерий туберкулеза. 4. Подавляет секрецию паратиреоидного гормона через повышение концентрации кальция в крови, но усиливает его эффект на реабсорбцию кальция в почках. 25. Биологическая роль витамина А Витамин А ( ретинол,) относится к группе жирорастворимых витаминов. С пищей в организм человека поступает как истинный витамин А ( ретинол), так и вещества схожие с ним по строению – каротиноиды (провитамины А). Наибольшее содержание ретинола в рыбьем жире ( 19 мг%), печени морских рыб ( 14 мг%), печени крупного рогатого скота и свиньи, сливочном масле, сметане, желтке яиц . Каратиноиды содержатся в пальмовом масле ( 80 мг%), облепиховом масле( 40 мг%), моркови, красном перце, томатах, плодах шиповника, персиках, абрикосах, яблоках, арбузе, черешне. Ретинол как химическое вещество нестабилен. В организме синтезируется из бета-каротина, который считается растительной формой витамина А. Для усвоения ретинола пищеварительным трактом нужны жиры и минеральные вещества. 25.Биологическая роль витамина А 1. Антиоксидантная функция: нейтрализация свободных кислородных радикалов, препятствует повторному появлению (рецидиву) опухолей после операций. 2. Регуляция генетических функций: повышение чувствительности клеток к ростовым стимулам, что обеспечивает нормальный рост клеток эмбриона и молодого организма, регуляцию деления и дифференцировку быстроделящихся клеток, таких как клетки плаценты, костной ткани, хряща, эпителия кожи, сперматогенного эпителия, слизистых, иммунной системы. Все эти функции обеспечивают нормальное функционирование иммунной системы, повышают барьерную функцию слизистых оболочек, восстановление повреждённых эпителиальных тканей, стимулирует синтез коллагена, снижает опасность инфекций. 3.Участие в зрительных фотохимических процессах. 4.Участие в синтезе стероидных гормонов, сперматогенезе, является антагонистом тироксина- гормона щитовидной железы. 5.Специфическими функциями обладают отдельные каратиноиды: а) b- каротин особенно необходим для нейтрализации свободных радикалов полиненасыщенных жирных кислот и радикалов кислорода, обладает защитным действием у больных атеросклерозом, стенокардией, повышая содержание в крови липопротеидов высокой плотности, обладающих антиатерогенным действием ( препятствует формированию атеросклеротических бляшек). б) лютеин и зеаксетин - способствуют предупреждению катаракты, снижают риск дегенерации жёлтого пятна. 26. Биологическая роль витамина Е Витамин Е ( токоферол, антистерильный) относится к группе жирорастворимых витаминов. Витамин Е общее название для группы веществ - токоферолов и токотриенолов. Название "токоферол" произошло от греческого "tokos" – потомство и "phero"- несу, что подчёркивает важную роль витамина в репродукции человека. Витамин Е содержится в растительных маслах, пророщенных зёрнах пшеницы, зелени, бобовых, сливочном масле, печени, яйцах, мясе. Биологическая роль витамина Е 1.Витамин встраивается в фосфолипидный бислой мембраны клеток и выполняет антиоксидантную функцию, препятствуя перекисному окислению липидов. Особенно данная функция важна в быстроделящихся клетках, таких как эпителий, слизистые оболочки, клетки эмбриона, в сперматогенезе. 2. Снижает дегенерацию клеток нервной ткани. 3. Известно положительное влияние витамина Е на состояние сосудистой стенки, снижение тромбообразования. 4. Витамин Е защищает витамин А от окисления 5. Местное применение кремов с витамином Е улучшает состояние кожи, предотвращает старение клеток, способствует заживлению повреждённых участков. 27. Биологическая роль витамина К Витамины К (нафтохинон). Витамин К существует в нескольких формах в растениях как филлохинон (К1), в клетках кишечной флоры как менахинон (К2). Источники витамина К - растительные (капуста, шпинат, корнеплоды и фрукты) и животные (печень) продукты. Кроме того, он синтезируется микрофлорой кишечника. Обычно авитаминоз К развивается вследствие нарушения всасывания витамина К в кишечнике, а не в результате его отсутствия в пище. Биологическая функция витамина К связана с его участием в процессе свёртывания крови. Он участвует в активации факторов свёртывания крови: протромбина (фактор II), проконвертина (фактор VII), фактора Кристмаса (фактор IX) и фактора Стюарта (фактор X). Эти белковые факторы синтезируются как неактивные предшественники. Один из этапов активации - их карбокси-лирование по остаткам глутаминовой кислоты с образованием у-карбоксиглутаминовой кислоты, необходимой для связывания ионов кальция. Витамин К участвует в реакциях карбоксилирования в качестве кофермента. 28. Механизм ферментного катализа Механизм действия ферментов сложен и до сих пор полностью не понят. Важнейшие особенности процесса, катализируемого ферментом, можно представить в виде следующих последовательных этапов: 1. Фермент (enzyme, E) соединяется с субстратом (S), т. е. с веществом, на которое он действует: E + S=E—S. Как показывают стрелки, эта реакция обратима. 2. В результате этого соединения возникает E-S, фермент-субстратный комплекс. 3. После соединения с ферментом субстрат активируется, в результате чего входящие в молекулу субстрата атомы и электроны легко перестраиваются, что приводит к образованию продукта этой реакции (Р): E-S=>E-P. 4. Этот комплекс затем подвергается диссоциации, освобождая продукт реакции и свободный фермент: Е-Р=>Е + Р. Следует отметить, что в ходе реакции химические превращения претерпевает только субстрат; фермент, который действовал лишь в качестве катализатора, остается неизменным. Такой неизменный фермент может реагировать вновь и вновь с другими молекулами субстрата. Поскольку эти реакции протекают очень быстро, небольшое количество фермента катализирует превращение значительных количеств субстрата в продукт реакции за короткое время. В принципе все ферментативные реакции в какой-то мере обратимы, т. е. фермент способен реагировать с продуктом катализируемой им реакции, образуя субстрат. Скорость этой обратной реакции в организме зависит от концентраций участвующих в ней веществ. Накопление продукта может настолько замедлить прямую реакцию, что начнет преобладать обратная. Однако, если продукт реакции обладает значительно меньшим запасом энергии, чем субстрат, обратная реакция становится совершенно невозможной, поскольку она соответствовала бы движению системы вверх по термодинамической лестнице (против градиента энергии). Такие реакции называют необратимыми. В этих случаях обратное превращение продукта реакции в субстрат требует участия другого фермента, который катализировал бы эту обратную реакцию. Фактически в образовании комплекса с субстратом участвует лишь определенная область поверхности молекулы фермента — активный центр. Последний состоит либо из нескольких аминокислот, расположенных последовательно в полипептидной цепи, либо образуется в результате взаимодействия аминокислот, удаленных друг от друга в полипептидной цепи. В последнем случае молекула фермента в активной конфигурации сложена таким образом, чтобы сблизить между собой аминокислоты, принимающие непосредственное участие в построении активного центра. Помимо аминокислотных остатков, активный центр фермента содержит обычно небелковую простетическую группу. Последняя представляет собой либо молекулу органического соединения, либо неорганический атом (обычно атом металла). Простетическая группа играет важную роль в действии фермента, облегчая его связывание с субстратом или осуществляя перенос электронов, атомов или ионов между субстратом и продуктом реакции. В организме простетическая группа прочно связана с ферментом. Когда фермент выделяют из ткани и подвергают очистке, простетическая группа остается с ним связанной. Если простетическую группу отделяют при помощи жестких методов от исходного фермента, или холофермента, то остающийся белок лишается каталитической активности (апофермент). 29. Строение и классификация ферментов Функции ферментов Ферменты присутствуют во всех живых клетках и способствуют превращению одних веществ (субстратов) в другие (продукты). Ферменты выступают в роли катализаторов практически во всех биохимических реакциях, протекающих в живых организмах — ими катализируется более 4000 разных биохимических реакций. Ферменты играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности, направляя и регулируя обмен веществ организма. Подобно всем катализаторам, ферменты ускоряют как прямую, так и обратную реакцию, понижая энергию активации процесса. Химическое равновесие при этом не смещается ни в прямую, ни в обратную сторону. Отличительной особенностью ферментов по сравнению с небелковыми катализаторами является их высокая специфичность. Эффективность ферментов значительно выше эффективности небелковых катализаторов — ферменты ускоряют реакцию в миллионы и миллиарды раз, небелковые катализаторы — в сотни и тысячи раз. Классификация ферментов По типу катализируемых реакций ферменты подразделяются на 6 классов согласно иерархической классификации ферментов. Классификация была предложена Международным союзом биохимии и молекулярной биологии. Каждый класс содержит подклассы, так что фермент описывается совокупностью четырёх чисел, разделённых точками. Например, пепсин имеет название ЕС 3.4.23.1. Первое число грубо описывает механизм реакции, катализируемой ферментом: КФ 1: Оксидоредуктазы, катализирующие окисление или восстановление. Пример: каталаза, алкогольдегидрогеназа. КФ 2: Трансферазы, катализирующие перенос химических групп с одной молекулы субстрата на другую. Среди трансфераз особо выделяют киназы, переносящие фосфатную группу, как правило, с молекулы АТФ. КФ 3: Гидролазы, катализирующие гидролиз химических связей. Пример: эстеразы, пепсин, трипсин, амилаза, липопротеинлипаза. КФ 4: Лиазы, катализирующие разрыв химических связей без гидролиза с образованием двойной связи в одном из продуктов. КФ 5: Изомеразы, катализирующие структурные или геометрические изменения в молекуле субстрата. КФ 6: Лигазы, катализирующие образование химических связей между субстратами за счёт гидролиза АТФ. Пример: ДНК-полимераза. Будучи катализаторами, ферменты ускоряют как прямую, так и обратную реакции, поэтому, например, лиазы способны катализировать и обратную реакцию — присоединение по двойным связям. 30. Конкурентное и неконкурентное ингибирование ферментов Конкурентное ингибирование В этом случае ингибитор связывается в активном центре фермента и конкурирует за него с субстратом. Таким образом, конкурентный ингибитор не связывается с фермент-субстратным комплексом. Конкурентный ингибитор обычно структурно схож с субстратом, однако фермент не способен катализировать реакцию в присутствии ингибитора из-за отсутствия у последнего необходимых функциональных групп. Видно, что при конкурентном ингибировании максимальная скорость реакции не меняется. Неконкурентное ингибирование Неконкурентный ингибитор не мешает связыванию субстрата с ферментом. Он способен присоединяться как к свободному ферменту, так и к фермент-субстратному комплексу с одинаковой эффективностью. Ингибитор вызывает такие конформационные изменения, которые не позволяют ферменту превращать субстрат в продукт, но не влияют на сродство фермента к субстрату. Бесконкурентное ингибирование При бесконкурентном ингибировании ингибитор связывается только с фермент-субстратным комплексом, но не со свободным ферментом. Субстрат, связываясь с ферментом, изменяет его конформацию, что делает возможным связывание с ингибитором. Ингибитор, в свою очередь, так меняет конформацию фермента, что катализ становится невозможным. 31. Особенности биологического катализа КАТАЛИЗ (от греческого katalysis - разрушение), ускорение химической реакции в присутствии вещества - катализатора, который взаимодействует с реагентами, но в реакции не расходуется и не входит в состав конечных продуктов. Использование катализаторов позволяет проводить химические процессы при небольших температурах с предпочтительным образованием одного продукта из нескольких возможных. Каталитическими процессами являются производство аммиака, серной кислоты, многих полимеров и др. Многие процессы в живых организмах ускоряются катализаторами - ферментами. Биокатализ [греч. bio(s) — жизнь иkatalysis — разрушение] — ускорение с помощью ферментов химических реакций, протекающих в живых организмах. Б. — процесс высокоэффективный, специфичный и, в отличие от химического катализа, происходит в более «мягких» условиях, т. е. условиях, свойственных живому организму (температуре, давление, реакции среды и т. д.). Одну из ведущих ролей Б. в промышленности занимают процессы окислительной биотрансформации органических соединений, в том числе углеводородного сырья. Являясь катализаторами, ферменты имеют ряд общих с небиологическими катализаторами свойств: 1. Ферменты не входят в состав конечных продуктов реакции и выходят из нее, как правило, в первоначальном виде, т.е. они не расходуются в процессе катализа. 2. Ферменты не могут возбудить те реакции, протекание которых противоречит законам термодинамики, они ускоряют только те реакции,которые могут протекать и без них. 3. Ферменты не смещают положения равновесия, а лишь ускоряют его достижение. Биологический катализ имеет некоторые специфические свойства: 1. По своему химическому строению все ферменты являются белками. 2. Эффективность ферментов намного выше, чем небиологических катализаторов (скорость протекания реакции при участии фермента выше на несколько порядков). 3. Ферменты обладают узкой специфичностью, избирательностью действия на субстраты, т.е. на вещества, превращение которых они катализируют. 4. Регулируемость ферментов как биокатализаторов. 5. Термолабильность ферментов. Скорость химических реакций зависит от температуры, поэтому катализируемые ферментами реакции также чувствительны к изменениям температуры. Однако вследствие белковой природы фермента тепловая денатурация при повышении температуры будет снижать эффективную концентрацию фермента с соответствующим снижением скорости реакции 32. Классификация гормонов Роль гормонов в регуляции метаболизма По химическому строению известные гормоны позвоночных делят на основные классы: -Стероиды -Производные полиеновых (полиненасыщенных) жирных кислот -Производные аминокислот -Белково-пептидные соединения Структура гормонов позвоночных животных, точнее её основы, встречается у беспозвоночных, растений и одноклеточных организмов. По-видимому, структура гормонов возникла 3,5 млрд лет назад, но приобрела гормональные функции лишь в последние 500 млн лет в филогенезе животного мира. При этом в процессе эволюции изменилась не только структура, но и функции гормональных соединений. Наибольшему изменению подверглось химическое строение белково-пептидных гормонов. В большинстве случаев, гомологичный гормон высших позвоночных обладает способностью воспроизводить физиологические эффекты у низших позвоночных, однако обратная картина наблюдается значительно реже. Стероидные гормоны Гормоны этого класса — полициклические химические соединения липидной природы, в основе структуры которых находится стерановое ядро (циклопентанпергидрофенантрен), конденсированное из трёх насыщенных шестичленных колец и одного насыщенного пятичленного кольца (D). Стерановое ядро обусловливает общность (единство) полиморфного класса стероидных гормонов, а сочетание относительно небольших модификаций стеранового скелета определяет расхождение свойств гормонов этого класса. Механизм действия. Стероидные гормоны, проникнув в клетку, связываются с цитоплазматич. рецепторами, образовавшийся комплекс транспортируется в ядро, где он связывается с белками хроматина и регулирует транскрипцию определенных генов. Гормоны щитовидной железы также действуют непосредственно на ядро, но, в отличие от стероидных, после проникания в клетку сразу связываются с ядерными рецепторами. Все остальные гормоны взаимод. с рецепторами, находящимися на клеточной поверхности. Действие подавляющего большинства этих гормонов опосредовано изменением в клетке концентрации циклич. 3',5'-аденозинмонофосфата (ц-АМФ). Связывание гормонов с-рецептором, находящимся на клеточной пов-сти, вызывает активацию фермента аденилатциклазы, катализирующего превращение АТФ в ц-АМФ; последний взаимод. с регуляторной субъединицей фермента протеинкиназы и вызывает ее отщепление от каталитич. субъединицы. Освободившаяся субъединица протеинкиназы катализирует фосфорилирование ряда белков, в результате чего изменяются конформация нёк-рых структурных белков и активность мн. ферментов. Для некоторыхрых пептидных гормонов (инсулина, пролактина, соматотропина) механизм действия еще не расшифрован, но, повидимому, они также взаимод. с рецепторами, находящимися на клеточной пов-сти, вызывая образование посредников. 33.Гормоны надпочечеников и их биохимические функции Надпочечники — это полностью эндокринная железа. В железах не накапливаются уже готовые гормоны надпочечников, как это бывает у щитовидной железы, а вырабатываются сразу в кровь. Кора надпочечников В коре надпочечников вырабатываются более 50 различных стероидных гормонов надпочечников. Кора надпочечников — это единственный в организме источник: глюкокортикоидов и минералокортикоидов важнейший источник андрогенов у женщин играет значительную роль в продукции эстрогенов и прогестинов Кору надпочечников разделяют на 3 зоны: -клубочковая зона: находится непосредственно под капсулой и синтезирует альдостерон — минералокортикоид. -пучковая зона: прилежит к клубочковой зоне и синтезирует глюкокортикоиды, основной из них — кортизол. -сетчатая зона: самая внутренняя зона, которая синтезирует в основном андрогены. Все три зоны таким образом синтезируют разные группы гормонов, которые обладают различными эффектами. -Стероидные гормоны надпочечников синтезируются из холестерина. Это их основной субстрат. Посредством различных ферментов один и тот же холестерин превращается и а альдостерон и в кортизол и в андрогены. -Синтез глюкокортикоидов и андрогенов регулируется уровнем АКТГ (адренокортикотропный гормон). АКТГ — это гормон передней доли гипофиза. -Секреция альдостерона не зависит от уровня АКТГ, а зависит от работы системы ренин-ангиотензин-альдостерон. Поэтому при снижении секреции АКТГ гипофизом атрофии этой зоны не происходит. А надпочечниковая недостаточность, вызванная заболеванием гипофиза, протекает более в мягкой форме, чем надпочечниковая недостаточность, вызванная поражением всей коры надпочечников. Кора надпочечников является жизненно важным органом. Функции надпочечников определяется эфектами их горомнов. Глюкокортикоидные гормоны надпочечников Глюкокортикоидные гормоны надпочечников получили свое название из-за своей способности регулировать углеводный обмен, но это не едиииииственная функция этих гормонов. Глюкокортикоидные гормоны надпочечников очень важны для поддержания многих жизненно важных функций,в особенности обеспечение адаптации организма к стрессам внешней среды, начиная от инфекций и травм до эмоциональных стрессов. Основным глюкокортикоидным гормоном надпочечника является кортизол. Кортизол вырабатывается не регулярно. Он имеет циркадный ритм секреции, т.е. максимальная секреция отмечается в утренние часы, а минимальная секреция отмечается в вечернее время. Биологические эффекты глюкокортикоидов: -Действие на углеводный обмен противоположно действию инслина. При избытке гормона может повышать уровень сахара в крови и вызывать стероидный сахарный диабет. При недостатке наоборот снижается продукция глюкозы и увеличивается чувствительность к инсулину, что может привести к гипогликемии. -Воздействие на жировой обмен характеризуется распадом жиров при избытке этих гормонов. -глюкокортикоидные гормоны надпочечников, действуя на белковый обмен, вызывают распад белков. Это проявляется появлением стрий (растяжек), которые имеют характерную багрово-цианотичную окраску, слабость мышц, истончение конечностей. -воздействие на водно-солевой обмен характеризуется задержкой жидкости в организме и потерей калия, что проявляется повышением артериального давления, мышечной слабостью и миокардиодистрофией. Минералокортикоидные гормоны надпочечников Минералокортикоиды — это гормоны надпочечников, которые способны регулировать минеральный обмен, т.е. обмен солей. Главный представитель этих гормонов — альдостерон. Основной функцией альдостерона является задержка жидкости в организме и поддержание нормальной осмолярности внутренней среды. 34. Гормоны гипофиза и их биологическая роль Передняя доля гипофиза вырабатывает белковые гормоны, шесть из которых выделены в химически чистом виде. Их строение в настоящее время полностью расшифровано. -Гормон роста. На рост организма влияют многие гормоны, но наиболее важную роль в этом сложном процессе играет именно гипофизарный гормон роста (соматотропин). После удаления гипофиза рост практически прекращается. Введение этого гормона молодым животным ускоряет рост, а у взрослых может приводить к его возобновлению, причем исследование обмена веществ в этих случаях всегда выявляет снижение экскреции (выведения) азота из организма. Задержка азота – необходимый признак истинного роста, свидетельствующий о том, что действительно происходит образование новых тканей, а не просто увеличение массы тела за счет накопления жира или воды. Другие нарушения функции гипофиза могут сопровождаться избыточным выделением гормона роста, порождающим гигантизм. -Лактогенный гормон гипофиза (пролактин) стимулирует лактацию – образование молока в молочных железах. Стойкая лактация в сочетании с аменореей (аномальным отсутствием или подавлением менструальных выделений) может возникать при опухоли гипофиза. Это расстройство бывает также связано с нарушениями секреторной активности гипоталамуса, в норме подавляющей высвобождение пролактина. Пролактин присутствует в гипофизе особей не только женского, но и мужского пола, причем не только у млекопитающих, но и у низших позвоночных. У некоторых птиц пролактин стимулирует развитие зобного мешка. У рыб пролактин участвует в регуляции осмотического давления крови. -Тиреотропный гормон гипофиза (тиреотропин) стимулирует рост щитовидной железы и ее секреторную активность. После удаления гипофиза функция щитовидной железы полностью прекращается и она уменьшается в размерах. Введение тиреотропина может вызвать избыточную активность щитовидной железы. Таким образом, нарушения ее функции могут быть следствием не только заболеваний самой железы, но и патологических процессов в гипофизе и соответственно требуют разного лечения. -Адренокортикотропный гормон гипофиза (АКТГ, кортикотропин) стимулирует кору надпочечников. Функция коры надпочечников в отсутствие АКТГ прекращается не полностью. Когда стимуляция со стороны гипофиза отсутствует, кора надпочечников сохраняет способность секретировать необходимый для жизни гормон альдостерон, который регулирует содержание натрия и калия в организме. Однако без АКТГ надпочечники вырабатывают недостаточное количество другого жизненно важного гормона, кортизола, и теряют способность усиливать при необходимости его секрецию. -Гонадотропные гормоны (гонадотропины). Передняя доля гипофиза секретирует два гонадотропных гормона. Один из них, фолликулостимулирующий гормон, стимулирует развитие яйцеклеток в яичниках и сперматозоидов в семенниках. Второй называется лютеинизирующим гормоном. Регуляция метаболизма. Гормоны, секретируемые передней долей гипофиза, необходимы для надлежащего использования в организме углеводов, поступающих с пищей; кроме того, они выполняют и другие важные функции в обмене веществ. Особая роль в регуляции метаболизма принадлежит, по-видимому, гормону роста и адренокортикотропному гормону, которые функционально тесно связаны с гормоном поджелудочной железы, инсулином. Хорошо известно, что в отсутствие инсулина развивается хроническое заболевание – сахарный диабет. При одновременном удалении поджелудочной железы и гипофиза большинство симптомов диабета отсутствует. Промежуточная доля гипофиза секретирует меланоцит-стимулирующий гормон (МСГ, интермедин), который увеличивает размеры некоторых пигментных клеток в коже низших позвоночных. Задняя доля гипофиза содержит два гормона, причем оба вырабатываются в гипоталамусе, а оттуда поступают в гипофиз. Один из них, окситоцин, – наиболее активный из присутствующих в организме факторов, вызывающий такие же сильные сокращения матки, как при родах. Этот гормон иногда применяют в акушерстве для стимуляции затянувшихся родов, но значение его нормальных концентраций в родовой деятельности не установлено. Окситоцин вызывает также сокращения мышечных стенок желчного пузыря, кишечника, мочеточников и мочевого пузыря. Второй гормон, вазопрессин, при введении в организм вызывает многочисленные эффекты, в том числе повышение кровяного давления вследствие сужения сосудов и уменьшение диуреза (выведения мочи). Однако в нормальных условиях он оказывает в организме лишь одно известное действие – регулирует количество воды, выделяющееся через почки. 35. Биологическая роль половых гормонов Половые гормоны, стероидные гормоны, образующиеся в половых железах и регулирующие половую дифференциацию и процесс полового размножения у позвоночных животных и человека. Хотя сам пол детерминируется генетически, эти процессы регулируются сложной и взаимосвязанной системой, в которую у млекопитающих, помимо П. г., входят также вырабатываемые в гипофизе гона-дотропные гормоны [лютеинизирующий гормон (ЛГ), фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), пролактин] и адренокортикотропный гормон; Мужские П. г. (андрогены), основной представитель — тестостерон. Женские П. г. синтезируются в яичниках и подразделяются на эстрогены и гестагены, или прогестины . Часть П. г. синтезируется в коре надпочечников, а при беременности — и в плаценте. Эстрогены образуются и у мужских, а андрогены — у женских особей, поэтому дифференциация половых признаков у каждого пола зависит в первую очередь от количеств. соотношения П. г. того и др. типа. Биосинтез стероидных П. г. осуществляется в основном из холестерина (у насекомых этот процесс заблокирован из-за их неспособности синтезировать холестерин). Этапы их биосинтеза в семенниках и яичниках вплоть до стадии образования прогестерона совпадают. Во взрослом организме роль П. г. состоит в обеспечении репродуктивной функции. Стероидные П. г. контролируют развитие вторичных половых признаков; взаимодействие эстрогенов и гестагенов подготовляет матку к имплантации оплодотворённой яйцеклетки и обеспечивает затем сохранение беременности и своевременные роды. Секреция андрогенов у взрослых мужских особей происходит равномерно, а секреция эстрогенов и гестагенов у женских особей колеблется на протяжении полового цикла. Биосинтез женских П. г. резко увеличивается во время беременности, когда они образуются и в плаценте. Биохимический механизм действия стероидных П. г. заключается в их связывании со специфическими рецепторами в клетках зависимых от них тканей и последующей активации биосинтеза соответствующих ферментов. П. г. существенно влияют на функции не только репродуктивной, но и др. систем организма. В медицине П. г. применяются как для заместительной терапии эндокринных заболеваний, так и при лечении акушерско-гинекологических болезней и в качестве противоопухолевых средств при новообразованиях предстательной и молочных желёз. 36. Биологическая роль гормонов коры надпочечников В коре надпочечника вырабатываются гормоны, называемые кортикостероидами или кортикоидами. Они разделяются на две основные группы: -глюкокортикоиды(принимают активное участие в самых разнообразных реакциях обмена веществ. Они препятствуют развитию воспалительного процесса, вызывают инволюцию лимфатических узлов и вилочковой железы, снижают уровень лимфоцитов в крови.), выделяемые пучковой и сетчатой зонами. -минералокортикоиды(отвечают за регуляцию электролитного баланса, они стимулируют выведение из клеток ионов кальция и удержание ионов натрия.), образующиеся в наружной клубочковой зоне. Кроме того, в коре надпочечника, главным образом в сетчатой зоне, секретируются небольшие количества половых стероидов, главным образом андрогенов. Состав секретируемых кортикостероидов различается у разных животных; у человека только три кортикоида секретируются в виде гормонов: кортизол, альдостерон и в меньшей степени кортикостерон. В крови гормоны находятся в связанном состоянии с белком-носителем . 37. Биологическая роль гормонов поджелудочной железы Гормоны поджелудочной железы Поджелудочная железа является органом смешанной секреции. С одной стороны, она вырабатывает пищеварительные ферменты, которые по специальным каналам поступают в двенадцатиперстную кишку, при этом они находятся в неактивном состоянии. С другой стороны, ее клетки синтезируют ряд гормонов, предназначенных для регуляции работы внутренних органов. Ответственны за синтез этих соединений особые клеточные скопления. Они рассредоточены по всему телу железы и не имеют специальных выводных путей. Их секрет поступает непосредственно в кровь и доставляется к органам-мишеням. Основными гормонами поджелудочной железы являются следующие соединения: -Инсулин -Глюкагон -С-пептид За синтез инсулина отвечают бета-клетки островков Лангерганса, его основная функция в организме состоит в понижении уровня сахара в крови. Это достигается с помощью одновременного действия по трем направлениям. Инсулин приостанавливает образование глюкозы в печени и повышает количество сахара, который усваивается тканями организма за счет увеличения проницаемости клеточных мембран. В то же время он тормозит распад глюкагона, ведь тот является полимерной цепочкой, состоящей из молекул глюкозы, и может быть использован для увеличения ее концентрации в крови. Под действием ряда факторов в организме возникает недостаток инсулина, ведущий к развитию сахарного диабета. Выработкой глюкагона занимаются альфа-клетки островков Лангерганса, он отвечает за увеличение концентрации глюкозы в кровяном русле. Это достигается путем стимулирования ее образования в печени. Кроме того, он способствует расщепление липидов в жировой ткани. Таким образом, два описанных выше гормона поджелудочной железы выполняют противоположные функции. С-пептид, строго говоря, не является гормоном поджелудочной железы. Он представляет собой часть молекулы проинсулина, которая отделяется от нее в процессе синтеза и оказывается в кровяном русле. Поэтому количество С-пептида в сыворотке крови эквивалентно количеству инсулина, которое секретируется поджелудочной железой. Этот показатель более точен, ведь белковый фрагмент не обладает биологической активностью и не вступает в химические реакции. 38. Гормоны щитовидной железы и их влияние на метаболизм Основные два гормона которые вырабатывает щитовидная железа – трийодтиронин (в его составе три молекулы йода) и тетрайодтиронин или тироксин (содержит четыре молекулы йода). Сокращенно гормоны щитовидной железы обозначают как Т3 и Т4. В клетках и тканях организма Т4 постепенно превращается в Т3, который является главным биологически активным гормоном, непосредственно влияющим на обмен веществ. Образование гормонов щитовидной железы связано со специфическим белком тиреоглобулином. Тиреоглобулин служит запасной формой тиреоидных гормонов и расположен внутри коллоида. В приготовлении гормонов щитовидной железы необходимы два обязательных компонента - йод и незаменимая аминокислота тирозин. Для образования одной молекулы Т4 нужны четыре молекулы йода, а для Т3 - всего три. Без йода синтез гормонов прекращается полностью. Тирозин поступает в организм с пищей, он предшественник в образовании не только гормонов щитовидной железы, но и адреналина, меланина, дофамина. В процессе синтеза гормонов щитовидной железы выделяют четыре стадии: 1. Поглощение йода щитовидной железой. Концентрация его в железе в 30-40 раз выше, чем в крови. 2. Активация йода, что делает возможным его связывание с молекулой аминокислоты тирозина. 3. Конденсация с образованием гормонов – тироксина и трийодтиронина и их накопление в составе тиреоглобулина в виде коллоида. 4. Выделение образованных гормонов в кровь под действием ТТГ. -Гормоны щитовидной железы очень малы по размеру и перед попаданием в кровь должны быть связаны с транспортными белками, для того чтоб не быть «вымытыми» из организма почками. Уровень свободных гормонов 0,03% от общего количества, именно они обеспечивают все эффекты гормонов щитовидной железы. В тканях тироксин (Т4) превращается в трийодтиронин (Т3) и биологическое действие гормонов на 90% осуществляется именно за счет Т3. 39. Механизмы передачи гормонального сигнала Несмотря на огромное разнообразие гормонов и гормоноподобных веществ, в основе биологического действия большинства гормонов лежат удивительно сходные, почти одинаковые фундаментальные механизмы, передающие информацию от одних клеток к другим. Далее будут представлены примеры механизмов действия гормонов пептидной (включая производные аминокислот) и стероидной природы. Известно, что направленность и тонкая регуляция процесса передачи информации обеспечиваются прежде всего наличием на поверхности клеток рецепторных молекул (чаще всего белков), узнающих гормональный сигнал. Этот сигнал рецепторы трансформируют в изменение концентраций внутриклеточных посредников, получивших название вторичных мессенджеров, уровень которых определяется активностью ферментов, катализирующих их биосинтез и распад. По своей химической природе рецепторы почти всех биологически активных веществ оказались гликопротеинами, причем «узнающий» домен (участок) рецептора направлен в сторону межклеточного пространства, в то время как участок, ответственный за сопряжение рецептора с эффекторной системой (с ферментом, в частности), находится внутри (в толще) плазматической мембраны. -Общим свойством всех рецепторов является их высокая специфичность по отношению к одному определенному гормону. Известно также, что сопряжение рецептора с эффекторными системами осуществляется через так называемый G-белок, функция которого заключается в обеспечении многократного проведения гормонального сигнала на уровне плазматической мембраны. G-белок в активированной форме стимулирует через аденилатцик-лазу синтез циклического АМФ (аденозинмонофосфат), который запускает каскадный механизм активирования внутриклеточных белков. Общим фундаментальным механизмом, посредством которого реализуются биологические эффекты «вторичных» мессенджеров внутри клетки, является процесс фосфорилирования – дефосфорилирования белков при участии широкого разнообразия протеинкиназ, катализирующих транспорт концевой группы от АТФ на ОН-группы серина и треонина, а в ряде случаев – тирозина белков-мишеней. Процесс фосфорилирования представляет собой важнейшую посттрансляционную химическую модификацию белковых молекул, коренным образом изменяющую как их структуру, так и функции. В частности, он вызывает изменение структурных свойств (ассоциацию или диссоциацию составляющих субъединиц), активирование или ингибирование их каталитических свойств, в конечном итоге определяя скорость химических реакций и в целом функциональную активность клеток. 40. Механизм передачи сигнала гормонов аминокислотой и белковой природы Эти гормоны в силу своей гидрофильности не способны проникать внутри клетки,и для влияния на внутриклеточный метаболизм они связываются с белками-рецепторами, локализованными на поверхности цитоплазматических мембран.Связывание гормона с рецептором на поверхности приводит к активации белкового рецептора и как следствие-к образованию внутри клетки вторичных посредников(мессенджеров)=>они запускают внутриклеточный биологический ответ. Для регуляции деятельности клетки с помощью гормонов, находящихся в плазме крови, необходимо обеспечить возможность клетки воспринимать и обрабатывать этот сигнал. Эта задача усложняется тем, что сигнальные молекула (нейромедиаторы, гормоны, эйкозаноиды) имеют разную химическую природу, реакция клеток на сигналы должна быть различной по направленности и адекватной по величине. Существует два основных механизма действия сигнальных молекул по локализации рецептора: 1. Мембранный-рецептор расположен на мембране. Для этих рецепторов в зависимости от способа передачи гормонального игнала в клетку выделяют три вида мембраносвязанных рецепторов и , соответственно, три механизма передачи сигнала. по данному механизму работают пептидные и белковые гормоны, катехоламины, эйкозаноиды. 2. Цитозольный-рецептор расположен в цитозоле. Виды мембраносвязанных рецепторов. 1. Рецепторы, обладающие каталитической активностью – при взаимодействии лиганда с рецептором активируется внутриклеточная часть (домен) рецептора, имеющий тирозинфосфатазную или гуанилатциклазную активность. По этому механизму действуют инсулин, пролактин, ростовые факторы, интерфероны и т.д.  2. Каналообразующие рецепторы-присоединение лиганда к рецептору вызывает открытие ионного канала на мембране. Таким образом действуют нейромедиаторы (ацетилхолин, глицин, серотонин, глутамат и т. д.). 3.Рецепторы, связанные с G-белками-передача сигнала от гормона происходит при посредстве G-белка. G-белок влияет на ферменты, образующие вторичные мессенджеры (посредники). Последние передают сигнал на внутриклеточные белки. Большинство гормонов действуют по данному механизму.К третьему виду относятся аденилатциклазный и кальций фосфолипидный механизмы:  41. Биохимическая роль вторичных мессенджеров в метаболизме Вторичные посредники (вторичные мессенджеры) — это малые сигнальные молекулы, компоненты системы передачи сигнала в клетке. Вторичные посредники являются компонентами каскадов передачи сигнала, быстро образуются и далее активируют эффекторные белки, которые опосредуют ответ клетки. |