Биохимия пособие Коновалова 2012

точной глюкозы, а в условиях сахарного диабета - до 10%. Сорбитоловый путь функционирует в клетках артериальных стенок, клетках Шванна периферических нервов, в эритроцитах, в хрусталике и сет­ чатке глаза, в семенниках, яичниках и печени. Однако в клетках арте­ риальных стенок, клетках Шванна, в эритроцитах, в хрусталике и сет­ чатке глаза активность фермента сорбитолдегидрогеназы крайне низ­ кая. Это обуславливает накопление сорбитола при хронической ги­ пергликемии именно в этих клетках. Сорбитол плохо проникает через клеточные мембраны, его накопление приводит к осмотическому на­ буханию клеток и нарушению их функций (вследствие нарушения ра­ боты ионных каналов).

Для поражения почек при диабете характерно утолщение базаль­ ной мембраны и окклюзия (закупорка) капилляров в клубочках. В ре­ зультате нарушается процесс фильтрации в почечных клубочках и раз­ вивается почечная недостаточность.

В сетчатке глаза отмечается утолщение базальной мембраны и повышение проницаемости капилляров; обусловленные ими отек сет­ чатки и кровоизлияния являются причиной слепоты у больных диабе­ том.

Хрусталик построен из белков кристаллинов, которые обмени­ ваются крайне медленно. Поэтому при диабете с годами все большая часть кристаллинов оказывается гликированной. Такие кристаллины образуют многомолекулярные агрегаты, рассеивающие свет, и, следо­ вательно, изменяющие прозрачность хрусталика - возникает его по­ мутнение или катаракта. Кроме того, набухание хрусталика, вызванное накоплением сорбитола, разрушает упорядоченную укладку кристал­ линов, что тоже приводит к его помутнению.

Поражение нервов проявляется нарушениями проводимости ак­ сона вследствие уменьшения толщины миелиновой оболочки. При этом возникают ощущения онемения в разных частях тела и наруше­ ние осязания. В развитии этих симптомов основная роль принадлежит повышению концентрации сорбитола в щванновских клетках, а также изменениям капилляров, подобным тем, которые происходят в сетчат­ ке глаза и почечных клубочках.

Возникновению всех осложнений способствует нарушение снабжения тканей кислородом, вызванное тем, что гликирование ге­ моглобина повышает его сродство к кислороду. Тем самым замедляет­ ся отдача кислорода тканям. Кроме того, увеличивается вязкость и свертываемость крови, что служит причиной частого развития тром­ бозов у больных сахарным диабетом. Одной из причин этого осложне­ ния является гликирование антитромбина III (основного компонента противосвертывающей системы крови), что снижает его активность на 50%.

4 1 1

Гликирование апопротеинов липопротеинов низкой плотност (ЛПНП) имеет отношение к ускоренному развитию атеросклер03а

Гликированный апопротеин В этих липопротеинов активирует нерегу лируемый, нерецепторный захват ЛПНП клетками сосудистой стенки что способствует формированию атеросклеротической бляшки. ’ Гликирование ряда белков меняет их антигенные свойства, что стимулирует образование так называемых циркулирующих иммунных комплексов, обладающих повреждающим действием на эндотелий со­

судов.

Гиперлипопротеинемия (увеличение содержание липопротеинов в крови), как фактор риска раннего развития атеросклероза, встречает­ ся в 30-40% больных сахарным диабетом. Чаще всего у больных са­ харным диабетом в плазме крови, взятой натощак, повышается уровень триацилглицеролов, несколько реже отмечается и увеличение уровня холестерина. Патогенетическими биохимическими факторами, приво­ дящими к развитию “диабетической липемии”, являются: 1) снижение активности липопротеинлипазы плазмы крови; 2) повышение синтеза ЛПОНП в печени и секреции их кровь. Следует отметить, что повы­ шенный уровень инсулина в плазме крови больных сахарным диабетом II типа, особенно на фоне ожирения, вызывает повышенный синтез и секрецию ЛПОНП печенью, в то же время у больных с недостаточно­ стью инсулина (сахарный диабет I типа) в первую очередь нарушается процесс “очищения” плазмы крови от триацилглицеролов вследствие низкой активности липопротеинлипазы.

Глюкагон

Историческая справка

1923 г. - Murlin назвал глюкагоном вещество, которое повышало уровень глюкозы в крови путем распада гликогена в печени.

1953 г. - Stan et al. получил глюкагон из поджелудочной железы в кристаллическом виде.

1956 г. - Brower выянил структуру глюкагона.

1961 г,- Unger et al. - выделили из кишечника энтероглюкагон. 1967 г. - Wunch осуществил синтез глюкагона.

Глюкагон (от греч. glykys - сладкий + гон - указывает на связь с рождением) - гормон альфа (А)-клеток островков Лангерганса. Это пептид, состоящий из 29 аминокислотных остатков с ММ 3500 Да.

Синтезируется в виде проглюкагона (ММ 9000 Да). Регуляция секреции. Секреция глюкагона:

а) ингибируется - повышенным уровнем глюкозы; б) стимулируется - низким уровнем глюкозы, аминокислотами и

адреналином. Поэтому концентрация глюкагона возрастает после

4 1 2

лриема пищи, богатой белками, и при голодании.

Транспорт. Глюкагон в плазме крови не имеет специального транспортного белка. Период его полужизни составляет 5-10 минут.

Механизм действия. Глюкагон действует по аденилатциклазному механизму, связываясь с рецепторами на поверхности тканеймишеней (печень, жировая ткань и миокард).

Метаболические эффекты. Активация аденилатциклазы и по­ вышение концентрации цАМФ обуславливает усиление распада глико­ гена в печени. В отличие от адреналина глюкагон не влияет на гликогенолиз в скелетных мышцах. Высокий уровень цАМФ обуславливает активацию транскрипции гена фосфоенолпируваткарбоксикиназы - ключевого фермента глюконеогенеза. Кроме того, накопление цАМФ приводит к активации фруктозо-1,6-бисфосфатазы —второго ключево­ го фермента глюконеогенеза.

В печени гормон угнетает синтез белков и облегчает их катабо­ лизм. Высвобождающиеся аминокислоты используются в реакциях глюконеогенеза.

Таким образом, центральный эффект глюкагона —гипергликемия

-обеспечивается двумя механизмами:

1.Быстрый —распад гликогена,

2.Медленный - стимуляция глюконеогенеза.

Глюкагон - мощный липолитический агент за счет активации гормоночувствительной липазы жировой ткани. Высвобождающиеся жирные кислоты используются кай источник энергии для скелетных мышц и миокарда.

Глюкагон является также мощным стимулятором синтеза ке­ тоновых тел в печени.

Соматостатин

Соматостатин —циклический тетрадекапептид, синтезируемый в D-клетках поджелудочной железы, желудка и двенадцатиперстной кишки. Сначала соматостатин был обнаружен в гипоталамусе, как гормон, подавляющий секрецию гормона роста. Биологическая роль

панкреатического соматостатина заключается в подавлении секре­ ции (посредством паракринного действия) инсулина, глюкагона, гастрина и секретина. Кроме того, он понижает всасывание сахаров и Уменьшает кровоток внутренних органов.

4 1 3

Лекция 40 ГОРМОНЫ МОЗГОВОГО СЛОЯ НАДПОЧЕЧНИКОВ

Историческая справка

1805 г. - Cuvier дифференцировал кору и мозговой слой надц0 чечников.

1895 г. - Syzmomowicz, Cybilski, Olliver, Schafer открыли в экс тракте надпочечников вещества, повышающие артериальное давление 1901 г. - Takamine et al. выделили в кристаллическом виде адре

налин.

1919 г. - Berger, Dale синтезировали норадреналин.

1945 г. - Holtz, Gredner, Kronberg доказали, что норадреналин ляется вторым симпатическим гормоном.

1948 г. - Ahlquist дифференцировал а- и (З-рецепторы.

1949 г. - Bulbring установил, что адреналин и норадреналин об­ разуются в хромафинной ткани.

1951 г. - Euler доказал, что норадреналин является медиатором симпатической нервной системы.

1957 г. - Armstrong установил, что ваншшлминдальная кислотапродукт метаболизма катехоламинов.

’ 1967 г. - Lands разделил p-рецепторы на Pi и р2. 1974 г. - Langer разделил а-рецепторы на ai и а 2.

Хромафинные (феохромные) клетки мозгового слоя надпочечни­ ков синтезируют катехоламины, то есть соединения, содержащие катехоловое (3,4-дигидроксибензольное) ядро и аминогруппу в боковой цепи. К ним относятся адреналин (эпинефрин), норадреналин (норэпинефрин) и дофамин.

Синтез и секреция

Последовательность синтеза катехоламинов довольна проста и включает в себя 4 ферментативные реакции: 1) гидроксилирования кольца; 2) декарбоксилирования; 3) гидроксилирования боковой цепи и 4) N-метилирования.

4 1 4

Биосинтез катехоламинов

1 . тирозингидрокснлаза; 2 . декарбоксилаза ароматических

аминокислот; 3. дофамингидроксилаза; 4. метилтрансфераза.

Ферменты реакций синтеза катехоламинов'.

1.Тирозингидрокснлаза (кофермент - тетрагидробиоптеридин);

2.Декарбоксилаза ароматических аминокислот (кофермент витамин В6); 3. Дофамингидроксилаза (для реакции в качестве кофактора необ­ ходима аскорбиновая кислота); 4. N-метилтрансфераза (донором ме­ тальных групп является S-аденозилметионин). Синтез этого фермента активируется глюкокортикоидами.

Катехоламины подавляют свой собственный синтез по принципу обратной отрицательной связи, ингибируя активность тирозингидроксилазы.

Конечные продукты превращения тирозина в тканях различны', в

мозговом слое надпочечников процесс протекает в основном до адре­ налина, в окончаниях симпатических нервов - до норадреналина, в не­ которых нейронах ЦНС синтез завершается образованием дофамина. На долю адреналина приходится 80% всех катехоламинов мозгового слоя надпочечников.

Адреналин секретируется мозговым слоем надпочечников в от­ вет на гипогликемию и стрессорные стимулы (страх, сильное волне­ ние, кровотечение и др.). При этом функционирует парагипофизарный путь регуляции секреции гормона в кровь: ЦНС - n. splanchnicus - моз­ говой слой надпочечников.

Транспорт

В плазме крови катехоламины циркулируют в слабоассоцииро­ ванном с альбумином виде и только 5-10% в свободном виде. Период их полужизни крайне мал — 10-30 сек. Концентрация адреналина в плазме крови 0,2-0,5 нмоль/л, норадреналина —0,6-1,8 нмоль/л. Более высокая концентрация норадреналина обусловлена поступлением его в

4 1 5

кровь из симпатических нервных окончаний, где он выполняет функ­ цию нейромедиатора.

Инактивация

Большая часть катехоламинов (около 90%) инактивируется путем активного обратного захвата в депо-гранулы (нейрональная инактива­ ция). Остальные 10% подвергаются инактивации в эффекторных клет­ ках и в печени под действием ферментов - моноаминооксидазы (МАО, катализирует реакцию дезаминирования) и катехол-О- метилтрансферазы (КОМТ, катализирует реакцию метилирования по 3-ОН-группе)- с образованием множества неактивных продуктов, уда­ ляемых с мочой. Основным продуктом инактивации является 3- метокси-4-гидроксиминдальная кислота, называемая также ванилилминдальной кислотой. По ее содержанию в моче судят о секреции ад­ реналина в кровь.

Схема инактивации катехоламинов

1. МАО; 2. КОМТ; * - З-метокси-4-гидроксифекилуксусная ки­ слота; ** - З-метокси-4-гидроксиминдальная кислота.

Ванилилминдальная кислота (З-метокси-4- гидроксиминдальная кислота)

Н 0 - < 0 > - СН(ОН)-СООН

I ОСНз

Таблица 1. Физиологические концентрации катехоламинов и их метаболитов (no X. Шамбах, 1988 г.)

4 1 6

w

Механизм действия

Катехоламины действуют через 2 класса адренорецепторов —а

ид Каждый из них в свою очередь подразделяется на подклассы: oti и а2; рь Рг и Рз. Адреналин связывается и активирует как а- адренорецегпоры, так и Р-адренорецепторы. Норадреналин в физиоло­ гических концентрациях связывается главным образом с а- адренорецепторами.

Катехоламины, которые связываются с.р-адренорецепторами ак­ тивируют аденилатциклазу, в то время как связывание их с а 2- рецепторами ингибирует аденилатциклазу. Связывание с а г адренорецепторами активирует фосфолипазу С и запускает Са2+/фосфатидилинозитоловый механизм.

В ЦНС, почках и мезентериальных сосудах имеются дофамино­ вые рецепторы, ответственные за вазодилатацию.

Биологическая реакция каждого органа Зависит от типа присут­ ствующих на его клетках адренорецепторов. Например, в сердце и жи­ ровой ткани присутствуют в основном Pi-адренорецепторы, в бронхах, печени, скелетных мышцах - р2-рецепторы.

Преимущественная локализация адренорецепторов

Биологические эффекты

5.1. Метаболические эффекты.

Главным местом метаболического действия катехоламинов яв­ ляются печень, мышечная и жировая ткани. Главными метаболически-

Ми эффектами, опосредуемыми различными адренорецепторами явля­ ются:

I • Стимуляция распада гликогена до глюкозы (гликогенолиза) в Печени (посредством активации cti и р2-адренорецепгоров) и мышцах

4 1 7

(через р2-рецепторы). В быстросокращающихся скелетных мыщц^ глюкоза метаболизируется до лактата. В тоже время глюкоза, обра зуемая в печени, поступает в кровоток. Это приводит к повышению уровня глюкозы и лактата в плазме крови.

2.Активация глюконеогенеза (через р2-рецепторы) из лактата и глицерола.

3.Стимуляция липолиза в жировой ткани (посредством р рецепторов). Жирные кислоты используются мышцами в качестве ис­ точника энергии, и, кроме того, активируют глюконеогенез. В печени возможно усиление синтеза кетоновых тел. Высвобождающийся при липолизе глицерол захватывается главным образом печенью, где ис­ пользуется в реакциях глюконеогенеза.

Схема метаболического действия адреналина.

4.Активация р3-адренорецепторов в бурой жировой ткани спо­ собствует факультативному термогенезу в ответ на действие холода.

5.Стимуляция синтеза холестерина через активацию ключевого фермента З-гидрокси-З-метилглутарил-КоА-редуктазу.

6.Снижение протеолиза в скелетных мышцах ф 2-рецепторы).

7.Ингибирование секреции инсулина (через а 2-рецепторы). Это снижает утилизацию глюкозы скелетными мышцами и жировой тка­ нью, сберегая ее для ЦНС,

5.2.Физиологические эффекты:

1.Повышение потребления кислорода на 30%.

2.Сужение сосудов кожи и желудочно-кишечного тракта (а- рецепторы).

3.Повышение силы (инотропный эффект) и частоты (хронотроп-

ный эффект) сердечных сокращений (рг рецепторы).

418

Увеличение силы сердечных сокращений при действии адрена­ лина объясняется усилением притока Са2+ в кардиомиоциты: адреналин —> р| -рецептор —> активация аденилатциклазы-» t цАМФ -> актива­ ция протеинкиназы А —> фосфорилирование Са2+ -каналов L-типа —> f потока Са2+ в кардиомиоцит.

При очень высокой концентрации адреналина в крови повышает­ ся опасность развития аритмий и развития стенокардии.

4.Повышение системного артериального давления (а-рецепторы сосудов и |3i-рецепторы сердца).

5.Расширение сосудов скелетных мышц и коронарных артерий

(Р2-рецепторы).

6. Расслабление гладких мышц бронхов, ЖКТ, мочевого пузыря (Р2-рецепторы), но сокращение сфинктеров ЖКТ и мочевого пузыря (ai-рецепторы).

7. Расширение зрачка (ai-рецепторы)

8. Усиление потоотделения (ai-рецепторы).

9. Увеличение секреции гастрина слизистой оболочкой желудка (Р2-рецепторы).

10.Усиление агрегации тромбоцитов (а2-рецепторы).

11.Реакция ЦНС - страх, тревога, бодрость (а2-рецепггоры)

Все перечисленные реакции, в первую очередь, направлены на повышение способности организма расходовать энергию во время стресса (реакции борьбы или бегства). Обращает на себя внимание факт перераспределения источников энергии в пользу органов, непо­ средственно участвующих в данной реакции (мозг, мышцы и сердечнолегочная система). Это происходит за счет органов, менее необходи­ мых и более поздно включающихся в ответ (кожа и желудочнокишечный тракт).

Лекция 41

ГЛЮКОКОРТИКОИДНЫЕ ГОРМОНЫ

Историческая справка

1927 г. - Hartman et al., Rogoff, Stewart введением экстракта над­ почечников продлили жизнь экспериментальным адреналэктомированным животным.

1930 г. - Hartman et al., Rontree et al. провели успешное лечение болезни Аддисона экстрактом надпочечников.

419

1936г. - Kendall, Reichstein,Wintersteiner выделили кортизон. 1937 г.- Reichstein выделил гидрокортизон из надпочечников. 1946 г. - Sarett синтезировал кортизон.

1948 г. - Hench et al. получили впечатляющие результаты леченая кортизоном больных ревматоидным артритом.

1950 г. - Hench, Kendall, Reichstein вручена Нобелевская премия за исследования и клиническое применение кортизона.

1953 г. - Simpson et al., Neher, Euw, Reichstein выделили альд0- стерон из надпочечников.

1954 г. - Simpson et al., Neher, Euw, Reichstein расшифровали структуру альдостерона. Mach et al. применили альдостерон для лече­ ния болезни Аддисона.

1955 г. - Herzog et al. синтезировали преднизон и преднизолон. Надпочёчники (epinephros, glandula adrenalis) являются необхо­

димой для жизни парной эндокринной железой. Человек не в состоя­ нии прожить после адреналэктомии более 6-7 суток.

Морфологически надпочечники состоят из двух структур: внут­ реннего мозгового вещества и внешнего коркового слоя. В свою оче­ редь кора надпочечников состоит из трех четко различимых зон. Суб­ капсулярная область называется клубочковой зоной; в ней образуется главный минералокортикоид - альдостерон. Затем идут пучковая зона и сетчатая зоны, в которых вырабатываются глюкокортикоиды и анд­ рогены.

В коре надпочечников синтезируются десятки различных сте­ роидов, но лишь немногие из них обладают биологической активно­ стью. Они и составляют три класса гормонов: глюкокортикоиды, минералокортикоиды и андрогены.

Глюкокортикоиды (от глюко(за) + лат. cortex-кора) —это С2г стероиды, наиболее важный метаболический эффект которых - стиму­ ляция глюконеогенеза. Основными глюкокортикоидами являются кор­ тизол (гидрокортизон) и кортикостерон, причем у человека преоблада­ ет кортизол, а, например, у грызунов - кортикостерон.

420