31. Особенности биологического катализа

- ускорение биохимических реакций при участии белковых макромолекул. называемых ферментами. Важнейшие особенности ферментативного катализа - эффективность, специфичность и чувствительность к регуляторным воздействиям. Ферменты увеличивают скорость химического превращения субстрата по сравнению с неферментативной реакцией в 109-1012 раз. Столь высокая эффективность обусловлена особенностями строения активного центра. Принято считать, что активный центр комплементарен переходному состоянию субстрата при превращении его в продукт. Благодаря этому стабилизируется переходное состояние и понижается активационный барьер реакции. Ферментативные реакции чувствительны к внешним условиям, в частности к ионной силе раствора и рН среды.

32. Классификация гормонов Роль гормонов в регуляции метаболизма По химическому строению известные гормоны позвоночных делят на основные классы:

Стероиды

Производные полиеновых (полиненасыщенных) жирных кислот

Производные аминокислот

Белково-пептидные соединения

Структура гормонов позвоночных животных, точнее её основы, встречается у беспозвоночных, растений и одноклеточных организмов. По-видимому, структура гормонов возникла 3,5 млрд лет назад, но приобрела гормональные функции лишь в последние 500 млн лет в филогенезе животного мира. При этом в процессе эволюции изменилась не только структура, но и функции гормональных соединений (Баррингтон, 1987). Наибольшему изменению подверглось химическое строение белково-пептидных гормонов. В большинстве случаев, гомологичный гормон высших позвоночных обладает способностью воспроизводить физиологические эффекты у низших позвоночных, однако обратная картина наблюдается значительно реже[1].

Стероидные гормоны

Гормоны этого класса — полициклические химические соединения липидной природы, в основе структуры которых находится стерановое ядро (циклопентанпергидрофенантрен), конденсированное из трёх насыщенных шестичленных колец (обозначают латиницей: A, B и C) и одного насыщенного пятичленного кольца (D). Стерановое ядро обусловливает общность (единство) полиморфного класса стероидных гормонов, а сочетание относительно небольших модификаций стеранового скелета определяет расхождение свойств гормонов этого класса[1].

Механизм действия. Стероидные гормоны, проникнув в клетку, связываются с цитоплазматич. рецепторами, образовавшийся комплекс транспортируется в ядро, где он связывается с белками хроматина и регулирует транскрипцию определенных генов. Гормоны щитовидной железы также действуют непосредственно на ядро, но, в отличие от стероидных, после проникания в клетку сразу связываются с ядерными рецепторами. Все остальные гормоны взаимод. с рецепторами, находящимися на клеточной пов-сти. Действие подавляющего большинства этих гормонов опосредовано изменением в клетке концентрации циклич. 3',5'-аденозинмонофосфата (ц-АМФ). Связывание гормонов с-рецептором, находящимся на клеточной пов-сти, вызывает активацию фермента аденилатциклазы, катализирующего превращение АТФ в ц-АМФ; последний взаимод. с регуляторной субъединицей фермента протеинкиназы и вызывает ее отщепление от каталитич. субъединицы. Освободившаяся субъединица протеинкиназы катализирует фосфорилирование ряда белков, в результате чего изменяются конформация нёк-рых структурных белков и активность мн. ферментов. Для нек-рых пептидных гормонов (напр., инсулина, пролактина, соматотропина) механизм действия еще не расшифрован, но, повидимому, они также взаимод. с рецепторами, находящимися на клеточной пов-сти, вызывая образование посредников.

33.- Гормоны надпочечеников и их биохимические функции Надпочечники — это полностью эндокринная железа. В железах не накапливаются уже готовые гормоны надпочечников, как это бывает у щитовидной железы, а вырабатываются сразу в кровь.

Кора надпочечников

В коре надпочечников вырабатываются более 50 различных стероидных гормонов надпочечников. Кора надпочечников — это единственный в организме источник:

глюкокортикоидов и минералокортикоидов

важнейший источник андрогенов у женщин

играет значительную роль в продукции эстрогенов и прогестинов

Кору надпочечников разделяют на 3 зоны:

клубочковая зона: находится непосредственно под капсулой и синтезирует альдостерон — минералокортикоид.

пучковая зона: прилежит к клубочковой зоне и синтезирует глюкокортикоиды, основной из них — кортизол.

сетчатая зона: самая внутренняя зона, которая синтезирует в основном андрогены.

Все три зоны таким образом синтезируют разные группы гормонов, которые обладают различными эффектами.

Стероидные гормоны надпочечников синтезируются из холестерина. Это их основной субстрат. Посредством различных ферментов один и тот же холестерин превращается и а альдостерон и в кортизол и в андрогены.

Синтез глюкокортикоидов и андрогенов регулируется уровнем АКТГ (адренокортикотропный гормон). АКТГ — это гормон передней доли гипофиза.

Секреция альдостерона не зависит от уровня АКТГ, а зависит от работы системы ренин-ангиотензин-альдостерон. Поэтому при снижении секреции АКТГ гипофизом атрофии этой зоны не происходит.

А надпочечниковая недостаточность, вызванная заболеванием гипофиза, протекает более в мягкой форме, чем надпочечниковая недостаточность, вызванная поражением всей коры надпочечников.

Кора надпочечников является жизненно важным органом. Функции надпочечников определяется эфектами их горомнов.

Глюкокортикоидные гормоны надпочечников

Глюкокортикоидные гормоны надпочечников получили свое название из-за своей способности регулировать углеводный обмен, но это не едиииииственная функция этих гормонов.

Глюкокортикоидные гормоны надпочечников очень важны для поддержания многих жизненно важных функций,в особенности обеспечение адаптации организма к стрессам внешней среды, начиная от инфекций и травм до эмоциональных стрессов.

Основным глюкокортикоидным гормоном надпочечника является кортизол. Кортизол вырабатывается не регулярно. Он имеет циркадный ритм секреции, т.е. максимальная секреция отмечается в утренние часы (около 6 ч утра), а минимальная секреция отмечается в вечернее время (в 20-24 ч).

Биологические эффекты глюкокортикоидов:

Действие на углеводный обмен противоположно действию инслина. При избытке гормона может повышать уровень сахара в крови и вызывать стероидный сахарный диабет. При недостатке наоборот снижается продукция глюкозы и увеличивается чувствительность к инсулину, что может привести к гипогликемии.

Воздействие на жировой обмен характеризуется распадом жиров при избытке этих гормонов. Особенностью является тот факт, что распад жиров усилено происходит на конечностях, в области туловища, плечевого пояса и лица наоборот происходит накопление избыточного жира. Внешний вид больного приобретает характерный «буйволообразный » вид — полное тело и худые конечности.

глюкокортикоидные гормоны надпочечников, действуя на белковый обмен, вызывают распад белков. Это проявляется появлением стрий (растяжек), которые имеют характерную багрово-цианотичную окраску, слабость мышц, истончение конечностей.

воздействие на водно-солевой обмен характеризуется задержкой жидкости в организме и потерей калия, что проявляется повышением артериального давления, мышечной слабостью и миокардиодистрофией.

в крови глюкокортикоиды повышают количество нейтрофилов, эритроцитов и тромбоцитов, но снижают эозинофилы и лимфоциты.

в высоких дозах снижают иммунитет, но оказывает противовоспалительный эффект, однако не способствует процессу заживления ран.

вызывает развитие остеопороза за счет: снижения всасывания кальция, усиление выведения кальция с мочой и подавления образования новой костной ткани.

усиливает секрецию соляной кислоты, таким образом увеличивает кислотность желудка, что может вызвать образование язвы.

при воздействии глюкокортикоидов на центральную нервную систему происходит увеличение активности мозга и вызывает эйфорию, но при длительном воздействии вызывает депрессию и реактивный психоз.

Минералокортикоидные гормоны надпочечников

Минералокортикоиды — это гормоны надпочечников, которые способны регулировать минеральный обмен, т.е. обмен солей. Главный представитель этих гормонов — альдостерон.

Основной функцией альдостерона является задержка жидкости в организме и поддержание нормальной осмолярности внутренней среды.

При избытке этого гормона происходит повышение артериального гормона, за счет избыточного количества воды в организме. Также происходит поражение почек.

Регулируется уровень минералокортикоидов системой ренин-ангеотензин-альдостерон. Система тесно связана с работой почек, т.к ангиотензин, который сам по себе является мощным гормоном, сужающим сосуды и синтезируется в почках, влияет на синтез альдостерона.

34. Гормоны гипофиза и их биологическая роль Передняя доля гипофиза вырабатывает белковые гормоны, шесть из которых выделены в химически чистом виде. Их строение в настоящее время полностью расшифровано. Точное число секретируемых передней долей гормонов не установлено, ниже рассматриваются лишь хорошо известные.

Гормон роста. На рост организма влияют многие гормоны, но наиболее важную роль в этом сложном процессе играет, видимо, именно гипофизарный гормон роста (соматотропин). После удаления гипофиза рост практически прекращается. Введение этого гормона молодым животным ускоряет рост, а у взрослых может приводить к его возобновлению, причем исследование обмена веществ в этих случаях всегда выявляет снижение экскреции (выведения) азота из организма. Задержка азота – необходимый признак истинного роста, свидетельствующий о том, что действительно происходит образование новых тканей, а не просто увеличение массы тела за счет накопления жира или воды. При патологических процессах, ведущих к снижению функции гипофиза, в отдельных случаях возникает гипофизарная карликовость; такие карлики имеют небольшие размеры тела, но в остальном остаются нормальными людьми. Другие нарушения функции гипофиза могут сопровождаться избыточным выделением гормона роста, порождающим гигантизм. Если большие количества гормона роста вырабатываются до завершения созревания организма, рост увеличивается пропорционально; если же это происходит уже после достижения зрелости, возникает состояние, называемое акромегалией, при котором наблюдается непропорциональный рост отдельных частей тела, поскольку у взрослых некоторые кости теряют способность к дальнейшему удлинению. При акромегалии больной приобретает характерный внешний облик: начинают выдаваться брови, нос и нижняя челюсть, увеличиваются кисти рук, стопы и грудь, спина становится неподвижной, нос и губы утолщаются.

Лактогенный гормон гипофиза (пролактин) стимулирует лактацию – образование молока в молочных железах. Стойкая лактация в сочетании с аменореей (аномальным отсутствием или подавлением менструальных выделений) может возникать при опухоли гипофиза. Это расстройство бывает также связано с нарушениями секреторной активности гипоталамуса, в норме подавляющей высвобождение пролактина. У самок некоторых млекопитающих пролактин влияет и на другие процессы, в частности он может стимулировать секрецию гормона прогестерона желтым телом яичника. Пролактин присутствует в гипофизе особей не только женского, но и мужского пола, причем не только у млекопитающих, но и у низших позвоночных. Относительно его функций в мужском организме и у животных, не относящихся к млекопитающим, известно мало. У некоторых птиц пролактин стимулирует развитие зобного мешка. Поскольку «зобное молоко», вырабатывающееся в этом мешке, служит для вскармливания птенцов, такое действие гормона функционально сходно с его действием у млекопитающих. У рыб пролактин участвует в регуляции осмотического давления крови.

Тиреотропный гормон гипофиза (тиреотропин) стимулирует рост щитовидной железы и ее секреторную активность. После удаления гипофиза функция щитовидной железы полностью прекращается и она уменьшается в размерах. Введение тиреотропина может вызвать избыточную активность щитовидной железы. Таким образом, нарушения ее функции могут быть следствием не только заболеваний самой железы, но и патологических процессов в гипофизе и соответственно требуют разного лечения.

Адренокортикотропный гормон гипофиза (АКТГ, кортикотропин) стимулирует кору надпочечников подобно тому, как тиреотропный гормон стимулирует щитовидную железу. Одно из различий, однако, заключается в том, что функция коры надпочечников в отсутствие АКТГ прекращается не полностью. Когда стимуляция со стороны гипофиза отсутствует, кора надпочечников сохраняет способность секретировать необходимый для жизни гормон альдостерон, который регулирует содержание натрия и калия в организме. Однако без АКТГ надпочечники вырабатывают недостаточное количество другого жизненно важного гормона, кортизола, и теряют способность усиливать при необходимости его секрецию. Поэтому больные с недостаточностью функции гипофиза становятся очень чувствительны к различного рода нагрузкам и стрессам. Избыточные количества АКТГ, которые могут вырабатываться при опухолях гипофиза, приводят к развитию потенциально смертельного заболевания, т.н. синдрома Кушинга. К характерным его признакам относятся прибавка в весе, лунообразное лицо, увеличение жировых отложений в верхней части туловища, повышение кровяного давления, мышечная слабость.

Гонадотропные гормоны (гонадотропины). Передняя доля гипофиза секретирует два гонадотропных гормона. Один из них, фолликулостимулирующий гормон, стимулирует развитие яйцеклеток в яичниках и сперматозоидов в семенниках. Второй называется лютеинизирующим гормоном; в женском организме он стимулирует выработку в яичниках женских половых гормонов и выход зрелой яйцеклетки из яичника, а в мужском – секрецию гормона тестостерона интерстициальными клетками семенников. Введение этих гормонов или их избыточная продукция вследствие заболевания вызывают преждевременное половое развитие незрелого организма. При удалении гипофиза или его разрушении патологическим процессом возникают изменения, сходные с теми, что происходят при кастрации.

Регуляция метаболизма. Гормоны, секретируемые передней долей гипофиза, необходимы для надлежащего использования в организме углеводов, поступающих с пищей; кроме того, они выполняют и другие важные функции в обмене веществ. Особая роль в регуляции метаболизма принадлежит, по-видимому, гормону роста и адренокортикотропному гормону, которые функционально тесно связаны с гормоном поджелудочной железы, инсулином. Хорошо известно, что в отсутствие инсулина развивается хроническое заболевание – сахарный диабет. При одновременном удалении поджелудочной железы и гипофиза большинство симптомов диабета отсутствует, так что в этом отношении влияние гормонов гипофиза и поджелудочной железы как бы противоположно.

Промежуточная доля гипофиза секретирует меланоцит-стимулирующий гормон (МСГ, интермедин), который увеличивает размеры некоторых пигментных клеток в коже низших позвоночных. Например, лишенные этого гормона головастики из-за сокращения (сжатия) пигментных клеток приобретают серебристый цвет. МСГ образуется из той же молекулы-предшественника, что и адренокортикотропный гормон (АКТГ). В передней доле гипофиза этот предшественник превращается в АКТГ, а в промежуточной – в МСГ. МСГ вырабатывается и в гипофизе млекопитающих, но его функция остается неясной.

Задняя доля гипофиза содержит два гормона, причем оба вырабатываются в гипоталамусе, а оттуда поступают в гипофиз. Один из них, окситоцин, – наиболее активный из присутствующих в организме факторов, вызывающий такие же сильные сокращения матки, как при родах. Этот гормон иногда применяют в акушерстве для стимуляции затянувшихся родов, но значение его нормальных концентраций в родовой деятельности не установлено. Окситоцин вызывает также сокращения мышечных стенок желчного пузыря, кишечника, мочеточников и мочевого пузыря. Второй гормон, вазопрессин, при введении в организм вызывает многочисленные эффекты, в том числе повышение кровяного давления вследствие сужения сосудов и уменьшение диуреза (выведения мочи). Однако в нормальных условиях он оказывает в организме лишь одно известное действие – регулирует количество воды, выделяющееся через почки. Даже под влиянием чрезвычайно малых его концентраций вода, профильтровавшаяся в почечных клубочках, всасывается обратно в почечных канальцах (реабсорбируется), и образуется концентрированная моча. При разрушении задней доли гипофиза опухолями или другими патологическими процессами развивается состояние, называемое несахарным диабетом. При этом заболевании организм теряет через почки огромное количество воды, превышающее иногда 38 л в сутки. Возникает сильная жажда, и чтобы избежать обезвоживания, больным приходится потреблять соответствующее количество воды.

35. Биологическая роль половых гормонов Половые гормоны, стероидные гормоны, образующиеся в половых железах и регулирующие половую дифференциацию и процесс полового размножения у позвоночных животных и человека. Хотя сам пол детерминируется генетически, эти процессы регулируются сложной и взаимосвязанной системой, в которую у млекопитающих, помимо П. г., входят также вырабатываемые в гипофизе гона-дотропные гормоны [лютеинизирующий гормон (ЛГ), фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), пролактин] и адренокортикотропный гормон; вырабатываемый плацентой хорионический гонадотропный гормон; вырабатываемые в тканях различных, главным образом репродуктивных, органов простагландины. Мужские П. г. (андрогены) образуются в интерстициальной ткани семенников, основной представитель — тестостерон. Женские П. г. синтезируются в яичниках и подразделяются на эстрогены (образуются в клетках созревающих фолликулов, основной представитель — эстрадиол)и гестагены, или прогестины (образуются в клетках жёлтого тела; основной представитель — прогестерон). Часть П. г. синтезируется в коре надпочечников, а при беременности — и в плаценте. Эстрогены образуются и у мужских, а андрогены — у женских особей, поэтому дифференциация половых признаков у каждого пола зависит в первую очередь от количеств. соотношения П. г. того и др. типа. Биосинтез стероидных П. г. осуществляется в основном из холестерина (у насекомых этот процесс заблокирован из-за их неспособности синтезировать холестерин). Этапы их биосинтеза в семенниках и яичниках вплоть до стадии образования прогестерона совпадают. Биосинтез стероидных П. г. регулируется гипофизарными ЛГ и ФСГ; образующиеся П. г., в свою очередь, влияют на секрецию ЛГ и ФСГ путём воздействия на систему гипоталамус — гипофиз по принципу обратной связи. Наступление полового созревания, отражающее интенсификацию биосинтеза П. г. в половых железах, обусловлено, по-видимому, повышением порога чувствительности гипоталамуса к П. г., в связи с чем в нём резко возрастает образование специфических пептидов, стимулирующих секрецию ЛГ и ФСГ гипофизом.

Во взрослом организме роль П. г. состоит в обеспечении репродуктивной функции. Стероидные П. г. контролируют развитие вторичных половых признаков и возникновение устойчивого полового влечения; взаимодействие эстрогенов и гестагенов подготовляет матку к имплантации оплодотворённой яйцеклетки и обеспечивает затем сохранение беременности и своевременные роды. Секреция андрогенов у взрослых мужских особей происходит равномерно, а секреция эстрогенов и гестагенов у женских особей колеблется на протяжении полового цикла. Биосинтез женских П. г. резко увеличивается во время беременности, когда они образуются и в плаценте. Биохимический механизм действия стероидных П. г. заключается в их связывании со специфическими рецепторами в клетках зависимых от них тканей и последующей активации биосинтеза соответствующих ферментов.

П. г. существенно влияют на функции не только репродуктивной, но и др. систем организма. В медицине П. г. применяются как для заместительной терапии эндокринных заболеваний, так и при лечении акушерско-гинекологических болезней и в качестве противоопухолевых средств при новообразованиях предстательной и молочных желёз (см. также Гормональные препараты). Во многих случаях используются химически модифицированные П. г., у которых избирательно усилено желаемое физиологическое действие.