32.Принцип иерархии нейроэндокринной системы. Гипотоламо-гипофизарная ось. Рилизинг-факторы гипоталамуса и тропные гормоны гипофиза: состав, строение и функции.

Эндокринная система функционируется с нервной системой как нейроэндокринная,в ней можно выделить 4 уровня:

1)ЦНС и эпифиз

2)гипоталамус

3)гипофиз

4)перефирические железы внутренней секреции(ПЖВС)

Функции ПЖВС регулируются 2 путями:

1)трансгипофизарной

2)парагипофизарной(нервные импульсы направлены на выроботку и выделение гормонов эндокринными клетками.)

Гормоны гипоталамо-гипофизарной системы:

Пунктом где сливаются потоки нервной и индокринной информации……,Где под действием импульсов из разных отделов мозга синтезируются гипотаомические гормоны,которые оказывают влияние на вырабтку гормонов гипофиза.Все гипоталомические гормоны представляют собой олигопептиды называющиеся релизинг-факторами,бывают двухтипов:

1. Либириноактивирующие

2. 2.Статины(тормозят продукцию гормонов аденогипофиза)

Механизм их действия адениладциклазный,время полужизни 2-4 минуты.

г ипоталамус соответствующие группы гипофиза

1)соматолибирин соматотропин

Соматостатин

2)кортиколиберин кортикотропный

3)териолиберин териотропный

4)фольлиберин фолликулостимулирующий

5)люлиберин лютеинозириюущий

6)пролактолиберин пролактин

Пролактостатин

7)меланолиберин мелано-стимулирующий

Меланостатин

Гипофизарные гормоны:

В составе гипофиза выделяют аденогипофиз вырабатывающий тропные гормоны,нейрогипофиз и промежуточную долю.

Териотропный гормон-гликопротеид, продукции гормонов актвирует тиролиберин,тормозят гормоны щитовидной железы по принципу обратной связи .Гормоными щит. Железы ТТГ ускоряет поглащение йода из крови и его включение в териоглобулин ,таким образом контролирубется синтез и секрецию териойдных гормонов.Клетками мишенями явл. И клетки ировой ткани,где ускоряется липолиз.

Кортикотропный гормон-полипептид из 39 амк,продукция активируется кортиколиберином,ограничивается по обратной отрицательной связи кортикостероидами.Органы мишени:

-надпочечники,ускоряет синтез и секрецию кортикостероидами,тормозит связывание кортикостероида с белком,который обеспечвает его выведение.

-клетки жировой ткани-активация липилиза

-клетки нейрогипофиза-стимулируют образование миланостимулирующего гормона.

Гонадотропные гормоны:

Фоликулостимулирующй гормон-активирует его выработку фолибери,ингибитором образован ия является эстрогены по типу обратной связи.Фолитропин регулирует созревание фолликулов у женщин и сперматозоидов у мужчин.

Лютеинозирующией гормон-его продукция контролируется люлиберином и прогестероном(по обратной связи-тормозят)

Мишени:

У самок зрелый фолликул,где обеспечивается окончательное созревание ,овуляции я и образование желтого тела.

У самцов-Кл Лейдега,где стимулируется образование тестестерона,а также семенники,где гормоны стимулируют рост интерстециальных клеток .По хим природе фолликулостимул и лютеинозирующий явл гликопротеинам,сост из двух субъедениц альфа и бетта. Альфа имеют сходное строение,у двухгормонов сспецефично бета.

Пролактин-по составу простой белок,синтез ускоряется пролактолиберином,тормозит-пролактостатин и прогестерон по типу обратной связи.Эффекто-стимулирующее развитие молочной железы и локтации,перед родами содержние повышенно в 10-20раз.Стимлирует секрецию желтого тела,рост внутренних органов,формирование материнского инстинкта.

Соматотропин(гормон роста)-простой белок.продукцию контролирует соматолиьерин и соматостатин.Это единственный горомн обладающий видовой спецификой.Обеспечивает рост до полового созревания,рост костей в длину,задержка и увеличение массы внутренних органов.Оказывает как прямое так и апосредованное действие,прямое действие-по увеличению концентрации ЦАМФ(вторичн посредник) в островках лангенгарса(поджел. Ж.) стимулирует выделение глюкогона в меньшей степени инсулина,по этому СТГ присуще диабетное действие.

Апосредованное действие связано с образованием в тканях(в печени особенно) рост стимулирующ пептидов-соматомидины или инсулиноподобные,факт роста которые обеспечивают разностороннее анаболическое действие связанно с ростом.Недостаток СТГ у детей ведет к формированию гипофизарных карликов. При гиперфункции у детей-гигантизм.У взрослых возникает акромегамия-непропорционально увеличение отдельных частей тела.

Липотропины-существуют в виде двух близких альфа и бета.Мишени-жировая ткань,где активируется липолиз.

Все данные горомны действуют с помощью через рецептор связанный с мембранной.

Нейрогипофиз

Вазоприсин-циклический пептид содержащие по 9 амк и дисульфидных мостики.Вазопросин суживает просвет сосудов в дистальных канальцах и собирательных трубочках почек,что повышает их проницаемость для воды.При недостатке развивается не сахарный диабет выделяется от 4 до 10 л мочи.

Окситацин-повышает внутриклеточну концентрацию кальция и обр циклическими пептидами.Стимулирует сокращение матки и других полых органов.Усиливает синтез белка в молочных железах и отделении молока.Оказывает инсулиноподобное действие на жировую ткань,вызывает усиление потребности глюкозы в кл и активирует синтез 3-глицеридов.

Меланотропины альфа и бета-у человека обычно обр в переднем сегменте задней доли,а у большинства животных в средней доли гипофиза.Они стимулируют образование меланина в коже,радужке сетчатки глаза,жировой ткани стимулирует липолиз.

Меланостимулирующий гормон продукт контролируемый меланолиберином и меланостатином,мешенью явл меланофорные кл,где происходит расредотачивание меланина.

Когерин-вызывает ритмичность сокращения тощей кишки.

33.Гормоны периферических эндокринных желез. Тиреоидные гормоны: биосинтез, строение функции. Стероидные гормоны: кортикостероиды (альдостерон и кортикозол); андрогены и эстрогены. Катехоламины: строение и функции. Белково-пептидные гормоны поджелудочной и паращитовидных желез.

Периферические эндокринные железы составляют 2-й уровень эндокринной системы. Большая часть секретируемых гормонов находится под прямым контролем гипоталамо-гипофизарного комплекса. К этим гормонам относятся гормоны щитовидной железы, коры надпочечников, яичников, яичек и частично тимуса.

Гормоны, регулирующие фосфорно-кальциевый гомеостаз, контролируются, как видно, концентрацией этих ионов в крови. Секреция гормонов поджелудочной железы — инсулина и глюкагона — занимает промежуточное положение в отношении регуляции. С одной стороны, концентрация глюкозы в крови является основным ключевым фактором их регуляции, с другой, некоторые гормоны, например соматотропин, стимулируют секрецию инсулина.Существуют взаимоотношения и между периферическими железами, например стимуляция глюкагоном секреции кальцитонина. Секреция адреналина и иорадреналипа контролируется почти исключительно нейрогенными влияниями. Постоянство концентрации воды и ионов Na+, К+ контролируется сложной нейрогормональной системой, в которую входят гормоны, непосредственно продуцируемые в гипоталамусе (вазопрессин или антидиуретический гормон), гормон коры надпочечников — альдостерон, вероятно, эпифизарные гормоны, а также система ренин — ангиотензин, которая путем регуляции почечного кровотока и артериального давления оказывает существенное влияние на водный и электролитный гомеостаз.

Отличительная особенность тиреоидных гормонов состоит в том, что для их биологической активности требуется микроэлемент иод. Почти во всех частях света иод является следовым компонентом почвы и поэтому в малых количествах присутствует в пище. Его превращение в форму, способную включаться в органические соединения, осуществляется с помощью сложного механизма. Известно, что щитовидная железа синтезирует тиронин, причем образование этого вещества происходит в составе тиреоглобулина. Указанные процессы будут обсуждаться по отдельности, хотя в организме они протекают одновременно.

Единый процесс биогенеза тиреоидных гормонов складывается из следующих этапов: 1) фиксации йодидов крови железой и их окисления до элементарного йода; 2) синтеза специфического белка биосинтеза гормонов — тиреоглобулина и йодирования его тирозиловых остатков элементарным йодом, 3) образования гормональных йодтиронинов из йодированных тирозиловых остатков на молекуле тиреоглобулина; 4) отщепления тиреоидных гормонов от белка (рис. 29).

Фиксация йодидов крови в железе — необходимый этап формирования структуры йодсодержащих тиреоидных гормонов, требующий поступления достаточного количества йода с пищей и питьевой водой, которое обеспечивало бы нормальную концентрацию йодидов в крови (0,1-0,5 мкг %). У человека минимальная суточная потребность в йоде равна 50-75 мкг, а оптимальная — 120 мкг. Если эта потребность в алиментарном йоде не удовлетворяется, то в организме может развиваться йодидная недостаточность, приводящая к снижению синтеза тиреоидных гормонов, патологической гипофункции щитовидной железы.

Стероидные гормоны — группа физиологически активных веществ (половые гормоны, кортикостероиды и др.), регулирующих процессы жизнедеятельности у животных и человека. У позвоночных стероидные гормоны синтезируются из холестерина в коре надпочечников, клетках Лейдига семенников, в фолликулах и желтом теле яичников, а также в плаценте

АНДРОГЕНЫ- гормонами мужественности.

Основные функции андрогенов:

• Обеспечивают приток энергии, выносливость, физическую силу, жизненный тонус

• Успокаивают, дают возможность спокойно преодолевать трудности и проблемы, противостоять стрессам

• Отвечают за агрессивность, упорство

• Создают хорошее настроение

• Пробуждают сексуальное желание

• Порождают влюбленность

• Укрепляют фигуру, развивают мышцы, тонизируют тело

• Уменьшают количества жира и целлюлит

• Увлажняют слизистую глаз и рта

• Обеспечивают мужскую эрекцию и эякуляцию.

Недостаток тестостерона вызывает характерные проявления: мышцы щек вялые, бледность, глаза сухие, взгляд тусклый, редкие усы и борода, вялое тело, сутулая спина, выпирающий живот, жир на бедрах, отсутствие волос на груди и животе. Характерна усталость в течение дня, склонность к депрессии, тревога, беспокойный сон.

Замечено, что максимальная концентрация тестостерона у мужчин в утренние часы. Это объясняет и утреннюю эрекцию и повышенное сексуальное желание в это время.

ЭСТРОГЕНЫ

Самый важный из эстрогенов – это эстрадиол -гормон женственности.

Его функции:

• Придает округлость женским формам

• Разглаживает морщины

• Способствует радости, веселости, хорошему настроению

• Придает энтузиазм, пылкость, физическую выносливость.

При недостатке эстрадиола отмечаются выпадение волос на макушке, мелкие морщины вокруг глаз и рта, сухие и тусклые глаза, раздраженные веки, опавшая грудь, сухость влагалища. Также отмечается усталость в течении дня, склонность к депрессии и унынию, скудные менструации или их задержка.

Катехоламины— физиологически активные вещества, относящиеся к биогенным моноаминам; являются медиаторами (норадреналин, дофамин) и гормонами (адреналин, норадреналин) симпатоадреналовой системы.

34. Роль клеточных рецепторов в реализации гормонального сигнала. Механизм действия пептидных гормонов, производных аминокислот. Типы вторичных посредников, их строение и механизм действия. Инозитолдифосфатный механизм, его роль в реализации гормональных сигналов. Роль ионов кальция в реализации гормонального сигнала.

Гормоны оказывают влияние на клетки-мишени.

КЛЕТКИ-МИШЕНИ - это клетки, которые специфически взаимодействуют с гормонами с помощью специальных белков-рецепторов. Эти белки-рецепторы располагаются на наружной мембране клетки, или в цитоплазме, или на ядерной мембране и на других органеллах клетки.

БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА ОТ ГОРМОНА В КЛЕТКУ-МИШЕНЬ.

Любой белок-рецептор состоит, минимум из двух доменов (участков), которые обеспечивают выполнение двух функций:

- "узнавание" гормона;

- преобразование и передачу полученного сигнала в клетку.

Известно, что гормоны взаимодействуют со своими рецепторами физико-химическим путем. Между молекулой гормона и рецептором формируются электростатические и гидрофобные взаимодействия. При связывании рецептора с гормоном происходят конформационные изменения белка-рецептора и комплекс сигнальной молекулы с белком-рецептором активируется. В активном состоянии он может вызывать специфические внутриклеточные реакции в ответ на принятый сигнал. Если нарушен синтез или способность белков-рецепторов связываться с сигнальными молекулами, возникают заболевания - эндокринные нарушения. Есть три типа таких заболеваний:

1. Связанные с недостаточностью синтеза белков-рецепторов.

2. Связанные с изменением структуры рецептора - генетических дефекты.

3. Связанные с блокированием белков-рецепторов антителами.

МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ НА КЛЕТКИ-МИШЕНИ.

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

Для получения клеточного ответа на гормональный сигнал в случае гидрофильных молекул действует внутриклеточный механизм передачи сигнала. Это происходит с участием веществ, которых называют "ВТОРЫМИ ПОСРЕДНИКАМИ". Молекулы гормонов очень разнообразны по форме, а "вторые посредники" - нет.

Надёжность передачи сигнала обеспечивает очень высокое сродство гормона к своему белку-рецептору.

Посредники, которые участвуют во внутриклеточной передаче гуморальных сигналов- циклические нуклеотиды (цАМФ и цГМФ), инозитолтрифосфат, кальций-связывающий белок - кальмодулин, ионы кальция, ферменты, участвующие в синтезе циклических нуклеотидов, а также протеинкиназы - ферменты фосфорилирования белков. Все эти вещества участвуют в регуляции активности отдельных ферментных систем в клетках-мишенях.

Инозитолтрифосфат -это вещество, которое является производным сложного липида - инозитфосфатида. Оно образуется в результате действия специального фермента - фосфолипазы “С”, который активируется в результате конформационных изменений внутриклеточного домена мембранного белка-рецептора.

Образование диацилглицерина и инозитолтрифосфата приводит к увеличению концентрации ионизированного кальция внутри клетки. Это приводит к активации многих кальций-зависимых белков внутри клетки, в том числе активируются различные протеинкиназы. И здесь, как и при активации аденилатциклазной системы, одной из стадий передачи сигнала внутри клетки является фосфорилирование белков, которое в приводит к физиологическому ответу клетки на действие гормона.

В работе фосфоинозитидного механизма передачи сигналов в клетке-мишени принимает участие специальный кальций-связывающий белок - кальмодулин. Это низкомолекулярный белок (17 кДа), на 30% состоящий из отрицательно заряженных аминокислот (Глу, Асп) и поэтому способный активно связывать Са+2. Одна молекула кальмодулина имеет 4 кальций-связывающих участка. После взаимодействия с Са+2 происходят конформационные изменения молекулы кальмодулина и комплекс “Са+2-кальмодулин” становится способным регулировать активность (аллостерически угнетать или активировать) многие ферменты - аденилатциклазу, фосфодиэстеразу, Са+2,Мg+2-АТФазу и различные протеинкиназы.

В разных клетках при воздействии комплекса “Са+2-кальмодулин” на изоферменты одного и того же фермента (например, на аденилатциклазу разного типа) в одних случаях наблюдается активация, а в других - ингибирование реакции образования цАМФ. Такие различные эффекты происходят потому, что аллостерические центры изоферментов могут включать в себя различные радикалы аминокислот и их реакция на действие комплекса Са+2-кальмодулин будет отличаться.

Таким образом, в роли "вторых посредников" для передачи сигналов от гормонов в клетках-мишенях могут быть:

- Циклические нуклеотиды (ц-АМФ и ц-ГМФ);

- Ионы Са;

- Комплекс “Са-кальмодулин”;

- Диацилглицерин;

- Инозитолтрифосфат

Механизмы передачи информации от гормонов внутри клеток-мишеней с помощью перечисленных посредников имеют общие черты:

1. одним из этапов передачи сигнала является фосфорилирование белков

2. прекращение активации происходит в результате специальных механизмов, инициируемых самими участниками процессов, - существуют механизмы отрицательной обратной связи.

Гормоны являются основными гуморальными регуляторами физиологических функций организма, и в настоящее время хорошо известны их свойства, процессы биосинтеза и механизмы действия.

Признаки, по которым гормоны отличаются от других сигнальных молекул:

1. Синтез гормонов происходит в особых клетках эндокринной системы. При этом синтез гормонов является основной функцией эндокринных клеток.

2. Гормоны секретируются в кровь, чаще в венозную, иногда в лимфу. Другие сигнальные молекулы могут достигать клеток-мишеней без секреции в циркулирующие жидкости.

3. Телекринный эффект (или дистантное действие) - гормоны действуют на клетки-мишени на больщом расстоянии от места синтеза.

Гормоны являются высокоспецифичными веществами по отношению к клеткам-мишеням и обладают очень высокой биологической активностью.

35. Механизм действия стероидных гормонов. Стероидные гормоны обладают двумя путями действия на клетки: 1) классическим геномным или медленным и 2) быстрым негеномным. Геномный механизм действия. Геномный механизм действия на клетки-мишени начинается трансмембранным переносом молекул стероидных гормонов в клетку ,с последующим связыванием гормона с цитоплазменным белком-рецептором. Эта связь с рецепторным белком необходима для поступления стероидного гормона в ядро, где происходит его взаимодействие с ядерным рецептором. Последующее взаимодействие комплекса гормон—ядерный рецептор с хромати-новым акцептором, специфическим кислым белком и ДНК влечет за собой: активацию транскрипции специфических мРНК, синтез транспортных и рибосомных РНК, процессинг первичных РНК-транскриптов и транспорт мРНК в цитоплазму, трансляцию мРНК при достаточном уровне транспортных РНК с синтезом белков и ферментов в рибосомах. Все эти явления требуют длительного (часы, сутки) присутствия гормон-рецепторного комплекса в ядре.

Негеномный механизм действия стероидных гормонов. Эффекты стероидных гормонов проявляются не только спустя несколько часов, что требуется для ядерного влияния, часть из них проявляется очень быстро, в течение нескольких минут. Это такие эффекты, как повышение проницаемости мембран, усиление транспорта глюкозы и аминокислот, освобождение лизосомальных ферментов, сдвиги энергетики митохондрий. К числу быстрых негеномных эффектов стероидных гормонов относятся, например, увеличение в течение 5 мин после введения человеку альдосте-рона общего периферического сосудистого сопротивления и артериального давления, изменение транспорта натрия через мембрану эритроцитов (вообще лишенных ядра) под влиянием альдостерона в опытах in vitro, быстрый вход Са2+ в клетки эндометрия под влиянием эстрогенов и др. Механизм негеномного действия стероидных гормонов заключается в связывании на плазматической мембране клетки со специфическими рецепторами и активации каскадных реакций систем вторичных посредников, например фосфолипазы С, инозитол-3-фосфата, ионизированного Са2+, протеинки-назы С. Под влиянием стероидных гормонов в клетке может увеличиваться содержание цАМФ и цГМФ.

Негеномный эффект стероидных гормонов может быть реализован и после их связывания с цитоплазматическими рецепторами. Часть негеномных эффектов стероидных гормонов осуществляется благодаря их взаимодействию с рецепторами, связанными с воротным механизмом ионных каналов мембран нервных клеток, являясь тем самым модуляторами, например, глицин-, серотонин- или гамма-аминобу-тиратергических нейронов. Наконец, растворяясь в липидном бислое мембраны, стероидные гормоны могут менять физические свойства мембраны, такие как ее текучесть или проницаемость для гидрофильных молекул, что также является негеномным эффектом. Таким образом, механизмы действия гормонов разной химической структуры имеют не только различия, но и общие черты. Как и стероиды, пептидные гормоны обладают способностью избирательно влиять на транскрипцию генов в ядре клетки. Этот эффект пептидных гормонов может быть реализован не только с поверхности клетки при образовании вторичных посредников, но и путем поступления пептидных гормонов внутрь клетки за счет интернализации гормон-рецепторного комплекса.

36.Введение в обмен веществ и энергии. Общие представления об обмене веществ и энергии. Макроэргические соединения: АТФ и другие нуклеозидтрифосфаты. Важнейшие биохимические принципы регуляции метаболизма.

Обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых; в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты.Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями, в них при участии ферментов одни биологически значимые молекулы последовательно превращаются в другие. Ферменты играют важную роль в метаболических процессах потому, что:действуют как биологические катализаторы и снижают энергию активации химической реакции;позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения среды клетки или сигналы от других клеток.Особенности метаболизма влияют на то, будет ли пригодна определенная молекула для использования организмом в качестве источника энергии.Основные метаболические пути и их компоненты одинаковы для многих видов, что свидетельствует о единстве происхождения всех живых существ.

Аденозинтрифосфа́т (— нуклеозидтрифосфат, играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах

Систематическое наименование АТФ:

9-β-D-рибофуранозиладенин-5'-трифосфат, или

9-β-D-рибофуранозил-6-амино-пурин-5'-трифосфат.

Химически АТФ представляет собой трифосфорный эфир аденозина, который является производным аденина и рибозы.

Пуриновое азотистое основание — аденин — соединяется β-N-гликозидной связью с 1'-углеродом рибозы. К 5'-углероду рибозы последовательно присоединяются три молекулы фосфорной кислоты, обозначаемые соответственно буквами: α, β и γ.

АТФ относится к так называемым макроэргическим соединениям, то есть к химическим соединениям, содержащим связи, при гидролизе которых происходит освобождение значительного количества энергии. Гидролиз макроэргических связей молекулы АТФ, сопровождаемый отщеплением 1 или 2 остатков фосфорной кислоты, приводит к выделению, по различным данным, от 40 до 60 кДж/моль.

АТФ + H₂O → АДФ + H₃PO₄ + энергия

АДФ + H₂O → АМФ + H₃PO₄ + энергия

Высвобожденная энергия используется в разнообразных процессах, протекающих с затратой энергии.

Главная роль АТФ в организме связана с обеспечением энергией многочисленных биохимических реакций. Являясь носителем двух высокоэнергетических связей, АТФ служит непосредственным источником энергии для множества энергозатратных биохимических и физиологических процессов. Всё это реакции синтеза сложных веществ в организме: осуществление активного переноса молекул через биологические мембраны, в том числе и для создания трансмембранного электрического потенциала; осуществления мышечного сокращения.

Помимо энергетической АТФ выполняет в организме ещё ряд других не менее важных функций:

• Вместе с другими нуклеозидтрифосфатами АТФ является исходным продуктом при синтезе нуклеиновых кислот.

• Кроме того, АТФ отводится важное место в регуляции множества биохимических процессов. Являясь аллостерическим эффектором ряда ферментов, АТФ, присоединяясь к их регуляторным центрам, усиливает или подавляет их активность.

• АТФ является также непосредственным предшественником синтеза циклического аденозинмонофосфата — вторичного посредника передачи в клеткугормонального сигнала.

• Также известна роль АТФ в качестве медиатора в синапсах и сигнального вещества в других межклеточных взаимодействиях (пуринергическая передача сигнала).

В организме АТФ синтезируется путём фосфорилирования АДФ:

АДФ + H₃PO₄ + энергия → АТФ + H₂O.

Фосфорилирование АДФ возможно тремя способами: субстратное фосфорилирование и окислительное фосфорилирование, (используя энергию окисляющихся веществ) и фотофосфорилирование в процессе фотосинтеза у растений. Основная масса АТФ образуется на мембранах митохондрий в ходе окислительного фосфорилирования H-зависимой АТФ-синтазой. Субстратное фосфорилирование АТФ не требует участия мембранных ферментов, оно происходит в цитоплазме в процессе гликолиза или путём переноса фосфатной группы с других макроэргических соединений.

Реакции фосфорилирования АДФ и последующего использования АТФ в качестве источника энергии образуют циклический процесс, составляющий сутьэнергетического обмена.

В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ, так у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин. В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000—3000 циклов ресинтеза (человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день, но содержит в каждый конкретный момент примерно 250 г), то есть запаса АТФ в организме практически не создаётся, и для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ.

Регуляция метаболизма осуществляется различными путями. Количество некоторых лимитирующих ферментов контролируется скоростью синтеза и распада белка. Кроме того, каталитическая активность ряда ферментов регулируется аллостерическими взаимодействиями (как при ингибировании по принципу обратной связи) и ковалентными модификациями. Компартментация и разобщение путей биосинтеза и расщепления также вносят определенный вклад в регуляцию обмена веществ. Энергетический заряд, зависящий от относительных количеств АТР, ADP и АМР, также участвует в механизмах регуляции. Высокий энергетический заряд ингибирует процессы, связанные с генерированием АТР (катаболиче-ские пути), но стимулирует использование АТР (анаболические пути). 

37. Принципы структурно-функциональной организации электрон-транспортной (дыхательной) цепи митахондрий: характеристика структурных компонентов, энергетическое значение ступенчатого транспорта электронов, участки сопряжения в дыхательной цепи.

ЭТЦ— система структурно и функционально связанных трансмембранных белков и переносчиков электронов. ЭТЦ запасает энергию, выделяющуюся в ходе окисления НАД∙Н и ФАДН₂ молекулярным кислородом (в случае аэробного дыхания) или иными веществами (в случае анаэробного) в форме трансмембранного протонного потенциала за счёт последовательного переноса электрона по цепи, сопряжённого с перекачкой протонов через мембрану.

У прокариот ЭТЦ локализована в ЦПМ, у эукариот — на внутренней мембране митохондрий. Переносчики расположены по своему окислительно-восстановительному потенциалу, транспорт электрона на всём протяжении цепи протекает самопроизвольно.

Протонный потенциал преобразуется АТФ-синтазой в энергию химических связей АТФ. Сопряжённая работа ЭТЦ и АТФ-синтазы носит название окислительного фосфорилирования.

Комплексы дыхательной цепи

Комплекс I (НАДН дегидрогеназа) окисляет НАД-Н, отбирая у него два электрона и перенося их на растворимый влипидах убихинон, который внутри мембраны диффундирует к комплексу III. Вместе с этим, комплекс I перекачивает 2 протона и 2 электрона из матрикса в межмембранное пространство митохондрии.

Комплекс II (Сукцинат дегидрогеназа) не перекачивает протоны, но обеспечивает вход в цепь дополнительныхэлектронов за счёт окисления сукцината.

Комплекс III (Цитохром bc₁ комплекс) переносит электроны с убихинона на два водорастворимых цитохрома с, расположенных на внутренней мембране митохондрии. Убихинон передаёт 2 электрона, а цитохромы за один цикл переносят по одному электрону. При этом туда также переходят 2 протона убихинона и перекачиваются комплексом.

Комплекс IV (Цитохром c оксидаза) катализирует перенос 4 электронов с 4 молекул цитохрома на O₂ и перекачивает при этом 4 протона в межмембранное пространство. Комплекс состоит из цитохромов a и a3, которые, помимо гема, содержат ионы меди.

Кислород, поступающий в митохондрии из крови, связывается с атомом железа в геме цитохрома a3 в форме молекулы O₂. Каждый из атомов кислорода присоединяет по два электрона и два протона и превращается в молекулуводы.

Влияние окислительного потенциала

Система с более низким окислительно-восстановительным потенциалом обладает большей способностью отдавать электроны системе с большим потенциалом. Например, пара НАД•Н⁺/НАД⁺ , редокс-потенциал которой равен — 0,32 В будет отдавать свои электроны окислительно-восстановительной паре флавопротеин(восстановл.) / флавопротеин (окислен.), имеющей больший потенциал −0,12 В. Большая величина редокс-потенциала окислительно-восстановительной пары вода/кислород (+0,82 В) указывает на то, что у этой пары способность отдавать электроны выражена очень слабо^[1].

Ингибиторы дыхательной цепи

Некоторые вещества блокируют перенос электронов через комплексы I, II, III, IV .

Ингибиторы I комплекса — барбитураты, ротенон, пиерицидин

Ингибитор II комплекса — малонат.

Ингибитор III комплекса — антимицин А, миксотиазол, стигматтелин

Ингибиторы IV комплекса — сероводород, цианиды, угарный газ, оксид азота.

Электронтранспортные цепи бактерий

Бактерии, в отличие от митохондрий, используют большой набор доноров и акцепторов электронов, а также разные пути переноса электрона между ними. Эти пути могут осуществляться одновременно, например, E. coli при выращивании на среде, содержащей глюкозу в качестве основного источника органического вещества, использует две НАДН дегидрогеназы и две хинолоксидазы, что означает наличие 4 путей транспорта электрона. Большинство ферментов ЭТЦ индуцибельны и синтезируются только в случае, если путь, в который они входят, востребован.

Донором электрона помимо органического вещества у бактерий могут выступать молекулярный водород, угарный газ, аммоний, нитрит, сера, сульфид, двухвалентноежелезо. Вместо НАДН и сукцинатдегидрогеназы могут присутствовать формиат-, лактат-, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, гидрогеназа и т. д. Вместо оксидазы, использующейся в аэробных условиях, в отсутствие кислорода бактерии могут использовать редуктазы, восстанавливающие различные конечные акцепторы электрона:фумаратредуктазу, нитрат- и нитритредуктазу и т. д.