2 курс / Биохимия / БИОХИМИЯ

Гликирование апопротеинов липопротеинов низкой плотности

(ЛПНП) имеет отношение к ускоренному развитию атеросклероза.

Гликированный апопротеин В этих липопротеинов активирует нерегулируемый, 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 сосудов.

Гиперлипопротеинемия (увеличение содержание липопротеинов в крови), как фактор риска раннего развития атеросклероза, встречается 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, приводящими к развитию “диабетической липемии”, являются: 1) снижение активности липопротеинлипазы плазмы крови; 2) повышение синтеза ЛПОНП в печени и секреции их кровь. Следует отметить, что повышенный 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 недостаточностью 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

412

приема 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 тканей- мишеней (печень, жировая ткань и миокард).

Метаболические эффекты. Активация аденилатциклазы и повышение концентрации цАМФ обуславливает усиление распада глико-

гена в печени. В отличие от адреналина глюкагон не влияет на глико-

генолиз 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 катаболизм. 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 как 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.

413

Лекция 40

ГОРМОНЫ МОЗГОВОГО СЛОЯ НАДПОЧЕЧНИКОВ

Историческая справка

1805 г. - Cuvier дифференцировал кору и мозговой слой надпо-

чечников.

1895 г. - Syzmomowicz, Cybilski, Olliver, Schäfer 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 яв-

ляется вторым симпатическим гормоном.

1948 г. - Ahlquist дифференцировал - и -рецепторы.

1949 г. - Bülbring 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 ванилилминдальная кислота –

продукт метаболизма катехоламинов.

1967 г. - Lands разделил -рецепторы на 1 и 2. 1974 г. - Langer разделил -рецепторы на 1 и 2.

Хромафинные (феохромные) клетки мозгового слоя надпочечников 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.

414

Биосинтез катехоламинов

1. тирозингидроксилаза; 2. декарбоксилаза ароматических аминокислот; 3. дофамингидроксилаза; 4. метилтрансфераза.

Ферменты реакций синтеза катехоламинов:

1.Тирозингидроксилаза (кофермент – тетрагидробиоптеридин);

2.Декарбоксилаза ароматических аминокислот (кофермент витамин

В6); 3. Дофамингидроксилаза (для реакции в качестве кофактора необходима аскорбиновая кислота); 4. N-метилтрансфераза (донором метильных 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 адреналина, в окончаниях симпатических нервов – до норадреналина, в некоторых нейронах ЦНС синтез завершается образованием дофамина. На долю адреналина приходится 80% всех катехоламинов мозгового слоя надпочечников.

Адреналин секретируется мозговым слоем надпочечников в ответ на гипогликемию и стрессорные стимулы (страх, сильное волнение, 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 слабоассоциированном 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

415

кровь из симпатических нервных окончаний, где он выполняет функцию нейромедиатора.

Инактивация

Большая часть катехоламинов (около 90%) инактивируется путем активного обратного захвата в депо-гранулы (нейрональная инактива-

ция). Остальные 10% подвергаются инактивации в эффекторных клетках 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, удаляемых с мочой. Основным продуктом инактивации является 3- метокси-4-гидроксиминдальная кислота, называемая также ванилил-

миндальной кислотой. По ее содержанию в моче судят о секреции адреналина в кровь.

Схема инактивации катехоламинов

1. МАО; 2. КОМТ; - 3-метокси-4-гидроксифенилуксусная кислота; - 3-метокси-4-гидроксиминдальная кислота.

Ванилилминдальная кислота (3-метокси-4-

гидроксиминдальная кислота)

НО СН(ОН)-СООН

ОСН3

Таблица 1. Физиологические концентрации катехоламинов и их метаболитов (по Х. Шамбах, 1988 г.)

416

Механизм действия

Катехоламины действуют через 2 класса адренорецепторов –

и . Каждый из них в свою очередь подразделяется на подклассы: 1 и2; 1, 2 и 3. Адреналин связывается и активирует как - адренорецепторы, так и -адренорецепторы. Норадреналин в физиологических концентрациях связывается главным образом с -

адренорецепторами.

Катехоламины, которые связываются с -адренорецепторами активируют аденилатциклазу, в то время как связывание их с 2- рецепторами ингибирует аденилатциклазу. Связывание с 1-

адренорецепторами активирует фосфолипазу С и запускает Са2+/фосфатидилинозитоловый механизм.

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

Биологическая реакция каждого органа зависит от типа присутствующих на его клетках адренорецепторов. Например, в сердце и жировой ткани присутствуют в основном 1-адренорецепторы, в бронхах, печени, скелетных мышцах - 2-рецепторы.

Преимущественная локализация адренорецепторов

Биологические эффекты

5.1. Метаболические эффекты.

Главным местом метаболического действия катехоламинов являются печень, мышечная и жировая ткани. Главными метаболическими эффектами, опосредуемыми различными адренорецепторами являются:

1. Стимуляция распада гликогена до глюкозы (гликогенолиза) в печени (посредством активации 1 и 2-адренорецепторов) и мышцах

417

(через 2-рецепторы). В быстросокращающихся скелетных мышцах

глюкоза метаболизируется до лактата. В тоже время глюкоза, образуемая в печени, поступает в кровоток. Это приводит к повышению уровня глюкозы и лактата в плазме крови.

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

3.Стимуляция липолиза в жировой ткани (посредством 1-

рецепторов). Жирные кислоты используются мышцами в качестве источника энергии, и, кроме того, активируют глюконеогенез. В печени возможно усиление синтеза кетоновых тел. Высвобождающийся при липолизе глицерол захватывается главным образом печенью, где используется в реакциях глюконеогенеза.

Схема метаболического действия адреналина.

4.Активация 3-адренорецепторов в бурой жировой ткани спо-

собствует факультативному термогенезу в ответ на действие холода.

5.Стимуляция синтеза холестерина через активацию ключевого фермента 3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА-редуктазу.

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

7.Ингибирование секреции инсулина (через 2-рецепторы). Это

снижает утилизацию глюкозы скелетными мышцами и жировой тканью, сберегая ее для ЦНС.

5.2.Физиологические эффекты:

1.Повышение потребления кислорода на 30%.

2.Сужение сосудов кожи и желудочно-кишечного тракта ( -

рецепторы).

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

ный эффект) сердечных сокращений ( 1-рецепторы).

418

Увеличение силы сердечных сокращений при действии адреналина обьясняется усилением притока Са2+ в кардиомиоциты: адреналин1 -рецептор активация аденилатциклазы цАМФ активация протеинкиназы А фосфорилирование Са2+ -каналов L-типа потока Са2+ в кардиомиоцит.

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

4.Повышение системного артериального давления ( -рецепторы сосудов и 1-рецепторы сердца).

5.Расширение сосудов скелетных мышц и коронарных артерий

( 2-рецепторы).

6. Расслабление гладких мышц бронхов, ЖКТ, мочевого пузыря ( 2-рецепторы), но сокращение сфинктеров ЖКТ и мочевого пузыря ( 1-рецепторы).

7.Расширение зрачка ( 1-рецепторы)

8.Усиление потоотделения ( 1-рецепторы).

9. Увеличение секреции гастрина слизистой оболочкой желудка

( 2-рецепторы).

10. Усиление агрегации тромбоцитов ( 2-рецепторы).

11. Реакция ЦНС - страх, тревога, бодрость ( 2-рецепторы)

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, непосредственно участвующих в данной реакции (мозг, мышцы и сердечно-

легочная система). Это происходит за счет органов, менее необходимых и более поздно включающихся в ответ (кожа и желудочно-

кишечный 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 лечения

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 альдо-

стерон из надпочечников.

1954 г. - Simpson et al., Neher, Euw, Reichstein расшифровали

структуру альдостерона. Mach et al. применили альдостерон для лечения болезни Аддисона.

1955 г. - Herzog et al. синтезировали преднизон и преднизолон.

Надпочечники (epinephros, glandula adrenalis) являются необхо-

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

Морфологически надпочечники состоят из двух структур: внутреннего мозгового вещества и внешнего коркового слоя. В свою очередь кора надпочечников состоит из трех четко различимых зон. Субкапсулярная область называется клубочковой зоной; в ней образуется главный минералокортикоид – альдостерон. Затем идут пучковая зона и сетчатая зоны, в которых вырабатываются глюкокортикоиды и андрогены.

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

Глюкокортикоиды (от глюко(за) лат. cortex-кора) – это С21-

стероиды, наиболее важный метаболический эффект которых – стимуляция глюконеогенеза. Основными глюкокортикоидами являются кортизол (гидрокортизон) и кортикостерон, причем у человека преобладает кортизол, а, например, у грызунов – кортикостерон.

420

Биосинтез стероидных гормонов надпочечников

Стероидные гормоны надпочечников образуются из холестерина, который главным образом поступает из крови в виде эфиров в составе липопротеинов (ЛПНП и ЛПВП), но также синтезируется в самих клетках из ацетил-КоА.

Схема биосинтеза стероидных гормонов в коре надпочечников

Кортикостерон Кортизол

7

18-ОН-кортикостерон

8

Альдостерон

1-ХС-десмолаза; 2-17 -гидроксилаза; 3-С17-20-лиаза; 4-3 - гидроксистероид-дегидрогеназа, 5-изомераза; 5-21-гидроксилаза; 6-

11 -гидроксилаза; 7-18-гидрокси-лаза; 8-18-гидроксистероид- дегидрогеназа; 9-17 -гидроксистероид-дегидрогеназа; 10-

сульфотрансфераза.

Жирным шрифтом выделены основные продукты синтеза, секретируемые в кровь.

Начальный и скорость-лимитирующий этап в биосинтезе стерои-

дов – превращение холестерина в прегненолон – находится под влиянием адренокортикотропного гормона (АКТГ). Эта реакция протекает в митохондриях и катализируется ферментом холестерин-десмолазой.

На определенных этапах процесса биосинтеза стероидных гормонов участвуют С11-, С17-, С21-гидроксилазы, С3-, С17-, С18-дегидрогеназы,5- изомераза и С17-20-лиаза. Примечательно то, что синтез надпочечниковых андрогенов происходит без участия С21- и С11-гидроксилаз.

Транспорт глюкокортикоидов

Основное количество кортизола в плазме крови связано со специальным транспортным белком транскортином. Транскортин – аль-

421