Белки - высокомолекулярные природные полимеры, состоящие из аминокислотных остатков , соединенных пептидной связью; являются главной составной частью живых организмов и молекулярной основой процессов жизнедеятельности.
В природе известно более 300 различных аминокислот, но только 20 из них входят в состав белков человека, животных и других высших организмов. Каждая аминокислота имеет карбоксильную группу, аминогруппу в α-положении (у 2-го атома углерода) и радикал (боковую цепь), отличающийся у различных аминокислот. При физиологическом значении рН (~7,4) карбоксильная группа аминокислот обычно диссоциирует, а аминогруппа протонируется.
Все аминокислоты (за исключением глицина) содержат асимметричный атом углерода (т. е. такой атом, все четыре валентные связи которого заняты различными заместителями, он называется хиральныи центром), поэтому могут существовать в виде L- и D-стереоизомеров (эталон – глицериновый альдегид):
Для синтеза белков человека используются только L-аминокислоты. В белках с длительным сроком существования L-изомеры медленно могут приобретать D-конфигурацию, причем это происходит с определенной, характерной для каждой аминокислоты скоростью. Так, белки дентина зубов содержат L-аспартат, который переходит в D-форму при температуре тела человека со скоростью 0,01% в год. Поскольку дентин зубов практически не обменивается и не синтезируется у взрослых людей в отсутствие травмы, по содержанию D-аспартата можно установить возраст человека, что используется в клинической и криминалистической практике.
Все 20 аминокислот в организме человека различаются по строению, размерам и физико-химическим свойствам радикалов, присоединённых к α-углеродному атому.
Структурные формулы 20-ти протеиногенных аминокислот обычно приводят в виде так называемой таблицы протеиногенных аминокислот :
В последнее время для обозначения аминокислот используют однобуквенные обозначения, для их запоминания используется мнемоническое правило (четвертый столбец).
В практике здравоохранения широкое применение нашел спленин. Этот препарат селезенки был получен в 1945 г. в Лаборатории экспериментальной эндокринологии (Институт экспериментальной биологии и патологии им. А. А. Богомольца) академиком АН УССР В. П. Комиссаренко. Химическая природа спленина изучена довольно подробно. В препарате обнаружено большое количество аминокислот, пептид, содержащий 13 аминокислот, множество жирных кислот, а также липиды, микроэлементы и витамины. Активное начало спленина еще не выделено.
Эксперименты на различных видах животных показали выраженное детоксикационное действие препарата.
Испытание действия спленина при токсикозах на ранних сроках беременности, проведенное в различных учреждениях нашей страны, показало, что он высокоэффективен при лечении этой патологии. Кроме того, применяя спленин при лечении осложнений у больных после рентгенотерапии, медики заметили, что уже после 3 – 4 инъекций препарата общее состояние человека значительно улучшается: прекращаются тошнота и рвота, головные боли, появляется аппетит, нормализуется сон. Благодаря ярко выраженным детоксикационным свойствам препарат оказывает выраженный терапевтический эффект при лечении различных форм гепатитов и функциональных нарушений печени, тиреотоксикоза, недостаточности паращитовидных желез, шизофрении и диабета.
Исследователями была обнаружена еще одна способность препарата – угнетать проявление аллергических реакций. Спленин оказывал выраженный терапевтический эффект при лечении аллергического насморка, крапивницы и аллергических дерматитов.
Многие эффекты спленина можно объяснить его мембранотропными свойствами, т. е. способностью стабилизировать клеточную мембрану. Так, эритроциты, обработанные этим препаратом, менее чувствительны к гипотоническому шоку. Механизм многих эффектов спленина изучен еще недостаточно. Не выяснена химическая природа биологически активных факторов, входящих в его состав. Изучение препарата продолжается.
В настоящее время из селезенки выделено только два пептида, структура которых установлена: 1. Тафцин, биосинтез которого происходит в селезенке в виде лейкокинина, а окончательная структура формируется на поверхности мембран лейкоцитов. В настоящее время тафцин синтезирован, а также получены его биологически активные аналоги. 2. Фактор, напоминающий по своей структуре тимопоэтин и названный спленином. Он так же,как и тимопоэтин, состоит из 49 аминокислот и имеет активный участок из пяти
Тир-Лиз-Про-Арг
Тафцин
аминокислот, который был назван спленопентином. Спленопентин отличается от тимопентина одной аминокислотой.
Арг-Лиз-Асп-Вал-Тир
Тимопентин
Арг-Лиз-Глу-Вал-Тир
Спленопентин
Биологические эффекты спленопентина и тимопентина имеют существенные различия.
Изучением гуморальных факторов селезенки занимаются в Киевском научно-исследовательском институте эндокринологии и обмена веществ. В последние годы здесь получен ряд новых важных данных, позволивших значительно расширить наши представления о физиологии и патологии функций селезенки, о значении тех явлений, которые возникают при ее нарушении. Однако многие загадки этого органа остаются еще неразгаданными.
Парадоксы животного мира
При изучении биологически активных веществ различной природы и различного происхождения становится очевидной условность их разделения на медиаторы, обеспечивающие межклеточные связи, гормоны, передающие сигналы на более далекие расстояния, феромоны, являющиеся средствами общения между организмами, и токсины, служащие животным для защиты.
Анализ строения биологических регуляторов показывает, что одно и то же соединение у различных видов животного царства может выполнять разную роль. Люлиберин в системе гипоталамус – гипофиз выступает в роли гормона, в то время как тот же пептид в симпатическом ганглии лягушки является нейромедиатором. Феромон спаривания у дрожжей α-фактор связывается с рецепторами гипофиза млекопитающих и при действии на гонадотропы в тканевой культуре вызывает секрецию лютеинизирующего гормона. Изучение его химического состава показало, что он имеет с люлиберином обширную гомологию последовательностей аминокислот.
Структурная гомология играет важную роль во взаимодействии биостимулятора с рецептором, в то время как физиологический ответ определяется функциональной системой, на которую он действует.
В 1931 г. фон Эйлер и Гэддум обнаружили в экстрактах мозга и кишечника животных вещество, которое при введении наркотизированному кролику вызывало снижение кровяного давления и усиливало сокращение изолированного кишечника. Его назвали «вещество Р». В дальнейшем было установлено, что оно является нейромедиатором чувствительных нейронов и содержание его в задних (чувствительных) корешках спинного мозга превышает в два раза концентрацию в передних корешках. Структура вещества была определена через 40 лет, и оказалось, что она сходна со строением таких пептидов, как физалемин, выделенный из кожи южноафриканской лягушки, и эледозин, обнаруженный в слюнных железах осьминогов.
Арг-Про-Лиз-Про-Гли-Гли-Фен-Гли-Лей-Мет-NH 2
Вещество Р
Пироглу-Ала-Асп-Про-Асп-Лиз-Феп-Три-Гли-Лей-Мет-NH 2
Физалемин
Пироглу-Про-Сер-Лиз-Асп-Ала-Фен-Илей-Гли-Гли-Лей-Мет-NH 2
Эледозин
Эти три вещества имеют сходную структуру, включающую гомологичные участки пептидов, в то время как получены они из разных источников и выполняют разные функции.
В качестве другого примера можно привести пептид бомбезин, который был выделен из кожи европейской лягушки Bombina bombina, а затем обнаружен в Р-клетках слизистой желудка и двенадцатиперстной кишки млекопитающих. Бомбезин выполняет функцию освобождающего фактора при выделении гастрина и холецистокинина. В связи с этим он вызывает стимуляцию желудка и поджелудочной железы, сокращает желчный пузырь и усиливает движение кишечника. С помощью иммунологических методов исследования было установлено, что в нервных клетках коры головного мозга, гипоталамуса, гипофиза, шишковидной железы и мозжечка, кроме обычных гормонов органов пищеварения, содержится и бомбезин. Он не имеет себе равных среди известных веществ по способности воздействовать на терморегуляцию. При введении его в гипоталамическую структуру мозга крысы при 4° происходит снижение температуры тела – она оказывается на несколько градусов ниже, чем обычно у крысы. При 36° температура тела повышалась. Этот пептид был эффективен только при введении в гипоталамус, там, где расположен центр терморегуляции. С этим свойством, вероятно, связано его участие в зимней спячке некоторых животных. Введение бомбезина в желудочки мозга крысы вызывало изменение поведения и снижение болевой чувствительности. Кроме того, он увеличивает содержание глюкозы в крови, повышает концентрацию глюкагона, снижает уровень инсулина и угнетает потребление пищи голодными крысами. Это единственный пептид, который регулирует чувство насыщения, так как он влияет не на частоту приема пищи, а лишь на съеденное количество. Поступление бомбезина в желудочки мозга препятствовало возникновению язв желудка при стрессе. При этом снижалась секреция соляной кислоты и возрастало выведение слизи. Бомбезин стимулирует также секрецию соматотропного и лактотропного гормонов. Его свойства позволяют предполагать, что он является нейромедиатором в нервных структурах.
В зарубежном журнале «Biochem. J.» (1981. Т. 197, № 3) опубликовано сообщение, что из голов падальной мухи Calliphora vomitoria выделено вещество, подобное полипептиду поджелудочной железы млекопитающих, а в другом иностранном журнале (Insect. Biochem. 1977. Т. 7. № 5 – 6) описаны белковые фракции, выделенные из жуков Adalia bipunctata, бабочек Galleria mellonella и пчел, которые по своим свойствам близки к соматотропному гормону сыворотки крови быка.
Под редакцией Кнунянца И.Л. - М.: Издательство иностранной литературы, 1963. - 397 c.
Скачать
(прямая ссылка):
uoc1.djv Предыдущая 1 .. 66 > .. >> Следующая
Лиз. Лиз. Apr. Apr. Про. Вал. Лиз. Вал " "
15 16 17 18 19 20 Й" A " " "¦
" - Н.Лиз. Apr.
Н. Apr. Про. Вал. Лиз. ОН ¦ Н. Лиз. Apr. Apr. ОН
Таким образом, тйдролизат не содержал пептидов с л из ил-лизильной связью, а также пептидов с N-концевым аргинил-аргинильным остатком, но пептид с С-концевой аргиниларги-нильной группой был найден. Присутствия пептида Н.Про. ВалЛиз.ОН не было установлено, хотя выделение пептида Н.Лиз.Арг.Арг.ОН свидетельствует о разрыве связи -Apr.
Про-. Условия гидролиза кортикотропина овцы "(рН9,3, 38е, їв
6 час) отличались от условий, в которых гидролизовался кортикотропин свиньи (pH 7,8-9,0, 25°, 4 час), но это обстоятельство не может объяснить совершенно иного хода гидролиза, гормона трипсином. Возможно, что причиной этого являются реакции транспептидирования , как и в случае полилизина (см. стр. 181-183).
Меланофоростимулирующие гормоны. Кортикотропин по-.мимо кортикотропной активности обладает также меланофо-ростимулйрующей активностью, равной примерно Vioo активности чистого меланофоростимулирующего гормона (МСГ), выделенного из гипофиза свиньи . Гипофиз ісвиньи содержит два активных. меланофоростимулирующих
гормона. Основной компонент гормона (а-МСГ) и второй компонент (?-МСГ) были выделены в
R. Сер. Тир. Сер. Мет. Глу. Гис. Фе. Apr. Три. Гли. Лиз. Про. Вал. NH2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Il 12 13
Связи, расщепляемые
трипсином I . " "
химотрипсином
Связи, расщепляемые
первую очередь
P н с. 7. Порядок расположения аминокислот в а-МСГ и связи в нем, гидролизуемые трипсином и химотрипсином.
чистом виде. Последовательность аминокислот в а-МСГ и р-МСГ [І20, 142] была определена на очень небольших количествах вещества.
Н. Асп. Глу. Глн. Про. Тир. Лиз. Мет. Глу. Гнс. Фе. Apr -
1 23456 7 8 9 10 11
Связи, расщепляемые
трипсином химотрипсином
Связи расщепляемые
трипсином химотрипсином
¦ Три. Гли. Сер. Про. Про. Лиз. Асп. ОН
12 13 14 15 16 17 is
T Связи, расщепляемые f Прочие расщепляемые в первую очередь
Рис. 8. Порядок расположения аминокислот в?-МСГ и связи в нем, гидролизуемые трипсином и химотрипсином.
а-МСГ (рис. 7) имеет тот же порядок расположения первых тринадцати аминокислот N-концевого участка цепи, что и кортикотропин, но его а-аминогруппа содержит неизвестный
Селективное расщепление белков
заместитель. Кроме того, а-МОГ имеет С-концевую амидную группу. ?-МСГ (рис. 8) характеризуется такой же последовательностью аминокислот в положениях 7-13, как а-МСГ и кортикотропин в положениях 4-10, но имеет другую последовательность расположения аминокислот на N- и С-конце-вых участках цепи.
Гидролиз а-МСГ под действием трипсина дал только два осколка , соответствующих разрыву связи -Apr.Три-.
Как и в случае кортикотропина, связь -Лиз.Про- оказалась
устойчивой.
Из?-МСГ под действием трипсина образовалось три осколка , при этом связь -Лиз.Асп.ОН оказалась устойчивой. Выход всех пептидных осколков превышал 80%. Поскольку в инсулине С-концевая связь -Лиз.Ала.ОН разрывалась трипсином, устойчивость связи -Лиз.Асп.ОН в?-МСГ, по-видимому, обусловлена комбинированным эффектом а- и f-карбоксильных групп аспарагиновой кислоты, так как в обоих случаях перед указанными С-концевыми группами находится пролильный остаток. Установлено , что ли-зиновая связь устойчива в Н.Тир.Лиз.Глу.ОН, но не в Н.Тир.Лиз.Глу.Тир.ОН. В рибонуклеазе (рис. 4) связи -Арг.Глу- и -Лиз.Асп- легко разрывались.
Гипертенсии. При действии реннина на белок сыворотки крови образуется несколько веществ, повышающих кровяное давление . Порядок расположения аминокислот
Н. Асп. Apr. Вал. Тир. Вал. Гнс. Про. Фе. Гис. Лей. ОН
Связи, расщепляемые
трипсином I
химотрипсином I I
Рис. 9. Порядок расположения аминокислот в гнпертенсине и связи в нем, гидролизуемые трипсином н химотрипсином.
в основном компоненте, получаемом из сыворотки крови быка, - гнпертенсине I, который является декапептидом , Показан на рис. 9.
Аналогичная последовательность аминокислот, но с изо-лейцином вместо валина, была установлена для декапвптида,
Реагенты, расщепляющие связи в полипептидной цепи
выделенного из сыворотки крови лошади . Этот декапеп-тид под действием присутствующего в плазме крови фермента отщепляет гистидиниллейцин от С-концевого участка и превращается в октапептид гипертенсин II.
Трипсин, как этого следовало ожидать на основании данных о его специфичности действия, разрывает в молекуле связь - Арг.Вал- .
Другие белки. При изучении последовательности расположения аминокислот в других белках с помощью гидролиза трипсином получены результаты, которые согласуются с имеющимися данными о специфичности действия трипсина. Однако в тех случаях, когда точное расположение аминокислот в исследуемом веществе неизвестно, влияние последовательности аминокислот на гидролиз данного белкового соединения трипсином оценить не удается.
13.. За счет каких связей может образоваться сополимер из двух нижепредставленных пептидов?
а) ала-мет-арг-цис-ала-гли-сер-гли-цис-тре;
б) лиз-глу-арг-цис-арг-гли-тре-сер-лиз-тре-глу-сер.
14. Как, используя биуретовый метод определения белка и сульфат аммония, установить соотношение между альбуминами и глобулинами сыворотки крови?
15. Отношение количества альбуминов к количеству глобулинов в сыворотке крови больного равно 1,5. Рассчитайте содержание глобулинов, если концентрация альбуминов равна 5,0 г%.
16. Назовите две основные конфигурации белковой молекулы и укажите различия между ними.
17. На каком уровне пространственной организации различают белки глобулярные и фибриллярные?
18. Назвать важнейшие группы основных белков.
19. Почему протамины и гистоны отличаются основным характером?
20. Почему протамины и гистоны коагулируют при сильном нагревании только в сильно щелочной среде?
ЗАНЯТИЕ 3 «Химия сложных белков. Определение компонентов фосфо- и нуклеопротеидов»
Цель занятия : ознакомиться с классификацией и структурой сложных белков, в особенности нуклеопротеидов, которым принадлежит ведущая роль в хранении и передаче генетической информации (ДНК и РНК), а также с важнейшим хромопротеидов (гемоглобином).
Студент должен знать :
1. Классы сложных белков, принцип их деления на классы, принцип номенклатуры
2. Химическую природу простетических групп сложных белков.
3. Компоненты простетической группы нуклеопротеидов и хромопротеидов (в частности, гемоглобина).
4. Пространственную организацию нуклеиновых кислот.
5. Различия в составе и структуре РНК и ДНК
6.Функции ДНК и РНК, виды РНК, их локализацию.
7. Простетическую группу гемоглобина, её компоненты, роль железа в составе гема.
8. Факторы, воздействие которых может вызывать изменения структуры ДНК с информационными последствиями.
Студент должен уметь :
1. Построить (схематически) комплементарную цепь к участку заданного фрагмента одной из цепей ДНК.
2. Определить по результатам качественного анализа гидролизата нуклеиновых кислот, подвергалась гидролизу ДНК или РНК
3.Различать виды гемоглобина и использовать принятые для них обозначения (оксигемоглобин, восстановленный гемоглобин, карбоксигемоглобин и т.д.
4. Найти ошибки в представляемых для оценки отрезках якобы комплементарных цепей ДНК
Студент должен получить представление : о преимущественной локАлизации в организме человека сложных белков, их биологическом значении, об угрозах, которыми являются для существования видов мутагенные воздействия.
Аудиторная работа
Лабораторная работа (Определение компонентов фосфо-
И нуклеопротеидов)
1. Выделение казеина из молока. Казеин (один из фосфопротеидов) содержится в молоке в виде растворимой кальциевой соли, которая при подкислении распадается, и казеин выпадает в осадок. Избыток кислоты мешает осаждению, так как при значениях рН ниже 4,7 (изоэлектрическая точка казеина) молекулы белка перезаряжаются, и казеин вновь переходит в раствор.
Ход работы. К 2 мл молока добавить равный объем дистиллированной воды и 2 капли 10%-ной уксусной кислоты. Казеин, выпадающий в виде хлопьев, собрать на фильтре и промыть водой.
Гидролиз нуклеопротеидов
Ход работы. В круглодонную колбу поместить 1 г дрожжей, добавить 20 мл 10%-ного раствора серной кислоты и столько же дистиллированной воды. Колбу закрыть пробкой с обратным холодильником и кипятить под тягой 1,5 ч при слабом нагревании. Жидкость охладить, довести дистиллированной водой до исходного объема, фильтровать. Фильтрат использовать для следующих качественных реакций:
а) биуретовая реакция (для обнаружения полипептидов). К 5 каплям полученного гидролизата прибавить 10 капель 10%-ного раствора едкого натра и 1 каплю 1%-ного раствора сернокислой меди. Жидкость окрашивается в розовый цвет;
б) серебряная проба (для обнаружения пуриновых оснований). К 5 каплям гидролизата прилить 5 капель 2%-го аммиачного раствора азотнокислого серебра. Через 3-5 мин выпадает небольшой бурый осадок серебряных соединений пуриновых оснований;
в) качественная реакция Молиша (для обнаружения пентозной группировки). К 10 каплям гидролизата прилить 2 - 3 капли 1%-ного раствора тимола в этаноле, перемешать и по стенке опустить равный объем концентрированной серной кислоты - отчетливое красное кольцо;
г) молибденовая проба (для обнаружения фосфорной кислоты). К 5 каплям гидролизата прилить 5 капель молибденового реактива и кипятить несколько минут. Появляется лимонно-желтое окрашивание, а при охлаждении - желтый кристаллический осадок комплексного соединения фосфорномолибденовокислого аммония.
Дать обоснованные ответы предложенные ниже задания:
1. Какие структурные компоненты входят в состав ДНК? В какой последовательности связаны они между собой?
2. Построить комплементарную цепь к участку. представленного ниже фрагмента ДНК (- А - Г - Г - Ц - Т- Г-Т) так, чтобы образовавшаяся цепь представляла собой фрагмент РНК:
3. Построить комплементарную цепь к участку одной из цепей ДНК, представленному ниже:
-А - Г - Г - Ц - Т -
: - : - : - : - :
-? - ? - ? - ? - ? -
4.Найдите ошибки в представленном ниже фрагменте ДНК:
-Т - У - А - У - Ц - Т - Т - Г-
: -: - : - : : : : :
А - А - Т - А - Г - А - А - У-
5. Олигонуклеотид гидролизовали двумя способами. В первом случае в гидролизате определили мононуклеотиды А, Г, Ц и Т (последний находится в гидролизате в количестве, превышающем остальные в 2 раза), а также динуклеотиды Г - А, А - Т и Т - Т . Во втором случае, наряду со свободными нуклеотидами нашли динуклеотид Г - Ц .
Определите последовательность нуклеотидов в исходном продукте?
6. Исследуемый раствор обнаруживает положительную биуретовую реакцию, образует осадок при кипячении и добавлении концентрированных минеральных кислот, а также сульфосалициловой кислоты.
Составить план исследования, цель которого - выяснить, находятся в растворе простой или сложный белок. Если обнаружится сложный белок, как установить (или исключить), что он является гемоглобином.
7. Объяснить, на чем основано деление сложных белков на классы.
8. Дать краткую характеристику всех классов сложных белков.
9. Запомнить структурные формулы простетических групп нуклеиновых кислот.
10. Охарактеризовать азотистые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот и перечислить различия между ДНК и РНК (по локализации, структуре, функциям).
11. Назвать минимальный информационный элемент в структуре ДНК и РНК.
12. Усвоить, как реализуется роль ДНК и РНК как источников информации.
13. Назвать две подгруппы хромопротеидов и различия между ними.
14. Закрепить представление о структуре гемоглобина (изучить компоненты белковой части и компоненты гема, а также их роль в основной функции гемоглобина).
ЗАНЯТИЕ 4 (итоговое)
При подготовке к итоговому занятию проконтролировать усвоены ли Вами раздел «Строение и функции белков» с помощью следующих вопросов (при подготовке использовать материалы лекций и учебники):
1. Сформулировать понятие «Жизнь», включая в определение все элементы, являющиеся предметом биохимии.
2. Определить предмет биохимии и перечислить вопросы, которыми занимается эта наука.
3. Назвать важнейшие надмолекулярные образования живого и группы молекул, их составляющие
4. Дать определения класса «Белки»
5. Дать определение класса «Аминокислоты».
6. Написать структурные формулы всех трипептидов, которые можно построить из гистидина, аланина и валина.
7. Какие из приведенных ниже пептидов являются кислыми, основными или нейтральными и указать общий электрический заряд каждого из них.pro-ser-ser; ala-pro-leu-thr; met-gly-ala; glu-his-ser; cys-lys-arg, glu-arg-lys; his-glu.
8. Перечислить известные вам подходы к классификации белков
9. Назвать группы белков, различающиеся по составу.
10. Назвать группы белков, различающиеся по трехмерной структуре.
11. Назвать группы сложных белков.
12. Продолжить фразу «Потеря нативной конформации под воздействием химических, физических и других факторов без нарушения аминокислотной последовательности - это.........»
13. Перечислить типы химических связей, разрушающихся при денатурации.
14. Перечислить в логической последовательности действия, необходимые для выделения белков из тканей.
15. Изобразить структурные формулы азотистых оснований, входящих в состав мононуклеотидов.
16. Изобразить структурные формулы АМФ, ГМФ, ЦМФ, ТМФ и УМФ.
17. Изобразить способ связи между мононуклеотидами в полинуклеотиде.
18. Назвать различия между ДНК и РНК по составу, структуре, локализации и функции.
19. К какому типу белков относится гемоглобин?
20. Назвать структурные особенности глобина.
21. Изобразить структурную формулу гема, назвать связи между гемом и глобином.
22. Чем обусловлено многообразие функций белков?
23. Перечислить биологические функции белков.
Тема: «Природа и свойства ферментов» (занятия 5-9)
Цель: изучить химическую природу, функции и свойства биологических катализаторов – ферментов.
Значение темы. Обмен веществ – обязательная и важнейшая особенность живых организмов – слагается из множества разнообразных химических реакций, в которые вовлекаются соединения, поступающие в организм извне и соединения, имеющие эндогенное происхождение. В процессе изучения данного раздела дисциплины усваивается то, что все химические реакции в живом протекают при участии катализаторов, что катализаторы в живом (ферменты или энзимы) являются веществами белковой природы, что свойства ферментов, их поведение зависит от характеристик среды.
При изучении этого раздела приобретаются также сведения о том, как в целостном организме регулируется активность ферментов, и создаются общие представления о связи ряда патологических процессов с изменением активности или количества ферментов, сведения о принципах количественной характеристики ферментов, об их использовании в диагностических и терапевтических целях.
Данные о механизме действия АКТГ на синтез стероидных гормоновсвидетельствуют о существенной роли аденилатциклазной системы. Предполагают, что АКТГ вступает во взаимодействие со специфическимирецепторами на внешней поверхности клеточной мембраны (рецепторыпредставлены белками в комплексе с другими молекулами, в частностис сиаловой кислотой). Сигнал затем передается на фермент аденилатциклазу, расположенную на внутренней поверхности клеточной мембраны, которая катализирует распад АТФ и образование цАМФ. Последний активируетпротеинкиназу, которая в свою очередь с участием АТФ осуществляетфосфорилирование холинэстеразы, превращающей эфиры холестерина всвободный холестерин, который поступает в митохондрии надпочечников,где содержатся все ферменты, катализирующие превращение холестеринав кортикостероиды.Соматотропный гормон (СТГ, гормон роста,соматотропин)синтезируется в ацидофильных клетках передней доли гипофиза;концентрация его в гипофизе составляет 5–15 мг на 1 г ткани. СТГ человека состоит из 191 аминокислотыи содержит две дисульфидные связи; N- и С-концевые аминокислотыпредставлены фенилаланином.СТГ обладает широким спектром биологического действия. Он влияетна все клетки организма, определяя интенсивность обмена углеводов, белков, липидов и минеральных веществ. Он усиливает биосинтез белка, ДНК,РНК и гликогена и в то же время способствует мобилизации жиров из депои распаду высших жирных кислот и глюкозы в тканях. Помимо активациипроцессов ассимиляции, сопровождающихся увеличением размеров тела,ростом скелета, СТГ координирует и регулирует скорость протеканияобменных процессов. Многие биологические эффекты этого гормона осуществляются черезособый белковый фактор, образующийся в печени под влиянием гормона – соматомедин. По своей природе он оказалсяпептидом с мол. массой 8000. Тиреотропный гормон (ТТГ, тиротропин) является сложным гликопротеином и содержит, кроме того, по две α- и β-субъединицы,которые в отдельности биологической активностью не обладают: мол. масса его около 30000.Тиротропин контролирует развитие и функцию щитовидной железыи регулирует биосинтез и секрецию в кровь тиреоидных гормонов. Полностью расшифрована первичная структура α- и β-субъединиц тиротропина: α-субъединица, содержащая 96 аминокислотныхостатков; β-субъединица тиротропина человека, содержащая 112 аминокислотных остатков,К гонадотропным гормонам(гонадотропины) относятся фолликулостимулирующий гормон (ФСГ,фоллитропин) и лютеинизирующий гормон (ЛГ, лютропин). Оба гормона синтезируютсяв передней доле гипофиза и являются сложнымибелками – гликопротеинами с мол. массой 25000. Они регулируют стероидо- и гаметогенез в половых железах. Фоллитропин вызывает созревание фолликулов в яичниках у самок и сперматогенез – у самцов. Лютропину самок стимулирует секрецию эстрогенов и прогестерона, как и разрывфолликулов с образованием желтого тела, а у самцов – секрецию тестостерона и развитие интерстициальной ткани. Биосинтез гонадотропинов,как было отмечено, регулируется гипоталамическим гормоном гонадолиберином.Лютропин состоит из двух α- и β-субъединиц: α-субъединица гормона содержит из 89 аминокислотных остатков с N-конца и отличается природой 22 аминокислот.
29. Гормоны задней доли гипофиза: вазопрессин, окситоцин. Химическая природа. Механизм их действия, биологический эффект. Нарушения функций организма, связанные с недостатком выработки этих гормонов.
Гормоны вазопрессин и окситоцин синтезируются рибосомальным путем. Оба гормонапредставляют собой нонапептиды следующего строения: Вазопрессин отличается от окситоцина двумя аминокислотами: он содержит в положении 3 от N-конца фенилаланин вместо изолейцинаи в положении 8 – аргинин вместо лейцина. Основной биологический эффект окситоцина у млекопитающих связан со стимуляцией сокращения гладких мышц матки при родах и мышечных волокон вокруг альвеол молочных желез, что вызывает секрецию молока. Вазопрессин стимулирует сокращение гладких мышечных волокон сосудов, оказывая сильное вазопрессорное действие, однако основная роль его в организме сводится к регуляции водного обмена, откуда его второе название антидиуретического гормона. В небольших концентрациях (0,2 нг на 1 кг массы тела) вазопрессин оказывает мощное антидиуретическое действие – стимулирует обратный ток воды через мембраны почечных канальцев. В норме он контролирует осмотическое давление плазмы крови и водный баланс организма человека. При патологии, в частности атрофии задней доли гипофиза, развивается несахарный диабет – заболевание, характеризующееся выделением чрезвычайно больших количеств жидкости с мочой. При этом нарушен обратный процесс всасывания воды в канальцах почек.
Окситоцин
Вазопрессин
30. Гормоны щитовидной железы: трийодтиронин и тироксин. Химическая природа, биосинтез. Механизм действия гормонов на молекулярном уровне, биологический эффект. Изменение обмена вещества при гипертиреозе. Механизм возникновения эндемического зоба и его предупреждение.
Тироксин и трийодтиронин – основные гормоны фолликулярной части щитовидной железы. Помимо этих гормонов (биосинтез и функции которых будут рассмотрены ниже), в особых клетках – так называемых парафолликулярных клетках, или С-клетках щитовидной железы, синтезируется гормон пептидной природы, обеспечивающий постоянную концентрацию кальция в крови. Он получил название ≪кальцитонин ≫. Биологическое действие кальцитонина прямо противоположно эффекту паратгормона: он вызывает подавление в костной ткани резорбтивных процессов и соответственно гипокальциемию и гипофосфатемию. Из L-тиронина легко синтезируется гормон щитовидной железы тироксин, содержащий в 4 положениях кольцевой структуры йод Биологическое действие гормонов щитовидной железы распространяется на множество физиологических функций организма. В частности, гормоны регулируют скорость основного обмена, рост и дифференцировку тканей, обмен белков, углеводов и липидов, водно-электролитный обмен, деятельность ЦНС, пищеварительного тракта, гемопоэз, функцию сердечнососудистой системы, потребность в витаминах, сопротивляемость организма инфекциям и др. Гипофункция щитовидной железы в раннем детском возрасте приводит к развитию болезни, известной в литературе как кретинизм . Помимо остановки роста, специфических изменений кожи, волос, мышц, резкогоснижения скорости процессов обмена, при кретинизме отмечаются глубокие нарушения психики; специфическое гормональное лечение в этом случае не дает положительных результатов. Повышенная функция щитовидной железы (гиперфункция) вызывает развитие гипертиреоза
L-тироксин L-3,5,3"-трийодтиронин
31. Гормоны коры надпочечников: глюкокортикоиды, минералокортикоиды. Химическая природа. Механизм действия на молекулярном уровне. Их роль в регуляции углеводного, минерального, липидного и белкового обмена.
В зависимости от характера биологического эффекта гормоны коркового вещества надпочечников условно делят на глюкокортикоиды (кортикостероиды, оказывающие влияние на обмен углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот) и минералокортикоиды (кортикостероиды,оказывающие преимущественное влияние на обмен солей и воды). К первым относятся кортикостерон, кортизон, гидрокортизон (кортизол), 11-дезоксикортизол и 11-дегидрокортикостерон, ко вторым – дезоксикортикостерон и альдостерон. В основе их структуры, так же как и в основе строения холестерина, эргостерина, желчных кислот, витаминов группы D, половых гормонов и ряда других веществ, лежит конденсированная кольцевая система циклопентанпергидрофенантрена. Глюкокортикоиды оказывают разностороннее влияние на обмен веществ в разных тканях. В мышечной, лимфатической, соединительной и жировойтканях глюкокортикоиды, проявляя катаболическое действие, вызывают снижение проницаемости клеточных мембран и соответственно торможение поглощения глюкозы и аминокислот; в то же время в печени они оказывают противоположное действие. Конечным итогом воздействия глюкокортикоидов является развитие гипергликемии, обусловленной главным образом глюконеогенезом. Минералокортикоиды (дезоксикортикостерон и альдостерон) регулируют главным образом обмен натрия, калия, хлора и воды; они способствуют удержанию ионов натрия и хлора в организме и выведению с мочой ионов калия. По-видимому, происходит обратное всасывание ионов натрия и хлора в канальцах почек в обмен на выведение других продуктов обмена,
кортизол
32. Паратгормон и кальцитонин. Химическая природа. Механизм действия на молекулярном уровне. Влияние на обмен кальция, гиперкальциемия и гипокальциемия.
К гормонам белковой природы относится также паратиреоидный гормон (паратгормон). Они синтезируются паращитовидными железами. Молекула паратгормона быка содержит 84аминокислотных остатка и состоит из одной полипептидной цепи. Выяснено, что паратгормон участвует в регуляции концентрации катионов кальция и связанных с ними анионов фосфорной кислоты в крови. Биологически активной формой считается ионизированный кальций, концентрация его колеблется в пределах 1,1–1,3 ммоль/л. Ионы кальция оказались эссенциальными факторами, не заменимыми другими катионами для ряда жизненно важных физиологических процессов: мышечное сокращение, нервно-мышечное возбуждение, свертывание крови, проницаемость клеточных мембран, активность ряда ферментов и т.д. Поэтому любые изменения этих процессов, обусловленные длительным недостатком кальция в пище или нарушением его всасывания в кишечнике, приводят к усилению синтеза паратгормона, который способствует вымыванию солей кальция (в виде цитратов и фосфатов) из костной ткани и соответственно к деструкции минеральных и органических компонентов костей. Другой орган-мишень паратгормона – это почка. Паратгормон уменьшает реабсорбцию фосфата в дистальных канальцах почки и повышает канальцевую реабсорбцию кальция.В особых клетках – так называемых парафолликулярных клетках, или С-клетках щитовидной железы, синтезируется гормон пептидной природы, обеспечивающий постоянную концентрацию кальция в крови - кальцитонин. Формула:
Кальцитонин содержит дисульфидный мостик (между 1-м и 7-маминокислотными остатками) и характеризуется N-концевым цистеиноми С-концевым пролинамидом. Биологическоедействие кальцитонина прямо противоположно эффекту паратгормона: онвызывает подавление в костной ткани резорбтивных процессов и соответственно гипокальциемию и гипофосфатемию. Таким образом, постоянствоуровня кальция в крови человека и животных обеспечивается главнымобразом паратгормоном, кальцитриолом и кальцитонином, т.е. гормонамикак щитовидной и паращитовидных желез, так и гормоном – производнымвитамина D3. Это следует учитывать при хирургических лечебных манипуляциях на данных железах.
33. Гормоны мозгового слоя надпочечников – катехоламины: адреналин и норадреналин. Химическая природа и биосинтез. Механизм действия гормонов на молекулярном уровне, их роль в регуляции обмена углеводов, жиров и аминокислот. Нарушения обмена при заболеваниях надпочечников.
Эти гормоны по строению напоминают аминокислоту тирозин, от которого они отличаются наличием дополнительных ОН-групп в кольце и у β-углеродного атома боковой цепи и отсутствием карбоксильной группы.
Адреналин Норадреналин Изопропиладреналин
В мозговом веществе надпочечников человека массой 10 г содержится около 5 мг адреналина и 0,5 мг норадреналина. Содержание их в крови составляет соответственно 1,9 и 5,2 нмоль/л. В плазме крови оба гормона присутствуют как в свободном, так и в связанном, в частности, с альбуминами состоянии. Небольшие количества обоих гормонов откладываются в виде соли с АТФ в нервных окончаниях, освобождаясь в ответ на ихраздражение. Кроме того, все они оказывают мощное сосудосуживающее действие, вызывая повышение артериальногодавления, и в этом отношении действие их сходно с действием симпатической нервной системы. Известно мощное регулирующее влияние этихгормонов на обмен углеводов в организме. Так, в частности, адреналинвызывает резкое повышение уровня глюкозы в крови, что обусловленоускорением распада гликогена в печени под действием фермента фосфорилазы. Гипергликемическйй эффект норадреналина значительно ниже – примерно 5% от действия адреналина. Параллельно отмечаются накопление гексозофосфатов в тканях, в частности в мышцах, уменьшение концентрации неорганического фосфата и повышение уровня ненасыщенных жирных кислот в плазме крови. Имеются данные о торможении окисления глюкозы в тканях под влиянием адреналина. Это действие некоторые авторы связывают с уменьшением скорости проникновения (транспорта) глюкозы внутрь клетки. Известно, что и адреналин, и норадреналин быстро разрушаются в организме; с мочой выделяются неактивные продукты их обмена, главным образом в виде 3-метокси-4-оксиминдальной кислоты, оксоадренохрома, метоксинорадреналина и метоксиадреналина. Эти метаболиты содержатся в моче преимущественно в связанной с глюкуроновой кислотой форме. Ферменты, катализирующие указанные превращения катехоламинов, выделены из многих тканей и достаточно хорошо изучены, в частности моноаминоксидаза (МАО), определяющая скорость биосинтеза и распада катехоламинов, и катехолметилтрансфераза, катализирующая главный путь превращения адреналина, т.е. о- метилирование за счет S-аденозилметионина. Приводим структуру двух конечных продуктов распада
34. Глюкагон и инсулин. Химическая природа, биосинтез инсулина. Механизм действия этих гормонов на молекулярном уровне. Их роль в регуляции обмена углеводов, жиров, аминокислот. Биохимические нарушения при сахарном диабете.
Инсулин, получивший свое название от наименования панкреатических островков. Молекула инсулина, содержащая 51 аминокислотный остаток, состоит из двух полипептидных цепей, соединенных между собой в двух точках дисульфидными мостиками. В физиологической регуляции синтеза инсулина доминирующую роль играет концентрация глюкозы в крови. Так, повышение содержания глюкозы в крови вызывает увеличение секреции инсулина в панкреатических островках, а снижение ее содержания, наоборот,– замедление секреции инсулина. Этот феномен контроля по типу обратной связи рассматривается как один из важнейших механизмов регуляции содержания глюкозы в крови. При недостаточной секреции инсулина развивается специфическое заболевание – сахарный диабет. Физиологические эффекты инсулина:Инсулин - единственный гормон, снижающий содержание глюкозы в крови, это реализуется через:
§ усиление поглощения клетками глюкозы и других веществ;
§ активацию ключевых ферментов гликолиза;
§ увеличение интенсивности синтеза гликогена - инсулин форсирует запасание глюкозы клетками печени и мышц путём полимеризации её в гликоген;
§ уменьшение интенсивности глюконеогенеза - снижается образование в печени глюкозы из различных веществ
Анаболические эффекты
§ усиливает поглощение клетками аминокислот (особенно лейцина и валина);
§ усиливает транспорт в клетку ионов калия, а также магния и фосфата;
§ усиливает репликацию ДНК и биосинтез белка;
§ усиливает синтез жирных кислот и последующую их этерификацию - в жировой ткани и в печени инсулин способствует превращению глюкозы в триглицериды; при недостатке инсулина происходит обратное - мобилизация жиров.
Антикатаболические эффекты
§ подавляет гидролиз белков - уменьшает деградацию белков;
§ уменьшает липолиз - снижает поступление жирных кислот в кровь.
Глюкагон - гормон альфа-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы. По химическому строению глюкагон является пептидным гормоном. Молекула глюкагона состоит из 29 аминокислот и имеет молекулярный вес 3485. Первичная структура молекулы глюкагона следующая.
