Адаптации регуляторной регуляции

«Адаптация гуморальной регуляции»

1 слайд

Гуморальная регуляция — один из ключевых механизмов поддержания гомеостаза в организме. Она включает в себя комплекс процессов взаимодействия между различными системами органов через химические сигналы, такие как гормоны, цитокины и другие медиаторы. Важнейшую роль в гуморальной регуляции играет способность организма адаптироваться к изменениям внутренней среды, что обеспечивается на уровне биохимии клетки. Одним из основных механизмов такой адаптации является геномный (гидрофобный) механизм.

2 слайд

Геномный (гидрофобный) механизм адаптации

Геномный механизм — это способ реагирования клеток на внешние и внутренние стимулы посредством изменения экспрессии генов. Ключевыми элементами этого процесса являются белки-рецепторы, способные связываться с липофильными молекулами, такими как стероиды и тиреоидные гормоны. Эти молекулы проникают внутрь клетки благодаря своей гидрофобной природе, взаимодействуют с рецепторами, которые затем транспортируются в ядро и регулируют транскрипцию определенных генов.

1. Связывание с рецепторами: Гидрофильные гормоны (например, инсулин, адреналин) связываются с мембранными рецепторами, вызывая каскад внутриклеточных реакций. Липофильные же гормоны (такие как кортизол, эстроген) свободно проходят через клеточную мембрану благодаря своим гидрофобным свойствам. Далее связываются с соответствующими рецепторами. Например, кортизол связывается с глюкокортикоидным рецептором .

2. Конформационные изменения: Связывание вызывает конформационное изменение в рецепторе, что активирует его. Это изменение может включать высвобождение шаперонов, которые были связаны с рецептором в неактивном состоянии.

3. Гетеродимеризация: После активации, рецепторы часто образуют гетеродимеры с другими протеинами (например, RXR — ретиноидный X-рецептор). Этот процесс необходим для дальнейшего связывания с элементами ответов на гормоны (HRE) на ДНК.

4. Связывание с ДНК: Активированные рецепторы, теперь в виде комплексов, мигрируют в ядро клетки, где связываются с определенными последовательностями на ДНК (гормон-действующие элементы — HRE). Это связывание инициирует или подавляет транскрипцию промоторов определённых генов.

5. Модуляция транскрипции: В зависимости от типа рецептора и его связки с HRE, активированные комплексы могут выполнять как активирующую, так и репрессивную функцию. Это выражается в увеличении или снижении синтеза белков, необходимых для метаболической адаптации. Например, в ответ на кортизол увеличивается синтез глюконеогенезирующих ферментов.

3 слайд

• Изменение синтеза белков: геномный механизм позволяет клеткам быстро реагировать на изменения окружающей среды путем активации или подавления синтеза специфических белков.

• Модификация клеточного метаболизма: Гены, регулируемые геномным механизмом, часто кодируют ферменты, участвующие в различных метаболических путях. Так, активация генов, связанных с гликолизом, способствует увеличению производства энергии в условиях дефицита кислорода.

• Иммунная реакция: Некоторые гормоны, такие как глюкокортикоиды, способны регулировать иммунную систему, подавляя воспалительные реакции и стимулируя апоптоз лимфоцитов.

• Рост и дифференцировка клеток: Гормоны роста и половые стероиды влияют на рост и развитие тканей, контролируя пролиферацию и дифференцировку клеток.

Энергетический обмен:

Гликолиз: Ключом к быстрой мобилизации энергии служит анаэробный гликолиз, обеспечивающий производство АТФ без участия кислорода. Регулируется несколькими ферментами, активность которых зависит от уровня гормонов и метаболитов.

Цикл Кребса: Основной источник энергии в аэробных условиях. Адаптационные механизмы включают регуляцию скорости оборота субстратов цикла и активности ключевых ферментов, таких как цитратсинтаза и сукцинатдегидрогеназа.

Белковый обмен:

Синтез белка: Процесс трансляции мРНК в белок регулируется множеством факторов, включая доступность аминокислот, уровень рибосомальных РНК и наличие инициирующих факторов. Гуморальные факторы, такие как инсулин и гормон роста, играют ключевую роль в стимулировании белкового синтеза.

Катаболизм белков: Протеолиз осуществляется протеасомами и лизосомальными ферментами. Регуляция катаболизма белков также подвержена влиянию гормональной системы, особенно при стрессах и голодании.

Жировой обмен:

Липогенез: Синтез жирных кислот и триглицеридов контролируется инсулином и глюкозой. Активация жирового обмена необходима для накопления энергии в виде жировых депо.

Липолиз: Мобилизация жировых запасов для получения энергии регулируется адреналином и глюкагоном. Катехоламины стимулируют гидролиз триглицеридов до свободных жирных кислот и глицерина.

Водный баланс и электролиты:

Ангиотензин II и альдостерон: Эти гормоны регулируют водно-солевой обмен, обеспечивая поддержание объема циркулирующей крови и осмотического давления. Ангиотензин II увеличивает артериальное давление, а альдостерон стимулирует реабсорбцию натрия в почках.

Кислотно-щелочной баланс:

Буферные системы: Гуморальная регуляция поддерживает стабильный pH крови через дыхательную и почечную системы. CO₂ выделяется легкими, а почки регулируют выведение H⁺ и HCO₃⁻.

Окислительно-восстановительные процессы:

Антиоксидантная защита: Свободные радикалы образуются в результате окислительного стресса и могут повреждать биомолекулы. Антиоксиданты, такие как глутатион и супероксиддисмутаза, защищают клетки от повреждений.

Метаболизм витаминов и минералов:

Витамин D: Превращение предшественников витамина D в активную форму кальцитриола регулируется паратиреоидным гормоном и кальцитонином.

Железо: Транспорт железа в организме контролируется белком трансферрином, уровень которого регулируется эритропоэтином и железосодержащими белками.

4 слайд

Нарушение гомеостаза: Стресс

1. В ответ на стрессовый стимул гипоталамус выделяет кортикотропин-релизинг-гормон.

Под воздействием кортикотропин-релизинг-гормона передняя доля гипофиза (аденогипофиз) вырабатывает адренокортикотропный гормон. Этот гормон поступает в кровоток и достигает коры надпочечников. Надпочечники отвечают на адренокортикотропный гормон увеличением производства кортизола.

2. После выработки кортизол попадает в кровоток. Большая часть циркулирующего кортизола связана с транспортным белком — транскортином (кортикостеронсвязывающий глобулин). Остальная часть остается свободной и биологически активной. Свободный кортизол способен проникнуть через клеточную мембрану благодаря своей липофильной природе. Внутри клетки он связывается с цитоплазматическим глюкокортикоидным рецептором.

2. Кортизол связывается с глюкокортикоидным рецептором, образуя комплекс кортизол-GR. Этот комплекс перемещается в ядро клетки. Комплекс кортизол-GR действует как транскрипционный фактор, влияющий на экспрессию множества генов. Кортизол может как усиливать, так и подавлять активность различных генов в зависимости от контекста.

- Активация: Например, кортизол может увеличивать выработку белков, участвующих в метаболизме глюкозы (например, глюконеогенеза в печени), чтобы обеспечить организм дополнительной энергией.

- Репрессия: Одновременно кортизол может снижать иммунную реакцию, подавляя воспалительные процессы, что помогает минимизировать повреждение тканей при стрессе.

Энергетическое обеспечение:

Гликолиз. Кортизол индуцирует экспрессию генов, кодирующих ферменты, участвующие в гликолизе, такие как фосфофруктокиназа и пируваткиназа. Это ускоряет превращение глюкозы в пируват. Также, кортизол противодействует действию инсулина, что препятствует утилизации глюкозы клетками и сохраняет её в крови для обеспечения энергией жизненно важных органов.

Цикл Кребса. Кортизол стимулирует катаболизм белков и жиров, что приводит к образованию большего количества ацетил-КоА, необходимого для цикла Кребса. Кроме того, участвует в регенерации коферментов NAD+ и FAD, необходимых для нормального функционирования цикла Кребса.

Подавление воспаления.

Ингибирование провоспалительных медиаторов. Кортизол подавляет синтез интерлейкина-1 (IL-1), фактора некроза опухоли альфа (TNFα) и других цитокинов, играющих важную роль в развитии воспалительной реакции, тем самым уменьшая выраженность воспаления.

Уменьшение миграции лейкоцитов. Кортизол снижает миграционную способность нейтрофилов и макрофагов, препятствуя их накоплению в очаге воспаления, таким образом снижается риск повреждения здоровых тканей.

Стабилизация лизосомальных мембран. Лизосомы содержат гидролитические ферменты, способные разрушать ткани при высвобождении. Кортизол стабилизирует мембраны лизосом, предотвращая их разрыв и выход ферментов наружу.

Задействование кислородсвязывающих систем. Кортизол активизирует систему антиоксидантной защиты, включая глутатионпероксидазу и супероксиддисмутазу, защищающую клетки от окислительного стресса. Улучшается защита клеток от повреждений свободными радикалами, что снижает степень тканевого повреждения при воспалении.