Учреждение образования

”ПОЛЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ“

Факультет биотехнологический

Кафедра биохимии и биоинформатики

Управляемая самостоятельная работа № 5

на тему:

Принципы гуморальной регуляции метаболизма

Подготовил					Децук Валерия Петровна
Студент 2 курса, гр.22БХ-1		(подпись) __________________2023

Проверил		Аль Меселмани Моханад Али
Доцент	(подпись) ___________________2023

ПИНСК 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Важнейщие биохимические принципы метаболизма как совокупности реакций биосинтеза, превращение и распад биомолекул 3

Глава 2. Гормональная регуляция энергетического обмена 4

Глюкокортикоиды 7

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 9

Глава 1. Важнейщие биохимические принципы метаболизма как совокупности реакций биосинтеза, превращение и распад биомолекул

Многоклеточный организм представляет собой единое целое, в котором существует строгая дифференцировка органов и тканей. Следовательно, имеются механизмы, осуществляющие интеграцию и координацию метаболической активности, обмена энергии, пролиферации, дифференцировки и функции различных органов и тканей.

Основную роль в регуляции жизнедеятельности организма играют две системы:

1. Система сигнальных путей, которые функционируют посредством различных химических посредников, в частности гормонов.

2. Нервная система, которая координирует функционирование организма через передачу электрохимических импульсов.

Жизнь клетки и многоклеточных организмов зависит от внешних и внутренних регуляторных сигналов. К экзогенным сигналам относят воздействия физической (температура, давление, электромагнитное излучение), химической (ксенобиотики, токсины, феромоны) и биологической природы (вирусы, прионы, паразиты). К эндогенным сигналам относят регуляторные факторы аутокринной, паракринной и эндокринной систем. Система сигналинга бурно развивается в последние десятилетия и рассматривается в крупном и сложном разделе молекулярной биологии. В рамках биологической химии предусмотрено изучение эндокринной ветви сигналинга.

Известны три основных механизма регуляции метаболизма: изменения активности феpментов, количества феpментов в клетке, пpоницаемости клеточных мембpан.

1. Изменение активности феpментов ‒ самый pаспpостpаненный способ pегуляции метаболизма. Регуляции подвеpжены «ключевые» феpменты, котоpые опpеделяют скоpость всего полифеpментного пpоцесса.

2. Изменение количества феpмента в клетке осуществляется путем индукции или pепpессии генов, а также пpотеолитической дегpадации белков в клетке.

3. Изменение пpоницаемости мембpан, или точнее ‒ изменение целого комплекса функций мембpан.

Эти механизмы лежат в основе классификации гормонов.

Глава 2. Гормональная регуляция энергетического обмена

Гуморальная регуляция функций (humoralis от лат. humor – влага, жидкость) – регуляция жизнедеятельности органов и систем, которая осуществляется биологически активными веществами, растворенными в жидких средах организма.

Основным источником энергии в организме является глюкоза. Концентрация глюкозы в крови строго контролируется. Глюкоза необходима, прежде всего, как источник энергии для мозга. Одна из основных функций печени состоит в поддержании концентрации глюкозы в крови на уровне около 4,5 ммоль/л (округленные значения для лучшего запоминания ‒ 3,33-5,55 ммоль/л). Если уровень глюкозы в крови снижается, развиваются нарушения метаболизма в центральной нервной системе, которые могут приводить к коме, судорогам и при выраженной гипогликемии – к смерти. В поддержании уровня глюкозы в крови принимают участие инсулин, глюкагон, адреналин и глюкокортикоиды, которые регулируют метаболизм во многих тканях, но особенно в печени, мышцах и жировой ткани.

Инсулин Повышение концентрации глюкозы в крови – главный физиологический стимул секреции инсулина. Пороговая для секреции инсулина концентрация глюкозы натощак >5,5 ммоль/л, а максимальная секреция наблюдается при концентрации глюкозы 15-20 ммоль/л. Кроме того, стимулируют синтез и секрецию инсулина аминокислоты лейцин, глюкагон, гормон роста, кортизол, плацентарный лактоген, эстрогены и прогестерон. Ингибируется синтез инсулина адреналином.

По механизму действия инсулин относится к гормонам со смешанным механизмом действия. Вначале инсулин связывается со специфическим гликопротеиновым рецептором, который содержит много гликозильных остатков на поверхности клетки мишени. Удаление сиаловых кислот и галактозы снижает способность рецептора связывать инсулин и активность гормона.

Все органы делятся на инсулинчувствительные (мышечная, жировая ткани и частично печень) и инсулиннечувствительные (нервная ткань, эритроциты). Основное биологическое значение инсулина – превращение избытка глюкозы крови в две резервные формы – гликоген (печень и мышцы) и триацилглицеролы (жировая ткань).

Обмен углеводов. Инсулин – единственный гормон, который снижает уровень глюкозы в крови по следующим механизмам.

1. Инсулин повышает проницаемость мембран мышечной и жировой тканей для глюкозы, увеличивая количество переносчиков для глюкозы и транслокацию их из цитозоля в мембрану. Гепатоциты хорошо проницаемы для глюкозы и поэтому инсулин способствует задержке глюкозы в клетках печени, стимулируя активность глюкокиназы и ингибируя глюкозо-6-фосфатазу. В результате быстро протекающего фосфорилирования концентрация свободной глюкозы в гепатоцитах поддерживается на очень низком уровне, что способствует ее проникновению в клетки по градиенту концентрации.

2. Инсулин ингибирует глюконеогенез в результате уменьшения концентрации фосфоенолпируваткарбоксикиназы (ингибирование транскрипции генов и синтез мРНК).

3. Инсулин усиливает интенсивность гликолиза в печени, повышая активность ферментов глюкокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы. Более интенсивный гликолиз способствует более активной утилизации глюкозы и, следовательно, способствует снижению выхода глюкозы из клетки.

4. В печени и мышцах инсулин стимулирует синтез гликогена путем ингибирования аденилатциклазы и активации фосфодиэстеразы. В результате концентрация цАМФ уменьшается, что приводит к активации гликогенсинтазы и ингибированию фосфорилазы.

Обмен липидов.

1. Инсулин стимулирует липогенез в печени и жировой ткани путем: а) увеличения концентрации ацетил-КоА и НАДФН, необходимых для синтеза жирных кислот, за счет активации пируватдегидрогеназного полиферментного комплекса и пентозофосфатного пути распада глюкозы; б) активации фермента ацетил-КоА-карбоксилазы, катализирующего превращение ацетил-КоА в малонил-КоА; в) активации полиферментного комплекса синтазы высших жирных кислот путем дефосфорилирования; г) увеличения притока глицерола, необходимого для синтеза триацилглицеролов.

2. В печени и жировой ткани инсулин через снижение концентрации цАМФ ингибирует гормончувствительную липазу и липолиз.

3. Инсулин ингибирует синтез кетоновых тел в печени.

4. Инсулин стимулирует синтез ЛПОНП, которые транспортируют триацилглицеролы из печени в периферические ткани.

Обмен белков. Инсулин оказывает анаболический эффект на обмен белков, поскольку он стимулирует синтез и тормозит распад белков. Инсулин стимулирует поступление нейтральных аминокислот в мышечную ткань. Влияние инсулина на синтез белков в скелетных и сердечной мышцах проявляется, вероятно, на уровне трансляции мРНК.

Глюкагон – полипептид, состоящий из 29 аминокислот (М.м. 3500 Да).

Был выделен в 1953 г. Штраубом. Основным местом синтеза глюкагона клетки островкового аппарата поджелудочной железы. Период полужизни около 15-20 минут. Инактивация гормона происходит в печени путем протеолиза.

Через несколько часов после приема пищи, даже при отсутствии значительной физической активности или стресса, уровень глюкозы в крови начинает падать вследствие окисления глюкозы в мозге и других тканях. Снижение уровня глюкозы в крови вызывает секрецию глюкагона и ингибирует секрецию инсулина. Глюкагон – непроникающий гормон, рецепторы находятся на поверхности клеток. Основные органы-мишени – печень и жировая ткань, в меньшей степени – мышцы. Механизм действия гормона реализуется по аденилатциклазному каскадному пути.

Обмен углеводов.

1. Глюкагон ‒ основной гормон, который повышает уровень глюкозы в крови.

2. В печени глюкагон активирует расщепление гликогена (гликогенолиз) путем активации гликогенфосфорилазы и инактивации гликогенсинтазы. Регуляция активности обоих ферментов осуществляется путем фосфорилирования через цАМФ. Глюкагон не влияет на распад гликогена в мышцах.

3. Глюкагон ингибирует гликолиз в печени и активирует глюконеогенез. Эти эффекты обусловлены снижением уровня фруктозо-2,6- бисфосфата, который является аллостерическим ингибитором фруктозо-1,6- бисфосфатазы и активатором фосфофруктокиназы. Глюкагон также ингибирует гликолитический фермент пируваткиназу, блокируя превращение фосфоенолпирувата в пируват и окисление пирувата в ЦТК. Стимуляция глюкагоном распада гликогена в печени, ингибирование гликолиза и активация глюконеогенеза способствует поступлению глюкозы из печени в кровь и восстановление ее уровня до нормальных значений.

Обмен липидов.

1. В жировой ткани глюкагон активирует триацилглицероллипазу по аденилатциклазному механизму через цАМФ и увеличивает липолиз.

2. Образующиеся в большом количестве жирные кислоты транспортируются в печень и другие ткани, где используются в качестве источника энергии, сберегая глюкозу для мозга.

3. В печени жирные кислоты через ацетилКоА могут превращаться в кетоновые тела.

Обмен белков. Глюкагон активирует захват аминокислот печенью и стимулирует распад белков. Образованные аминокислоты используются для глюконеогенеза и после дезаминирования – для биосинтеза мочевины.