274 :: 275 :: 276 :: 277 :: Содержание

Витамин B12

Витамин B12 (цианкобаламин) назвали антианемическим, так как он предохраняет организм от злокачественной анемии. Болезнь возникает из-за отсутствия в организме двух факторов - внешнего и внутреннего. Внешний фактор представлен витамином B12 и содержится в кормах, внутренний - мукопротеидом желудочного сока.

Гипо- и авитаминозы. Гипо- и авитаминозы встречаются чаще всего у свиней, собак и птицы. При этом задерживается рост, уменьшаются привес, продуктивность, возникают понос, рвота, восприимчивость к заболеваниям, высокая эмбриональная смертность, парез и паралич конечностей. В кровеносной системе появляются незрелые и большие эритроциты, в желудке атрофируется слизистая оболочка, поражается нервная система. Причина этих явлений - недостаток или отсутствие в кромах витамина, Со, желудочнокишечные заболевания, при которых нарушаются ассимиляция кормового витамина, его всасывание и биосинтез микробами.

274

Химическое строение и свойства. Молекула витамина B12 включает две части - хромофорную и нуклеотидную. Хромофорная часть состоит из четырех частично восстановленных пиррольных ядер, которые соединены между собой обычной связью (ядро D) и координационной (ядра A, В и С) - с кобальтом, Нуклеотидная часть витамина состоит из 5,6-диметилбензимидазола, остатка рибозы и фосфорной кислоты. Она связана ковалентно с хромофорной частью (через ядро D) и координационно - с атомом кобальта. Ядра пиррола содержат восемь метальных групп, три остатка пропионовой кислоты и три остатка уксусной кислоты. Карбоксильные группы амидированы. Атом кобальта связан с группой CN(R). Молекулярная масса витамина B12 равна 1356. Элементарный состав витамина B12 - С63Н90N14РСо. Структурная формула имеет следующий вид:

275

Хромофорная часть фактически является порфирином и напоминает гемин или хлорофилл. Различают несколько кобаламинов, которые отличаются между собой по остатку (R), связанному с кобальтом: циан- (собственно витамин B12), окси-, нитрит- и хлоркобаламины. Все они обладают витаминной активностью. Витамин B12 - кристаллическое вещество рубиново-красного цвета, хорошо растворяется в воде, этаноле, не растворяется в бензоле, хлороформе и эфире, без запаха и вкуса, разрушается под действием солнечного света и высоких температур, окислителей и восстановителей.

Природные источники и потребность животных. При наличии кобальта в рационе животных витамин синтезируется микробами (особенно пропионовокислыми бактериями и актиномицетами), обитающими в преджелудках жвачных и кишках. Много витамина содержат ил, стоячие и сточные воды.

Для поросят-сосунов средняя суточная потребность в витамине составляет 20 мкг/кг сухого корма, для телят-сосунов - 10-40, для взрослых свиней - 11, для месячных цыплят - 20, для кур - 2 мкг/кг.

Обмен в организме. Витамин всасывается в нижней части тощей и верхней

части подвздошной кишок. Перед этим он соединяется с внутренним фактором, образуя комплекс. Вследствие активного переноса этот комплекс поступает в эндоплазму эпителиальных клеток кишок. В дальнейшем он расщепляется на витамины B12 и внутренний фактор. Первый поступает в кровеносную систему ворсинки, второй возвращается в просвет кишок, где взаимодействует с новыми порциями витамина. В кровеносной системе витамин связывается транскобаламином I (относится к β-глобулинам) и транскобаламином II (имеет β-глобулиновую природу). В таком виде он транспортируется вначале в печень (часть его там депонируется), а затем в другие органы и ткани, где используется для биосинтеза многих ферментов как кофермент. В организме витамин мало изменяется, его избыток выделяется с мочой и калом.

Значение для обмена веществ. Витамин B12 влияет на биосинтез нуклеиновых кислот, белков, превращения углеводов, способствует накоплению жира, восстановлению SH-групп KoA, активирует каротиназу и

276

обеспечивает образование в организме витамина А из каротинов, стимулирует нормальный эритропоэз и образование макроэргов, способствует ресинтезу метионина, образованию адреналина и норадреналина, креатина и других соединений. Метилкобаламин участвует в биосинтезе метионина, уксусной кислоты и метана. 5'-Дезоксиаденозильное производное витамина служит коферментом ферментов, с помощью которых происходит превращение глутаминовой кислоты в аспарагиновую, и ферментов, катализирующих образование дезоксицитидин-5-дифосфата из цитидин-5-трифосфата и др.

Применение. Используют для повышения продуктивности животных и при лечении многих болезней. В частности, кормовой кобаламин в дозе 60 мкг на 1 кг кукурузного или ячменного рациона повышает привес цыплят на 7%. Применяют при лечении анемий, гепатитов, хирургических заболеваний, болезней нервной системы, в онкологической практике и т. д.

277

274 :: 275 :: 276 :: 277 :: Содержание

277 :: 278 :: Содержание

Витамин H

Витамин H (биотип) известен с конца прошлого века как фактор роста бактерий и дрожжей.

Гипо- и авитаминозы. При недостатке или отсутствии витамина возникают гипо- и авитаминозы, особенно у цыплят и индюшат, могут возникать у свиней и пушных зверей при кормлении их яичным белком. В состав яичного белка входит белок авидин, который инактивирует биотин. У животных уменьшается аппетит, падает масса, возникает общая слабость, появляются гиперемия кожи л чешуйчатый дерматит, сальные железы начинают обильно функционировать и появляется себорея (витамин иногда называют антисеборейным), вокруг глаз формируются отечные ободки ("очки"), отекают конечности, выпадает шерсть (у птицы - перья), а спина становится кенгурообразной. У птицы наблюдаются высокая эмбриональная смертность и деформация костей.

Химическое строение и свойства. Молекулу витамина следует рассматривать как производное тиофена, к которому присоединен остаток мочевины и валериановой кислоты.

277

Биотин - кристаллическое бесцветное вещество с температурой плавления 232-233 °C, хорошо растворяется в воде, хуже - в этаноле, устойчив к действию солнечных лучей, щелочей, кислот, нагреванию. Химически активен.

Природные источники и потребность животных. Биотином богаты пивные дрожжи (1000-1600 мкг/кг), арахисовый и соевый шроты, зерно ячменя, овса и кукурузы. Средняя суточная потребность у цыплят составляет 100 мкг/кг корма, индюшат - 250, кур - 150, поросят массой до 20 кг - 77 мкг/кг.

Обмен в организме. Кормовой биотин в основном находится в связанном с белками состоянии. Связанный биотин гидролизуется ферментом биотинидазой до биотина и белка. Всасывание кормового и синтезируемого микрофлорой биотина происходит в тонкой кишке. В крови биотин связывается с альбуминами и поступает в различные органы и ткани. Депонируется в тканях печени, почек и надпочечников. Избыток выводится из организма с мочой и частично с калом. Количество выделенного биотина в 3-6 раз превышает количество принятого с кормами и водой.

Значение для обмена веществ. Биотин является составной частью многих ферментов, участвующих в биосинтезе белков (например, сывороточного альбумина и амилазы), карбоксилировании и декарбоксилировании жирных кислот, образовании многих видов липидов и пуринов, превращениях пирувата в оксалоацетат, пропионата - в 2-метилмалонил-КоА (реакция особо важная для жвачных), в синтезе мочевины и др. Наиболее детально изучено участие биотина в биосинтезе высших жирных кислот.

Антивитамины. Основными антагонистами биотина являются белок авидин куриного белка и несколько структурных аналогов.

Применение. Препараты биотина применяются, при лечении дерматитов, экзем, некоторых видов анемий.

278

277 :: 278 :: Содержание

279 :: 280 :: 281 :: Содержание

Витамин С

Открытие витамина С (аскорбиновой кислоты) связано с выяснением природы цинги - заболевания, вызванного отсутствием в рационе свежих овощей и фруктов. Было установлено, что свежие овощи содержат водорастворимый фактор, предупреждающий развитие цинги. Этот фактор получил название витамина С. Теперь витамин получают синтетически из D-глюкозы.

Гипо- и авитаминозы. При авитаминозе животные заболевают цингой. Она проявляется в кровоточивости десен, слизистых оболочек и мышц. У телят наблюдаются явления некроза, быстрая утомляемость, анемия, учащение пульса и дыхания, замедляются рост и развитие, падают привесы. У поросят-сосунов возникает анемия, замедляется рост, появляются кровоизлияния в коже и слизистых оболочках, гиперкератоз, конъюнктивиты, иногда некроз хвоста, выпадает щетина. У взрослых свиней возникают геморрагии и пятнистая краснота на слизистой оболочке рта, особенно десен, некротический стоматит, опухают суставы, наступает резкое истощение и смерть. У пушных зверей возникают подкожные кровоизлияния, стоматиты, анемия, отеки лапок и хвоста (кончик хвоста иногда отпадает), парезы и параличи, приводящие к гибели. У лисят мех становится ватообразным, серовато-белым и мягким.

Химическое строение и свойства. Витамин С - производное L - гулоновой кислоты (2,3-эндиол-L-гулоно-1,4-лактон). Способен к окислительновосстановительным превращениям.

279

Витамин С - белое кристаллическое вещество с кислым вкусом, хорошо растворяется в воде, хуже - в этаноле, не растворяется в жирах и диэтиловом эфире, оптически активен, температура плавления 190-192°C. Витамин С имеет сильные восстановительные свойства. При нагревании быстро разлагается.

Природные источники и потребность животных. Главными источниками служат зеленые корма, овощи и фрукты. В плодах шиповника

содержится 2000-4500 мг витамина на 100 г, в черной смородине - 300, красном перце - 100-400, хвое ели и сосны (зимой) - 220-275, капусте - 30-70 мг. Суточная потребность в витамине С у телят в первые две недели жизни составляет 250 мг в сутки. При раннем отъеме поросят в их рацион следует добавлять витамина 100-200 мг/кг корма. Курам рекомендуется давать летом 4060 мг/кг корма, зимой - 100, петухам и индюкам - 100-200 мг/кг.

Обмен в организме. Витамин всасывается в основном в тонкой кишке. С током крови он поступает в печень, а затем в другие органы и ткани. Больше всего его содержится в тканях надпочечников. Усвоение нарушается при желудочно-кишечных заболеваниях, а биосинтез в организме уменьшается при болезнях надпочечников, гепатитах, нефритах. Аскорбиновая кислота поступает во многие клетки в виде дегидроаскорбиновой кислоты. В клетках (например, в эритроцитах) она быстро восстанавливается. Основная масса витамина связана в комплексе Гольджи и митохондриях преимущественно с белками. При окислении аскорбиновая кислота превращается в дегидроаскорбиновую, последняя - в дикетогулоновую кислоту, а при ее распаде образуется щавелевая кислота. Часть дикетогулоновой кислоты декарбоксилируется, что приводит к образованию ксилозы, которая используется для биосинтеза других пентоз (рибозы и дезоксирибозы) или глюкозы. Некоторое количество аскорбиновой кислоты выводится из организма с мочой.

Значение для обмена веществ. Витамин участвует во многих реакциях обмена. Он является донатором и акцептором протонов и электронов. Процесс протекает с участием ферментов или ионов металлов, хинонов, гомохромогенов.

Витамин С участвует в восстановлении

280

дисульфидных связей в молекулах белка и прежде всего ферментов. Является составной частью активного центра фермента, ускоряющего гидролиз отдельных тиогликозидов. При недостатке или отсутствии в кормах витамина С нарушается переход преколлагена в коллаген, что приводит к кровотечениям. Нарушается биосинтез коллагена и гиалуроновой кислоты в костной ткани. Возникают типичные цинготные изменения скелета. Замедляется регенерация всех тканей, так как задерживается превращение пролина в оксипролин. Задерживается биосинтез гормонов надпочечников, дентина, парных соединений, процессов свертывания крови, тормозится деятельность многих ферментов.

Антивитамины. Антагонистом витамина С является его структурный аналог - глюкоаскорбиновая кислота.

Применение. Препарат витамина С и корма, богатые им, применяют для повышения сопротивляемости организма к заболеваниям, при лечении цинги, геморрагических диатезов, анемий, для устранения интоксикаций различного происхождения и др.

281

279 :: 280 :: 281 :: Содержание

281 :: 282 :: 283 :: Содержание

Витамин P

Витамин P (биофлавоноиды) - группа веществ, укрепляющих стенки капилляров. К ним относятся соединения, которые обусловливают окраску растений, -флавононы. Витамин открыл А. Сент-Дьёрдьи как фактор устойчивости капилляров.

Гипо- и авитаминозы. При недостатке или отсутствии витамина в кормах у животных появляются кровоизлияния в коже, мышцах, суставах и внутренних органах в виде точек или петехий.

Химическое строение и свойства. Витамин P объединяет группу веществ - эридиктиол, гесперидин, кверцетин и рутин.

281

Эридиктиол представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, кристаллы имеют форму листочков, хорошо растворяется в воде и этаноле, имеет температуру плавления 267 °C.

Гесперидин - желтое кристаллическое вещество, кристаллы имеют вид листочков, гигроскопичны, слабо растворяется в воде, лучше - в этаноле, имеет температуру плавления 224-226 0C.

Кверцетин - лимонно-желтое кристаллическое вещество, кристаллы иглоподобные, слабо растворяется в горячей воде и этаноле, имеет температуру плавления 316-317°C.

Рутин - светло-желтое кристаллическое вещество, кристаллы иглоподобные, плохо растворяется в воде, лучше - в этаноле, имеет температуру плавления 180-190 °C.

Природные источники и потребность животных. Витамином богаты плоды цитрусовых, особенно их кожура (до 0,5%). Высоким содержанием рутина отличаются листья гречихи. Много витамина P содержит кожица черной смородины (до 0,5%) и шиповника (0,24-0,68%).

Обмен в организме. Витамин поступает в организм с кормами. Расщепление и всасывание кормового витамина в основном происходит в тонкой кишке. После поступления в кровеносное русло витамин используется органами, тканями и клетками для различных процессов обмена веществ. В тканях биофлавоноиды после

282

выполнения своей роли расщепляются на составные части. Флороглюциновое ядро почти полностью окисляется до CO2 и H2О. Некоторое количество витамина выделяется с мочой. Меченый кверцетин есть в химусе толстой кишки и кале.

Значение для обмена веществ. Витамин участвует во многих окислительно-восстановительных реакциях. Одни авторы считают, что витамин действует на сосудистую систему через железы внутренней секреции, другие - через ферментные системы и клеточное дыхание. Витамин предохраняет адреналин от окисления, а адреналин стимулирует деятельность гипофиза по биосинтезу АКТГ, который влияет на биосинтез кортикостероидов, а они усиливают прочность капилляров. Витамин является ингибитором гиалуронидазы, что позволяет тканям сохранять нужное количество гиалуроновой кислоты, особенно в капиллярной стенке. При недостатке в тканях витамина повышается активность фермента, что и приводит к разрывам капилляров. Существует биохимическая корреляция действия витаминов P и С.

Применение. Препараты витамина применяют как средство профилактики и лечения кровотечений. Используют при лечении полиартритов и ревматизма, лучевой болезни и хирургических заболеваний. Корове, например, рекомендуется давать 0,4-0,6 г, овце - 0,05-0,1, свинье - 0,1 0,15 г в сутки витамина P.

283

281 :: 282 :: 283 :: Содержание

283 :: 284 :: Содержание

Витаминоподобные вещества

Ионозит

Инозит (мезоинозит) широка распространен в животном и растительном мире. Необходим человеку и многим животным.

Гипо- и авитаминозы. У животных при недостатке или отсутствии витамина приостанавливается рост, возникают дерматиты, наступает облысение, прекращается рост шерсти, у птицы - перьев.

Химическое строение и свойства. Витаминной активностью обладает мезоинозит (1,2,3,4,5,6-циклогексанол).

283

Инозит - кристаллическое вещество, сладкое на вкус, растворяется в воде и не растворяется в органических растворителях, температура плавления гидрата

218°C, ангидроида - 225-227 °C.

Природные источники и потребность животных. Больше всего инозита содержится в зародышах пшеницы (700-900 мг на 100 г), апельсинах, зеленом горошке, животные продукты - телятина, курятина, рыба, яйцо, молоко - содержат мало инозита (11-50 мг на 100 г).

Обмен в организме. Организм животных получает экзо- и эндогенный инозит. В продуктах животного происхождения он находится в связанной форме, в растительных кормах - в виде фитина. Всасывается в основном в тонкой кишке. С током крови поступает в органы ткани. В крови содержится 0,0003-0,0007% инозита. Инозитом богаты миокарод и мозг. Часть инозита находится в составе липидов (инозитфосфатиды). При обмене инозит превращается в глкюкуроновую кислоту с последующими ее изменениями или выделяется с мочой.

Значение для обмена веществ. Инозит является необходимой частью клеточных мембран. Он обладает липотропным действием, предотвращая ожирение печени. Снижает возбудимость центральной нервной системы, повышает перистальтику кишечника, поддерживает на постоянном уровне осмотическое давление в сперматозоидах, ускоряет β-окисление жирных кислот,

активирует амилазы, способствует превращению урацила в тимин, влияет на процессы роста шерсти и др.

Антивитамины. Антагонистом инозита является гексахлорциклогексан.

Применение. Препараты инозита применяют при лечении гепатитов, нервных болезней, жировой инфильтрации печени, для стимуляции кроветворения.

284

283 :: 284 :: Содержание

бетаин-гомоцистеин-метилтрансферазы, витамина B3 и KoA в печени.

Примечание. Препараты оротовой кислоты используются для стимуляции эритропоэза после кровопотерь, при лечении заболеваний печени, миокарда, почек и др.

286

285 :: 286 :: Содержание

286 :: 287 :: Содержание

Витамин B15

Витамин B15(пангамовая кислота) первоначально был открыт в тканях печени. Позже его выявили во многих продуктах растительного и животного происхождения и назвали пангамовой кислотой.

Гипо- и авитаминозы. При недостатке или отсутствии в кормах витамина наступает кислородное голодание тканей и жировое перерождение печени.

Химическое строение и свойства. Пангамовая кислота является сложным э ф и р о м D-глюконовой и алкилированной аминоуксусной кислот-N, N- диметилглицил-6-глюконовая кислота.

Витамин B15 - белые, с желтоватым оттенком кристаллы, имеют характерный запах, гигроскопичны, хорошо растворимы в воде и не растворяются в органических растворителях.

Природные источники и потребность животных. Витамином богаты дрожжи, рис, ткань печени, кровь.

Обмен в организме. Вопросы обмена витамина в достаточной мере не изучены.

286

Рис. 34. Нарушение процессов роста у

поросенка (справа) при отсутствии в кормах холина (по Б. Л. Кудряшову)

Значение для обмена веществ. Пангамовая кислота участвует в процессах клеточного дыхания, активирует перенос кислорода, служит источником и переносчиком метальных групп, повышает активность пируватдегидрогеназы и СДГ, способствует образованию АТФ и креатинфосфата, оказывает влияние на функции надпочечников и активирует гексокиназную систему, улучшает

течение процессов биосинтеза белков, нуклеиновых кислот, гликогена.

Применение. Препараты витамина применяют при лечении хронических гепатитов, цирроза печени, эмфиземы легких, коронаросклероза, пневмосклероза, дерматитов.

287

286 :: 287 :: Содержание

287 :: 288 :: 289 :: Содержание

Холин

Холин (от греч. chole - желчь) выделен из желчи и из желтка куриного яйца как витаминоподобное вещество, предупреждающее ожирение печени.

Гипо- и авитаминозы. Недостаток или отсутствие в кормах холина приводит к жировому перерождению печени и отложению жира в клетках различных тканей, особенно почек. Развиваются парезы и параличи, падает уровень продуктивности (рис. 34), уменьшается синтез протромбина, у птицы развивается перозис, деформируются кости, особенно плюсны, снижается яйценоскость.

Недостаток холина в кормах приводит к возникновению жировой инфильтрации печени и почек. Внесение в корма холина устраняет эти явления.

Химическое строение и свойства. Холин представляет собой гидроокись триметил-β-оксиэтиламмония.

287

Холин - сиропообразная жидкость, хорошо растворяется в воде, обладает основными свойствами - образует соли с кислотами. В качестве кормовой добавки применяют холинхлорид.

Природные источники и потребность животных. Высоким содержанием холина отличаются рыбная мука (3,6 г/кг), семена бобовых, кормовые дрожжи, зерно овса. Суточная потребность в холине для свиней составляет 500-800 мг/кг корма, поросят - 1250, цыплят - 1300, бройлеров - 1200-1500 мг/кг.

Обмен в организме. Экзогенный холин поступает в пищевой канал в свободном и связанном состоянии. Связанный холин в организме подвергается обычным превращениям. Часть холина в организме синтезируется.

Основой молекулы может быть серин. Донаторами метальных групп являются метионин, фолиевая кислота и витамин B12. B большинстве случаев биосинтез не удовлетворяет потребностей телят, свиней и птицы. Избыток холина выводится из организма с мочой, калом, потом.

Значение для обмена веществ. Холин служит основой для биосинтеза мембранных липидов, лецитинов и медиатора нервного возбуждения - ацетилхолина. Холин является донатором метальных групп при биосинтезе

адреналина, креатина и метионина. Холинлипотропный фактор, участвует в обмене жиров между печенью и жировой тканью. Из жира и холина в печени образуются лецитины, при их наличии обеспечивается постоянный отток жировых веществ из печени в общее кровеносное русло и предотвращается чрезмерное отложение жира.

Антивитамины. Основным антагонистом холина является триэтилхолин. Он, соединяясь с ацетил-КоА, образует псевдомедиатор - ацетилтриэтилхолин.

Применение. Рекомендуется свиноматкам давать в виде холинхлорида добавку 0,7 г/кг корма,

288

поросятам -1250 мг/кг, откормочным свиньям - 500-800, птице - 800-1300 мг/кг корма.

289

287 :: 288 :: 289 :: Содержание

печени и др.

290

289 :: 290 :: Содержание

290 :: 291 :: Содержание

Витамин U

Витамин U (S-метилметионинсульфонийхлорид) открыт как дополнительный фактор питания, предохраняющий организм от язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки.

Гипо- и авитаминозы. При гипо- и авитаминозах у животных развивается язвенная болезнь.

Химическое строение и свойства. Витамин U - производное метионина.

В клинике применяют его соль - S-метилметионин-сульфонийхлорид.

Это - твердое вещество белого цвета, сладковато-солоноватое на вкус, с запахом капусты, растворяется в воде, оптически активно.

Природные источники и потребность животных. Больше всего витамина содержится в побегах спаржи (0,1%), листьях капусты и томатах. Им богаты репа, лук, морковь.

Обмен в организме. Витамин всасывается в тонкой кишке. Попадает с током крови в печень, частично используется ее тканями, а затем разносится по организму и включается в реакции обмена веществ. Избыток витамина выделяется с мочой, потом с калом.

290

Значение для обмена веществ. Витамин является донатором метальных групп для биосинтеза холина и креатина, метилирует гистамин, превращая его в неактивный метилгистамин (в этом заключается болеутоляющее действие витамина). Витамин задерживает отложение холестерина на стенках кровеносных сосудов и способствует удалению его избытка из организма, оказывает положительное действие на регенерацию эпителия слизистой оболочки желудка и двенадцатиперстной кишки, пораженных язвой.

Применение. Препарат витамина и корма, богатые им, применяют для лечения язвенной болезни, гастритов и др.

291

290 :: 291 :: Содержание

291 :: 292 :: Содержание

n-Аминобензойная кислота (ПАБК)

n-Аминобензойная кислота проявляет витаминные свойства для некоторых микроорганизмов.

Гипо- и авитаминозы. При отсутствии ПАБК в питательной среде микробы, нуждающиеся в ней, гибнут. У млекопитающих замедляется рост и наступает депигментация шерстного покрова.

Химическое строение и свойства. ПАБК является производным бензола.

По физическим свойствам ПАБК - белое или слегка желтоватое кристаллическое вещество без запаха, плохо растворяется в воде (1:170), хорошо - в этаноле, амфолит.

Природные источники и потребность животных. Содержится в растительных и животных тканях, микробах. Богаты им дрожжи (0,0004%), зародыши пшеницы, картофель.

Обмен в организме. ПАБК кормов всасывается в основном в тонкой кишке. Здесь же часть ее используется микрофлорой для синтеза фолиевой кислоты.

291

С током крови она попадает в печень, затем в другие органы и ткани. Избыток ПАБК выводится с мочой.

Значение для обмена веществ. Действие ПАБК на реакции обмена веществ многогранно. Прежде всего, она входит в состав фолиевой и фолиновой кислот, следовательно, участвует в биосинтезе ДНК и РНК, влияет на обмен биогенных аминов, на превращение тирозина в меланин.

Антивитамины. Конкурентами ПАБК являются n-аминосульфоновая кислота и сульфаниламид (белый стрептоцид).

Они вытесняют ПАБК из молекул ферментов, что приводит к угнетению реакции обмена и гибели соответствующих микроорганизмов.

Применение. ПАБК используется при лечении атеросклероза, для восстановления пигментации волос, для повышения тонуса организма.

Контрольные вопросы

1.Что такое витамины, авитаминозы, гиповитаминозы и гипервитаминозы? Что является источником витаминов?

2.Дайте краткую характеристику, расскажите о химическом строении и значении в обмене веществ всех жирорастворимых (А, D, E, К, F), водорастворимых (B1, В2, В3, PP, B6, Вс, B12, H, С, P) и витаминоподобных

веществ (инозита, витаминов B13, b15, BE, U, холина, ПАБК).

3. Какие мероприятия необходимы для профилактики известных вам гиповитаминозов и авитаминозов у животных?

292

291 :: 292 :: Содержание

292 :: 293 :: 294 :: Содержание

ГЛАВА 9

ФЕРМЕНТЫ

Краткая история учения о ферментах

Ферменты (энзимы) - это биологические катализаторы белковой природы, которые образуются в живых клетках и обладают способностью ускорять химические процессы в организме. И. П. Павлов назвал ферменты истинными двигателями всех жизненных процессов.

292

История биохимии в значительной степени является историей изучения ферментов. Развитие учения о ферментах можно условно разбить на несколько этапов. Первый этап охватывает период до XVII в. и характеризуется использованием ферментов в практической деятельности человека (выпечка хлеба, приготовление вин, сыров, выделка кож и др.).

Второй этап включает период с XVII в. до середины XIX в. и связан с именем Я. Б. ван Гельмонта, изучавшего брожение сахаристых веществ. Он и ввел в науку термин "ферменты" (от лат. fermentum - закваска). В 1814 г. русский ученый К. Кирхгоф в солоде открыл амилазу, под влиянием которой крахмал превращается в мальтозу. В 1836 г. T. Шванн в желудочном соке выявил пепсин. В 1862 г. А. Я. Данилевский из сока поджелудочной железы выделил амилазу, липазу и трипсин. Им и его ученикам установлена обратимость течения ферментативных реакций.

Третий этап начинается со второй половины XIX в. и продолжается до 30-х годов XX в. Во второй половине XIX в. ферменты стали интересовать технологов и клиницистов. Возник спор между Л. Пастером и Ю. Либихом в отношении природы ферментов. Л. Пастер все ферменты разделил на "организованные" и "неорганизованные". К первым он отнес ферменты, которые действуют на субстраты при наличии живых клеток (например, ферменты дрожжей, вызывающие спиртовое брожение). Ко вторым были отнесены ферменты, которые проявляли свое действие вне клеток, образовавших их (например, пепсин в полости желудка). Ю. Либих считал, что все ферменты могут проявлять свое каталитическое действие как вместе с клетками, так и вне их. Спор был решен русским врачом M. M. Ma-нассеиной в 1871 г. Она получила дрожжевой сок, который сбраживает углеводы так же, как и дрожжевые клетки. Опыты были подтверждены Э. Бухнером.

К концу XIX в. возникла необходимость в систематизации их названий. Э. Дюкло предложил при наименовании ферментов к корню слова, обозначающего субстрат, прибавлять суффикс-аза (например, субстрат сахароза - фермент сахараза). Г. Бертран в 1897 г. установил в молекулах многих ферментов

вещество, способное к диализу, кофермент, или коэнзим. С. Серенсен в 1909 г. пришел к выводу, что

293

активность любого фермента зависит от рН среды. В это время Э. Фишер создает первые представления о механизме действия ферментов и субстратов ("ключ к замку"). А. Броун в 1902 г. приходит к выводу, что во время катализа возникает фермент-субстратный комплекс. Л. Михаэлис и M. Ментен в 1913 г. создают основы современной кинетики ферментативного катализа. P. Вильштеттер устанавливает одно- и двухкомпонентные ферменты. В первом случае молекула фермента состоит только из белка, во втором - из белкового носителя - апофермента и небелковой группы - кофермента. Апоферменты и кофермент вместе составляют холофермент, или активный фермент. Дж. Самнер в 1926 г. выделяет первый фермент в кристаллическом виде - уреазу. Его работы успешно продолжает Д. X. Нортроп. С этого времени начинается четвертый этап в развитии ферментологии.

В эти годы изучаются структура молекул коферментов и их соединения с белковыми носителями, О. Варбург и его ученики изучают структуру молекул дыхательных ферментов, НАД и ФАД. В. А. Энгельгардт и M. H. Любимова в 1939 г. устанавливают, что многие структурные белки (например, миозин) могут выполнять ферментативные функции. Установлено участие в ферментативных реакциях в качестве коферментов многих витаминов. В 1955 г. С. Очоа с сотр. осуществил синтез РНК под влиянием фермента полинуклеотидфосфорилазы. В 1958 г. А. Корнберг выделил полимеразу, под влиянием которой синтезируется ДНК. В 1976 г. X. Г. Корана синтезирует ген из 196 нуклеотидов.

По образному выражению В. Л. Кретовича (1974), все эти открытия в области ферментологии приподняли завесу над самыми сокровенными тайнами живой материи и раскрывают блестящие перспективы для дальнейшего развития науки и применения ее достижений в практике.

294

292 :: 293 :: 294 :: Содержание

кислые ДНК- и РНК-азы, гиалуронатлиазу и др.). Ферменты биосинтеза белка преимущественно концентрируются в рибосомах (аминоацил-тРНК-синтетазы, пептидсинтетазы и др.). В гиалоплазме выявляются ферменты различной функциональной направленности: гликолиза, синтеза жирных кислот, активации аминокислот и т. д.

296

294 :: 295 :: 296 :: Содержание

296 :: 297 :: Содержание

Методы выделения и очистки ферментов

Материалом для получения различных ферментов служат органы и ткани животных и растений, пищеварительные соки, клеточная масса микроорганизмов. Подбирая материал, следует учитывать вид животного. В частности, содержание β-глюкозидазы в тканях шести видов животных может резко отличаться. Пищеварительные ферменты от животных получают по фистульному методу И. П. Павлова. Часто для получения ферментов используют бактериальные массы. Так, при индуцированном синтезе содержание кислой фосфатазы в массе кишечной палочки можно увеличить до 6% и больше.

Молекулы ферментов обычно связаны со структурными белками, липидами и углеводами. Часть молекул ферментов находится в биологических жидкостях в свободном состоянии. Чтобы выделить ферменты, следует разрушить клетки, перевести ферменты в растворы и затем извлечь их из растворов специальными приемами.

Материал, предназначенный для получения ферментов, освобождают от примесей (органы - от соединительнотканной капсулы, жира, крови и др.). Свежий материал хранят при низких температурах (минус 20°C). Материал измельчают в гомогенизаторах, ультразвуком, с помощью автолиза, лизиса, растирания в ступке с песком и т. д. Иногда клеточные мембраны разрушают, обрабатывая материал ацетоном. Для получения ферментов из субклеточных структур материал гомогенизируют и дробно центрифугируют. К отдельным фракциям добавляют детергенты, например "твины". Под их влиянием разрушаются мембраны и ферменты переходят в раствор. Для получения экстрактов в качестве растворителей используют

296

дистиллированную воду, буферные растворы, физиологический раствор, смесь глицерина и дистиллированной воды, органические растворители.

Очистка ферментов обычно представляет собой чередование различных методов фракционирования. Ферменты проверяют на чистоту - определяют константу седиментации, электрофоретическую подвижность при нескольких значениях рН, чистоту ферментного препарата по кривой растворимости, исследуют иммунологические свойства препарата с помощью антисыворотки, а также электрофоретические и хроматографические свойства фермента после воздействия трипсина и других протеолитических ферментов.

297

296 :: 297 :: Содержание

297 :: 298 :: 299 :: 300 :: 301 :: 302 :: 303 :: Содержание

Общие свойства ферментов

Белковая природа ферментов. Все ферменты являются простыми или сложными белками. Например, к простым белкам относятся ферменты трипсин, уреаза и многие другие, к сложным - каталаза, ферменты,

Рис. 35. Кристаллы фермента

фосфоэнолпируваткиназы (препарат П. Д. Дворниковой)

297

катализирующие окислительно-восстановительные процессы, и др. Все ферменты хорошо растворяются в воде, в разбавленных растворах кислот, щелочей, солей и некоторых органических растворителях. Водные растворы проявляют типичные признаки лиофильных коллоидных систем. Для ферментов характерна высокая молекулярная масса: от десятков тысяч до нескольких миллионов. Свыше 500 ферментов получено в кристаллическом виде (рис. 35). Все они, амфотерны и обладают высокой химической активностью.

Термолабильность и температурный оптимум действия ферментов.

Ферменты - термолабильные соединения. При действии высоких температур они денатурируют, что приводит к прекращению каталитических функций. Температурный оптимум действия большинства ферментов находится в пределах температуры тела -37-40 °C. Исключением являются папаин, наибольшая активность каталитического действия которого проявляется при 80 °C, и каталаза, температурный оптимум действия которой лежит между 0 и 10 °C. При повышении температуры среды на 10 °C скорость реакции возрастает в 1,5-3 раза (правило Ле Шателье) примерно в пределах от 0 до 25 °C, затем медленно повышается и после 40 °C начинает уменьшаться (рис. 36). При температуре 80-100 °C ферменты теряют каталитическую способность, так как наступает денатурация белковой молекулы. Ферменты в растворенном состоянии более чувствительны к нагреванию, чем в сухом. Известны ферменты,

которые могут кратковременно переносить температуру 100 °C (аденилаткиназа).

С понижением температуры скорость ферментативных реакций постепенно уменьшается, достигая минимума при 0 °C. Некоторые ферменты в сухом состоянии выдерживают охлаждение до минус 120-190°C. При постепенном повышении температуры до 37 °C их активность восстанавливается. Это свойство используется при хранении спермы для искусственного осеменения животных.

Влияние реакции среды на активность ферментов. Каждый фермент проявляет максимальное для него каталитическое действие при определенном значении рН, которое называется рН-оптимумом. Так, для пепсина рН-оптимум разен 1,5-2,5; для катепсина 4,5-5,0;

298

Рис. 36. Зависимость скорости реакции, катализируемой ферментом, от температуры среды

Рис. 37. Зависимость активности фермента от рН среды

для карбоксилазы - 4,8; для уреазы - 7,2-8,0; для трипсина - 7,8-9,5 и т.д. Большинство ферментов организма животного проявляет максимальную каталитическую активность при рН ≈ 7 (рис. 37). Изменения рН замедляют или прекращают действие ферментов.

Влияние рН на активность ферментов объясняется структурой их молекул. Молекула фермента имеет один или несколько активных центров, в которых сконцентрированы функциональные группы белков. Степень их ионизации зависит от рН среды. Более того, рН среды влияет на степень ионизации субстратов, фермент-субстратного комплекса и продуктов реакции, структуру молекулы фермента. Все это вместе и определяет каталитическую способность фермента в той или иной реакции. Примером может быть фермент РНК-аза, расщепляющий молекулу РНК на мононуклеотиды. Молекула РНК-азы, особенно ее активный центр, содержит высокий процент лизина. Аминогруппа, размещенная в ε-положении, обычно свободна и определяет активность фермента. Ее ионизация возможна в кислой среде, поэтому и оптимальное

значение рН для РНК-азы будет равно 5,4-5,6. В щелочной среде фермент неактивен, так как ионизация аминогруппы в этих условиях невозможна.

Специфичность действия ферментов. Каждый фермент действует на определенный субстрат или группу веществ, сходных по своему строению. Специфичность действия ферментов объясняется совпадением пространственных конфигураций активного центра фермента и субстрата, их химическим сродством, что приводит к образованию фермент-субстратного комплекса и осуществлению каталитического процесса. Без

299

специфичности ферментов была бы невозможна упорядоченная цепь реакций обмена веществ.

Различают групповую (абсолютную и относительную) и индивидуальную (абсолютную и стереохимическую) специфичность ферментов. Примером абсолютной групповой специфичности может быть действие пепсина на белки различного происхождения. Относительную групповую специфичность проявляют щелочная и кислая фосфатазы, катализирующие гидролиз моноэфиров ортофосфорной кислоты. Абсолютной специфичностью обладает уреаза, расщепляющая мочевину на аммиак и углекислый газ. Примером стереохимической специфичности может быть фумаратгидратаза. Она катализирует присоединение воды к фумаровой кислоте, но не оказывает влияния на цис-изомер - малеиновую кислоту. Встречается двойственная специфичность, например ксантиноксидаза, которая специфически окисляет пуриновые основания и неспецифически -альдегиды.

Активаторы и ингибиторы ферментов. На активность ферментов оказывают влияние многие вещества: одни из них повышают активность ферментов, иные - угнетают. Первые вещества называют активаторами, вторые - ингибиторами, или парализаторами. Нередко одни и те же вещества для одних ферментов могут быть активаторами, для других - ингибиторами. Так, соляная кислота является активатором для пепсина и ингибитором для амилазы слюны. Активность фермента уменьшается по мере увеличения концентрации продуктов, образующихся в результате химических реакций, катализируемых данным ферментом.

Различают специфические и неспецифические активаторы и ингибиторы.

Примером специфического активатора для пепсина может быть соляная кислота, для трипсина - энтеропептидаза. Под их влиянием от молекулы предшественника (пепсиногена и трипсиногена) отщепляется пептид (см. рис. 21 и 23), открывается активный центр и формируется молекула фермента. Отщепившиеся пептиды можно рассматривать как специфические ингибиторы. К типичным специфическим активаторам следует отнести желчные кислоты, активирующие липазу. Типичные специфические ингибиторы - антиферменты антипепсин, антитрипсин и др. Многие лекарственные вещества относятся к

Рис. 38. Схема активирования и ингибирования действия фермента (по Ю. Б. Филипповичу): а - аллостерический центр фермента; К - каталитический центр; с - субстратный центр

ингибировании место субстрата в активном центре занимает аналог и ферментсубстратный комплекс не может возникнуть (рис. 38, IV).

Примером конкурентного ингибирования является взаимодействие СДГ с малоновой кислотой вместо янтарной. Для вытеснения конкурента следует увеличить концентрацию субстрата.

Высокая каталитическая способность. Ферменты обладают высокой каталитической способностью. Так, амилаза слюны проявляет активность при разбавлении 1:1000000, пероксидаза - при разбавлении 1:5 000 000, пепсин - при разбавлении 1:10 000 000; 1 часть реннина способна свернуть 10 000 000 частей казеиногена. Молекула каталазы за 1 с расщепляет 550 000 молекул H2O2.

Единицы измерения активности ферментов

За единицу (E) любого фермента принимается такое его количество, которое катализирует превращение одного микромоля субстрата в минуту при заданных условиях.

302

Активность фермента лучше всего определять по измерению начальной скорости ферментативной реакции во избежание осложнений, зависящих, например, от обратимости реакций или от образования тормозящих продуктов. Чтобы облегчить измерение начальной скорости, добиваются такой концентрации субстрата, которая была бы достаточной для насыщения фермента.

Концентрация фермента в растворах выражается в единицах активности на

1 мл.

Удельная активность выражается в единицах фермента на 1 мл белка. Эта величина связана со степенью чистоты препарата. Если известна удельная активность чистого фермента в единицах на 1 мг фермента, то частное от деления удельной активности исследуемого препарата на величину указывает степень чистоты.

Молекулярная активность соответствует числу молекул субстрата, превращаемых за 1 мин одной молекулой фермента при оптимальной концентрации субстрата, или числу единиц в одном микромоле фермента (что одно и то же, так как единица фермента выражена в микромолях субстрата).

Если фермент имеет простетическую группу или каталитический центр, концентрация которых доступна измерению, то его каталитическое действие можно выразить в величинах активности каталитического центра, т.е. числом молекул субстрата, превращаемых за 1 мин одним каталитическим центром.

Обратимость действия ферментов. Ферменты способны влиять на синтез субстрата и на его распад. Так, пепсин при рН 0,5-2 расщепляет белки до полипептидов, пептидов и аминокислот. При рН 5-6 из этих же аминокислот под влиянием пепсина синтезируются белки. Значение обратимости действия ферментов велико. Оно дает возможность организму экономно расходовать пластические и энергетические материалы. Так, в анаэробной фазе расщепления углеводов гликоген или глюкоза распадается до молочной или пировиноградной кислот. Около 2/3 этих кислот регенерируется до глюкозы и гликогена под влиянием тех же ферментов, которые осуществляли распад.

303

297 :: 298 :: 299 :: 300 :: 301 :: 302 :: 303 :: Содержание

304 :: 305 :: 306 :: 307 :: 308 :: 309 :: 310 :: 311 :: 312 :: 313 :: 314 :: Содержание

Химическая природа ферментов

Для ферментов-белков характерно строение, типичное для этого класса соединений. Для многих из них определены первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры молекул. Так, установлена последовательность аминокислотных остатков в молекуле панкреатической РНК-азы (рис. 39), лизоцима, химо-трипсина, аспартатаминотрансферазы и др. У большинства ферментов молекула состоит из одной полипептидной цепи, имеющей вид α- и β-спиралей. Третичная и четвертичная структуры фермента определяют характер его функций. Так, если молекула имеет 12 субъединиц, то фермент осуществляет реакцию декарбоксилирования (пируватдекарбоксилаза), шесть субъединиц - фермент катализирует окислительно-восстановительные превращения пирувата и др.

Многие ферменты в клетках, где они синтезируются, находятся в неактивном состоянии, как проферменты или зимогены. Они превращаются в ферменты в результате ограниченного протеолиза - расщепления обычно одной пептидной связи и отщепления пептида. Примерами проферментов могут быть пепсиноген и трипсиноген (см. рис. 21 и 23).

Простые ферменты. Молекулы простых ферментов при гидролизе расщепляются до аминокислот. По химическим свойствам простые ферменты относятся к альбуминам (эстераза печени), глобулинам (трипсин и уреаза) и к другим группам простых белков. Простыми

Рис. 39. Первичная

структура молекулы панкреатической РНК-азы

304

ферментами являются многие гидролазы пищевого канала (трипсин, уреаза, РНК-аза, ДНК-аза, химотрипсин), лизоцим яйца и др. У простых ферментов активный центр обычно формируется из остатков гистидина, серина, аргинина, триптофана, цистеина, аспарагиновой и глутаминовой кислот, тирозина. Так, в активном центре РНК-азы размещены два остатка гистидина (в положениях 12 и 119), остаток аспарагина (в положении 121) и лизина (в положении 41). При формировании третичной структуры фермента в его молекуле образуется своеобразный "карман" полипептидной цепи, в котором и происходят

каталитические превращения субстрата.

Сложные ферменты. Большинство ферментов - сложные белки. При диализе белковый компонент (апофермент) остается в диализаторе, небелковый проходит через полупроницаемую перегородку. В присутствии небелковых компонентов (кофакторов) проявляется каталитическое действие многих ферментов. M. Диксон и Э. Уэбб (1982) все кофакторы ферментов делят на три вида: коферменты, простетические группы и активаторы. Ни кофактор, ни апофермент не могут самостоятельно полноценно осуществлять каталитический акт. Так, при соединении железа с молекулой порфирина образуется гем, его каталитическая активность относительно разложения пероксида водорода возрастает в 1000 раз, а после присоединения гема к специфическому белковому компоненту образуется каталаза, каталитическая активность ее в 100 000 000 раз превышает активность кофактора. Кофактор в среднем составляет около 1% общей массы фермента. Часто он непрочно связан с апоферментом и соединяется с ним во время каталитического акта. В этом случае кофактор является типичным коферментом (см. выше). Примером таких ферментов могут быть дегидрогеназы. Во многих ферментах кофактор прочно и постоянно связан с апоферментом, являясь простетической группой, например каталаза и пероксидаза, содержащие гем. К активаторам ферментов относят такие кофакторы, которые переводят фермент в активное состояние, а сами не участвуют в каталитическом акте. К ним относятся многие неорганические ионы. К ферментам такого рода можно отнести карбоксипептидазу, карбоангидразу и др. Их часто называют металлоферментами.

305

Деление кофакторов на три вида условно, так как очень часто трудно провести четкую грань между коферментом и простетической группой, между ионами металлов, входящими в состав молекулы, и ионами, активирующими каталитический процесс.

Функции кофакторов разнообразны. Прежде всего, многие из них служат основой для формирования активного центра и осуществляют контакт молекулы фермента с молекулами субстрата. Они участвуют в переносе атомных групп, атомов, протонов и электронов в ходе процесса. Некоторые из них выполняют связующие функции между разнородными ферментами, обеспечивая согласованность их действия. Катализ осуществляет вся молекула фермента. Ее белковая часть обусловливает скорость реакции и специфичность действия. Один и тот же кофактор может быть составной частью многих ферментов, различных по строению и значению. Так, фосфопиридоксаль - кофактор свыше 30 ферментов, осуществляющих карбоксилирование, транс- и переаминирование.

Коферменты. Коферменты - низкомолекулярные органические соединения небелковой природы, обладающие способностью обратимо связываться с ферментным белком. Их можно отделить от апофермента диализом, действием кислот или щелочей, пропусканием через колонку с сефадексом. Образование

молекулы фермента из апо- и коферментов происходит за счет слабых электростатических или вандерваальсовых сил. При этом затрагиваются вторичная и третичная структуры молекулы, фермент-белок становится более стойким к денатурирующим факторам, чем апофермент. Коферменты в активном центре выполняют роль переносчика различных функциональных групп, протонов и электронов. Отдельные коферменты участвуют в активировании молекул субстратов. Коферменты, отщепляясь от фермента, осуществляют транспортирование этих веществ между отдельными ферментами каталитической цепи, перераспределение их между органоидами и гиалоплазмой. В ходе каталитического акта коферменты не претерпевают глубоких химических изменений и могут многократно (в составе одного или нескольких ферментов) участвовать в ферментативных реакциях.

Большинство коферментов - производные витаминов. Химическая природа кофермента определяет тип и

306

механизмы катализируемых реакций. Недостаток витамина в рационе вызывает угнетение тех реакций обмена веществ, в которых участвует фермент.

Наиболее распространены следующие коферменты.

Н и к о т и н а м и д а д е н и н д и н у к л е о т и д (НАД). Этот кофермент относится к универсальным по распространению и биологической роли. Содержит каталитически активную группировку - амид никотиновой кислоты. Является составной частью свыше 40 дегидрогеназ. Строение и значение НАД рассмотрено на с. 268. Сырьем для получения НАД обычно служат дрожжи.

Н и к о т и н а м и д а д е н и н д и н у к л е о т и д ф о с ф а т (НАДФ). Входит в состав меньшего числа ферментов, чем НАД; НАД в тканях в 5-10 раз больше, чем НАДФ. НАД и НАДФ - первое звено в цепи промежуточных переносчиков водорода при биологическом окислении.

Л и п о е в а я к и с л о т а. Кофермент многих оксидоредуктаз. Связывается с апоферментом через карбоксильную группу и аминогруппу остатка лизина.

Коферментная функция липоевой кислоты в активном центре фермента обусловлена способностью легко окисляться и восстанавливаться с образованием дисульфидных связей или сульфгидрильных групп.

307

Это дает возможность ферментам, содержащим в молекуле липоевую кислоту, участвовать в переносе ацильных групп и в реакциях биологического окисления.

К о ф е р м е н т A (KoA). Наличие SH-группы в составе молекулы кофермента дает ему возможность легко взаимодействовать с жирными кислотами, образуя ацилпроизводные. KoA иногда называют коферментом ацилирования или ацетилирования. Известно свыше 70 ферментов, в молекуле которых есть KoA. Ацетил-KoA участвует в реакциях переноса, оксидоредукции, изомеризации, конденсации и расщепления ацильных групп.

Г л у т а т и о н . Им богаты печень, надпочечники и эритроциты (0,07- 0,12%). Значение глутатиона в активном центре ферментов обусловлено наличием SH-групп, которые легко вступают в реакцию окисления с аналогичными группами субстрата или соседнего участка фермента, образуя дисульфидные связи (см. с. 187).

В одних случаях это дает возможность ферменту фиксировать субстрат, в других - получать протоны и электроны и т. д. Восстановленный глутатион - кофермент некоторых изомераз, осуществляющих превращение кетоформ кислот в енольные, цис-изомеров кислот в транс-изомеры и др. Некоторые

АТФ часто выступает в роли кофермента при переносе аденозинмонофосфорного остатка на аминокислоту.

309

АТФисточник аденозильного остатка при активировании и переносе метильных групп.

В качестве коферментов часто выступают уридинфосфаты и их производные (например, УДФГ) при активировании, переносе и превращении Сахаров: изомеризации галактозы в глюкозу, синтезе сахарозы, лактозы, глюкозидов, хитина и т. д. Коферментные функции выполняют и другие нуклеозидфосфаты. В частности, с участием цитидинфосфатов протекают реакции синтеза отдельных видов фосфатидов, особенно лецитина.

Т е т р а г и д р о ф о л и е в а я к и с л о т а (ТГФК). Это гомолог фолиевой кислоты, у которой восстановлены атомы водорода и азота в положениях 5, 6, 7

и 8.

ТГФК - кофермент большой группы трансфераз, катализирующих реакции, связанные с переносом или активированием одноуглеродных остатков.

С участием его синтезируются и расщепляются пуриновые основания и некоторые аминокислоты: гистидин, глицин и особенно серин.

дезоксиаденозин. Кофермент B12 вместе с тетрагидрофолиевой кислотой участвует в переносе метильных групп. Под влиянием соответствующей

простетические группы флавиновых ферментов, или флавопротеидов. В частности, ФМН, как простетическая группа, соединяясь с апоферментом, образует холофермент - "желтый дыхательный фермент" (ЖДФ)"

Изоаллоксазиновая группировка простетической группы дает возможность ЖДФ выполнять важнейшие каталитические функции, в частности участвовать в реакциях биологического окисления. ЖДФ является переносчиком протонов и электронов в двух направлениях: в сторону цитохромов или от цитохромов к пиридиннуклеотидам дыхательной цепи и к окисленным субстратам. Кроме того, флавиннуклеотиды участвуют в ряде других реакций обмена веществ.

Т и а м и н ф о с ф а т ы . Тиаминфосфаты - производные витамина B1, или тиамина. Простетической группой чаще всего служит тиаминпирофосфат (ТПФ). Соединение его с апоферментами, по-видимому, такое же, как и флавиннуклеотидов. Каталитическая активность фермента связана с ионизацией углеродного атома в положении 2 тиазолового кольца, к которому и присоединяется молекула субстрата.

Под влиянием положительного заряда атома азота от углеродного атома в положении 2 отщепляется протон, возникает отрицательно заряженный карбанион. Карбанион - нуклеофильный центр, который легко вступает в реакцию с субстратом, например с

312

пировиноградной кислотой, образуя пируват-ТПФ-комплекс. Этот комплекс легко декарбоксилируется, образуя альдегидоили кето-ТПФ-комплекс, карбонильная группа которого передается на подходящий акцептор, например на липоевую кислоту.

ТПФ после этого вступает в реакцию с новыми порциями субстрата. ТПФ является простетической группой ферментов, участвующих в обмене α- кетокислот, образовании и расщеплении кетосахаров, α-оксикетонов и дикетонов.

ферментов. С их деятельностью связано большинство превращений α- аминокислот: переаминирование, декарбоксилирование, рацемация, конденсация β- и γ-замещенных α-аминокислот и т. д. Теория каталитического действия этих ферментов впервые разработана советскими биохимиками A. E. Браунштейном и M. M. Шемякиным на примере реакций переаминирования (см. с. 271). Они позволяют организму получить нужные заменимые аминокислоты для клеток и тканей.

Б и о т и н . Присоединение биотина к апоферменту осуществляется с помощью пептидной связи, которая образуется за счет карбоксильной группы биотина и ε-аминогруппы остатка лизина (протеина). Биотин входит в молекулы многих ферментов, катализирующих реакции карбоксилирования и переноса карбоксильных групп.

Ж е л е з о п о р ф и р и н о в ы е к о м п л е к с ы

313

являются простатической группой каталазы, пероксидазы и цитохромов. В каталазе и пероксидазе простатическая группа представляет собой гем. Цитохромы делят на четыре группы:

1)цитохромы А - содержат железо-формилпорфирин;

2)цитохромы В - содержат железо-протопорфирин;

3)цитохромы С - содержат замещенный железомезопорфирин с ковалентными связями между белком и порфирином;

4)цитохромы D - содержат железо-дигидропорфирин.

Апоферменты представляют собой низкомолекулярные белки. Связь между апоферментом и простетической группой чаще всего ковалентная и дополнительная. Примером может быть цитохром с.

Каждая группа цитохромов состоит из индивидуальных представителей. Они обозначаются малыми латинскими буквами и цифровыми подстрочными индексами: а, а1, a2, b, b1, b2 и т. д.

Цитохромы являются составной частью дыхательной цепи. В ходе ее функционирования электроны последовательно переносятся от "желтого дыхательного фермента" на цитохромы b, c1, с, а и а3. Под влиянием фермента цитохромоксидазы цитохром а окисляется, отнятый электрон переносится на атом кислорода, который ионизируется и реагирует с ионом водорода. Образуется вода. Энергия аккумулируется в виде АТФ.

314

304 :: 305 :: 306 :: 307 :: 308 :: 309 :: 310 :: 311 :: 312 :: 313 :: 314 :: Содержание

315 :: 316 :: Содержание

Изоферменты

Изоферменты - это разновидности фермента, обладающие одной и той же субстратной специфичностью, но отличающиеся между собой некоторыми физическими, химическими, каталитическими и иммунологическими свойствами. Молекула изофермента состоит из нескольких субъединиц, которые формируют ее четвертичную структуру. В настоящее время известны изоферменты ряда ферментов: лактатдегидрогеназы (ЛДГ), фосфоглюкомутазы, альдолазы, креатинкиназы, малатдегидрогеназы, изоцитратдегидрогеназы, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, фосфоглюконатдегидрогеназы, а также другие.

Наиболее подробно изучены изоферменты ЛДГ, осуществляющей превращения молочной и пировиноградной кислот.

Молекулярная масса ЛДГ составляет 140 тыс. Ее молекула состоит из четырех субъединиц, которые делятся на два вида: H (преобладают в миокарде) и M (им наиболее богата скелетная мышца). Для ЛДГ цыпленка и других животных характерны пять изоферментов, состоящих из следующих субъединиц: I-HHHH, II-НННМ, III-HHMM, IV-HMMM и V-MMMM.

Изоферменты имеют нумерацию: I-ЛДГ1, II-ЛДГ2, III-ЛДГ3, IV-ЛДГ4 и V- ЛДГ5. Первые два изофермента при электрофорезе движутся к аноду - анодные фракции, последние два движутся к катоду - катодные фракции, и средний изофермент занимает промежуточное положение.

Фракции отличаются между собой биологической ролью. Так, анодные фракции осуществляют процесс превращения пировиноградной кислоты в аэробных условиях, катодные - в анаэробных; а промежуточная фракция - в аэробных и анаэробных. Для каждой ткани и каждого органа характерен свой изоферментный спектр.

Так, в миокарде, мозгу, почках и эритроцитах преобладают изоферменты ЛДП и ЛДП. Именно под их влиянием из молочной кислоты образуется пировиноградная кислота, которая служит источником ацетил-KoA. ЛДГ 4 и ЛДГ5 типичны для скелетных мышц, тканей легких и печени. Под влиянием изоферментов пировиноградная кислота восстанавливается до молочной

315

кислоты. ЛДГ3 преобладает в тканях эндокринных желез и селезенки.

Спектр изоферментов может изменяться в различные периоды онтогенеза и при патологии. Его определение дает возможность диагностировать болезнь и контролировать лечение. Так, при нефритах в составе - крови и мочи появляются дополнительные фракции ЛДГ4 и ЛДГ5, нетипичные для здоровых животных. При заболеваниях легких в крови и в моче возрастает содержание

ЛДГ3.

316

315 :: 316 :: Содержание

324 :: 325 :: 326 :: 327 :: 328 :: 329 :: 330 :: 331 :: 332 :: 333 :: Содержание

Номенклатура и классификация ферментов

В настоящее время известно свыше 2000 ферментов. По мере развития биохимии возникала необходимость в совершенствовании номенклатуры и классификации ферментов. К первым ферментам, открытым биохимиками, относятся гидролазы. Затем открыты ферменты, осуществляющие негидролитический распад сложных веществ, - десмолазы, или лиазы, и др. Ферменты стали называть по характеру каталитического действия, природе субстрата и другим признакам, добавляя к корню слова суффикс -аза. Так возникли тривиальные названия ряда классов (например, гидролазы), групп (пептидазы) и отдельных представителей (амилаза) ферментов.

На V Международном биохимическом конгрессе, проходившем в 1961 г. в Москве, приняты новые классификация и номенклатура ферментов. За основу взят принцип классификации ферментов по типу химических реакций, которые они катализируют. Все известные ферменты делятся на шесть классов: 1 - оксидоредуктазы; 2 - трансферазы; 3 - гидролазы; 4 - лиазы; 5 - изомеразы; 6 - лигазы (синтетазы).

Каждый класс ферментов подразделяется на подклассы, которые делятся на подподклассы, состоящие из отдельных представителей. Единая система классификации ферментов основана на четырехзначном десятичном коде, согласно которому классам, подклассам, подподклассам и индивидуальным ферментам присваиваются номера (шифры). Первая цифра шифра показывает, к какому из шести классов относится данный фермент, вторая обозначает подкласс в классе, третья - подподкласс, четвертая - порядковый номер фермента в данном подподклассе. Ферменты, для которых каталитические реакции изучены пока недостаточно, временно отнесены в подподкласс с номером 99.

В настоящее время пользуются двумя номенклатурами-тривиальной (рабочей) и систематической. Тривиальные названия ферментов краткие, например: пепсин, трипсин, уреаза, мальтаза, лактаза.

324

Систематические названия точно идентифицируют фермент и по возможности точно определяют его действие. Оно состоит из двух частей: первая часть названия отражает наименование главного субстрата, вторая - характер катализируемой реакции и имеет суффикс -аза. В начале шифра ставится две буквы-КΦ (классификация ферментов) - и четыре числа, разделенных между собой точками, - четырехзначный десятичный код фермента. Так, фермент, расщепляющий гидролитически пептидную связь между двумя остатками глицина (глицилглицина), называется глицилглицингидролаза, его шифр - КФ 3.4.3.1. Если фермент катализирует реакцию между двумя субстратами (в частности, перенос отдельных групп атомов), то в первой

части названия фермента указывается наименование этих субстратов, ставится двоеточие без интервала, а во второй части указывается характер химической реакции и добавляется суффикс-аза. Так, фермент, переносящий атомы водорода от молочной кислоты на кофермент НАД, называется L-лактат: НАД - оксидоредуктаза, его шифр - КФ 1.1.1.27. В ряде случаев дается подробное указание об отдельных сторонах химизма действия фермента (с помощью скобок) за систематическим названием. Так, фермент, дезаминирующии L- глутаминовую кислоту путем переноса водорода на НАД, называется L- глутамат: НАД - оксидоредуктаза (дезаминирующая), его шифр - КФ 1.4.1.2.

По новой классификации можно быстро найти в Списке ферментов нужный фермент, узнать его тривиальное и систематическое название, номер (шифр), активные группы и кофакторы, характер химической реакции, катализируемой им, узнать об источниках сырья для его получения и др.

Ниже приводятся сведения по новой классификации и номенклатуре ферментов. Классы представлены полностью, подклассы, подподклассы и индивидуальные ферменты - выборочно, в зависимости от их значения в обмене веществ в организме животных.

1 . О к с и д о р е д у к т а з ы . Ферменты, катализирующие окислительновосстановительные процессы. Оксидоредуктазы - двухкомпонентные ферменты. Функции кофакторов здесь могут выполнять пиридин- (НАД и НАДФ) и флавиннуклеотиды (ФМН и ФАД),

325

железопорфириновые комплексы (гем) и многие катионы (Fe3+, Fe2+, Co2+, Mo2+, Cu2+, Zn2+ и др.). Химические реакции, в которых участвуют оксидоредуктазы, позволяют клеткам получать химическую энергию в виде макроэргических соединений.

Известно свыше 200 оксидоредуктаз. Они объединены в 14 подклассов. По тривиальной номенклатуре ферменты разделяются в соответствии с характером каталитического действия на дегидразы (отщепляют от субстрата атомы водорода или электроны и переносят их на другой субстрат), оксидазы (акцептором является кислород), гидроксилазы (включают в восстановленный субстрат один атом кислорода) и оксигеназы (вводят в окисляющийся субстрат два атома кислорода).

При систематической номенклатуре в названии фермента указываются субстрат-донатор, субстрат-акцептор, слово "оксидоредуктаза" и шифр.

1.1. Оксидоредуктазы, действующие на CH-OH-группу доноров. Подкласс делится на четыре подподкласса. Примером, когда акцептором является НАД или НАДФ, может быть фермент спиртового брожения -алкогольдегидрогеназа (алкоголь: НАД - оксидоредуктаза, КФ 1.1.1.1), осуществляющая окисление спиртов с участием НАД и ионов Zn2+:

Алкоголь+НАДФ=Альдегид или кетон+НАД∙H2.

Ко второму подклассу относятся ферменты, у которых акцептором служит цитохром. В частности, лактатдегидрогеназа (L-лактат: цитохром с - оксидоредуктаза, КФ 1.1.2.3), катализирующая окисление лактата с участием цитохрома с и при наличии ионов Zn2+:

L-Лактат+Феррицитохром с = Пируват+Ферроцитохром с.

Для ряда ферментов акцептором является кислород, в частности для гексооксидазы (D-гексоза: O2-оксидоредуктаза, КФ 1.1.3.5):

β-D-Глюкоза+O2=D-Глюконо-δ-лактон+Н2O2.

1.2. Оксидоредуктазы, действующие на альдегидную или кетонную группу доноров. В зависимости от

326

природы акцептора подкласс делится на пять подподклассов (акцепторы - НАД или НАДО, цитохромы, O2, липоевая кислота и др.). Примером может быть глицеральдегадфосфатдегидрогеназа [D-глицеральдегид-3-фосфат: НАД - оксидоредуктаза (фосфорилирующая), КФ 1.2.1.12]. Реакция:

1.9. Оксидоредуктазы, действующие на группы тема доноров. Подкласс состоит из шести подподклассов. В организме животных широко распространена цитохромоксидаза (цитохром с: O2 - оксидоредуктаза, КФ 1.9.3.1), окисляющая цитохром с при переносе электронов на кислород:

4Ферроцитохром c+O2 = 4Феррицитохром с+2Н2O.

1.11. Оксидоредуктазы, использующие в качестве акцептора H2O2.

Наиболее распространены два фермента - пероксидаза и каталаза. Их простетическая группа представлена гемом. Пероксидаза (донор : H2O2 - оксидоредуктаза, КФ 1.11.1.7) катализирует реакцию

Донор+Н2O2 = Окисленный донор+2Н2О.

Каталаза (H2O2 : H2O2 - оксидоредуктаза, КФ 1.11.1.6) разрушает пероксид водорода:

2Н2O2 → 2Н2O + O2.

2 . Т р а н с ф е р а з ы . Это класс ферментов, катализирующих перенос

2.6. Трансферазы, переносящие азотистые группы. Подкласс состоит из трех подподклассов (аминотрас-феразы, амидинотрансферазы, оксиминотрансферазы). Большое значение имеет аланин-аминотрансфераза (L- аланин: 2-оксоглутарат - аминотрансфераза, КФ 2.6.1.2), катализирующая двустороннее перенесение аминогруппы:

L-Аланин+2-Оксоглутарат=Пируват+L-Глутамат.

2.7. Трансферазы, переносящие фосфатные группы. Подкласс делится на семь подподклассов. Примером фермента, катализирующего присоединение фосфатной группы к спиртовому гидроксилу, может быть гексокиназа (АТФ: D- гексоза - 6-фосфотрансфераза, КФ 2.7.1.1). Реакция:

АТФ+D-Гексоза=АДФ+D-Гексозо-6-фосфат.

3. Г и д р о л а з ы . Это ферменты, катализирующие реакции расщепления (иногда и синтеза) органических веществ при участии воды:

Они участвуют в обмене нуклеиновых кислот, белков, липидов, углеводов и других соединений. Большинство гидролаз - простые белки. Каталитическая активность зависит от наличия в их каталитических центрах SH-групп. Известно свыше 200 гидролаз. Их делят на девять подклассов.

3.1. Гидролазы, действующие на сложноэфирные связи. По тривиальной номенклатуре их называют эстеразами. Подкласс состоит из шести подподклассов: гидролазы эфиров карбоновых кислот, тиоловых эфиров, фосфомоноэфиров, фосфодиэфиров, трифосфомоноэфиров и сульфоэфиров. В организме широко распространена липаза (гидролаза эфиров глицерина, КФ 3.1.1.3), особенно в тканях поджелудочной железы. Под ее влиянием, в том числе и в тонкой кишке, происходит расщепление нейтральных жиров:

Триглицерид+Н2О=Диглицерид+Жирная кислота.

329

Гидролазы тиоловых эфиров расщепляют сложные эфиры, образованные SH-группами и карбоновыми кислотами. Так, ацетил-КоА-гидролаза (ацетилKoA - гидролаза, КФ 3.1.2.1) катализирует разложение ацетил-КоА:

Ацетил-КоА+Н2О=КоА+СН3-СООН.

Под влиянием гидролаз фосфомоноэфиров (фосфатаз) фосфорные эфиры расщепляются на спирты и фосфорную кислоту. Так, щелочная фосфатаза (фосфогидролаза моноэфиров ортофосфата, КФ 3.1.3.1) катализирует реакцию

Моноэфир ортофосфата+Н2О=Спирт+Н3РO4.

3.2. Гидролазы, действующие на гликозильные соединения. По тривиальной номенклатуре этот подкласс называют гликозидазами. Подкласс состоит из трех подподклассов: гидролазы гликозидов, N-гликозильных и S- тликозильных соединений. Сюда входят α- и β-амилазы, целлюлаза, инулаза, α- и β-глюкозидазы, нуклеозидаза и др. Типичным представителем первого подподкласса является α-амилаза (α-1,4-глюкан - 4-глюканогидролаза, КФ 3.2.1.1), осуществляющая в присутствии ионов Ca2+ гидролитическое расщепление α-1,4-глюкановых связей в полисахаридах.

Механизм действия ферментов второго подподкласса отражает HАД(Ф) - нуклеозидаза [НАД(Ф) - гликогидролаза, КФ 3.2.2.6]:

НАД (Ф)+Н2О=Никотинамид+R(Ф).

3.4.Пептид-гидролазы. Они катализируют расщепление пептидных связей

вбелках:

Подкласс состоит из четырех подподклассов: α-аминопептид- а м и н о а ц и д о г и д р о л а з ы , α-карбоксипептид-аминоацидогидролазы, дипептидгидролазы и пептид-пептидогидролазы. В подкласс входят многие

330

известные ферменты. Так, аминотрипептидаза (КФ 3.4.2.1) гидролизует пептиды, содержащие нейтральные аминокислоты, с отщеплением N-концевого остатка молекулы; карбоксипептидаза А (КФ 3.4.2.1) гидролизует пептиды с отщеплением С-концевого остатка молекулы; пепсин (КФ 3.4.4.1) гидролизует пептиды по связям, прилегающим к остаткам ароматических или дикарбоновых L-аминокислот; катепсин С (КФ 3.4.4.1) гидролизует пептиды, особенно по связям, содержащим остаток ароматической аминокислоты, смежной со свободной α-аминогруппой, и т. д.

4 . Л и а з ы . Катализируют реакции негидролитического отщепления определенных групп от субстратов с образованием двойных связей или реакции присоединения этих групп по двойным связям. Некоторые лиазы в отличие от лигаз осуществляют реакции синтеза отдельных веществ без участия макроэргических соединений. Большинство лиаз - сложные белки, содержащие в молекулах фосфорные эфиры водорастворимых витаминов. Класс состоит из пяти подклассов: углерод - углерод-лиазы, углерод - кислород-лиазы, углерод - азот-лиазы, углерод - сера-лиазы и углерод - галоид-лиазы.

4.1. Углерод - углерод-лиазы . Ферменты, осуществляющие в основном разрыв С-С-связей. В подкласс входят три подподкласса: карбокси-лиазы, альдегидлиазы и лиазы кетокислот. Типичный представитель - пируватдекарбоксилаза (карбокси-лиазы 2-оксокислот, КФ 4.1.1.1), осуществляющая декарбоксилирование:

2-Оксокислота=Альдегид+СО2.

Животные ткани, особенно печени, богаты альдолазой (кетозо-1-фосфат- альдегидлиаза, КФ 4.1.2.7), катализирующей реакцию

4.2. Углерод - кислород-лиазы. Их часто называют гидролиазами или дегидратазами (гидратазами). Наиболее изученным ферментом подкласса является карбонат-дегидратаза, или карбоангидраза (карбонат -

331

гидролиаза, КФ 4.2.1.1), катализирующая в тканях реакцию

H2CO3=CO2 + H2O.

5 . И з о м е р а з ы . Эти ферменты катализируют реакции внутримолекулярного перемещения различных групп органических веществ. Состоят из пяти подклассов.

5.1. Рацемазы и эпимеразы. Катализируют реакции инверсии асимметрических, групп в молекулах различных веществ. Различают четыре подподкласса: рацемазы и эпимеразы аминокислот и их производных, оксикислот и их производных, углеводов и их производных и других соединений. Ферменты, осуществляющие реакцию изомеризации в субстратах с одним асимметрическим атомом, называют рацемазами. К ним относятся ферменты, превращающие L-аминокислоты в D-аминокислоты, в частности аланинрацемазу (аланинрацемаза, КФ 5.1.1.1):

L=Аланин-D-Аланин.

Ферменты, осуществляющие превращение субстратов с несколькими асимметрическими атомами углерода, называются эпимеразами. Так, УДФ- глюкозо-эпимераза (УДФ-глюкозо-4-эпимераза, КФ 5.1.3.2) в тканях молочной железы изомеризует УДФ-глюкозу в УДФ-галактозу, необходимую для биосинтеза лактозы (при участии НАД и ионов Mg2+):

УДФ-Глюкоза=-УДФ-Галактоза.

5.3. Внутримолекулярные оксидоредуктазы. Эти ферменты катализируют взаимопревращения альдоз и кетоз. С их участием окисляются - СН-ОН-группы, одновременно восстанавливается соседняя СО-группа, Так, триозофосфат-изомераза (D-глицеральдегид-3-фосфат - кетол-изомераза, КФ 5.3.1.1) катализирует в тканях реакцию

D-Глицеральдегид-3-фосфат=Диоксиацетонфосфат.

присоединение друг к другу двух молекул, сопряженное с отщеплением остатков фосфорной кислоты от АТФ или ее аналогов. Термин "лигазы"

332

применяют также к ферментам, катализирующим реакции синтеза без нуклеозидтрифосфатов. Они способствуют образованию химических связей, что и явилось причиной их названия (от лат. ligare - связывать) . Механизм реакций представляет собой или трехстадийный перенос, или образование тройных комплексов. Кофактором многих лигаз является биотин и его производные. Число лигаз, известных сейчас, достигает 100.

6.1. Лигазы, образующие С-О-связи. В подкласс входят ферменты,

катализирующие присоединение аминокислот к соответствующим тРНК, Число лигаз соответствует количеству аминокислот, используемых для биосинтеза молекул белков. Возникают аминоацил-тРНК. Так, тирозил-тРНК - синтетаза [L- тирозин; тРНК-лигаза (АМФ), КФ 6.1.1.1], при наличии ионов Mg2+ и K+ катализирует реакцию

АТФ+L-Тирозин+тРНК=АМФ+Пирофосфат+L-Тирозил-тРНК.

6.3. Лигазы, образующие C-N-связи. Подкласс состоит из пяти подподклассов: амидсинтетазы, пептидсинтетазы, циклолигазы, прочие C-N- лигазы и C-N-лигазы с глутамином в роли N-донора. Особое значение имеют пептидсинтетазы, под влиянием которых из аминокислот синтезируются пептиды. Например, γ-глутамилцистеинсинтетаза [L-глутамат: L-цистеин -γ- лигаза (АДФ), КФ 6.3.2.2] в тканях печени при наличии ионов Mg2+ катализирует реакцию образования дипептида:

АТФ+L-Глутамат+L-Цистеин=АДФ+Ортофосфат+γ-L-глутамил-L-цистеин.

Классификация и номенклатура ферментов в ходе развития биохимии и в результате открытия новых ферментов постоянно совершенствуется, а их число с каждым годом увеличивается.

333

324 :: 325 :: 326 :: 327 :: 328 :: 329 :: 330 :: 331 :: 332 :: 333 :: Содержание

реакции в данном случае действует как аллостерический ингибитор.

В ряде случаев взаимосвязь ферментов между собой осуществляется генетически, т. е. кодируется генетической информацией, заложенной в молекуле ДНК, и передается через синтез ферментативных белков. Отдельные ферменты могут синтезироваться в клетках под влиянием определенного субстрата. В отличие от конституционных ферментов, которые всегда присутствуют в клетке, эти ферменты называют адаптивными или индуцибельными. Они синтезируются в клетке в результате депрессии генов, не допускающих образования этих ферментов, как ответ на появление в среде индуктора-субстрата. Иногда наступает дерепрессия синтеза группы ферментов, так как дерепрессируется группа генов, размещенных в части молекулы ДНК, ответственной за их синтез, опероне.

335

333 :: 334 :: 335 :: Содержание

335 :: 336 :: Содержание

Ферменты в народном хозяйстве, медицине, ветеринарии и зоотехнии

Вкожевенном и меховом производстве применяют препараты пептидогидролаз, ускоряющих удаление шерсти из шкур и размягчение кожи в несколько раз, а также повышающих сортность и качество кожи и меха. Лизоцим используют в качестве консерванта коровьего молока и икры осетровых рыб; глюкозооксидаза - как антиокислитель при хранении мяса, фруктовых соков.

Вмедицине и ветеринарии широко применяется энзимодиагностика. Так, многие заболевания печени (желтухи, гепатиты, циррозы) диагностируют по увеличению в крови содержания щелочной фосфатазы. При различных заболеваниях печени в крови увеличивается содержание альдолазы, трансаминазы и резко уменьшается содержание амилазы. Появление в моче и крови изоферментов ЛДГ4 и ЛДГ5 может быть признаком некоторых болезней

почек, изофермента ЛДП - легких. При инфаркте миокарда в крови возрастает содержание аминотрансфераз и альдолазы. Уменьшение активности пероксидазы в слизи влагалища коров свидетельствует об их охоте.

Многие ферменты применяют с терапевтической целью. Так, препарат трипсина в сочетании с

335

антибиотиками используют при лечении хронических язв конечностей, карбункулов, фурункулов, панарициев и пиодермии. Панкреатическую ДНК-азу применяют при лечении некоторых респираторных заболеваний. Гиалуронидазу в небольших дозах используют для ускорения всасывания различных лекарств, вводимых подкожно. Препараты гиалуронидазы применяют в хирургии, в офтальмологии, животноводстве, гинекологии. Они используются для рассасывания гематом, экссудатов и транссудатов. Для разрушения тромбов часто используют фибринолизин. Аспарагиназу, расщепляющую аспарагин, необходимый для синтеза белков раковыми клетками, назначают при лечении злокачественных образований.

Контрольные вопросы

1.Что такое ферменты, проферменты, антиферменты и изоферменты? Каковы их химическая природа, свойства, химическое строение и значение?

2.Что лежит в основе механизма действия ферментов? Какова кинетика ферментативного катализа?

3.Приведите примеры ферментов всех шести классов, наиболее распространенных в организме животных, и назовите их по тривиальной и

систематической номенклатурам.

4. Что вам известно о применении ферментов в народном хозяйстве, медицине, ветеринарии и животноводстве?

336

335 :: 336 :: Содержание

336 :: 337 :: 338 :: Содержание

ГЛАВА 10

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ

Развитие учения о биологическом окислении

Основы учения об окислении заложили M. В. Ломоносов (1757) и А.-Л. Лавуазье (1777). Эти ученые установили, что при взаимодействии многих простых веществ с кислородом возникают ангидриды угольной, серной и фосфорной кислот. Присоединение кислорода к тому или иному химическому элементу было названо окислением, а отнятие - восстановлением. Вскоре было выявлено, что и в живых организмах происходят такие же реакции. Они и были названы реакциями биологического окисления. Со временем устанавливается аналогия между горением в неорганической природе и

336

дыханием в живом организме. А.-Л. Лавуазье высказал предположение, что при дыхании кислород в тканях соединяется с углеродом и водородом, что приводит к образованию CO2, H2O и энергии. Энергетический эффект при окислении органических веществ (например, глюкозы) в организме и вне его оказался один и тот же: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 2881 кДж/моль.

Действительно, химическая энергия в организме образуется в результате тканевого или клеточного дыхания. Этот процесс назван дыханием потому, что ткани и клетки поглощают O2 и выделяют CO2. Живые ткани, взятые биопсией или от только что убитого животного, некоторое время обладают такой способностью.

Была установлена разница между одинаковыми по энергетическому эффекту и различными по типу протекания реакциями окисления - горением и дыханием. Так, горение происходит при высоких температурах, тканевое дыхание - при температуре 36,5-37°C. При горении освобождаемая энергия выделяется в виде теплоты, а при тканевом дыхании главным образом в виде макроэргических и других фосфорсодержащих соединений. При горении энергия освобождается сразу, а при тканевом дыхании - малыми порциями в результате длинной цепи последовательных реакций. Горение невозможно в водной среде, а тканевое дыхание возможно.

Выявляются особенности дыхания в зависимости от состояния организма, природы органа, ткани и других факторов. Так, при интенсивной мышечной нагрузке потребление кислорода мышечной тканью возрастает в 10 раз по сравнению с состоянием покоя. Организм трехлетнего ребенка на 1 кг массы вдвое больше потребляет кислорода, чем у взрослого человека. Определяется интенсивность дыхания в зависимости от природы субстрата. Вводится понятие

дыхательный коэффициент - соотношение между объемами выделившегося углекислого газа и поглощенного кислорода (CO 2:O2). Для углеводов он равен 1, для белков -0,8, для жиров - 0,7.

В конце прошлого и в начале нынешнего столетия возникает ряд теорий, объясняющих механизм тканевого дыхания: перекисная теория A. H. Баха и

теория активации водорода.

337

Постепенно появляются предпосылки для создания современной теории тканевого дыхания. В 1925-1926 гг. Д. Кейлин открывает цитохромы. В 1931 г. О. Варбург устанавливает природу и функции дыхательных ферментов. А. СентДьердьи приходит к выводу, что тканевое дыхание представляет собой одновременно и дегидрирование субстратов, и активацию кислорода. В 1930 г. В. А. Энгельгардт открывает окислительное фосфорилирование. Создаются представления о существовании в тканях дыхательной цепи, состоящей из субстратов окисления, ферментов и кофакторов. В 1939 г. В. А. Белицер и E. T. Цыбакова устанавливают, что процессы накопления тканями макроэргических соединений сопряжены с переносом электронов в дыхательной цепи. Выявляется связь клеточного дыхания с функционированием основных метаболических циклов превращений углеводов, липидов, белков. Определяется локализация процессов клеточного дыхания в микроструктурах митохондрий. Создается схема клеточного дыхания (рис. 43).

338

336 :: 337 :: 338 :: Содержание

Биологические субстраты в тканях окисляются двумя путями: анаэробным и аэробным. Так, анаэробный гликогенолиз или гликолиз приводит к образованию пировиноградной и молочной кислот, которые в дальнейшем подвергаются аэробным превращениям. Молочная кислота окисляется до пировиноградной, которая взаимодействует с KoA, образуя ацетил-КоА. Ацетил-КоА включается в аэробный путь получения клеткой энергии, причем источником ацетил-КоА могут быть и другие вещества.

При анаэробном и аэробном окислении свободная энергия окислительновосстановительных реакций аккумулируется в виде АТФ. Протоны и электроны в ходе этих реакций переносятся специальными ферментами на отдельные звенья дыхательной цепи, где и аккумулируется энергия. Гиалоплазма клетки содержит ферменты гликолиза и гликогенолиза, здесь и происходит анаэробное окисление субстратов. В матриксе митохондрий сконцентрированы ферменты цикла трикарбоновых кислот и окисления жирных кислот.

Тканевое дыхание осуществляется дыхательной цепью поэтапно. Прежде всего, под влиянием соответствующих дегидрогеназ дегидрируются отдельные субстраты. В частности, молочная кислота дегидрируется ЛДГ и превращается в пировиноградную, яблочная - дегидрируется МДГ и превращается в щавелевоуксусную и т. д. Молекула дегидрогеназы состоит из простого белка и кофермента - НАД и НАДФ. Кофермент способен взаимодействовать с отщепленным атомом водорода, восстанавливаться и передавать его на другие акцепторы.

После этой реакции специфичность субстрата теряет свое значение, так как отщепленные атомы водорода (протон и электрон) для всех веществ одинаковы. Затем атомы водорода переносятся на молекулу

340

флавинового фермента (ФФ), содержащую ФМН или ФАД. Они окисляют восстановленные формы НАД и НАДФ и переносят атомы водорода на следующее звено. Некоторые ФФ (например, СДГ) могут отщеплять атомы водорода прямо от субстрата и переносить его на убихинон. Атомы водорода, отщепленные от восстановленных НАД и НАДФ или прямо от субстрата, присоединяются к изоаллоксазиновому кольцу простетической группы ФФ.

Следующим звеном дыхательной цепи является убихинон, который, присоединяя отщепленный атом водорода, восстанавливается и окисляет флавиновые ферменты:

ФФ∙Н2+Убихинон→Убихинон∙Η2+ΦΦ.

Далее протоны переходят в окружающую среду, а электроны поступают в цитохромную систему.

Цитохромная система (см. с. 339) принимает электроны последовательно на цитохромы b, с, a и а3 (ЦХО). Во время переноса электронов поочередно

происходит восстановление (Fe3+ → Fe2+) и окисление (Fe2+ → Fe3+) цитохромов вплоть до ЦХО. ЦХО передает электроны молекулярному кислороду, активируя его. Кислород взаимодействует с ионами водорода, которые находятся в среде, образуя воду. В процессе клеточного дыхания кроме воды образуется углекислый газ и выделяется химическая энергия. Углекислый газ может расходоваться на карбоксилирование, в частности на образование щавелевоуксусной кислоты. Химическая энергия аккумулируется в виде АТФ.

В дыхательной цепи создается своеобразный электронный каскад. Его образно можно представить в виде ряда водопадов. Каждый водопад в этом каскаде "вращает турбину ферментативной реакции". При этом в разных участках каскада образуется неодинаковое количество энергии. Оно выражается редокс-потенциалом. Величина редокс-потенциала показывает направление переноса электронов в дыхательной цепи. В дыхательной цепи происходит постепенное увеличение редокс-потенциала от начального звена до конечного (табл. 7). Существуют и другие пути клеточного дыхания. Примером краткого пути может быть окисление янтарной кислоты в фумаровую. Еще пример. L- и

341

7. Величина нормальных редокс-потенциалов E0 в дыхательной цепи, В (рН 7, Т=38° С)

П р и м е ч а н и е . Величина редокс-потенциала выражена через э.д.с.Е0.

D-Аминокислоты, ксантин и гипоксантин дегидрируются ФФ, после чего водород прямо переносится на молекулярный кислород, минуя систему

цитохромов. Эти пути составляют 5-7% общего баланса клеточного дыхания. При этом образуется пероксид водорода, который обезвреживается каталазой: 2H2O2 → 2H2O + O2.

Примером длинного пути клеточного дыхания может быть окислительное декарбоксилирование α-кетокислот (см. с. 196). При этом отщепленные от каждой молекулы кетокислоты два атома водорода вначале переносятся на липоевую кислоту, затем на НАД и HАДΦ дегидрогеназ. Дальше окисление идет обычным путем.

342

338 :: 339 :: 340 :: 341 :: 342 :: Содержание

342 :: 343 :: 344 :: 345 :: 346 :: 347 :: 348 :: 349 :: Содержание

Окислительное фосфорилирование

Свыше 50% освобожденной при биологическом окислении энергии резервируется тканями в виде макроэргических соединений, главным образом АТФ. Около 50% энергии рассеивается в виде тепла. Биосинтез АТФ осуществляется из АДФ и активированного неорганического фосфата. Источником энергии для активирования в основном является энергия биологического окисления. Различные звенья дыхательной цепи обладают неодинаковым запасом энергии. Образование АТФ за счет энергии биологического окисления называется окислительным фосфорилированием. Оно сопряжено с функционированием отдельных звеньев дыхательной цепи.

342

Окислительное фосфорилирование открыто В. А. Энгельгардтом в 1930 г. Из нескольких сот окислительных реакций, протекающих в организме, лишь около десятка сопряжено с активированием неорганического фосфата. При фосфорилировании возникает макроэргическая связь, богатая энергией. По предложению Ф. Липмана (1946) эта связь обозначается символом тильда ~.

В. А. Энгельгардт (1894-1984)

П р и субстратном фосфорилировании субстрат соединяется непосредственно с активированным фосфатом, что приводит к образованию между ними макроэргической связи. Примером могут быть промежуточные продукты анаэробного расщепления углеводов - 1,3-дифосфоглицериновая и 2- фосфопировиноградная кислоты и многие другие соединения. В дальнейшем под влиянием фосфофераз макроэргический фосфат переносится на АДФ, образуется АТФ и субстрат восстанавливается. Доля субстратного фосфорилирования в получении организмом АТФ невелика.

компактных агрегатов с молекулярной массой около 1 млн. Каждый такой агрегат содержит набор ферментов. В состав каждой частицы ферментов, размещенных на внутренней мембране, входит набор ферментов дыхательной цепи, молекулы которых расположены в определенном порядке, обеспечивающем передачу электронов от одного фермента к другому и, наконец, к кислороду.

Теории окислительного фосфорилирования. Существует несколько теорий, объясняющих сущность окислительного фосфорилирования. Согласно химической теории (Ю. Ф. Липман, 1946), сопряжение окисления и фосфорилирования обеспечивается посредством специальных переносчиков. Роль переносчиков выполняют НАД, убихиноны, витамины E и К, карнозин, адениловая часть молекулы АДФ, имидазольные радикалы аминокислот и др. Вначале переносчик А восстанавливается:

A+H2=AH2.

В дальнейшем восстановленный переносчик взаимодействует с другими переносчиками - В и X, что приводит к окислению первого переносчика и возникновению макроэргической связи между вторым и третьим переносчиками:

AH2+B+X=A+BH2~X.

Последнее соединение вступает в реакцию с посредником У:

BH22X+Y=BH2+X~Y.

Макроэргическое соединение X~У взаимодействует с неорганическим фосфатом:

Х~У+ФН=У~ФН+Х.

Активированный фосфат переносится в виде макроэргической связи на АДФ:

У~ФН+АДФ=У+АТФ.

345

Сторонники хемиосмотической теории (П. Митчелл, 1961) считают, что процессы клеточного дыхания и фосфорилирования сопрягаются на внешних мембранах митохондрий. Здесь химическая энергия окисления превращается в энергию электрохимических потенциалов. При окислении донора AH2 возникают протоны и электроны. Протоны остаются на поверхности мембраны, а электроны перемещаются к внутренней мембране, к акцептору (например, к O2). Внешняя мембрана заряжается положительно, внутренняя - отрицательно, и

акцептор восстанавливается. Если акцептором является кислород, то он взаимодействует с ионами водорода внутренней среды, образуя воду. Между внешней и внутренней мембранами возникает электрическое поле, которое обусловливает возникновение макроэргического посредника X~У. Его макроэргическая связь передается на АДФ (см. выше).

Энергетический эффект биологического окисления. Источниками образования макроэргических соединений являются продукты углеводного, липидного и белкового происхождения (см. рис. 43). Пути их превращения энергетически неравноценны. Так, в расчете на одну молекулу глюкозы гликолиз дает две молекулы АТФ, а фосфорилирование в дыхательной цепи после прохождения в цикле трикарбоновых кислот - до 36 молекул АТФ. Окисление жирных кислот поставляет свыше половины энергии для тканей печени, почек, миокарда, скелетных мышц. Образование энергии за счет пентозного пути в значительной степени происходит в печени, несколько меньше - в тканях миокарда и скелетных мышцах.

Высвобождаемая энергия концентрируется в пунктах энергетического сопряжения. Первая молекула АТФ синтезируется при переносе электронов от НАД · H + H+ к флавопротеиду, а вторая - при переносе электронов от восстановленной формы цитохрома b к цитохрому с. Третья молекула АТФ образуется при переносе пары электронов от цитохрома а к кислороду. Именно здесь между каждыми двумя звеньями дыхательной цепи существует наибольшая разница величин редокс-потенциалов.

Эффективность окислительного фосфорилирования оценивается по коэффициенту Р/O, который представляет собой отношение количества фосфата, связанного

346

при фосфорилировании АДΦ, к поглощенному количеству кислорода. Так, при окислении молекулы субстрата через восстановление НАД образуются три молекулы АТФ, Р/O = 3. При окислениях молекулы янтарной кислоты (СДГ переносит электроны прямо на систему цитохромов) Р/O = 2, а при окислении α- кетоглутаровой кислоты Р/O = 4 и т. д.

Интенсивность окислительного фосфорилирования зависит от соотношения в клетках АТФ, АД Φ и Фр. Последние два вещества активируют окислительное фосфорилирование, первое - подавляет. На течение этих реакций влияют и другие факторы. В частности, окислительное фосфорилирование разобщается с клеточным дыханием при низких температурах, что способствует выживаемости организма за счет повышенной выработки тепла. Окислительное фосфорилирование подавляется многими реагентами - динитрофенолом, грамицидином и др. (В. И. Тертышник, 1979).

В тканях кроме окисления, сопряженного с фосфорилированием, происходит дыхание без фосфорилирования. Его называют свободным или

нефосфорилирующим, тканевым дыханием. В данном случае функционирует только дыхательная цепь. Возникает тепловая энергия, необходимая для поддержания нормальной температуры и полноценного протекания многих реакций обмена веществ. С. E. Северин (1969) установил, что при охлаждении животного дыхание тканей, сопряженное с фосфорилированием, угнетается, а свободное дыхание возрастает. При нормализации внешней температуры происходит обратное явление. Гормон инсулин процессы сопряжения стимулирует, тироксин - ослабляет.

Питательные вещества (углеводы, липиды, белки) представляют собой форму долговременного хранения поглощенной в результате фотосинтеза растениями энергии Солнца. Так, при образовании 1 моля глюкозы (6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2) аккумулируется 2881 кДж. В ходе расщепления в тканях до CO2 и H2O из одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Две молекулы АТФ возникают в процессе анаэробного распада глюкозы до двух молекул молочной кислоты. Каждая молекула молочной кислоты при окислении передает в дыхательную цепь 6 пар электронов. Каждая пара электронов, прошедшая через звенья дыхательной

347

цепи, вызывает превращение трех молекул АДФ и АТФ. Таким образом, в ходе собственно тканевого дыхания из одной молекулы глюкозы образуется 36 молекул АТФ. При образовании 1 моля АТФ связывается около 42 кДж, при синтезе 38 - 1590 кДж. Эффективность сопряжения процессов гликолиза и дыхания с окислительным фосфорилированием в среднем составляет 55%.

Значение бурой жировой ткани в биоэнергетике организма. Бурая жировая ткань играет важную роль в адаптации организма, особенно новорожденного, к пониженным температурам внешней среды. В период акклиматизации организма к холоду митохондрии адипоцитов часто окружены капельками жира. Понижение температуры тела сопровождается интенсивным выделением симпатическими нервными окончаниями медиаторов (адреналина и норадреналина), которые воздействуют на рецепторы наружной плазматической мембраны адипоцитов; активируется аденилатциклаза и образуется цАМФ. цАМФ активирует триглицеридлипазу, под влиянием которой триглицериды расщепляются до глицерина и высших жирных кислот. Образуется ацетил-КоА. Он соединяется с карнитином, после чего под влиянием карнитинацетилтрансферазы мигрирует внутрь митохондрий, где и включается в реакции клеточного дыхания (см. рис. 43). В адипоцитах сопряжение клеточного дыхания и окислительного фосфорилирования происходит лишь в первом звене дыхательной цепи. Во втором и третьем звеньях эта связь разобщена и функционирует только дыхательная цепь. Энергия образовавшихся электронов рассеивается в виде тепла. Тепло, возникающее в результате метаболизма бурой жировой ткани, имеет для млекопитающих большое значение, являясь важнейшим приспособлением организма животного для поддержания и восстановления постоянной температуры тела (В. Г. Янович, 1983).

Основные макроэргические соединения. К макроэргическим соединениям относятся нуклеозидтри- и нуклеозиддифосфаты, пиро- и полифосфорная кислоты, креатинфосфат, фосфопировиноградная и дифосфоглицериновая кислоты, ацетил- и сукцинил-КоА, аминоацильные производные адениловой и рибонуклеиновых кислот и др. Эти соединения характеризуются большой отрицательной величиной свободной энергии гидролиза. Так, стандартная свободная энергия

348

гидролиза фосфоенолпирувата составляет (-51,9) кДж, 1,3-дифосфоглицерата - (-49,4), креатинфосфата - (-43,1), ацилфосфата - (-42,4), аргининфосфата -(32,2), АТФ - (-30,6), ацетил-КоА - (-32,6), глюкозо-1-фосфата- (-20,9). Богатые энергией соединения, в которых ∆G° выше -30,6 кДж, в ферментативных реакциях могут передавать фосфатные группы АДФ с образованием АТФ. Следовательно, эти вещества являются своеобразными аккумуляторами энергии.

Контрольные вопросы

1.Объясните образование химической энергии в отдельных звеньях дыхательной цепи на основе современной теории клеточного дыхания.

2.Что такое окислительное фосфорилирование и свободное дыхание? Каково их значение для животного организма?

3.Сколько молекул АТФ образуется в дыхательной цепи при окислении одной молекулы глюкозы? Приведите химизм реакций и расчеты.

4.Приведите формулы отдельных макроэргических соединений.

349

342 :: 343 :: 344 :: 345 :: 346 :: 347 :: 348 :: 349 :: Содержание

349 :: 350 :: 351 :: 352 :: Содержание

ГЛАВА 11

ГОРМОНЫ

Общая характеристика гормонов

Гормоны (от греч. hormao - привожу в движение, побуждаю) - биологически активные вещества, которые вырабатываются железами внутренней секреции и выделяются непосредственно в кровь, лимфу или ликвор. Наука о железах внутренней секреции - эндокринология.

По химической природе гормоны являются белками (инсулин), пептидами (окситоцин), стероидами (андростерон), производными аминокислот (тироксин), фенолами (адреналин). Гормоны обладают высокой биологической активностью в дозах 10-3 и даже 10-6 мг. В организме животного за сутки синтезируется несколько миллиграммов или долей миллиграммов отдельных гормонов. Концентрация их измеряется долями грамма (10-6-10-9 на 100 мл крови. Гормоны оказывают кратковременное действие и быстро разрушаются. Обычно они не обладают видовой специфичностью. Так,

349

гормон, полученный из железы внутренней секреции любого позвоночного, оказывает сходное физиологическое действие.

Для большинства гормонов расшифровано строение их молекул. Многие получены в чистом виде (например, инсулин, фолликулин). Часть синтезирована (например, адреналин, инсулин, кортизон и др.). Для некоторых получены синтетические аналоги (например, синэстрол). В тканях выделены гормоноиды, или парагормоны, - вещества, обладающие гормональной активностью, такие как секретин, панкреозин, гепарин, гастрин и др.

Деятельность желез внутренней секреции контролируется нервной системой (схема H. А. Юдаева).

350

В свою очередь, железы внутренней секреции влияют на деятельность нервной системы, в том числе и коры больших полушарий.

Гормоны оказывают разностороннее действие на многие реакции обмена веществ - нуклеиновых кислот, белков, углеводов, липидов, минеральных соединений.

По характеру действия гормоны делятся на пусковые и гормоныисполнители. К пусковым относятся нейрогормоны гипоталамуса. Именно они стимулируют деятельность соответствующих желез внутренней секреции. Гормоны-исполнители оказывают действие на основные реакции обмена веществ организма, обеспечивающие его рост, развитие, продуктивность, адаптацию, размножение, разнообразную функциональную деятельность и др.

По механизму действия гормоны делят на два основные типа. Первый - это белковые и пептидные гормоны (рис. 46), катехоламины и гормоноиды. Их молекула, подойдя к клетке-мишени, соединяется с молекулами белковых рецепторов наружной плазматической мембраны, затем с помощью медиаторов

(цАМФ, цГМФ, простагландинов, Ca2+) оказывает влияние на ферментные системы клетки-мишени и на обмен веществ в ней (цвет. табл. V). К гормонам второго типа относят стероидные и часть тиреоидных гормонов. Их молекула легко проникает в глубь клетки-мишени через поры мембран, взаимодействует с молекулами гликопротеидных рецепторов, локализированных в цитозоле, митохондриях и на ядерной мембране, оказывая воздействие на весь клеточный метаболизм, и в первую очередь процессы транскрипции (см. рис. 47).

В клинике часто встречаются гормональные нарушения -гипо- и гиперфункции желез внутренней секреции.

Гормоны в организме находятся в связанном и свободном состояниях. Между действием различных гормонов существует взаимосвязь. Так, отдельные гормоны по действию могут быть синергистами (соматотропин и тироксин) или антагонистами (инсулин и глюкагон). Известно около 100 гормонов и гормоноидов, которые классифицируют по строению, функциям и месту образования. В учебнике принята классификация по месту образования как наиболее распространенная.

351

Рис. 46. Механизм действия

гормонов пептидной природы на клетку-мишень (по Ю. Б. Филипповичу, 1985): Р - рецептор гормонов; Б - регуляторный белок; А - аденилатциклаза; Г - гормон

352

349 :: 350 :: 351 :: 352 :: Содержание

М е л а н о ц и т и н г и б и р у ю щ и й ф а к т о р (МИФ) оказался трипептидом: NН2-Прол-Лей-Гли-NН2.

Биосинтез. Гормоны синтезируют рибосомальным и нерибосомальным путем. Биосинтез регулируется центральной нервной системой и гуморально. Гуморальная регуляция осуществляется гормонами периферических эндокринных желез по принципу обратной связи. Молекулы гормонов накапливаются в синаптосомах, затем поступают в капилляры портальной системы, после чего воздействуют на клетки-мишени.

353

Метаболизм. Для гормонов характерна высокая степень метаболизма. Так, период биологической полужизни молекулы тиролиберина составляет около 4 мин. Инактивируется пептид-гидролазами до аминокислот.

Биологические действия. Мишенью гормонов являются клетки передней и средней долей гипофиза. Предполагают, что молекула соответствующего гормона первоначально в наружной мембране клетки-мишени активирует фермент аденилатциклазу (см. рис. 46). Образуется цДМФ, которая участвует в передаче гормонального сигнала. Затем активируется деятельность цАМФзависимой протеинкиназы, синтезируются молекулы гормона-исполнителя. Активность ферментных систем сопровождается диссоциацией комплекса Са2+- АТФ или Mg2+-АТФ: освобождаются катионы и АТФ. Изменяется порозность мембран. Синтезированные гормоны поступают в кровеносное русло, а из него - в различные органы и ткани.

Патология. Биосинтез гормонов нарушается при многих болезнях, особенно центральной нервной и эндокринной систем.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Гона-дотропин-

рилизинг-гормон и его аналоги используют как стимуляторы охоты при разведении и искусственном осеменении животных.

354

352 :: 353 :: 354 :: Содержание

354 :: 355 :: 356 :: 357 :: 358 :: 359 :: 360 :: 361 :: 362 :: 363 :: 364 :: Содержание

Гормоны гипофиза

Гипофиз - важнейшая железа внутренней секреции. Вместе с гипоталамусом образует единую морфофизиологическую систему, регулирующую различные стороны обмена веществ. Состоит из трех долей: передней, средней и задней. В них синтезируется ряд жизненно важных гормонов.

А. Гормоны передней доли гипофиза (аденогипофиза)

Здесь образуется большая группа гормонов.

С о м а т о т р о п и н ( г о р м о н р о с т а , с о м а т о т р о п н ы й г о р м о н , C T Г ) . Открыт в экстракте гипофиза Г. Эвансом и Дж. Лонгом в

1921 г.

354

Химическая природа. Принадлежит к белкам с невысокой молекулярной массой - 21 500-46 000. Молекула состоит из одной полипептидной цепи и содержит два дисульфидных мостика. Активность гормона в значительной мере связана с ε-аминогруппой лизина и остатками тирозина. Концевыми группами соматотропина являются остатки фенилаланина. Гормон обладает свойствами глобулинов, термолабилен, изоэлектрическая точка находится около 6,8, содержит 15,6% азота.

Биосинтез. Синтезируется в ацидофильных клетках из аминокислот, поступающих с током крови.

Биологическое действие. Соматотропин активирует деятельность ДНКполимераз. В клетках возрастает биосинтез иРНК и рРНК. Повышается проницаемость для аминокислот и интенсивность биосинтеза белков, возрастает митотическое деление клеток, усиливаются хондрио- и остеогенез, биосинтез гликогена и мобилизация жиров из жировых депо, отложение кальция и фосфора в костях. В некоторых условиях он стимулирует усвоение тканями моноз, в других - проявляет диабетогенное действие.

Патология. Чрезмерная продукция гормона в раннем возрасте приводит к гигантизму. У людей гигантами называют мужчин, рост которых превышает 200 см, женщин - выше 190 см. Чрезмерное выделение соматотропина у взрослых приводит к заболеванию - акромегалии, когда у больных непропорционально увеличиваются отдельные части тела (стопа, кисть, челюсть, губы, нос). Недостаточная продукция гормона в раннем возрасте приводит к нанизму - низкому росту и малым размерам тела (у человека - рост ниже 120-130 см).

Применение в животноводстве и ветеринарии. Используют как

материнский инстинкт, развитие и функционирование молочной железы.

Химическая природа. Относится к белкам с молекулярной массой 23 00024 000, термолабилен, изоэлектрическая точка равна 5,73. В 1969 г. установлена первичная структура пролактина:

355

последовательность аминокислотных остатков в молекуле пролактина овец, а позже - в гормоне крупного рогатого скота.

Биосинтез. Синтезируется из аминокислот в ацидофильных клетках. Образование его регулируется гормоном гипоталамуса пролактолиберином. Гормон выделяется в кровеносную систему и ликвор, затем доставляется к клеткам-мишеням.

Метаболизм. После проявления биологического действия пролактин подвергается обычным превращениям, типичным для промежуточного и конечного обменов белков.

Биологическое действие. Образование пролактина стимулируется актом сосания. Нервные импульсы поступают в центральную нервную систему и гипоталамус. Активируется биосинтез пролактолиберина, под влиянием которого возрастает образование пролактина. С током крови гормон поступает в молочную железу, где его молекулы связываются со специальными рецепторами мембран альвеол. Активируются PHK-синтетазы, протеинкиназы и другие ферменты. Индуцируется синтез казеиногена и других белков, лактозы и липидов. Пролактин участвует в регуляции водно-солевого обмена. Его действие сопряжено с деятельностью эстрогенов и гестагенов. Стимулирует развитие желтого тела.

Патология. При разрушении ацидофильных клеток ослабевает и прекращается выделение гормона.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Применяют при пониженной секреции молочной железы в послеродовой период.

Ф о л л и т р о п и н ( ф о л л и к у л о - с т и м у л и р у ю щ и й г о р м о н , Ф С Г ) . Гонадотропный гормон. У самок стимулирует рост и созревание фолликулов яичника, у самцов - развитие сперматогенного эпителия в семенниках и сперматогенез.

Химическая природа. Принадлежит к сложным белкам - гликопротеидам с молекулярной массой до 67 000, изоэлектрическая точка находится около 4,5. Молекула фоллитропина содержит азот, серу, глюкозу и глюкозамин.

Биосинтез. Синтезируется в базофильных клетках из аминокислот, глюкозы и глюкозамина. Образование его регулируется гипоталамическим фактором - фоллиберином.

356

Метаболизм. Синтезированный гормон поступает в ликвор и кровеносную систему, доставляется к клеткам-мишеням; после проявления биологического действия разрушается.

Биологическое действие. Основные клетки, на которые действует фоллитропин, - клетки фолликулов и сперматогенного эпителия. Интенсивность выделения гормона зависит от фаз полового цикла. Совместно с лютропином стимулирует биосинтез эстрогенов и частично андрогенов. Обладает биохимической и иммунологической специфичностью.

Патология. При разрушении базофильных клеток в результате поражения гипофиза опухолями или различными интоксикациями образование гормона прекращается.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Применяют аналог фоллитропина - сывороточный гонадотропин крови жеребых кобыл для стимуляции овуляции, как средство лечения нимфомании у коров и др.

Л ю т р о п и н ( л ю т е и н и з и р у ю щ и й г о р м о н , Л Г.)

Гонадотропный гормон, стимулирует у самок рост фолликулов, их созревание, овуляцию и образование желтого тела.

Химическая природа. Глюкопротеид с молекулярной массой от 40 000 до 100 000. Молекула лютропина содержит тирозин, триптофан и глюкозамин.

Биосинтез. Синтезируется в базофильных клетках из аминокислот и глюкозамина. Образование гормона регулируется гипоталамическим фактором - люлиберином.

Метаболизм. Синтезированный гормон поступает в ликвор и кровеносную систему, доставляется в яичник; после проявления биологического действия разрушается.

Биологическое действие. Проявляется после предварительного влияния на клетки фолликула ФСГ. У кролика наибольший эффект достигается при соотношении ЛГ: ФСГ = 1:100. ЛГ у самок вызывает интенсивный рост фолликулов, стимулирует овуляцию и образование желтого тела; у самцов - развитие интерстициальной ткани семенников и синтез тестостерона.

Патология. При недостаточной секреции гормона возникает непрерывная течка. Происходит патологическое увеличение размеров фолликулов, которые не могут овулировать.

357

Применение в животноводстве и ветеринарии. ЛГ и ФСГ получают из сыворотки жеребых кобыл. Препараты применяют для стимуляции половых функций у инфантильных самок и самцов.

К о р т и к о т р о п и н ( а д р е н о к о р т и к о - т р о п н ы й г о р м о н , А К Т Г ) . Стимулирует деятельность коры надпочечников.

Химическая природа. АКТГ - неразветвленный полипептид, состоящий из 39 аминокислотных остатков с молекулярной массой 4500. Биологическая активность гормона обусловлена 24 аминокислотными остатками с N-концевого участка молекулы. Остальные 15 аминокислотных остатков определяют видовые и иммунологические особенности гормона. Изучено строение АКТГ у быка,

позже - человека, овцы и свиньи.

Биосинтез. Выделяется базофильными клетками передней доли гипофиза в ответ на раздражения, приводящие организм в состояние напряжения. Биосинтез находится под контролем гормона гипоталамуса кортиколиберина.

Метаболизм. Гормон поступает в ликвор и кровеносное русло, затем достигает клеток-мишеней, на которые и оказывает свое влияние. Концентрация АКТГ в крови определяется уровнем в ней гормонов коры надпочечников. При увеличении их содержания выделение АКТГ уменьшается, а при уменьшении - возрастает. После проявления биологического действия АКТГ расщепляется.

Биологическое действие. Стимулирует ранние этапы биосинтеза гормонов коры надпочечников, снижает содержание холестерина в организме и увеличивает его концентрацию в коре. Активирует лиазы, осуществляющие отщепление от молекулы холестерина боковой цепи между 20-м и 22-м атомами углерода, образуя основу ядра для молекул кортикостероидов, а также

358

гидроксилазы, способствуя внедрению кислорода в 17-е положение углерода. Усиливает проникновение глюкозы в клетки коры и реакции пентозного пути, стимулирует ассимиляцию витамина С тканями надпочечников. Пентозный путь дает возможность клеткам получить достаточное количество НАД · H 2 и НАДО ∙ H2, необходимых для биосинтеза молекул гормонов из ядра холестерина и ацетатов. АКТГстимулятор липаз, фосфорилаз и других ферментов. Проявляет жиромобилизирующую и меланоцитактивирующую способность. С

деятельностью АКТГ связана мобилизация защитных сил организма при стрессах, травмах, инфекциях, токсикозах, АКТГ - антагонист соматотропина и пролактина.

Патология. Биосинтез АКТГ нарушается при многих болезнях, связанных с поражением передней доли гипофиза. При этом уменьшается выделение АКТГ и нарушаются реакции обмена веществ, в которых он участвует.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Применяют при недостатке коры надпочечников, лечении ревматизма, полиартритов, подагры, экзем, астмы, аллергий и т. д.

Т и р о т р о п и н ( т и р о т р о п н ы й г о р м о н , T T Г.)

Стимулирует развитие и деятельность щитовидной железы. Открыт как вещество экстракта гипофиза, устраняющее атрофическое перерождение щитовидной железы.

Химическая природа. Принадлежит к сложным белкам - гликопротеидам с молекулярной массой 23 000-32 000, хорошо растворяется в воде, изоэлектрическая точка равна 8, инактивируется под влиянием пепсина, трипсина и химотрипсина. Молекула состоит из α- и β-субъединицы. α- Субъединица имеет одинаковое строение не только у разных гормонов (ЛГ и ТТГ), но и у гормонов разных видов животных. Они отличаются лишь структурой углеводных частей молекулы. Специфическая биологическая активность гормона определяется свойствами β-субъединицы. Однако эта активность проявляется только после соединения α- и β-субъединиц.

Биосинтез. При увеличении в крови концентрации тиреоидных гормонов синтез тиротропина тормозится по принципу отрицательной обратной связи: в

359

гипоталамусе уменьшается синтез тиролиберина, в гипофизе - тиротропина, в щитовидной железе - тироксина.

Биологическое действие. Стимулирует рост и развитие эпителия фолликул щитовидной железы, активирует деятельность органоидов, участвующих в биосинтезе ее гормонов. Механизм его влияния состоит из нескольких этапов: вначале гормон активирует образование цАМФ, она, в свою очередь, биосинтез тиреоглобулинов. Тиротропин способствует "захвату" йода клетками фолликул и расщеплению тиреоглобулинов на отдельные гормоны и белковый остаток.

Гормон стимулирует поглощение кислорода клетками щитовидной железы и повышает их проницаемость для моносахаридов, аминокислот и других веществ.

Патология. При заболеваниях передней доли гипофиза замедляется и

прекращается синтез гормона. Наступает торможение и прекращение биосинтеза тиреоидных гормонов. Это приводит к патологическим нарушениям типа микседемы и зоба.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Применяют при лечении заболеваний щитовидной железы.

Б. Гормоны средней доли гипофиза

Из гормонов средней доли гипофиза изучен один-меланотропин.

М е л а н о т р о п и н ( м е л а н о ц и т с т и м у л и р у ю щ и й г о р м о н , M C Г ) . Вещество, регулирующее пигментацию кожи у животных.

Химическая природа. Полипептид, состоящий из 13-22 аминокислотных остатков, молекулярная масса около 2 тыс. Получают из щелочных экстрактов гипофизов крупного рогатого скота и свиней. Различают два меланотропина: α и β.

α-Меланотропин обычно состоит из 13 аминокислотных остатков, β- меланотропин - из

360

18. α-Меланотропин имеет одинаковое строение у различных видов животных, а β-меланотропин обладает видовой специфичностью. Так, β-меланотропин лошади и крупного рогатого скота отличается двумя, а свиньи - одной аминокислотой от β-меланотропина обезьян. Гормон свиней более активен, чем крупного рогатого скота.

Молекулы всех меланотропинов имеют общий гептапептид, ответственный за активность гормона: -Мет-Глу-Гис-Фен-Арг-Три-Гли-.

Биосинтез. Биосинтез гормона регулируется меланолиберином и меланостатином. Гормон синтезируется как типичный полипептид.

Метаболизм. Гормон поступает в ликвор и кровеносную систему, разносится по всему организму и оказывает влияние на биосинтез кожного пигмента меланина. После этого молекула гормона разрушается клеточными пептид-гидролазами.

Биологическое действие. Стимулирует деятельность меланофоров: они увеличиваются в размерах, усложняется структура их отростков и ветвление,

под влиянием гормона тирозин превращается в меланин. Меланотропин активирует биосинтез родопсина, способствует адаптации глаза к темноте и повышает остроту зрения.

Патология. Причинами нарушений могут быть различные травмы гипофиза, опухоли, инфекционные болезни, токсикозы.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Препарат в виде 5%-ного раствора применяют при лечении гемералопии, пигментной дегенерации сетчатки глаза и миотического хориоретинита.

В. Гормоны задней доли гипофиза (нейрогипофиза)

В задней доле гипофиза синтезируются два гормона - вазопрессин и оцитоцин, подробно изученные и синтезированные Дю Виньо (1932, 1953).

361

Химическая природа. Относится к циклическим пептидам, состоит из девяти аминокислотных остатков.

Молекулярная масса вазопрессина свиньи - 1056, крупного рогатого скота - около 1 тыс. Хорошо растворяется в воде, дает цветные реакции на тирозин и лизин, изоэлектрическая точка равна 10,85-10,9.

Биосинтез. Синтезируется в нейронах супраоптического ядра гипоталамуса из аминокислот, потом он по аксонам и дендритам перемещается в заднюю долю гипофиза, где и накапливается в питуицитах. Затем гормон поступает непосредственно в кровь. По типу отрицательной обратной связи при избытке вазопрессина его дальнейший синтез тормозится.

Метаболизм. Через кровеносную систему гормон разносится по всему организму. После выполнения своих функций инактивируется пептидгидролазами с образованием аминокислот.

Биологическое действие. Действует на рецепторы кровеносных сосудов: наступает их сужение, повышается кровяное давление, происходит обратное всасывание воды в почечных канальцах, из-за чего его еще называют антидиуретическим. Считают, что гормон активирует гиалуронидазу, которая расщепляет в клетках избыток гиалуроновой кислоты и тем самым повышает проницаемость клеточных мембран. Участвует в поддержании относительного постоянства водно-солевого обмена в организме.

Патология. Нарушения гормональной деятельности связаны с поражением задней доли гипофиза (опухоли, травмы, инфекции, отравления). У больных возникает несахарный диабет. Количество мочи, выделяемой за сутки, возрастает в 5 раз и даже больше.

362

Применение в животноводстве и ветеринарии. Применяют для нормализации кровяного давления и при лечении несахарного диабета.

О ц и т о ц и н ( о к с и т о ц и н , O K C T ). Гормон открыт в 1895 г. в

экстракте гипофиза.

Химическая природа. Представляет собой циклический пептид, состоящий из девяти аминокислотных остатков.

Молекулярная масса гормона 1 тыс. Хорошо растворяется в воде, изоэлектрическая точка равна 7,7. По аминокислотному составу оцитоцин сходен с вазопрессином.

Оцитоцин крупного рогатого скота и свиньи идентичен по аминокислотному составу. Замена в оцитоцине остатка тирозина остатком фенилаланина приводит к потере активности гормона на 95%, изолейцина валином - на 65, изолейцина лейцином - на 100%.

Биосинтез. Синтезируется в клетках паравентрикулярного ядра гипоталамуса, затем перемещается в заднюю долю гипофиза и накапливается в питуицитах, которые подходят близко к капиллярам, и через них гормон поступает в кровь.

Метаболизм. Аналогичен обмену вазопрессина.

Биологическое действие. Повышает тонус гладких мышц, особенно матки. Эти процессы связаны с влиянием гормона на проницаемость мембран мышечных волокон для ионов К+, понижением их мембранного потенциала и увеличением возбудимости. Во время беременности активность гормона ослабляется в результате ферментативного его расщепления. В предродовой период и во время родов она подавляется, возрастают

363

возбудимость мышц матки и их сократимость. После родов чувствительность мышц матки к гормону резко падает. Кроме того, гормон стимулирует активность миоэпителия молочной железы и биосинтез пролактина. Инактивируется прогестероном.

Патология. Причиной пониженной инкреции гормона бывают травмы, опухоли, гибель клеток задней доли гипофиза при некоторых инфекционных, инвазионных и незаразных болезнях.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Препарат гормона применяют при гипотонии мышц матки, слабых потугах во время родов, задержании последа, эндометритах и др.

364

354 :: 355 :: 356 :: 357 :: 358 :: 359 :: 360 :: 361 :: 362 :: 363 :: 364 :: Содержание

364 :: 365 :: Содержание

Гормоны эпифиза

Основу эпифиза составляют пинеальные и глиальные клетки. Здесь синтезируется несколько гормонов: мелатонин, 8-аргининвазотоцин, гонадотропин-ингибирующие субстанции и некоторые и др.

Мелатонин. Относится к наиболее изученным гормонам эпифиза. Открыт как вещество, влияющее на пигментацию кожи.

Химическая природа. Мелатонин - O-метилпроизводное индола.

Биосинтез. Место образования - пинеальные клетки. Синтезируется из триптофана.

Метаболизм. Гормон поступает в кровеносную систему и разносится по организму. После биологического действия инактивируется ферментами. Продукты распада выделяются с мочой (в виде индикана и др.), потом, калом, выдыхаемым воздухом.

Биологическое действие. Осветляет кожу, влияя на меланофоры. Снижает половую возбудимость, угнетая

364

соответствующие гипоталамические центры, тормозит действие соматотропина, тиротропина и АКТГ.

Патология. Гиперфункция эпифиза угнетает проявление половых признаков. Разрушение эпифиза вызывает преждевременное половое созревание.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Применяют при лечении нарушений полового аппарата.

365

364 :: 365 :: Содержание

При неполном йодировании образуется 3,5',3'-трийодтиронин.

Метаболизм. Гормоны поступают в кровь. Этот процесс контролируется тиротропином. В крови йодсодержащие гормоны связываются с белками плазмы и циркулируют в организме. В крови содержится тироксина в 7 раз больше, чем 3,5',3'-трийодтиронина. При контакте с клетками-мишенями белки, с которыми связаны гормоны, расщепляются и гормоны выделяются в межклеточную жидкость. В клетках основная масса гормонов сконцентрирована в гиалоплазме, меньше их в митохондриях и рибосомах. Во время миграции гормонов в клетки происходит их дезаминирование и

366

декарбоксилирование с образованием йодированных тиреоуксусной и тиреопировиноградной кислот. Часть гормонов инактивируется отщеплением йода, разрывом бициклов и образованием эфиров с глюкуроновой кислотой. Инактивация гормонов происходит главным образом в тканях печени. Эфиры тироксина выделяются с калом и мочой. Часть йода вновь вовлекается в синтез щитовидной железой, избыток его выделяется с мочой, желчью, иногда с потом, слюной и выдыхаемым воздухом.

Биологическое действие. Чрезвычайно сильно влияют на общий обмен веществ в организме, усиливают реакции биологического окисления, активируют обмен нуклеиновых кислот, белков, липидов, углеводов, минеральных соединений, ускоряют процессы роста и развития организма. Усиливают моторику рубца, образование и всасывание летучих жирных кислот. Тироксин способствует восстановлению дисульфидных групп тиоловых ферментов в сульфгидрильные. Под его влиянием возрастает активность гексокиназы, СДГ, катепсинов, ферментов, участвующих в окислительном фосфорилировании, что обеспечивает адаптацию организма к низким температурам путем разобщения реакций клеточного дыхания и окислительного фосфорилирования.

Патология. В клинике встречаются симптомы гипо- и гипертиреоза.

Гипофункция щитовидной железы или ее атрофия у молодых животных приводит к кретинизму и нарушению пропорциональности тела. У взрослых животных возникает микседема. При этом развивается отечность кожи, происходит задержка воды в тканях, уменьшается основной обмен, наступает общая вялость, патологическое ожирение и преждевременное старение. Если гипофункция возникает при недостатке йода в кормах и воде, то развивается эндемический зоб; щитовидная железа увеличивается в размерах, у молодых животных задерживаются рост и развитие, у взрослых - резко падает уровень основного обмена, нарушается половой цикл, уменьшается продуктивность, изменяется экстерьер, плохо формируются вторичные половые признаки, наступают аборты.

Гиперфункция проявляется в виде базедовой болезни - диффузного токсического зоба. Причины могут быть разные: хронические интоксикации, инфекционные болезни, сильные перегревания и др. Под влиянием

367

гормонов увеличивается проницаемость мембран клеток, особенно митохондрий. Часть субстратов цикла Кребса выходит в гиалоплазму, где происходит усиленное образование тепла и тормозится синтез АТФ. У животных наступает быстрая утомляемость, ухудшается аппетит, снижается уровень продуктивности, появляется понос, пучеглазие и др. Нарушаются все виды обмена веществ. Развиваются явления токсикоза.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Для профилактики и лечения эндемического зоба в рацион животных вводится йодированная поваренная соль (25 г KI на 1 т соли). Для лечения зоба применяют препарат железы боенского происхождения - тиреоидин. При гипертиреозе применяют антагонисты гормонов. В некоторых случаях для лечения гиперфункциональных нарушений применяют 131I. Для увеличения привесов при откорме крупного рогатого скота животным внутримышечно вводят естественные и синтетические аналоги тиреоидных гормонов - 3,5-дийодтирозин, бетазин и др. (A. M. Журбенко, 1985).

Химическая природа. Относится к полипептидам, состоит из 32 остатков

аминокислот:

368

Биосинтез. У рыб, амфибий, рептилий и птиц гормон синтезируется не в щитовидной железе, а в клетках ультимобранхиальных телец, развивающихся из последних бранхиальных дуг; у млекопитающих - в С-клетках интерфолликулярных островков щитовидной железы обычным для пептидов путем.

Метаболизм. Синтезированный гормон поступает в кровеносное русло, вступает в контакт с α-глобулинами и с током крови доставляется в костную ткань. Может проникать в ликвор. После проявления биологического действия инактивируется ферментами.

Биологическое действие. Гормон способствует переходу кальция из крови в костную ткань, поддерживает постоянный уровень в крови кальция и фосфора, активирует деятельность щелочной фосфатазы, усиливает выделение фосфатов с мочой. Является антагонистом паратгормона.

Патология. При опухолях и других заболеваниях, связанных с атрофией щитовидной железы, синтез гормона замедляется и прекращается. Развиваются патологические явления, связанные с нарушением его функций.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Гормональный препарат применяют при лечении заболеваний костной системы и зубов (парадонтоза).

369

365 :: 366 :: 367 :: 368 :: 369 :: Содержание

369 :: 370 :: Содержание

Гормон паращитовидной железы

Здесь синтезируется паратгормон (паратин) - один из основных регуляторов обмена кальция и фосфора в организме животных.

Химическая природа. Паратгормон - полипептид, состоит из 75-80 аминокислотных остатков с молекулярной массой 8500, растворяется в воде, изоэлектрическая точка равна 4,8-6.

Биосинтез. Гормон синтезируется в главных клетках паращитовидной железы, функционирующих циклично. В неактивном состоянии они имеют крупные размеры, богаты гликогеном, содержат мало гранул гормона. В активном состоянии уменьшаются в размерах, у них увеличиваются канальцы комплекса Гольджи,

369

исчезают запасы гликогена, возрастает число гранул гормона.

Метаболизм. Синтезированные гормоны поступают в кровеносное русло, разносятся по всему организму и таким образом оказывают свое биологическое действие на реакции обмена веществ. После этого гормон инактивируется пептид-гидролазами.

Биологическое действие. Паратгормон повышает содержание кальция и понижает количество фосфора в крови, обеспечивает всасывание кальция в кишках, влияет на концентрацию кальция во внеклеточной жидкости, свертывание крови, процесс возбудимости клеток, проницаемость клеточных мембран, мышечную, нервную и сосудистую системы. Между паратгормоном и витамином D существует связь: с увеличением содержания витамина в кормах повышается всасывание кальция и фосфора, а также восстанавливается равновесие содержания их ионов в организме. Паратгормон - антагонист кальцитонина по отношению к кальцию и синергист по отношению к фосфору.

Патология. В клинике встречаются два вида нарушений, связанные с гипер- и гипофункцией железы: гипер- и гипопаратиреоз. В первом случае происходит деминерализация костной ткани и возникают спонтанные переломы, тормозится деятельность изоцитратдегидрогеназы, в костях повышается содержание лимонной кислоты, ингибируется щелочная фосфатаза, возрастает образование цитрата кальция, который легко диффундирует в кровь. Наблюдаются фосфатная гиперкальциурия, атония пищевого канала, запоры. При гипофункции железы уменьшается содержание кальция в крови и увеличивается содержание фосфора. Появляются тетанические судороги, гипокальциурия, рвота, спазмы пищевого канала, задержка развития зубов у молодняка.

Применение в животноводстве и ветеринарии. При гипопаратиреозе применяют паратгормон, получаемый из экстракта паращитовидных желез крупного рогатого скота. При гиперпаратиреозе животным вводят кальцитонин, тормозящий выделение кальция из костной ткани.

370

369 :: 370 :: Содержание

371 :: Содержание

Гормон околоушной железы

Околоушная железа - самая крупная или вторая после поджелудочной железы по величине железа. У жвачных секретирует непрерывно. Так, у коровы за сутки образуется 60-80 л секрета.

Околоушная железа вырабатывает гормон паротин.

Химическая природа. Паротин - это полипептид, состоит из 16-17 аминокислотных остатков.

Биосинтез. Гормон синтезируется в клетках железы из аминокислот.

Метаболизм. Гормон поступает в кровеносную систему и с током крови разносится по всему организму. После проявления биологического действия инактивируется пептид-гидролазами.

Биологическое действие. Стимулирует биосинтез белков в хрящевой ткани, участвует в биосинтезе дентина, оссеина и других белков. Гормон вместе с кальцитонином и паратгормоном участвует в регуляции кальциевого и фосфорного обменов.

Патология. При гипофункции железы дегенерируют эластические волокна, уменьшается отложение кальция в костной ткани, замедляется рост резцов.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Пока не применяют.

371

371 :: Содержание

371 :: 372 :: 373 :: Содержание

Гормоны вилочковой железы

Вилочковая железа (зобная железа, тимус) - лимфоэпителиальный орган позвоночных животных и человека, расположенный справа и слева от трахеи. Хорошо развита у молодых животных. Участвует в кроветворной функции, продукции лимфоцитов (особенно Т-лимфоцитов), регуляции роста и развития организма, в формировании и проявлении иммунитета. Важнейший орган внутренней секреции.

Химическая природа. В вилочковой железе образуется ряд гормонов, разнообразных по строению и биологическому действию.

Т и м о з и н α1 - термостабильный полипептид, молекулярная масса 3108, изоэлектрическая точка 4,2. Состоит из 28 аминокислотных остатков:

371

Т и м о п о э т и н II-термостабильный полипептид, молекулярная масса 5562, изоэлектрическая точка 5,5. Состоит из 49 аминокислотных остатков.

Биологическая активность тимопоэтина связана с пентапеотидом, размещенным в положении 32-36 (-Арг-Лиз-Лиз-Асп-Тир-).

С ы в о р о т о ч н ы й т и м у с н ы й ф а к т о р (СТФ) - термолабильный нонапептид, молекулярная масса 859, изоэлектрическая точка 7,5. Имеет следующее строение:

Л и м ф о ц и т с т и м у л и р у ю щ и й г о р м о н (ЛСГ) - термостабильный белок, молекулярная масса 80000.

Кроме этих гормонов, из тканей тимуса выделено несколько других гормональных веществ (в частности, тимостерин). Их строение и значение в обмене веществ в настоящее время изучают.

Биосинтез. Почти все гормоны синтезируются из аминокислот. Основой

для образования молекулы тимостерина служат стероиды и аминокислоты.

Метаболизм. Гормоны поступают в кровеносное русло, затем в органы и ткани. После проявления биологического действия инактивируются ферментами. Время биологической полужизни молекул большинства гормонов тимуса - 10-15 мин. В крови они находятся в свободном и связанном (с альбуминами) состояниях.

Биологическое действие. Стимулируют образование лимфоцитов, активируют синтез антител, участвуют в биосинтезе ДНК и РНК, повышают иммунологическую реактивность организма, тормозят выделение

372

тиреотропина и тироксина, задерживают половое созревание, увеличивают число циркулирующих в крови и тканях лимфоцитов. Мишенью гормонов тимуса являются стволовая лимфоидная клетка, претимические предшественники Т-лимфоцитов, собственно лимфоциты вил очковой железы и посттимические предшественники T-лимфоцитов. Специфическое действие гормонов происходит за счет присоединения их молекул к рецепторам на клеточной мембране и активации аденилатциклазной или гуанилатциклазной систем, что, в свою очередь, влияет на деятельность различных ферментных систем, функционирующих в клетках-мишенях. Каждый из выделенных гормонов обладает специфичностью действия. Так, под влиянием ЛСГ увеличивается биосинтез антител у новорожденных. Тимозин стимулирует пролиферацию лимфоидных клеток и синтез в них ДНК.

Патология. При недостатке или отсутствии в организме гормонов возникает иммунодефицитное состояние, при котором резко снижается противоинфекционная защита организма и увеличивается частота злокачественных новообразований. Причинами нарушений могут быть травмы и опухоли, инфекции и хронические интоксикации, хронические стрессы и хроническое недоедание, врожденное отсутствие железы.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Введение телятам препаратов тимуса повышает их резистентность к различным болезням (A. M. Никитенко и др., 1980; О. H. Клименко, 1984) за счет образования Т- лимфоцитов, стимулирования развития гуморальных и клеточных реакций иммунитета, а также увеличивает их привесы.

373

371 :: 372 :: 373 :: Содержание

373 :: 374 :: 375 :: 376 :: 377 :: Содержание

Гормоны поджелудочной железы

Поджелудочная железа выполняет секреторные и инкреторные функции. Ее гормонами являются: инсулин, глюкагон, липокаин и ваготонин. Гормоны вырабатываются в основном в клетках островков Лангерганса, которые составляют около 1% всей массы железы.

И н с у л и н . Открытие инсулина связано с выяснением причин сахарного диабета. Гормон открыл Л. В. Соболев в 1902 г. Позже была установлена

373

структура инсулина (Φ. Сенгер, 1954) и осуществлен его синтез (В. Ингрем, 1961).

Химическая природа. Молекула инсулина состоит из мономеров, которые могут между собой ассоциировать, образуя частицы с молекулярной массой 12000-48 000. Каждый мономер состоит из двух цепей, соединенных между собой дисульфидными связями. Цепь А с N-конца заканчивается аминокислотой глицином и содержит 21 аминокислоту. Цепь В с N-концевой аминокислотой фенилаланином состоит из 30 аминокислот.

Инсулины различных животных отличаются между собой остатками аминокислот в положениях 8, 9 и 10 Α-цепи (табл. 8).

8. Отличия в структуре молекул инсулинов

Мономеры инсулина соединяются между собой в ди-, тетра-, гекса- и октамеры атомом цинка через имидазольные остатки гистидина. В молекуле инсулина в среднем содержится 0,3-0,6% цинка.

Препарат инсулина (его получают из железы крупного рогатого скота) - это бесцветное вещество с температурой плавления 233 °C, хорошо растворяется в воде.

Биосинтез. Инсулин синтезируется в β-клетках островков Лангерганса из аминокислот. Вначале образуется проинсулин, состоящий из 73 или 84 остатков аминокислот. Затем под влиянием нейрогуморальных факторов в двух участках

Химическая природа. Это полипептид, состоящий из 29 остатков 16 аминокислот, молекулярная масса - 3470, плохо растворяется в воде, изоэлектрическая точка находится в области рН 7,5-8,5. Глюкагон имеет следующую первичную структуру:

Биосинтез. Гормон синтезируется из аминокислот в α-клетках островков Лангерганса, а также слизистой двенадцатиперстной кишки.

Метаболизм. Гормон поступает в кровеносную систему и разносится по всему организму, оказывая влияние на обмен веществ.

Биологическое действие. Гормон активирует фосфорилазу печени, липазы тканей, вместе с инсулином образует единую систему регуляции содержания глюкозы в организме. В этом процессе участвует функциональный аналог гормона - адреналин.

Патология. В клинике встречаются гипо- и гиперпродукция глюкагона. Гипопродукция вызывается инфекционными, а также токсическими поражениями α-клеток.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Применяют при лечении болезней, вызывающих дегенерацию α-клеток.

Доза 0,7 мкг/кг живой массы увеличивает содержание сахара крови на 50%. При повышенной продукции глюкагона для его инактивации применяют препараты бутамида и надизана.

Л и п о к а и н . Гормон - вещество, предупреждающее ожирение печени. Получают после извлечения из поджелудочной железы инсулина.

Химическая природа. По химической структуре липокаин является полипептидом. Аморфный порошок, желтого цвета, растворимый в воде, с характерным запахом.

376

Биосинтез. Гормон синтезируется из аминокислот в клетках эпителия мелких выводных протоков поджелудочной железы.

Метаболизм. Гормон поступает в кровеносное русло, затем в органы и ткани. Оказывает биологическое действие, после чего инактивируется ферментами.

Биологическое действие. Липокаин стимулирует окисление жиров, жирных кислот и выход их из печени в ткани, предохраняет и устраняет жировую инфильтрацию печени, при наличии в кормах липотропных факторов (холина, метионина, казеина) способствует биосинтезу фосфатидов.

Патология. Выработка гормона нарушается при панкреатитах, различных инфекционных болезнях, интоксикациях, опухолях.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Препараты гормона применяют при лечении сахарного диабета, гепатитов, жировой дистрофии печени и цирроза, атеросклероза и др.

В а г о т о н и н . Гормон имеет белковую природу. Стимулирует деятельность парасимпатической нервной системы, и прежде всего вагуса. Воздействуя на этот нерв, ваготонин задерживает распад гликогена до глюкозы, чем и вызывает уменьшение содержания сахара в крови. Стимулирует процессы кроветворения. В молекуле ваготонина содержится до 8% карнитина.

377

373 :: 374 :: 375 :: 376 :: 377 :: Содержание

377 :: 378 :: 379 :: 380 :: Содержание

Мужские половые гормоны

Мужские половые гормоны - андрогены - синтезируются в основном в семенниках, некоторая часть - в яичниках и коре надпочечников. Наибольшее количество гормонов содержится в сперме.

Химическая природа. Первый андроген получен Я. Бутенандтом в 1932 г. и назван андростероном. Все андрогены являются производными циклического углеводорода - циклопентанпергидрофенантрена, в частности его метилированного гомолога - андростана.

377

Наибольшее значение имеют андростерон, дегидроандростерон, тестостерон и их синтетический аналог - метилтестостерон.

Андрогены не растворяются в воде, растворяются в этаноле, могут кристаллизоваться, имеют высокую температуру плавления, оптически активны.

Биосинтез. Синтезируются в интерстициальных клетках Лейтига.

Исходными веществами для синтеза служат холестерин и ацетил-KoA. Центральное место в синтезе занимает прегненолон, из которого двумя метаболическими путями (Δ4- и 5-пути) под влиянием ряда ферментов образуется тестостерон.

Биосинтез тестостерона и других гормонов регулируется гормонами передней доли гипофиза - фоллитропином и лютропином.

Метаболизм. Гормоны поступают в кровеносное русло, разносятся по организму и оказывают биологическое действие на обмен веществ. Период биологической полужизни молекулы тестостерона составляет 20 мин. Гормоны претерпевают ряд превращений и в виде конечных продуктов обмена выделяются из

378

Рис. 47. Механизм

действия стероидных гормонов (по Ю. Б. Филипповичу, 1985)

организма. Некоторое количество гормонов выделяется с мочой без изменений.

Биологическое значение. С деятельностью гормонов связано развитие и проявление вторичных половых признаков и устойчивого полового влечения. Выделение андрогенных гормонов протекает непрерывно. Стероидные гормоны сравнительно свободно проникают через клеточные мембраны и связываются в клетках-мишенях со специфическими белковыми рецепторами. Образовавшийся гормон-рецепторный комплекс проникает в кариоплазму, где и оказывает через ферментные системы влияние на матричный синтез ДНК и РНК, а затем - на клеточный синтез белка (рис. 47). Андрогены стимулируют биосинтез белка в мышечной ткани, вызывают накопление в организме азота, фосфора, калия, натрия, хлора. Тестостерон в 2 раза активнее дегидроандростерона, в 6 раз активнее андростерона.

Патология. Выделение гормонов нарушается при орхитах, эпидидимитах, травмах, опухолях семенников, инфекциях, интоксикациях. Кроме гипогонадотизма (недостатка продукции гормонов), встречается гипергонадотизм (чрезмерная продукция гормонов).

Применение в животноводстве и ветеринарии. В животноводстве

проводится кастрация, хирургическое удаление семенников. Поведение животных становится более спокойным, происходит переориентация обмена веществ на отложение избыточного количества жира. Андрогены и метилтестостерон применяются при

379

половой недостаточности, импотенции, недоразвитости семенников, половом и нервном истощении. Активность андрогенов измеряется петушиными единицами (ПЕ) и в интернациональных единицах (ИЕ). За 1 ПЕ принято минимальное количество гормона, которое необходимо ввести каждому из трех петушков породы леггорн, чтобы вызвать у них на 3-4 сут увеличение площади гребешка на 20%. 1 ИЕ равна 0,1 мг андростерона.

380

377 :: 378 :: 379 :: 380 :: Содержание

380 :: 381 :: 382 :: 383 :: 384 :: Содержание

Женские половые гормоны

Женские половые гормоны синтезируются в яичниках, плаценте и частично в надпочечниках. Отличаются между собой химическим строением, свойствами и значением.

Химическая природа. Их делят на пять групп: эстрогены, гестагены,

циклопентанпергидрофенантрена. Эстрогены в основе молекулы содержат ядро эстрана. Впервые выделены из мочи беременных в 1927 г., затем получены в чистом виде эстрон, эстрадиол и эстриол.

Молекула эстрогенов в ядре А содержит три двойные связи.

380

Эстрон часто называют фолликулином. Эстрогены - кристаллические вещества с высокой температурой плавления, оптически активны, не растворяются в воде, растворяются в этаноле и маслах.

Г е с т а г е н ы - это гормоны желтого тела и продукты их обмена, производные прегнана. Наибольшее значение имеет прогестерон (гормон беременности).

Это кристаллические вещества, имеют высокие температуры плавления, оптически активны, хорошо растворимы в этаноле и эфире, нерастворимы в воде.

Р е л а к с и н - полипептид, обладает основными свойствами. Молекула состоит из двух субъединиц, соединенных дисульфидным мостиком. Синтезируется желтым телом беременных самок. Релаксин свиньи имеет молекулярную массу 6500.

А н д р о г е н ы (см. с. 377), синтезируемые в яичнике самок, не имеют существенного значения в их половой деятельности.

молекулярная масса - около 100 тыс., содержит до 18% углеводов, 8,4% азота, термостабильный. В крови жеребых кобыл имеется хорионгонадотропин с молекулярной массой 60-80 тыс., содержащий до 25% углеводов, он активируется амилазой слюны.

Биосинтез. Биосинтез женских половых гормонов протекает циклически. Эстрогены в яичнике образуются в клетках внутренней теки фолликулов, звездчатых клетках желтых тел и интерстициальных клетках. После овуляции гранулезные клетки прорастают в кровяной сгусток и постепенно трансформируются в

381

лютеиновые клетки, образуя желтое тело, продуцирующее гестагены. При отсутствии беременности желтое тело рассасывается. Эти процессы регулируются нейрогуморально. Так, в начале цикла гипофиз выделяет фоллитропин. Под его влиянием развиваются фолликулы яичника, в которых под воздействием лютропина гипофиза синтезируются эстрогены. Они стимулируют рост фолликулов и их чувствительность к гонадотропинам. Когда инкреция эстрогенов достигает максимума, происходит выброс больших количеств лютропина из гипофиза (по принципу положительной обратной связи). Под их влиянием происходит овуляция. В дальнейшем развивается желтое тело, где синтезируются прогестерон и его аналоги.

Во время беременности в женском организме развивается плацента, где

продуцируются гормоны. Образование всех пяти групп гормонов катализируется одними и теми же ферментными системами, хотя существуют некоторые различия. Биосинтез релаксина и хорионгонадотропина - типичный синтез белка.

Метаболизм. Гормоны поступают в кровеносную систему и в виде биокомплексов с β-глобулинами транспортируются в органы и ткани. После биологического действия инактивируются в основном в печени и почках. Вначале часть эстрогенов превращается в связанные формы - глюкурониды и эфиры с серной кислотой. В дальнейшем основная масса эстрогенов инактивируется гидроксилированием, метоксилированием и окислением с образованием мало- и неактивных производных эстрогенов. Часть гормонов выделяется с мочой в неизменном виде (у лошади за сутки выделяется с мочой до 60 г эстрона). Основной продукт обмена прогестерона - прегнандиол, который выделяется в виде глюкуронидов.

Биологическое действие. Гормоны осуществляют репродуктивные функции. Эстрогены обеспечивают развитие и проявление у самок вторичных половых признаков (течку, половое влечение), оптимальные условия для оплодотворения яйцеклетки после овуляции, подготовку матки для имплантации оплодотворенной яйцеклетки. После наступления беременности на месте бывшего фолликула развивается истинное желтое тело, которое продуцирует гестагены. Под влиянием гестагенов стимулируется развитие маточных желез и

382

выделение ими секрета, служащего питательным и защитным веществом для развивающейся яйцеклетки до ее имплантации.

Прогестерон подготовляет слизистую оболочку матки к восприятию оплодотворенной яйцеклетки и способствует образованию материнской части плаценты. Он понижает сокращение матки и тормозит действие окситоцина. При беременности гестагены тормозят овуляцию и способствуют развитию молочной железы. Они замедляют выброс лютропина и не допускают овуляцию фолликулов. Прогестерон тормозит выделение фоллитропина, увеличивает скорость распада и синтеза белков, пуриновых оснований, углеводов.

Релаксин оказывает специфическое действие на поздних стадиях беременности: под его влиянием размягчаются эпифизы лонного сращения и расслабляются лобковые связки.

Хорионгонадотропин способствует нормальному протеканию беременности: влияет на развитие и функционирование истинных желтых тел, регулирует эндокринные функции плаценты.

Патология. К патологическим нарушениям выделения гормонов относятся различные заболевания: недоразвитость яичников, кисты яичников, дисфункция

гипофиза и щитовидной железы и др. Эти явления приводят к нарушениям реакций обмена веществ, в которых участвуют гормоны. При близкородственном разведении часто возникает инфантилизм - общее недоразвитие организма или отдельных органов, особенно половых и центральной нервной системы.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Гормоны и их синтетические аналоги применяются в качестве лекарственных средств при различных нарушениях женской половой сферы. Особое место принадлежит синэстролу, применяемому для борьбы с яловостью, при лечении эндометритов и для ускорения отделения последа у коров.

Высокой эстрогенной активностью обладает октэстрол: он в 2,5 раза активнее фолликулина, по

383

активности он равен синэстролу. При откорме животных используется стильбэстрол.

384

380 :: 381 :: 382 :: 383 :: 384 :: Содержание

384 :: 385 :: 386 :: 387 :: Содержание

Гормоны коры надпочечников

В коре надпочечников синтезируется ряд гормонов стероидной природы.

Химическая природа. По физиологическому действию гормоны делят на четыре группы: глюкокортикоиды (кортикостерон, гидрокортикостерон, кортизон), минералокортикоиды (альдостерон, дезоксикортикостерон), андрогены (андростендион, дегидроэпиандростерон, тестостерон и др.), эстрогены (эстроген, эквиленин и др.). Первые две группы называют собственно кортикостероидами. Гидрокортизон и кортикостерон составляют около 80% всех гормонов коры, альдостерон - 2, остальные - 18%.

384

Биосинтез. В клетках клубочковой зоны коры надпочечников образуется альдостерон, в пучковой зоне - гормоны, обеспечивающие регуляцию обмена многих органических веществ и реакцию организма на стрессовые воздействия. Биосинтез кортикостероидов регулируется гормоном гипофиза АКТГ. Здесь из предшественников (холестерина и ацетил-КоА) образуются гормоны.

Между эндокринными железами, участвующими в образовании и

регуляции биосинтеза кортикостероидов, существует прямая и обратная связь. Так, при появлении в крови избытка кортикостероидов в гипоталамусе уменьшаются синтез и выделение кортиколиберина, что приводит к уменьшению скорости биосинтеза AKTT в гипофизе, и наоборот. Некоторые предшественники гормонов образуются в стероидпродуцирующих органах, особенно в половых железах и плаценте, затем поступают в кору надпочечников.

Специфичность в образовании гормонов зависит от вида животного, от активности ферментов, катализирующих данные процессы. Так, разрыв боковой цепи прегнана осуществляется карбоксилазами. Образование гидроксильных групп катализируется гидроксилазами, которые различны в зависимости от места расположения групп - ОН. Источником водорода чаще бывает витамин С, которым богата кора надпочечников. Водород транспортируется в виде НАДФ∙H2.

Метаболизм. Гормоны поступают в кровеносное русло. Около 90% общего количества их находится в виде комплексных соединений с белками. Так, гидрокортизон и кортизон соединяются с α-глобулинами, альдостерон - с альбуминами крови. Это дает возможность клеткам постепенно использовать гормоны и предохраняет кортикостероиды от разрушения. Период биологической полужизни молекулы гидрокортизона равен 80-110 мин, кортикостерона - 60-90 и кортизона - 30 мин.

Основная масса кортикостероидов выделяется из организма в виде их метаболитов. Общее для всех стероидных гормонов - преобладание в их обмене восстановительных реакций. Восстановленные метаболиты в печени образуют парные соединения с глюкуроновой и серной кислотами. Они выделяются из организма с мочой и калом. Около 1% гидрокортизона выводится с

385

мочой в неизменном виде. Кортикостерон выделяется с желчью.

Биологическое действие. Под влиянием глюкокортикоидов увеличивается распад белков и тормозится их синтез, уменьшается масса тела и возрастает выделение с мочой азотсодержащих соединений, возрастает содержание гликогена в мышцах, стимулируется гликонеогенез, повышаются уровень глюкозы в крови и накопление гликогена в печени. Уменьшение выделения этих гормонов оказывает обратное действие. Интенсивный синтез глюкокортикоидов способствует увеличению в крови количества лейкоцитов, особенно нейтрофилов, и уменьшению в ней числа эозинофилов и лимфоцитов.

Минералокортикоиды влияют на водно-солевой обмен. Они задерживают в тканях ионы Na+ и создают предпосылки для удерживания организмом воды. При их недостатке уменьшается содержание в тканях ионов Na+ и хлорид-ионов,

глюкокортикоидным действием, влияя на обмен углеводов. Они оказывают некоторое влияние на минеральный обмен. Андрогены и эстрогены в коре надпочечников синтезируются в небольшом количестве. Они не оказывают существенное влияние на обмен веществ.

Патология. При гипофункции коры надпочечников возникает острая и хроническая недостаточность четырех групп гормонов. Причиной первой из них могут быть инфекционно-токсические процессы, новообразования, травмы и другие поражения органа. При этом ослабевает сердечная деятельность и нарушается работа пищевого канала. Причиной хронической недостаточности может быть атрофия коры надпочечников. При этом падает кровяное давление, уменьшается мышечный тонус, возникает бронзовая окраска кожи и слизистых оболочек (бронзовая болезнь), наступает гипогликемия и гипоазотемия, нарушается водно-минеральный обмен.

Иногда встречается гиперфункция коры надпочечников. В ее основе лежит усиление функционирования клеток какой-то одной зоны. Так, при повышенной функции клубочковой зоны возрастает выделение альдостерона и развивается синдром альдостеронизма

386

(гипертония, гипернатриемия, судороги, парез). Причиной этого могут быть аденомы и карциномы коркового вещества надпочечников или различные инфекционные и токсические процессы. При опухолях пучковой зоны коры начинается избыточное выделение глюкокортикоидов, что приводит к возникновению надпочечно-коркового синдрома обменного типа - затухает синтез белков, возрастает их распад и подавляется иммунобиологическая реактивность организма.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Гормоны применяют в соответствии с их биологическим действием. Так, кортизон используется при лечении ревматоидного артрита, полиартритов, острого суставного ревматизма, волчанки, спондиоартритов, бронхиальной астмы и др. Ацетат кортизона применяют для лечения ревматизма, дерматитов, лейкозов; альдостерон (в 30120 раз активнее дезоксикортикостерона) - при нарушениях минерального обмена. Для этой цели используют синтетические аналоги - дексаметазон (в 30 раз активнее гидрокортизона) и 9α-фторпреднизолон (в 50 раз активнее гидрокортизона) .

387

384 :: 385 :: 386 :: 387 :: Содержание

387 :: 388 :: 389 :: Содержание

Гормоны мозгового вещества надпочечников

Вмозговом веществе надпочечника синтезируются два гормона - адреналин

инорадреналин.

Химическая природа. Гормоны являются производными диоксибензола (катехола или пирокатехина). Их называют катехоламинами.

В органах и тканях, особенно в симпатической нервной системе, содержится L-адреналин, который в 15-40 раз активнее D-адреналина. Адреналин - кристаллическое вещество белого цвета, горькое на вкус, трудно растворяется в воде, оптически

387

активное, нестойкое, легко вступает в реакции окисления и замещения.

Биосинтез. Основная масса обоих гормонов синтезируется в округлых или многоугольных клетках мозгового вещества надпочечников, часть - в симпатических отделах нервной системы. Источником для их биосинтеза служит L-тирозин.

Метаболизм. Синтезированные гормоны поступают в кровеносное русло. Здесь они соединяются с белками крови и разносятся по организму. Часть гормонов в нервных окончаниях симпатической нервной системы депонируется в виде солей с АТФ. После выполнения специфических функций гормоны инактивируются в печени путем образования парных соединений с серной и уксусной кислотами, которые выводятся из организма с мочой. Кроме того, адреналин и норадреналин подвергаются сложным химическим превращениям, которые приводят к образованию меланоидного пигмента, удаляемого из организма животного с мочой.

Значительное количество гормонов инактивируется метилированием и дезаминированием с образованием продуктов, которые в виде парных соединений с серной и глюкуроновой кислотами выводятся с мочой из организма.

Биологическое действие. Гормоны вместе с простагландинами (см. ниже) влияют на обмен углеводов, белков, липидов и других соединений.

Молекула гормона из кровеносного русла поступает в межклеточную

387 :: 388 :: 389 :: Содержание

389 :: 390 :: 391 :: 392 :: 393 :: 394 :: 395 :: Содержание

Гормоноиды

Гормоноиды, или паратгормоны, представляют собой разнородные по химическому строению вещества, которые оказывают сильное биологическое действие на многие физиологические процессы в организме. В

389

отличие от гормонов их биосинтез не имеет строгой локализации: они образуются в самых различных органах и тканях. Гормоноиды обладают кратковременным биологическим действием. К ним относятся Простагландины, гормоноиды пищевого канала и нейрогормоны.

П р о с т а г л а н д и н ы . Впервые были обнаружены в семенной жидкости человека. Ульф ван Эйлер в 1936 г. выделил эти вещества из вытяжки предстательной железы и назвал их простагландинами. Сейчас известно свыше 20 природных простагландинов.

Химическая природа. Все эти вещества по агрегатному состоянию являются жидкостями или низкоплавкими кристаллическими веществами. По химической природе они представляют собой ненасыщенные жирные кислоты, имеющие скелет из 20 углеродных атомов. Их делят на четыре основные группы: E, А, В и F. Каждый из простагландинов в основе молекулы имеет циклопентановое кольцо, две боковые цепи, двойную связь между 13-м и 14-м углеродными атомами. Индивидуальные представители внутри каждой группы отличаются между собой числом двойных связей в боковых цепях.

Эти связи обозначаются внизу буквы с цифровым индексом.

Наибольшей биологической активностью обладают два простагландина: ΠΓ-Ε1 и ПГ-F3α.

Биосинтез. Простагландины образуются в клетках различных тканей. Их

связанном состоянии. Их действие активируется адреналином. Важную роль в осуществлении действия простаглавдинов могут играть АТФ и ионы Ca2+.

Патология. Биосинтез гормоноидов и их обмен нарушаются при многих болезнях, особенно печени, легких, почек, центральной нервной системы, половых желез, а также при недостатке и отсутствии в кормах ненасыщенных жирных кислот.

Применение в животноводстве и ветеринарии. Применяют для лечения бронхиальной астмы, бронхитов, артритов, тромбозов, язвы желудка, синхронизации охоты у самок и стимуляции опоросов у свиноматок.

Г о р м о н о и д ы п и щ е в о г о к а н а л а . В слизистой оболочке пищевого канала вырабатываются некоторые биологически активные вещества, которые по своему действию напоминают гормоны.

Г а с т р и н . Это вещество полипептидной природы, вырабатываемое слизистой оболочкой привратника желудка:

Гастрин выделяется в ответ на раздражение слизистой оболочки при растяжении или действии кормов. Способствует выделению желудочного сока, сока поджелудочной железы, желчи, повышает тонус и моторику желудка и кишок. Повышение концентрации соляной кислоты в желудочном соке тормозит биосинтез гастрина.

392

С е к р е т и н . Вырабатывается клетками слизистой оболочки тонкой кишки под влиянием соляной кислоты желудочного сока. Полипептид, молекула его построена из 27 аминокислотных остатков, причем 14 из них соединены в такой последовательности, как и в молекуле глюкагона. Секретин получен в чистом виде из слизистой оболочки кишок свиньи. Всасывается слизистой оболочкой кишок, попадает в кровеносную систему, затем в поджелудочную железу. Стимулирует выделение поджелудочной железой воды и электролитов

(в основном гидрокарбонатов).

П а н к р е о з и м и н . Этот полипептид вырабатывается слизистой оболочкой тонкой кишки. Структура его молекулы изучена недостаточно. Панкреозимин способствует выработке секреторной частью поджелудочной железы гидрокарбонатов и ферментов.

Х о л е ц и с т о к и н и н . Вещество, вырабатываемое слизистой оболочкой тонкой кишки. Биосинтез стимулируется липидами, белками и минеральными веществами кормов. По химической природе - это полипептид. Вызывает сокращение мышц желчного пузыря и выделение желчи в двенадцатиперстную кишку.

Н е й р о г о р м о н ы . Синтезируются в нейро-секреторных клетках. Затем они поступают в нервные окончания и межклеточное пространство. Больше всего нейрогормонов синтезируется в клетках ядер промежуточного мозга. К ним относятся вазопрессин и оцитоцин, гормоны гипоталамуса, гистамин, серотонин, ацетилхолин, адреналин и норадреналин и некоторые др.

Г и с т а м и н . Гистамин - производное аминокислоты гистидина. Много его вырабатывается тканями кожи, пищевого канала, легких. Выполняет роль гуморального возбудителя желудочной секреции, повышает тонус гладких мышц, расширяет капилляры. Находится в связанном состоянии с гепарином и другими веществами. Секреторная деятельность гормоноида регулируется соматотропином, адреналином, норадреналином, ацетилхолином. Инактивируется клеточными белками и гистаминазой. Содержание гистамина в тканях возрастает при ожогах, шоке и др.

393

С е р о т о н и н . Образуется из L-триптофана в центральной нервной системе, клетках слизистой оболочки кишок и поджелудочной железы. Обладает широким диапазоном действия на функции нервной, сердечнососудистой, мышечной, мочеполовой и эндокринной систем. Служит медиатором нервного импульса в нервных центрах (например, в гипоталамусе)

ина периферии.

Втканях быстро разрушается под влиянием фермента МАО, превращаясь в 5-гидроксииндолилуксусную кислоту, которая с мочой выводится из организма. Оказывает влияние на сокращение гладких мышц и передачу нервных импульсов, участвует в регуляции кровяного давления, температуры тела, дыхания, мочеотделения, деятельности пищевого канала. Нарушение обмена серотонина может быть одной из причин возникновения инфаркта миокарда, язвенной болезни, многих психических заболеваний.

А ц е т и л х о л и н . Ацетилхолин - один из наиболее распространенных медиаторов нервного возбуждения. Синтезируется в эндоплазматической сети многих нейронов центральной и периферической нервной системы. Им богаты нервные клетки парасимпатических ганглиев.

Выделяется ацетилхолин окончаниями двигательных и парасимпатических нервных волокон в синаптическую щель и вызывает со стороны иннервируемого органа соответствующий эффект.

Биосинтез ацетилхолина происходит в результате реакции между холином и ацетил-КоА под влиянием фермента холин - ацетилтрансферазы, ионов Mg 2+, K+, Ca2+.

394

Н е к о т о р ы е д р у г и е г о р м о н о и д ы. Наибольший интерес представляют ангионтензин и кинины.

А н г и о т е н з и н . По химической природе гормоноид представляет собой полипептид, образуется из β-глобулинов крови. При недостатке в тканях почек кислорода в них вырабатывается фермент ренин. Под влиянием ренина и трипсина от молекулы глобулина отщепляется декапептид - неактивный ангиотензин I. Когда он подвергается действию фермента ангиотензиназы, то отщепляются два аминокислотных остатка и образуется ангиотензин II: Фен- Προ-Гис-Илей-Тир-Вал-Арг-Асп. Гормоноид является составной частью системы ренин - ангиотензин. Объектом действия ангиотензина служат почечные артериолы. При гиперинкреции возникает почечная гипертония.

К и н и н ы . Эти полипептиды участвуют в регуляции скорости кровотока, уменьшают кровяное давление, усиливают работу сердца и легких. Образуются в тканях и крови из кининогенов под влиянием специализированных ферментов. Наибольшее значение имеют два кинина: брадикинин - Арг-Про-Про-Гли-Фен- Сер-Про-Фен-Арг и каллидин -Арг-Про-Гли-Фен-Сер-Про-Фен-Арг-Три.

Контрольные вопросы

1. Что такое гормоны и гормоноиды, каковы их общая характеристика, механизм действия и классификация?

2.Проанализируйте химическую природу, биосинтез, метаболизм, биологическое действие, патологию, применение в животноводстве и ветеринарии гормонов: гипоталамуса; трех долей гипофиза; щитовидной железы; паращитовидной железы; тимуса; поджелудочной железы; семенников; женских половых органов; коры надпочечника; мозгового слоя надпочечника.

3.Что вам известно о химической природе, биосинтезе, метаболизме, биологическом действии, патологии, применении в животноводстве и ветеринарии гормоноидов?

4.Каковы причины возникновения и клинические симптомы гигантизма и акромегалии, микседемы и креатинизма, эндемического зоба и базедовой болезни, гипер- и гипопаратиреозмов, сахарного и несахарного диабетов, импотенции и нимфомании, бронзовой болезни?

395

389 :: 390 :: 391 :: 392 :: 393 :: 394 :: 395 :: Содержание

396 :: 397 :: 398 :: 399 :: Содержание

ГЛАВА 12

ОБМЕН РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ КАК ЕДИНОЕ ЦЕЛОЕ

Биохимические превращения различных веществ в организме взаимосвязаны. Нарушение обмена одной группы веществ, как правило, влечет за собой изменение обмена веществ организма в целом. Известно, что обмен веществ складывается из двух процессов: ассимиляции и диссимиляции. У молодого организма процессы ассимиляции преобладают над процессами диссимиляции, У взрослых животных между процессами ассимиляции и диссимиляции устанавливается динамическое равновесие. У стареющих и больных животных распад веществ преобладает над их синтезом.

Реакции обмена веществ, протекающие в организме, характеризуются высокой степенью согласованности. Они составляют упорядоченную и целостную систему, которая сложилась в результате длительной эволюции живого мира, закрепилась генетически и передается по наследству от поколения к поколению. Обмен веществ представляет собой закономерный порядок превращений веществ и энергии в организме, органах, тканях, клетке.

Взаимосвязь и взаимообусловленность реакций обмена веществ координируются центральной нервной системой и железами внутренней секреции, образуя стройную систему нейрогуморальной регуляции. Регуляция в клетке осуществляется с помощью ферментов, гормонов, цАМФ, медиаторов возбуждения, общих продуктов биохимических реакций. Каждая ферментативная реакция - это звено соответствующего метаболического пути, а все метаболические пути в совокупности составляют обмен веществ. Биохимические реакции взаимосвязаны и протекают в определенном порядке и последовательности. Так, обмен нуклеиновых кислот, белков, липидов, углеводов на первых этапах происходит различными путями, но в итоге образуются одни и те же конечные продукты СO 2 и H2O, а при окислении нуклеиновых кислот и белков, кроме того, азотистые соединения: мочевина, мочевая кислота и др.

Взаимосвязь обмена нуклеиновых кислот с обменом других веществ.

Обмен нуклеиновых кислот связан с другими видами обмена веществ. В частности,

396

интенсивность биосинтеза зависит от наличия в клетке соответствующего "сырья" и белков-ферментов: ДНК- и РНК-полимераз, полинуклеотидфосфорилазы, синтетаз пуриновых и пиримидиновых оснований и др. При распаде пуриновых оснований образуется глиоксиловая кислота, из которой образуется глицин. При распаде пиримидиновых оснований возникает β-аланин - источник образования пантотеновой кислоты и коэнзима А. Глицин

и β-аланин могут служить материалом для биосинтеза белков.

Существует связь между обменом нуклеиновых кислот и углеводов. Так, D- рибоза и D-дезоксирибоза используются для биосинтеза нуклеозидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Биосинтез углеводов зависит от биосинтеза нуклеиновых кислот. Так, часть УТФ используется для образования уридиндифосфоглюкозы - основы для биосинтеза полиглюканов.

β-Окисление высших жирных кислот дает клетке макроэргические соединения - нуклеозидди- и нуклеозидтрифосфаты, которые являются источниками химической энергии для образования многих веществ. Биосинтез некоторых фосфолипидов зависит от ЦТФ.

Образование нейтральных жиров из углеводов. Углеводы служат источником образования жиров. Так, при откорме свиньи в течение 3 мес за счет углеводов может образоваться до 22 кг жира. Связующим звеном перехода углеводов в жиры и обратно служит ацетил-КоА. Глицерин образуется за счет восстановления 3-фосфоглицеринового альдегида или фосфодиоксиацетона. Высшие жирные кислоты (ВЖК) синтезируются из ацетил-КоА. В дальнейшем из глицерина и ВЖК синтезируется молекула нейтрального жира.

Образование углеводов из жиров. Углеводы в организме могут синтезироваться из жиров. Этот процесс имеет особое значение для животных, которые впадают в зимнюю спячку. Запасы жира у них к моменту спячки достигают 50% общей массы, дыхательный коэффициент зимой низок - 0,4-0,6. Под влиянием клеточных липаз жир гидролизируется. Глицерин окисляется в глицериновый альдегид, который фосфорилируется и может служить источником образования глюкозы и гликогена. Из высших жирных кислот при β-окислении образуется ацетил-КоА, из него - другие вещества. Из глюкозы образуется гликоген.

397

Образование белков из углеводов. Между углеводным и белковым обменами существует взаимосвязь через общие метаболические пути превращения.

И в данном случае ключевым продуктом обмена является ацетил-КоА, из которого могут образоваться аланин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин и др. Кроме того, из него образуется щавелевоуксусная кислота, которая дает аспарагиновую. В ходе функционирования цикла трикарбоновых кислот возникает α-кетоглутаровая кислота, которая дает глутаминовую, и т. д. Процессы превращения углеводов в белки и белков в углеводы регулируются глюкокортикоидами.

398

Единство обмена веществ в организме. Обмен различных веществ в организме представляет собой единое целое. В зависимости от потребностей организма в тканях и клетках из общих продуктов химических реакций могут синтезироваться необходимые для жизнедеятельности вещества. Ведущая роль в этих процессах принадлежит ферментам. ДНК обеспечивает передачу генетической информации и строгую специфичность в структуре. биополимеров. При расщеплении углеводов и липидов, а иногда и белков возобновляются запасы АТФ и других макроэргических соединений.

Таким образом, живой организм представляет собой саморегулирующуюся

систему, которая беспрерывным обменом веществ обеспечивает свое существование. Нарушение реакций обмена и деятельности этой системы приводит к патологии.

Контрольные вопросы

1.Каково значение ацетил-КоА в обмене жиров, белков и углеводов?

2.Как взаимосвязаны в обмене веществ нуклеиновые кислоты и белки, жиры и углеводы, белки и углеводы? Иллюстрируйте химическими реакциями.

3.Нарисуйте схему взаимосвязи обмена различных веществ в организме.

399

396 :: 397 :: 398 :: 399 :: Содержание

А. В. Палладин (1885-1972)

гликолипопротеиды). В нервной ткани обнаружено два специфических белка -S- 100, или белок Мура (его иногда называли "белком памяти", 85-90% белка сосредоточено в нейроглии, 10-15% -в нейронах), и белок 14-3-2 (как предыдущий, он относится к кислым белкам). В нервной ткани содержатся ферменты всех шести классов, катализирующих все стороны обмена веществ, восприятие, анализ и передачу нервных импульсов.

Содержание углеводов. Нервная ткань бедна углеводами, хотя потребность в них здесь велика (например, в мозгу имеется 1,0-1,5 г/кг гликогена, в мышцах - 10-20 г/кг). Основными углеводами здесь являются глюкоза (1-4 мкмоля на 1 г ткани) и гликоген (2,5-4,5 мкмоля на 1 г). У новорожденных животных содержание гликогена в мозгу в 3 раза выше, чем у взрослых. Большая часть гликогена (около 80%) связана с белками и липидами, меньшая (до 20%) находится в свободном состоянии. Нервная ткань содержит промежуточные продукты углеводного обмена - гексозо- и триозофосфаты, молочную, пировиноградную и другие кислоты.

Содержание липидов. Нервная ткань богата

402

липидами, часть из которых специфична для нее. Так, в расчете на сухой остаток серое вещество мозга крупного рогатого скота содержит 43,1% и белое вещество-74,6% липидов. Из них фосфатиды соответственно составляют 16,3 и 27,5%, в том числе лецитины-3,2 и 3,3; кефалины-9,4 и 19,2; сфингомиелины - 3,7 и 5,0; холестерин - 3,2 и 10,9; цереброзиды - 4,3 и 14,1%. В нервной ткани мало жиров. ВЖК, входящие в состав молекул липидов, содержат одну и несколько (4 - арахидоновая и даже 5 - клупанодоновая кислоты) двойных связей. Они могут быть представлены лигноцериновой [CH3(CH2)22СООН],

цереброновой [CH3(CH2)21CH(OH)COOH] и другими характерными для нервной ткани кислотами и оксикислотами. Из нервной ткани выделены страндин и другие сложные гликолипиды.

Содержание нуклеотидов и креатинфосфата. Из свободных нуклеотидов адениловые нуклеотиды составляют 84%. В головном мозгу крыс содержание нуклеотидов и КрФ (в мкмолях на 1 г сырой ткани) следующее: АТФ - 2,30-2,90;

АДФ - 0,30-0,50; АМФ -0,03 - 0,05; ГТФ - 0,20-0,30; ГДФ - 0,15-0,20; УТФ - 0,17- 0,25; КрФ - 3,50-4,75. Это свидетельствует о высоком уровне энергетического обмена в ткани. Для нервной ткани характерно высокое содержание цАМФ (1-2 нмоль/г) и цГМФ (0,2 нмоль/г).

Содержание минеральных веществ. Нервная ткань содержит различные минеральные вещества, сравнительно равномерно распределенные в отдельных участках нервной системы млекопитающих (в % влажного вещества), по Д. Л. Фердману

404 :: 405 :: 406 :: 407 :: 408 :: 409 :: 410 :: Содержание

Обмен веществ в нервной ткани

Изучение обмена веществ в нервной ткани сопряжено с рядом трудностей. Прежде всего, нервная ткань обладает сложным строением, химическим составом, многообразием функций и реакций обмена веществ. В организме человека имеется 1010 нейронов (см. рис. 48), в коре больших полушарий - около 14 млрд. Каждый нейрон в среднем связан с 5 тыс. клеток. Синтез белков в нейроне больше, чем в другой клетке, предельно совершенен, что обеспечивает полноценное функционирование нейрона в течение всей жизни организма. Головной мозг заключен в черепную коробку, спинной - в позвоночный канал. Малейшее вмешательство в структуру нервной ткани грозит патологией. Многие реакции протекают в ней в течение десятых, сотых и даже тысячных долей секунды. Все это требует особого подхода к изучению обмена веществ в нервной ткани.

Дыхание нервной ткани. Мозг потребляет 20-25% всего кислорода, поступающего в организм. Газообмен мозга в 20 раз больше газообмена покоящихся мышц. Так, нервная ткань за 10 с способна использовать весь кислород, который в ней содержится. У молодых животных нервная система потребляет 40-50% кислорода, поступившего в организм, причем 80% расходуют нейроны. Больше всего кислорода поглощает сетчатка глаза крыс (470 мм3 на 1 г сухой массы), меньше - кора больших полушарий (185 мм3), симпатические узлы (112 мм3) и нервные стволы (11-33 мм3). При возбуждении потребление кислорода нервной тканью возрастает примерно на 50%.

Обмен углеводов. Основной источник химической энергии для нервной ткани - глюкоза. Нервная ткань вдвое больше потребляет глюкозы, чем мышечная, и втрое больше, чем почки. Предполагается, что глюкоза, прежде чем используется клетками нервной системы, проходит стадию биосинтеза гликогена. Гликоген может расщепляться гидролитическим и фосфоролитическим путями. В головном мозгу преобладает первый путь.

Серое вещество мозга вчетверо больше потребляет глюкозы, чем белое. Химическая энергия, заключенная в глюкозе, освобождается анаэробным и аэробным

404

путями. Около 85% глюкозы окисляется до CO2 и H2O.

Обмен углеводов в нервной ткани зависит от обеспечения ее витамином B1 - его пирофосфат является коферментом пируватдекарбоксилазы, превращающей пировиноградную кислоту в ацетил-КоА (см. с. 259).

Обмен белков. Для белков характерна высокая степень метаболизма. Так, за время превращения нейробласта в нейрон содержание белка в клетке

возрастает более чем в 2000 раз. Период полужизни молекул белков составляет 2,8-15,2 сут. Обмен белков быстрее происходит в сером веществе мозга, медленнее -в белом, медленно - в периферических нервах. Интенсивность обмена белков в нервных клетках в 53-70 раз большая, чем в глиоцитах. Глиоциты составляют около 40% объема мозга. В центральной нервной системе млекопитающих содержится около 140 млрд глиоцитов.

Нервная ткань богата аминокислотами. Так, если в крови в среднем содержится аминокислот 0,064 г/л, то в тканях мозга - 0,36 г на 1 кг. Среди них особое место принадлежит глутаминовой кислоте, из которой образуется глутамин и далее после транспортировки в печень - мочевина. На его долю приходится 80% аминного азота. Часть кислоты декарбоксилируется, образуется γ-аминомасляная кислота, которая через янтарный полуальдегид превращается в янтарную кислоту. Она включается в цикл трикарбоновых кислот, что приводит к образованию макроэргических соединений, CO2 и H2O.

Глутаминовая кислота под влиянием ГДГ может дезаминироваться и превращаться в α-кетоглутаровую кислоту:

α-Кетоглутаровая кислота идет в цикл трикарбоновых кислот. Аммиак - на образование глутамина, а затем - на синтез мочевины в печени. Некоторое количество мочевины может синтезироваться в нервной ткани и другими путями.

405

В нервной ткани образуются некоторые аминокислоты: глутаминовая, аспарагиновая, аланин, серин, цистин, глицин и аргинин.

Обмен липидов. В тканях головного мозга превращения жиров не имеют существенного значения. Здесь синтезируется холестерин из ацетил-КоА. Количество холестерина возрастает при абсцессах мозга, менингоэнцефалитах и др. Состав липидов нервной ткани сравнительно стабилен. Так, если в тканях печени в течение суток обновляется 50% всех жирных кислот, то в нервной системе за неделю обновляется лишь 20%.

Быстрее всего обновляются фосфатиды, особенно инозитфосфатиды. При возбуждении в нервной ткани задерживается холестерин и выделяется в кровеносное русло лецитин.

Химизм передачи нервного импульса. Нервная система выполняет ряд специфических функций: восприятие и передачу информации об изменениях внешней и внутренней среды в соответствующие центры, переработку этой информации, передачу эффекторных импульсов к исполнительным органам и

тканям, регуляцию деятельности последних и др. Механизм передачи нервных импульсов - электрический, химический и смешанного типа.

Нервная система состоит из нейронов, нейрон - из тела нервной клетки, аксона (аксонов), дендритов и нервных окончаний (см. рис. 48). Нейрон имеет наружную плазматическую мембрану. Согласно ионной теории передачи нервного импульса внутренняя поверхность мембраны во время покоя заряжена отрицательно, наружная - положительно (рис. 49). Эти заряды возникают в результате функционирования

Рис. 49. Ионный механизм

передачи нервного импульса: а - мембрана нейрона в состоянии покоя; б - мембрана нейрона при возбуждении

406

натрий-калиевого насоса. В нейроне ионов K+ содержится в 30 раз больше, чем во внеклеточном пространстве. Величина потенциала покоя в аксоне достигает 60-70 мВ. Под влиянием различных факторов нейрон возбуждается, изменяется проницаемость мембраны и ионы Na+ устремляются в клетку.

Внутренняя часть мембраны приобретает положительный заряд, наружная - отрицательный. Возникает потенциал действия. Нервный импульс с помощью нервных окончаний передается на соответствующий объект. После прекращения раздражения в нейроне восстанавливается динамическое равновесие между содержанием ионов K+ и Na+, так как натрий-калиевый насос удаляет избыток ионов Na+ из клетки.

Согласно химической теории, нервный импульс от нейрона к нейрону или на соответствующий орган передается с помощью специальных веществ - медиаторов. В передаче импульсов участвуют нервные окончания, входящие в состав синапса. Число синапсов на отдельных нейронах велико - до 10-20 тыс. и больше. Синапс состоит из пресинаптической части (синаптического окончания нейрона), синаптической щели и постсинаптической части.

Медиаторы синтезируются в теле нервной клетки и ее отростках, связываются с белками и накапливаются в виде синаптических пузырьков. Под влиянием раздражителя пресинаптическая мембрана деполяризуется, увеличивается ее проницаемость к ионам Ca2+ - они проникают в пресинаптические окончания и вызывают расщепление комплекса белок - медиатор. Медиатор диффундирует через поры мембраны в синаптическую щель, взаимодействует с рецепторами постсинаптической мембраны и вызывает потенциал действия.

Функциями медиаторов обладают ацетилхолин, катехоламины, серотонин,

биологического действия инактивируется переаминированием с α- кетоглутаровой кислотой.

Связь между отдельными группами нейронов мозга осуществляется и с помощью опиоидных пептидов - эндорфинов и энкефалинов, которые являются нейромедиаторами и нейромодуляторами.

Связь между функциональным состоянием головного мозга и процессами обмена веществ в организме. Нервная система оказывает регулирующее действие на реакции обмена веществ. При возбуждении отдельных центров нервной системы реакции обмена веществ усиливаются, в состоянии покоя устанавливается динамическое равновесие между реакциями анаболизма и катаболизма, а при торможении реакции обмена веществ замедляются.

Ликвор (спинномозговая жидкость) циркулирует в полости желудочков головного мозга, спинномозгового канала и субарахноидальном пространстве головного и спинного мозга. Он предохраняет мозг от вредных внешних воздействий, участвует в регуляции внутричерепного давления и отдельных сторон тканевого обмена в нервной системе. Количество ликвора у лошади и крупного рогатого скота достигает 300-320 мл, у овец и коз - 15-20, у кроликов - 0,8-1,5 мл. Плотность ликвора - 1,007-1,009, рН 7,4-7,8. По химическому составу ликвор сходен с сывороткой крови. Так, он содержит белки и другие азотистые вещества, углеводы, хлорид-ионы, К+ и Ca2+. Химический состав ликвора изменяется при нервных болезнях. В клинике проводится пункция ликвора и введение некоторых лекарственных веществ в ликвор для облегчения их контакта с нейронами.

409

Контрольные вопросы

1.Какие особенности химического состава нервной ткани вы знаете?

2.Чем отличается обмен веществ в нервной системе?

3.Каков химизм передачи нервного возбуждения? Напишите формулы известных вам медиаторов.

410

404 :: 405 :: 406 :: 407 :: 408 :: 409 :: 410 :: Содержание

410 :: 411 :: Содержание

ГЛАВА 2

БИОХИМИЯ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ

Общая характеристика мышечной ткани

Мышечная ткань составляет более 40% общей массы животного. Различают три основных типа мышечной ткани: поперечнополосатую, сердечную и гладкую. Основной функцией мышечной ткани является сокращение и расслабление. Структурная и функциональная единица мышечной ткани - мышечное волокно. Мышечные волокна, объединяясь, образуют мышечные пучки, последние - индивидуальные мышцы. С деятельностью мышц связаны все основные физиологические отправления организма - движение, дыхание, пищеварение, кровообращение, выделение, размножение и др.

Каждое волокно окружено оболочкой - сарколеммой, в которой располагаются нервные окончания. Под сарколеммой находится саркоплазма, где сосредоточены саркоплазматическая сеть, митохондрии, рибосомы, лизосомы, миофибриллы и др. Сарколемма имеет белково-липидную природу. Она регулирует проникновение различных веществ в симпласт и из него в межклеточное пространство, а также выполняет роль диэлектрика, изолируя два "ионных бассейна": внутри симпласта и вне его.

Сократительный компонент мышечного волокна - миофибриллы - размещаются в саркоплазме равномерно или в виде скоплений. Основой каждой миофибриллы являются протофибриллы - белковые нити двух типов: толстые и тонкие (рис. 50). Толстые протофибриллы состоят главным образом из белка миозина, имеют длину около 1500 нм и диаметр 10-15 нм. Тонкие протофибриллы - в основном из белка актина, имеют длину 1000-1100 нм и диаметр 5-8 нм. Тонкие протофибриллы прикрепляются к сложному переплетению белковых нитей в миофибрилле - полоске Z. Участок

410

Рис. 50. Ультраструктура миофибриллы в

оптическом (а) и электронном (б) микроскопах:1 - полоска M; 2 - полоска Z; 3 - диск H; 4 - диск А; 5 - диск I; 6 - толстая протофибрилла; 7 - тонкая протофибрилла; 8 - субдиск H; 9 - мостики

миофибриллы между двумя полосками Z называют саркомером. Каждая миофибрилла имеет несколько сот таких саркомеров. Каждый саркомер состоит из двух участков - дисков с неодинаковой оптической плотностью: темных А (анизотропных) и светлых I (изотропных). Центральная зона диска А, лишенная тонких протофибрилл, называется субдиском H. В центре субдиска H есть полоска M, образованная сплетением коротких белковых М-нитей. В гладких мышечных волокнах протофибриллы не объединены в миофибриллы и диффузно заполняют все пространство саркоплазмы:

411

410 :: 411 :: Содержание

411 :: 412 :: 413 :: 414 :: 415 :: Содержание

Химический состав скелетных мышц

В скелетных мышцах теплокровных животных содержится 72-80% воды и 20-28% сухого остатка. Сухой остаток в основном состоит из белков. При утомлении содержание воды в мышцах достигает 80-83%, так как ее отток затруднен.

411

Белки мышечной ткани. Белки делятся на три группы: саркоплазмы, миофибрилл и мышечной стромы.

К белкам саркоплазмы относятся миоген, миоглобин, глобулин X и миоальбумин.

М и о г е н представляет собой гетерогенную фракцию белков мышц, составляет в среднем около 30% их общей массы. Состоит из миогена А и миогена В. Миоген А обладает свойствами фермента альдолазы. Миоген В ферментативно неактивен.

М и о г л о б и н - красный дыхательный пигмент мышечной ткани, осуществляет перенос кислорода к окислительным системам клеток. В мышцах содержится около 2% миоглобина в пересчете на сухой остаток. У морских животных его содержание может достигать 20%. Молекула миоглобина состоит из одной полипептидной цепи, содержащей 153 остатка аминокислот (см. рис. 20). Молекулярная масса белка составляет 17 тыс. Активной частью молекулы миоглобина является гем. Миоглобин с кислородом образует оксимиоглобин. У человека и наземных позвоночных с миоглобином связывается около 14% всего кислорода.

Г л о б у л и н X - гетерогенный белок, который остается в мышечной ткани после выделения миогеновой фракции. По химическим свойствам напоминает глобулины. Обладает ферментативными свойствами. Составляет в среднем 20% общего количества белков ткани.

Миоальбумин по химическим свойствам сходен с альбуминами крови. Им богаты мышцы эмбрионов и гладкие мышцы.

К белкам миофибрилл относятся миозин, актин, актомиозин и тропомиозин.

М и о з и н составляет около 40% всех белков мышечного волокна. По химической природе - глобулин. Молекулярная масса достигает 500 тыс. Молекула миозина состоит из 5 тыс. остатков 18 аминокислот. Обладает АТФазной активностью, что дает возможность энергию АТФ превращать в механическую работу мышечного сокращения. АТФ влияет на физические свойства миозиновых нитей. Миозин обладает свойствами АМФ-

карнитин и ансерин, пуриновые и пиримидиновые соединения, полипептиды и аминокислоты и другие азотистые вещества. Большинство этих веществ находятся в фосфорилированном состоянии, составляя кислоторастворимую и кислотонерастворимую фракции.

К р е а т и н и к р е а т и н и н. Азот креатина составляет около 60% небелкового азота мышц. Его содержание в мышцах колеблется в пределах 0,2- 0,6%. Больше 50% креатина находится в виде креатинфосфата (КрФ) или фосфагена. Креатин образуется из трех аминокислот: глицина, аргинина и метионина. Так, в почках из глицина и аргинина под влиянием соответствующих ферментных систем образуется гуанидин-уксусная кислота, а из нее и метионина в тканях печени возникает креатин.

Креатин с током крови поступает в мышечную ткань, где фосфорилируется под влиянием фермента креатинкиназы.

КрФ является временным депо фосфора и энергии для биосинтеза АТФ. При расходовании АТФ в мышцах происходит регенерация АТФ за счет КрФ.

В мышечной ткани креатина содержится 3-7 мг%. Избыток его выделяется из организма с мочой.

414

К а р н о з и н , а н с е р и н и к а р н и т и н .В мышцах млекопитающих (в расчете на сырую массу) содержится 0,2-0,3% карнозина, 0,09-0,15% ансерина и 0,02-0,5% карнитина.

П у р и н о в ы е в е щ е с т в а. В мышечной ткани содержатся АМФ, АДФ,

АТФ, НАД, НАДФ, ГТФ, УТФ, ИТФ и др.

А м и н о к и с л о т ы . Мышечная ткань богата глутаминовой кислотой и глутамином, составляющими около 75% всех аминокислот и их амидов. Связанный аммиак в виде глутамина используется тканью для аминирования пуриновых и пиримидиновых оснований, карбоновых кислот, а его избыток с током крови поступает в печень, где из него синтезируется мочевина.

Ткань содержит мочевину, спермин, таурин, гипоксантин, инозитовую и мочевую кислоты, ксантин, тиамин и др.

Безазотистые экстрактивные вещества представляют собой прежде всего гликоген (3-4%) и продукты анаэробного и аэробного обмена углеводов: молочная кислота, гексозофосфаты, глюкоза, янтарная кислота, витамин С, инозит и др.

Минеральные вещества мышечной ткани. После сжигания мышечной ткани образуется зола (1-1,5% общей массы). Мышечная ткань богата ионами K+, Na+. Ионы Ca2+ и Mg2+ в основном сконцентрированы внутри мышечных волокон. Ионы Fe3+ входят в состав миоглобина. Мышечная ткань содержит ионы Co2+, B3+, Hg2+, Cl-, свободный и связанный фосфор.

Особенности химического состава сердечной и гладкой мышц. Эти мышцы содержат те же вещества, что и поперечнополосатые: воду (78-79%) и плотный остаток. Плотный остаток на 80% состоит из белков. Сердечная мышца вдвое беднее креатином и АТФ, имеет более стабильное содержание гликогена, несколько больше фосфатидов, глутаминовой кислоты и глутамина.

Гладкие мышцы содержат около 75% воды. Основой сухого остатка являются белки. В них много актомиозина, креатина, АТФ, есть следы ансерина и карнозина, беднее фосфатидами, богаче холестерином, тропомиозином, миоальбумином и белками стромы.

415

411 :: 412 :: 413 :: 414 :: 415 :: Содержание

416 :: 417 :: 418 :: 419 :: Содержание

Обмен веществ в мышечной ткани

Мышечная ткань характеризуется высокой степенью метаболизма. Источник энергии - реакции анаэробного гликогенолиза и цикла трикарбоновых кислот. Во время работы в ткани резко возрастает содержание молочной кислоты, уменьшается содержание гликогена, макроэргических соединений и др. При этом накапливаются многие продукты обмена, некоторые из них - ядовиты.

Химизм мышечного сокращения. Обмен веществ в ткани регулируется нервной системой. Сокращение мышцы начинается сокращением отдельных мышечных волокон. Каждое мышечное волокно имеет нервное окончание мотонейрона. Оно вместе с контактирующей частью мышечного волокна образует моторную бляшку - синапс. Пресинаптической мембраной служит цитомембрана нервного окончания, постсинаптической - сарколемма, образующая впячивание.

Под влиянием нервного импульса из пор Пресинаптической мембраны выделяется ацетилхолин. Он поступает в синаптическую щель, где взаимодействует с холинорецепторами цитомембраны мышечного волокна. Комплекс миоген - К+ распадается на миоген и ионы K+. Повышается проницаемость сарколеммы для ионов Na+ и K+, что приводит к ее деполяризации и возникновению постсинаптического потенциала. Появляется волна возбуждения, которая охватывает все волокно, его сарколемму, саркоплазму и миофибриллы.

Во время прохождения нервного импульса из структур саркоплазматической сети мышечного волокна в гиалоплазму выделяются ионы Ca2+, которые и активируют АТФ-азную функцию миозина. Молекула миозина до возбуждения связывает некоторое количество АТФ. При возбуждении происходит реакция:

Миозин-АТФ → Миозин+АТФ.

В дальнейшем миозин фосфорилируется с участием АТФ-азной части его молекулы. В булавовидных расширениях миозиновых протофибрилл возникает макроэргическая связь:

АТФ+Миозин → АДФ+Миозин~Фосфат.

416

Фосфорилированный миозин связывается с актином:

Миозин~Фосфат+Актин → Фосфат+Актин-Миозин (актомиозин).

Энергия макроэргической связи используется мышцей для работы, а комплекс актин - миозин расщепляется до исходных веществ:

Актин-Миозин+Н2О → Актин+Миозин.

Тонкие актиновые нити обеих половин саркомера проникают между толстыми миозиновыми нитями, что приводит к укорачиванию саркомера, миофибрилл, мышечного волокна, пучков мышечных волокон и мышцы в целом (цвет. табл. VII). Скольжение тонких актиновых нитей вдоль толстых миозиновых обеспечивается перемещением поперечных мостиков частицы миозина по углублениям тонких нитей, как движение цепи с помощью зубчатого колеса (рис. 51).

Мышечная ткань имеет небольшие запасы АТФ, которые быстро расходуются. Реакции гликолиза (гликогенолиза) и клеточного дыхания приводят к восстановлению запаса АТФ в мышечной ткани. Так, при гликолизе из одной молекулы глюкозы получаются две молекулы АТФ:

Если источником глюкозы является гликоген, то при гликогенолизе из одной молекулы глюкозы образуются три молекулы АТФ. 80-85% молочной кислоты идет на ресинтез гликогена, остальная часть

Рис. 51. Схема контакта между

актином и миозином (по Г. Хаксли)

417

является источником энергии в цикле трикарбоновых кислот. Из суммарного уравнения клеточного дыхания видно:

Постоянное содержание АТФ в мышечной ткани связано с образованием и расщеплением креатинфосфорной кислоты (КрФ). Так, при избытке в ткани АТФ она под влиянием креатинкиназы взаимодействует с креатином (Kp):

При недостатке АТФ, например в работающей мышечной ткани, осуществляется регенерация АТФ:

Часть АТФ синтезируется из 1,3-дифосфоглицериновой и фосфопировиноградной кислот.

Некоторые данные по биохимии расслабления мышц. Основной функцией мышц является их сокращение и расслабление. После сокращения комплекс актин -миозин расщепляется до актина и миозина. Саркомер и миофибрилла восстанавливаются до исходного состояния. В гиалоплазме мышечного волокна резко уменьшается содержание ионов Ca2+. Тормозится деятельность миозиновой АТФ-азы. Мышечное волокно восстанавливает прежние запасы АТФ и КрФ.

Биохимические процессы в мышцах при тренировке и утомлении. При интенсивной работе мышц расходуются гликоген, глюкоза, АТФ. Затрудняется доступ веществ, необходимых для физиологической регенерации. Замедляется клеточное дыхание, накапливаются молочная кислота, аммиак, производные пурина и другие продукты обмена. Нарушается ритм нейрогуморальной регуляции. Наступает утомление мышц.

Тренированный организм обладает большей работоспособностью. При тренировке в ткани улучшаются кровообращение и газообмен, биосинтез белков и фосфатидов, гликогена и макроэргов, интенсивнее удаляются конечные продукты обмена веществ, совершенствуется деятельность различных ферментов,

418

уменьшается содержание жира. Тренированные животные медленнее утомляются, быстрее восстанавливают работоспособность и лучше переносят большие функциональные нагрузки. Эффективность тренировки зависит от полноценности рациона.

Особенности обмена веществ в сердечной мышце. Сердечная мышца функционирует непрерывно. От скелетных мышц отличается структурой мышечных волокон, ритмом работы и некоторыми сторонами обмена веществ. Миокард взрослого человека за одно сокращение направляет в аорту 60 мл крови, за 1 мин - 5 л, за 1 ч - 3 ц, за сутки - 7,2 т. Миокард беден гликолитическими ферментами, АТФ и КрФ. Для сердечной мышцы характерен аэробный путь расщепления углеводов. Она богата миоглобином, что обеспечивает большой запас кислорода. Окислительные процессы протекают в митохондриях мышечных волокон. Часть энергии в виде АТФ сердечная мышца получает вследствие окисления жирных кислот и оксикислот, а также реакций пентозного пути.

Биохимические изменения в мышцах при патологии. Химическая статика и динамика ткани нарушаются при многих заболеваниях общего и местного характера: прогрессивной мышечной атрофии, полиомиелите, костно-

суставных поражениях, авитаминозах и генетических болезнях и пр. В мышечной ткани уменьшается содержание белков, гликогена, АТФ, возрастает содержание коллагена, происходит переход некоторых ферментов в плазму крови. Это явление используется при диагностике и прогнозе болезней, например, при диагностике инфаркта миокарда изучается спектр изоферментов ЛДГ.

419

416 :: 417 :: 418 :: 419 :: Содержание

419 :: 420 :: Содержание

Окоченение мышц

После смерти прекращается кровообращение и мышечная ткань лишается питательных веществ. Замедляется, а затем прекращается удаление продуктов распада, реакция среды становится кислой, мышцы затвердевают и укорачиваются. Развивается трупное окоченение - посмертное затвердевание мышц и связанная с ним неподвижность суставов. Оно может наступить через несколько минут или часов после

419

клинической смерти. Его скорость зависит от наличия в ткани гликогена, молочной кислоты, рН и окружающей температуры. В ткани резко уменьшаются запасы гликогена, АТФ, КрФ, глюкозы и др. Вскоре они исчезают совсем. Возрастает содержание молочной кислоты и фосфатов, происходит коагуляция белков и увеличивается кислотность. Эти процессы быстрее наступают в скелетных, медленнее - в гладких мышцах. Через некоторое время окоченение мышц прекращается и они снова становятся мягкими.

Контрольные вопросы

1.Охарактеризуйте химический состав скелетной, сердечной и гладкой

мышц.

2.Составьте схему (с химизмом реакций) мышечного сокращения.

3.Какие биохимические нарушения лежат в основе известных вам заболеваний мышечной системы?

420

419 :: 420 :: Содержание

420 :: 421 :: 422 :: Содержание

ГЛАВА 3

БИОХИМИЯ КРОВИ

Физико-химические свойства крови

Кровь - это биологическая жидкость, обеспечивающая органы и ткани питательными веществами и кислородом. Вместе с лимфой она образует систему циркулирующих жидкостей в организме, которая осуществляет связь между химическими превращениями веществ в различных органах и тканях.

Кровь в организме выполняет ряд жизненно важных функций: питательную, дыхательную, выделительную, защитную, регуляторную, поддержания водного равновесия в тканях, регуляции температуры тела, механическую и др.

Количество крови у млекопитающих и птиц составляет 8-15% массы, у взрослого человека - 1/13 (5-6 л).

Кровь состоит из жидкой части - плазмы и форменных элементов - эритроцитов (от них зависит цвет крови), лейкоцитов, тромбоцитов. Плазма крови, лишенная белка фибриногена, называется сывороткой крови.

Плотность крови равна 1,050-1,060, осмотическое давление - 686,8-737,3 Па. Осмотическое давление

420

крови на 75% зависит от содержания в ней минеральных веществ. Осмотическое давление, обусловленное наличием в крови белков и других коллоидов,

называют онкотическим давлением.

Вязкость крови животных в 4,5-6 раз больше, чем у воды, сыворотки крови - в 1,5-2 раза. Она возрастает при многих болезнях, недостатке воды, тяжелой работе и т. д.

Поверхностное натяжение сыворотки крови колеблется в пределах 55-75 ·10-3 Н/м (у лошади -73,5 ·10-3 Н/м, коровы - 70,2-10-3 Н/м). Уменьшается при заболеваниях печени, почек и других органов, возрастает при некоторых отравлениях.

Кровь имеет слабощелочную реакцию. Ее рН колеблется в очень узких пределах. Так, у лошади рН крови равен 7,2-7,6; у коровы - 7,36-7,50; у овцы - 7,4-7,58; у козы - 7,4-7,58; у свиньи - 7,85-7,95. В эмбриональный период рН крови близок к 6, в последние дни эмбриогенеза он равен 6,5-6,8, в первые дни постнатальной жизни - 7,0. Постоянство рН крови тонко регулируется

избыток удаляется почками, а вода выделяется обычным путем: через кожу, почки, легкие.

422

420 :: 421 :: 422 :: Содержание

422 :: 423 :: 424 :: 425 :: 426 :: 427 :: 428 :: 429 :: 430 :: Содержание

Химический состав крови

А. Химический состав плазмы крови

Кровь характеризуется постоянством химического состава. Плазма крови составляет 55-60% общего объема крови и на 90% состоит из воды. Сухой остаток составляют органические (9%) и минеральные (1%) вещества. Основой органических веществ являются белки, большинство которых синтезируется в печени.

422

Белки плазмы крови. Общее содержание белков млекопитающих колеблется в пределах 6-8%. Известно около 100 белковых компонентов плазмы. Условно их можно разделить на три группы: альбумины, глобулины ж фибриноген. Белки плазмы, которые остались после удаления фибриногена,

называют сывороточными белками крови (табл. 9).

Соотношение между содержанием альбуминов и глобулинов определяется альбуминово-глобулиновым коэффициентом - А/Г. У лошади в норме А/Г равен 0,6, у крупного рогатого скота - 0,7-1, у овцы - 0,7-0,9, у свиньи - 0,7-1. А/Г изменяется в онтогенезе, при интенсивной работе и при патологии.

Альбумины участвуют в транспортировании многих веществ: углеводов, жирных кислот, витаминов, неорганических ионов, билирубина и др. Они также обусловливают около 80% онкотического давления, участвуют в регуляции рН, водного и минерального обменов.

Глобулины сыворотки крови делятся на три фракции: α-, β-, γ-глобулины. Каждая фракция, в свою очередь, делится на подфракции (рис. 52). Разделение основано на их различной электрофоретической подвижности. Глобулины сыворотки крови выполняют ряд жизненно важных функций. Так, α- и β- глобулины участвуют в траспортировании к клеткам нерастворимых в воде липидов, стероидных гормонов, витаминов A, D, E и К. Они связывают свыше 2/3 холестерина крови. В состав α-глобулинов входят некоторые ферменты, мукопротеины, протромбин и др. Фракция β-глобулинов включает трансферрины, антигемофильный глобулин и др.

γ-Глобулины - белковая фракция сыворотки крови, обладающая наименьшей электрофоретической

9. Содержание белков в сыворотке крови животных, %

423

подвижностью. γ-Глобулины содержат специфические белки - антитела. Имеют невысокую молекулярную массу (160-300 тыс), их изоэлектрические точки находятся в пределах рН 6,8-7,3. По химической природе антитела можно отнести к гликопротеидам. Антитела появляются в крови в первые дни постнатальной жизни. По иммунологическому действию могут быть лизинами (растворять чужеродные клетки), антитоксинами (нейтрализовывать токсины), агглютининами (связывать чужеродные белки), преципитинами (образовывать осадки с антигенами) и др. Содержание антител возрастает при многих инфекционных и инвазионных заболеваниях. γ-Глобулины, полученные из сыворотки здоровых или иммунизированных животных, применяют с профилактической и лечебной целями. К γ-глобулинам иногда относят комплекс пропердин, способный уничтожать вирусы и бактерии.

Рис. 52. Электрофоретическое разделение сыворотки крови на

фракции и подфракции

Кроме рассмотренных белков, в состав плазмы и сыворотки крови входят свыше 50 ферментов, белковые гормоны и др.

Биосинтез альбуминов в основном протекает в тканях печени. Большинство γ-глобулинов образуется в лимфоидных и плазматических клетках ретикулоэндотелиальной системы, особенно в селезенке, лимфоузлах и костном мозгу. Часть α- и β-глобулинов синтезируется в печени, часть - в клетках ретикулоэндотелиальной системы.

Небелковые азотистые вещества плазмы и сыворотки крови. Эти вещества называют остаточным азотом. Их содержание в плазме и сыворотке крови составляет 0,02-0,06%, возрастает при тяжелой работе, заболеваниях почек, профузных кровотечениях, инфекционных болезнях и др. В состав остаточного азота входят мочевина, аминокислоты, эрготионеин, мочевая кислота, креатин и др. Остаточный азот содержит также полипептиды, образующие кининовую систему, которая

424

регулирует кровоток, проницаемость стенок сосудов и свертываемость крови.

Безазотистые вещества плазмы и сыворотки крови. К этой группе веществ относятся многие органические соединения.

У г л е в о д ы . В плазме крови содержатся глюкоза, фруктоза, гликоген, глюкозамин, фосфаты моноз и другие продукты промежуточного обмена углеводов. Основа углеводов представлена глюкозой. Ее содержание выражается в микромолях. Вместе в глюкозой при этом определяются "примеси" - фруктоза, галактоза, манноза.

Глюкоза и другие монозы в плазме крови находятся в свободной и связанном с белками состоянии. Содержание связанной глюкозы достигает 4050% общего содержания углеводов.

Среди продуктов промежуточного обмена углеводов выделяется молочная кислота, содержание которой в плазме крови резко возрастает после тяжелой физической нагрузки (например, у лошади с 0,01 до 0,1%).

Содержание глюкозы в плазме крови может изменяться при многих патологических состояниях. Явление гипергликемии характерно для сахарного диабета, гипертиреоза, шока, наркоза, лихорадочных заболеваний. Гипогликемия возникает при голодании, избыточном поступлении в кровь инсулина и др.

Л и п и д ы . В плазме крови содержится до 0,7% и больше липидов. Липиды находятся в свободном и связанном с белками состоянии. Содержание общих липидов у животных различных видов колеблется в широких пределах, например, у коровы - 0,8%, у кролика - 0,24%. В плазме крови лактирующих коров содержится 0,16% холестеридов, 0,02 - холестерина, 0,15 - фосфюлипидов и 0,03% триглицеридов.

Содержание липидов в плазме крови изменяется при патологии. Так, при туберкулезе оно достигает 3-10%.

А ц е т о н о в ы е т е л а. Содержание в плазме крови крупного рогатого скота ацетоновых тел (β-оксимасляной и ацетоуксусной кислот, ацетона) колеблется от 0,001 до 0,005%. Оно возрастает при кетозах, родильном парезе, сахарном диабете, гепатитах и других болезнях. Возникают ацетонемия, токсикозы, ацетонурия.

425

10. Содержание химических элементов в сыворотке крови животных, мг на

100 г (по П. А. Коржуеву)

провитамины и витамины (каротин, ретинол, витамин С и др.).

Минеральные вещества плазмы и сыворотки крови. В крови содержатся различные минеральные вещества. Их биологическое значение разнообразно. Они участвуют в поддержании осмотического давления и постоянства рН среды, служат активаторами и ингибиторами ферментов, являются строительным материалом для органов и тканей, участвуют в защитных реакциях организма. Так, кальций участвует в процессах свертывания крови, магний является составной частью пропердиновой системы.

Содержание отдельных минеральных веществ изменяется в зависимости от зоны обитания, состава кормов, возраста, вида животного (табл. 10), уровня продуктивности, а также при патологии, что используется для контроля минерального питания организма животного и в ветеринарной диагностике.

Б. Химический состав форменных элементов крови

Эритроциты. Эритроциты составляют основную массу крови. В 1 мм3 крови лошади, например, содержится 6-10 млн эритроцитов, крупного рогатого скота - 5,5-10, овцы - 8-16, козы - 15-19, свиньи - 5,9-9 млн. Размеры эритроцитов млекопитающих составляют около 50 мкм2. Небольшие размеры эритроцитов и

426

большое их количество создают огромную поверхность, что очень важно для процессов дыхания. Образуются в красном костном мозгу. Каждый эритроцит имеет свой жизненный цикл. За это время он осуществляет около 300 тыс. оборотов в сосудистом русле. За сутки разрушается 1% эритроцитов. Средняя продолжительность жизни эритроцита в организме человека составляет 100-120 сут, у собаки - 107, у кролика и кошки - 68. Химический состав эритроцитов у различных видов животных неодинаков (табл. 11).

Эритроциты отличаются высоким содержанием фосфорных эфиров тиамина - 0,00001%. Главные функции эритроцитов - дыхательная, регуляторная

итранспортная.

Учеловека и млекопитающих они не имеют ядер, обладают ничтожно

малым клеточным дыханием и хорошо выраженным гликолизом (на 1 мл клеток в течение 1 ч образуется 300-700 мг молочной кислоты).

Основной белок эритроцитов - гемоглобин. Каждый эритроцит содержит до 280 млн молекул гемоглобина. До 97% белка сосредоточено внутри клетки. Благодаря гемоглобину эритроциты в 70 раз быстрее насыщаются кислородом, чем плазма. Кровь поэтому имеет высокую кислородную емкость. У взрослых животных в эритроцитах содержится гемоглобин А. У новорожденных в крови преобладает гемоглобин F. С возрастом его содержание в крови уменьшается и исчезает.

Биосинтез гемоглобина происходит в красном костном мозгу, частично - в печени и селезенке, причем глобин и гем синтезируются отдельно. Вначале из глицина и янтарной кислоты образуется порфобилиноген, затем - порфин и, наконец, гем. Источник для биосинтеза гема - железо ферритинов. Известно 24 формы гемоглобина, из которых 3 имеются у здоровых и 21 - у больных животных.

Кроме гемоглобина, эритроциты содержат стромин, образующий вместе с фосфатидами мембранную основу клетки, ферменты карбоангидразу, каталазу, АХЭ, пептидгидролазы и др.

Лейкоциты. Общая масса их - десятые доли процента по отношению к общему количеству форменных элементов крови. В норме содержится 4-10 тыс. лейкоцитов в 1 мм3. Лейкоциты делятся на две группы: гранулоциты (эозинофилы, базофилы, нейтрофилы) и

427

11. Химический состав эритроцитов, % (по Э. Абдергальдену)

Химическое веществоСобакаКошкаСвиньяКролик Бык Лошадь Овца Коза

12. Обмен газов крови животных, об. % (по С. И. Афонскому)

агранулоциты (лимфоциты, моноциты). Гранулоциты образуются в красном костном мозгу, лимфоциты - в лимфоузлах, селезенке и других органах, моноциты - в красном костном мозгу, селезенке и лимфоузлах. Лейкоциты в 2-3 раза крупнее эритроцитов. Время созревания гранулоцитов длится 8-10 сут, длительность пребывания в сосудах - от 10 ч до 15 сут. Лимфоциты находятся в крови 2-10 ч, затем несколько месяцев мигрируют в другие ткани, превращаясь в макрофаги и плазматические клетки, которые участвуют в иммунологических реакциях.

Химический состав лейкоцитов изучен мало из-за трудностей выделения достаточного количества клеток для химического анализа. Сухой остаток содержит белки (нуклеопротеиды, альбумины и глобулины), частично - липиды, азотистые экстрактивные вещества и минеральные соединения. Химический состав лейкоцитов (по H. Б. Черняку) следующий, мг на 109 клеток:

Для лейкоцитов характерна высокая активность ферментов, связанных с деятельностью лизосом: кислой и щелочной фосфатаз, карбоксилэстеразы, липазы, фосфолипаз А и В и др. В лейкоцитах выявлены ЦХО и цитохромпероксидаза, витамины, многие макро- и микроэлементы. Содержание всех этих веществ изменяется при патологии, особенно лейкозах.

Тромбоциты. Тромбоциты, или кровяные пластинки, участвуют в процессах свертывания крови. Образуются в красном костном мозгу. Их форма удлиненно-овальная, размер 2-5 мкм2. У млекопитающих тромбоциты не имеют ядер. Продолжительность жизни 8-11 сут.

При травмировании кровеносных сосудов происходит агрегация и агглютинация тромбоцитов, образуется пластинчатый осадок, вокруг которого выпадают нити фибрина, оседают эритроциты и лейкоциты. Тромбоциты богаты белком, липидами, они содержат также фосфатиды, холестерин, гликоген и около 11 факторов

429

свертывания крови. В сухом остатке тромбоцитов содержатся натрий, калий, кальций, магний, медь, железо и марганец. Тромбоциты отличаются высоким содержанием АТФ, высокой активностью АТФ-азы, АХЭ и др.

Газы крови. В крови содержатся кислород, углекислый газ и азот в свободном и связанном состояниях. Так, 99,5-99,7% кислорода связано с гемоглобином, 0,3-0,5% находится в свободном состоянии.

Газы крови характеризуются постоянным обменом (табл. 12).

Из таблицы 12 следует, что ткани организма из каждых 100 мл артериальной крови извлекают в среднем 5-8% O2 и отдают в кровь 6-12% CO2. Эти процессы протекают благодаря разности парциального давления p газов крови:

При уменьшении содержания кислорода в крови на 20-25% наступает кислородное голодание. Причинами могут быть горная болезнь, эмфизема легких, пери- и эндокардиты, отравление инертными, ядовитыми газами и др.

430

422 :: 423 :: 424 :: 425 :: 426 :: 427 :: 428 :: 429 :: 430 :: Содержание

Предполагается, что реакция присоединения и отщепления CO2 к Hb протекает без участия ферментов.

Во втором случае CO2 связывается натриевыми и калиевыми солями белков крови:

431

Эти реакции обратимы. Чем больше парциальное давление CO2, тем больше образуется гидрокарбонатов, и наоборот. В капиллярах легких HHbO2 вытесняет угольную кислоту из гидрокарбонатов:

Под влиянием карбоангидразы угольная кислота распадается на углекислый газ и воду. Углекислый газ удаляется из легких вместе с выдыхаемым воздухом. Участие гемоглобина в газообмене связано с его способностью удерживать рН крови на определенном уровне. Это достигается в результате обмена ионами между плазмой и эритроцитами в тканях организма и в легких (рис. 53). Мембрана эритроцитов пропускает внутрь анионы плазмы (Cl-) и почти непроницаема для катионов (Na+ и K+). Согласно уравнению Доннана, с увеличением парциального давления углекислого газа в капиллярах тканей анионы Сl- переходят в эритроциты, образуя соли с катионами K + гемоглобина.

Катионы Na+ плазмы вступают в реакцию с анионами HCO - , образуя

3

гидрокарбонаты:

Рис. 53. Роль эритроцитов в обмене газов

между тканями и легкими

432

В капиллярах легких под влиянием HbO2 реакция идет в обратном

направлении, что приводит к выделению CO2.

Артериальная кровь различных животных в среднем содержит 0,21 л/л кислорода, венозная - 0,15 л/л. Следовательно, при прохождении артериальной крови через органы и ткани в них задерживается 0,06 л/л кислорода и используется для окисления органических веществ.

Организм массой 70 кг ежесуточно потребляет в среднем 600 л O2 и выделяет 450 л CO2.

Содержание в крови HbO2 зависит от парциального давления кислорода. При его снижении уменьшается содержание HbO2 в крови, что приводит к гипоксемии. При уменьшении содержания кислорода в тканях наступает гипоксия и даже аноксия - прекращение дыхания. Часто причиной аноксии могут быть различные отравления (оксидами азота, мышьяковистыми соединениями, угарным газом и др.), что приводит к образованию стойких форм производных гемоглобина - метгемоглобина или карбоксигемоглобина.

433

430 :: 431 :: 432 :: 433 :: Содержание

433 :: 434 :: Содержание

Свертывание крови

Защитная реакция организма, предохраняющая его от кровопотерь при ранении кровеносных сосудов, проявляется в свертывании крови. При этом образуется эластический сгусток, который закрывает просвет сосуда, и прекращается кровотечение. Скорость свертывания крови уменьшается при понижении температуры. Так, у коровы при 25°C кровь свертывается через 6,6- 10 мин, при 10° С - через 20 мин.

Номенклатура факторов свертывания крови. В процессе свертывания крови принимают участие плазменные и тромбоцитарные факторы. Плазменные факторы обозначаются римскими цифрами:

433

Тромбоцитарные факторы обозначаются арабскими цифрами:

фактор 1 - вещество, превращающее протромбин в тромбин, по химической природе близкое к фактору V;

фактор 2 - вещество, ускоряющее превращение фибриногена в фибрин в присутствии тромбина;

фактор 3 - имеет фосфолипидную природу и обладает тромбопластической активностью;

фактор 4 - выделен как фракция фактора 3, обладает антигепариновой активностью. В процессе участвуют вещества типа антифибринолизина, фибриназы, ретрактоэнзим (тромбостенин) и некоторые другие агенты (например, гепарин).

434

433 :: 434 :: Содержание

434 :: 435 :: 436 :: 437 :: Содержание

Химическая природа основных факторов свертывания крови

Ф и б р и н о г е н - белок плазмы крови. Относится к глобулинам. Молекулярная масса - 340-400 тыс. Синтезируется в печени. Содержание в плазме - 4-7,5 г/л. Под влиянием тромбина превращается в фибрин. Препараты фибрина применяют как кровоостанавливающее средство в виде гемостатической губки и пленки.

П р о т р о м б и н - белок плазмы крови, глюкопротеид. Молекулярная масса протромбина лошади - 130 тыс., быка - 68 500. Предшественник тромбина. Синтезируется в печени при наличии витамина К. Превращается в тромбин под влиянием тромбопластина. Молекула тромбина состоит из двух полипептидных цепей: А и Б. В Б-цепи локализирован активный центр и размещена углеводная часть. Кроме превращения фибриногена в фибрин, фермент осуществляет сжатие (ретракцию) кровяного сгустка.

Т р о м б о п л а с т и н - белково-липидный комплекс, вызывающий превращение протромбина в тромбин в присутствии ионов Ca2+. Молекулярная

434

масса - 170 тыс. В неактивном состоянии входит в состав тромбоцитов. Тромбопластином богаты клетки костного мозга, легких и селезенки. После ранения из разрушенных тромбоцитов и других клеток поступает в кровь и превращается в активную форму.

Г л о б у л и н ы , у с к о р я ю щ и е с в е р т ы в а н и е к р о в и. К ним относятся факторы свертывания крови: V, VI, VII, VIII, IX, X, XI и XII. Принадлежат к отдельным фракциям и подфракциям глобулинов. Образуются в печени и клетках ретикуло-эндотелиальной системы. Обладают высокой биологической активностью: период полураспада их молекулы составляет от 5070 ч до 4 ч.

Фактор XIII - фермент плазмы, способствующий полимеризации фибринмономеров в фибрин-полимер. Влияет на образование пептидных связей между остатками аминокислот - растворимый фибрин переходит в нерастворимый. Стабилизируется сгусток фибрина. Реакция протекает в присутствии ионов

Ca2+.

Π л а з м и н (фибринолизин, фибринокиназа) - фермент плазмы, предохраняющий организм от тромбозов. Осуществляет расщепление фибриногена и фибрина. Находится в плазме в виде профибринолизина. Молекулярная масса - 90 500. Антагонистами являются α1-, α2- и β-глобулины крови. Вместе с гепарином используется при лечении тромбозов. Ингибируется антифибринолизинами.

Г е п а р и н (антитромбин) - гликозаминогликан, построенный из остатков глюкуроновой кислоты, глюкозамина и серной кислоты. Молекулярная масса - 15-20 тыс. Замедляет свертываемость крови. Антикоагулянт.

Химизм свертывания крови. В процессе свертывания крови различают три фазы и одну послефазу (рис. 54).

П е р в а я ф а з а. При травме разрушаются тромбоциты и другие клетки. Фактор XII активируется и превращается в фактор XIIa. Под его влиянием происходит ряд последовательных реакций, в которые вовлекаются все присутствующие в крови факторы, начиная от XI до V. Возникают тромбопластины.

В т о р а я ф а з а. Под влиянием плазменного и тканевого тромбопластинов и ионов Ca2+ протромбин (фактор II) превращается в тромбин (фактор IIа).

435

Рис. 54. Схема

превращается в растворимый фибрин-мономер, затем, при действии фибринстабилизирующего фактора XIII и ионов Ca2+, - в нерастворимый фибрин-полимер. В сложно переплетенных нитях фибрина оседают форменные элементы крови. Возникает кровяной сгусток, закрывающий просвет травмированного сосуда.

П о с л е ф а з а . Образовавшийся кровяной сгусток уплотняется (ретрактирует). При этом выделяется сыворотка крови. Тромбин адсорбируется

на нитях фибрина. Тромб становится основой для регенерации стенки сосуда. К ней мигрируют соединительнотканные клетки, возникают соединительнотканные волокна, восстанавливаются эндотелий, мышечная и внешняя оболочки сосуда.

В регуляции свертывания крови участвуют двигательная область коры больших полушарий головного мозга, симпатические и парасимпатические участки вегетативной нервной системы, гипоталамус, гипофиз, корковое и мозговое вещество надпочечников, щитовидная железа, половые железы. Так, адреналин,

436

кортизон, соматотропин, вазопрессин, оцитоцин, тестостерон, прогестерон и некоторые другие гормоны ускоряют этот процесс, тироксин замедляет.

В клинической практике часто применяют переливание крови. Из крови готовят лечебные препараты - иммунные сыворотки, плазму, эритроцитарную и лейкоцитарную массу, фибринные губки и пленки, тромбин и др.

437

434 :: 435 :: 436 :: 437 :: Содержание

437 :: 438 :: Содержание

Лимфа

Лимфа вместе с кровью составляет систему циркулирующих жидкостей в организме, которые омывают все органы и ткани, обеспечивая доставку питательных веществ и удаление продуктов распада. Лимфа - прозрачная или слабоопалесцирующая жидкость, с приторным запахом, соленая на вкус. Во время пищеварения лимфа, оттекающая от кишок, приобретает молочный цвет из-за наличия в ней жировых капелек. Ее называют млечным соком, или

хилусом.

Плотность лимфы составляет 1,012-1,026, относительная вязкость - 1,0-1,5, рН 7,4-9, поверхностное натяжение - 1,0-1,02. Общее содержание лимфы достигает уровня содержания крови. Химический состав лимфы и плазмы крови сходен (табл. 13).

13. Химический состав лимфы и плазмы крови, мг на 100 г(по Д. Л.

Фердману)

П р и м е ч а н и е . Содержание воды и белков приводится в процентах.

437

В общий белок лимфы крупного рогатого скота входят альбумины, α-, β-, γ- глобулины. Фибриногена в лимфе в 4-5 раз меньше, чем в крови. Остаточного азота всего лишь 0,03%. Лимфа богата лейкоцитами. Так, в лимфе крупного рогатого скота содержится в среднем 7100 лейкоцитов на 1 мм 3. Из них лимфоциты составляют 86 %; моноциты - 5,1; нейтрофилы - 1,2; эозинофилы - 2,5; переходные элементы - 0,3; неопределенные - 2,9%. Состав лимфы изменяется при патологии.

Контрольные вопросы

1.Охарактеризуйте основные физико-химические свойства крови различных видов животных.

2.Каков химический состав крови (плазмы, сыворотки и форменных элементов) у различных видов животных?

3.Как происходит свертывание крови и какие вещества в нем участвуют?

4.Что общего и чем различается химический состав лимфы и

438

437 :: 438 :: Содержание

438 :: 439 :: 440 :: 441 :: Содержание

ГЛАВА 4

БИОХИМИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ

Соединительная ткань составляет более 50% общей массы животного организма. Она выполняет ряд жизненно важных функций - структурную, метаболическую, защитную и репаративную. Существует несколько типов и видов соединительной ткани. Так, различают рыхлую и плотную волокнистую неоформленную соединительную ткань, плотную оформленную волокнистую соединительную ткань и соединительную ткань со специализированными свойствами (жировую, пигментную, ретикулярную). Некоторые виды соединительной ткани имеют самостоятельное значение - кровь, костная, хрящевая ткани и др. Первые две рассматриваются в отдельных главах. Из всех типов и видов ткани наиболее распространена в организме рыхлая неоформленная соединительная ткань, содержащая все виды клеток и межклеточных структур, характерных для соединительной ткани в целом.

Соединительная ткань состоит из клеток, основного вещества, или субстанции, и волокон (коллагеновых, эластических, ретикулярных). Для клеток (фибробластов и фиброцитов, гистиоцитов и тучных) характерен хорошо развитый аппарат биосинтеза белков

438

Рис. 55. Строение

коллагенового волокна: А - схема: I -. полипептидная цепочка; II - молекулы коллагена (тропоколлаген); III - протофибриллы; IVфибрилла минимальной толщины, у которой становится видимой поперечная исчерченность; V - коллагеновое волокно; Б - спиральная структура макромолекулы коллагена (по Ричу); мелкие светлые кружки - глицин, крупные светлые кружки - пролин, заштрихованные кружки - гидроксипролин; В - коллагеновая фибрилла под электронным микроскопом (х200 000). В темных и светлых дисках видны внутренние, вторичные полосы (препарат M. H. Павловой)

439

(высокое содержание РНК, наличие ферментных систем энергетического обмена, многих синтетаз и др.). В клетки из крови и межклеточной жидкости поступают различные вещества (аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты, соли и др.). В клетках образуются оксипролин и оксилизин. Из аминокислот на рибосомах

Рис. 56. Образование межклеточного вещества: 1 - фибробласт; 2 - полипептидные цепочки; 3 - молекулы тропоколлагена; 4 - гликозаминогликаны; 5 - полимеризация молекул тропоколлагена, 6 - протофибрилла; 7 - пучок протофибрилл (коллагеновая фибрилла); 8 - молекула эластина; 9 - эластическая фибрилла (по Кристичу с изменением)

440

клеток (например, фибробластов) синтезируются полипептидные α-цепочки (рис. 55 и 56). Три такие цепочки обвивают друг друга и образуют молекулу проколлагена или тропоколлагена. Через поры наружной плазматической мембраны молекулы тропоколлагена выделяются в межклеточное пространство, участвуя в формировании основного вещества соединительной ткани. Здесь происходит их полимеризация, что приводит к образованию длинных (4-12 нм) протофибрилл. Одновременно в клетках (в комплексе Гольджи) синтезируются молекулы гликозаминогликанов, которые таким же путем выделяются в межклеточное вещество. Полимерные цепочки протофибрилл, используя энергию АТФ, с помощью водородных связей соединяются между собой и при

участии молекул гликозаминогликанов образуют пучки фибрилл (12-30 нм). Они и формируют коллагеновые волокна. Аналогично образуются и другие волокна, в частности эластические (клетками типа фибробластов, гладкомышечными) и ретикулярные (ретикулоцитами, тучными клетками, звездчатыми клетками печени). Часть секрета клеток идет на образование основного вещества соединительной ткани вместе с соединениями, которые сюда поступают с током крови. Основное вещество соединительной ткани составляет около 20% массы животного организма и в зависимости от типа и вида ткани имеет неодинаковый химический состав (костная и хрящевая ткань, дентин и др.).

441

438 :: 439 :: 440 :: 441 :: Содержание

441 :: 442 :: 443 :: Содержание

Химический состав соединительной ткани

Как и другие ткани, соединительная ткань состоит из воды и сухого остатка. В сухой остаток входят органические и минеральные вещества (табл. 14).

Из таблицы 14 видно, что главный белок ткани - коллаген. Он составляет 25-33% всех белков организма и 6% общей массы тела. Его молекулярная масса - 120 тыс. Каждая молекула состоит в среднем из 1000 аминокислотных остатков, треть из которых представлена глицином, 11 % - пролином, 3- и 4- оксипролинами, 11 % - аргинином. Коллаген здесь синтезируется фибробластами, в других типах ткани - их аналогами: в костной - остеобластами, в хрящевойхондробластами. Поэтому и волокна называют коллагеновыми,

441

14. Химический состав соединительной ткани быка (по С. И. Афонскому)