Гормоны
Гормоны биологически активные вещества, синтезируемые в незначительных количествах эндокринными железами и клетками диффузно-эндокринной системы. Гормоны осуществляют гуморальную регуляцию обмена веществ и имеют различную химическую структуру. Уникальность гормональной регуляции обусловлена соподчинённостью работы желёз внутренней секреции, ауторегуляцией выработки гормонов и агонизмом-антагонизмом их действия относительно друг друга. Существует строгая иерархия или соподчиненность гормонов Поддержание уровня гормонов в организме в большинстве случаев обеспечивает механизм отрицательной обратной связи (см. рисунок).
Согласно классификации по химическому строению различают 4 группы гормонов:
1. Гормоны производные аминокислот
адреналин, норадреналин, тироксин, трийодтиронин.
2. Пептидные гормоны
адренокортикотропный гормон (АКТГ), соматотропный гормон, тиреотропный гормон (ТТГ), лактотропный гормон (пролактин), лютеинизирующий гормон, фолликулостимулирующий гормон, меланоцитстимулирующий гормон, антидиуретический гормон (АДГ, вазопрессин), окситоцин, кальцитонин, паратгормон, инсулин, глюкагон.
3. Стероидные гормоны
кортизол, альдостерон, эстрадиол, прогестерон, тестостерон, кальцитриол.
4. Эйкозаноиды
простагландины, лейкотриены, тромбоксаны
Для проявления биологической активности гормона, обязательным условием является его взаимодействие с рецепторами. Существуют два основных механизма действия гормонов на уровне клетки: реализация эффекта через рецептор, расположенный на мембране и реализация эффекта через рецептор, расположенный внутри клетки.
Для реализации мембранного механизма важнейшую роль в клетке приобретают вторичные посредники (мессенджеры) это внутриклеточные низкомолекулярные молекулы, регулирующие скорость метаболических процессов в клетке и образующиеся в ответ на связывание гормона с мембранным рецептором (ионы Са
2+
На практике, всегда следует учитывать возможные результаты взаимодействия совместной работы гормонов.
Синергизм однонаправленное действие двух или нескольких гормонов. Например, адреналин и глюкагон активируют распад гликогена печени до глюкозы и вызывают увеличение уровня сахара в крови.
Антагонизм всегда относителен. Например, инсулин и адреналин оказывают противоположные действия на содержание глюкозы в крови. Инсулин вызывает гипогликемию, адреналин гипергликемию. Биологическое же значение этих эффектов сводится к одному улучшению углеводного питания тканей.
В медицинской практике гормональные препараты используют для лечения заболеваний желез внутренней секреции. Так, например, инсулин применяют для лечения диабета.
План описания гормона
Химическое название, классификационная характеристика (липофильный, гидрофильный и др.)
Химическое строение (химическая формула, составные части (подписать))
* для пептидных гормонов указывается пептидный (количество аминокислотных звеньев)
Особенности синтеза и секреции и биотрансформации (место синтеза, схема синтеза, регуляция синтеза и секреции, инактивация и выведение гормона)
Биохимические функции
а) механизм действия (схема или рисунок),
б) мишени и эффекты)
Описание гипофункции и гиперфункции эндокринной железы, синтезирующей данный гормон (названия заболеваний, основные симптомы)
Основные термины раздела:
Гормоны группа органических веществ различного строения (пептиды, белки, стероиды), секретируемые в кровь эндокринными железами и специализированными клетками в крайне малых количествах и оказывающие регулирующее воздействие на метаболические процессы в организме
Нейромедиатор (нейротрансмиттер) химический посредник, освобождающийся из пресинаптического нервного окончания и передающий нервный импульс в синапсе постсинаптичсскому окончанию, мышечному волокну или железе, которые эти нервы иннервируют.
Нейромедиаторы центральной нервной системы
ацетилхолин,
норадреналин,
дофамин,
серотонин,
Ɣ-аминомасляная кислота (ГАМК)
Нейромедиаторы периферической нервной системы
ацетилхолин
норадреналин
Рецептор высокомолекулярное вещество (как правило гликопротеины), специфически связывающееся с конкретным лигандом. Выделяют два класса рецепторов мембранные и ядерные.
Вопросы для самоконтроля
Перечислите функции белков.
Перечислите методы выделения и очистки белков из биообъектов.
Дайте определение понятиям: высаливание, хроматография, электрофорез, кристаллизация.
Перечислите физико-химические свойства аминокислот.
Составьте формулы аминокислот, образующихся в результате постсинтетической химической модификации (оксилизин, селеноцистеин, ɣ-карбоксиглутаминовая кислота, 3,5-дийодтирозин).
Перечислите химические реакции для открытия и определения аминокислот в гидролизатах белков.
Перечислите физико-химические свойства белков.
Дайте определение понятиям: денатурация, иозоэлектрическая точка, изоионная точка, лактамная (кетонная) форма, лактимная (енольная) форма.
Перечислите методы определения первичной структуры белков.
Опишите вторичную структуру белка.
Дать определение понятиям: протомер (мономер, субъединица), олигомер (мультимер), изофермент, комплементарность.
Назовите примеры простых белков
Приведите примеры природных пептидов.
Опишите гемопротеины.
Опишите флавопротеины.
Опишите нуклеопротеины.
Опишите липопротеины.
Перечислите фосфопротеины.
Дать определение понятиям: гликоконьюгаты, гликобиология, гликопатология, гликотерапия.
Опишите интерфероны и иммуноглобулины
Опишите трансферрин и гемосидерин.
Перечислите методы выделения нуклеиновых кислот из биообъектов.
Составьте формулы минорных нуклеотидов пуринового ряда (инозин, ксантин, гипоксантин, 7-метилгуанозин).
Перечислите минорные пиримидиновые основания.
Каковая первичная структура нуклеиновых кислот?
Какова вторичная структура нуклеиновых кислот?
Дайте определение понятию «Фермент» (энзим).
Назовите области применения ферментов.
Дать определение понятиям: холофермент, простетическая группа, апофермент, кофермент, активный центр фермента, аллостерический центр, синзимы.
Приведите примеры изоферментов.
Опишите механизм действия ферментов.
Что такое энергия активации, константа диссоциации фермент-субстратного комплекса, явление насыщения, константа Михаэлиса, уравнение Лайнуивера-Бэрка.
Перечислите основные свойства ферментов.
Что такое относительная и абсолютная специфичность ферментов?
Приведите примеры стереохимической специфичности.
Каковы типы ингибирования ферментов?
Дайте определение понятиям: индуцированный синтез ферментов, конститутивные ферменты, летальный синтез, проферменты (зимогены), ингибирование по принципу обратной связи, ретроингибирование, активация предшественником, компартментализация.
Как рассчитать удельную активность фермента, молекулярную активность фермента?
Какова международная классификация ферментов?
Перечислите основные направления медицинской энзимологии.
Дайте определение понятию «Липиды».
Какова классификация липидов?
Перечислите функции липидов.
Дайте определение понятиям: «Жирная кислота», «Высшая жирная кислота».
Приведите примеры диеновых и и триеновых жирных кислот.
Составьте формулу тетраеновой жирной кислоты.
Составьте формулу триацилглицерола (ТАГ) с остатком олеиновой, линолевой и пальмитиновой кислот.
Напишите пример формулы липида из класса «Воски».
Составьте общий план строения фосфолипидов.
Составьте общий план строения сфинголипидов.
Перечислите биологические функции глицерофосфолипидов.
Перечислите биологические функции сфингофосфолипидов.
Составьте формулу липида с остатком N-ацетилнейраминовой кислоты, дайте ему название.
Перечислите стероидные соединения. Что является признаком стероидных соединений?
Составьте формулу холестерина и дайте характеристику этому соединению.
Составьте формулу желчной кислоты и её коньюгата, объясните биологическую роль желчных кислот.
Дайте определение понятию «Витамины». Какова классификация витаминов?
Перечислите методы определения витаминов в биожидкостях.
Дайте характеристику витамину «Аскорбиновая кислота». Какими методами можно обнаружит этот витамин в биологических объектах?
Дайте характеристику витамину «Тиамин» (строение витамина а кофермента, биологические функции, признаки авитаминозов, особенности применения в медицине).
Опишите особенности химической структуры и биологические свойства рибофлавина.
Опишите особенности химической структуры и биологические свойства цианокобаламина.
Составьте описание особенностей структуры, биологической активности и признаков гипо- и авитаминоза для ретинола.
Составьте описание особенностей структуры, биологической активности и признаков гипо- и авитаминоза для кальциферола.
Составьте формулу НАД и покажите его переход из окисленной формы в восстановленную.
Составьте формулу ФАД и покажите его переход из окисленной формы в восстановленную.
Перечислите витаминоподобные соединения.
Назовите известные вам антивитамины.
Какова биологическая роль нижеперечисленных соединений: ПАБК, пангамовая кислота, инозитол, убихинон, S-метилметионин, липоевая кислот, холин
Какова классификация гормонов?
Дайте характеристику гормонов гипоталамуса.
Дайте характеристику гормонов гипофиза.
Дайте характеристику гормонов паращитовидных желез.
Дайте характеристику гормонов щитовидной железы.
Дайте характеристику гормонов поджелудочной железы.
Дайте характеристику гормонов надпочечников.
Дайте характеристику женских половых гормонов.
Дайте характеристику мужских половых гормонов.
Опишите структуру и биологические свойства простагландинов.
Опишите аденилатциклазную мессенджерную систему.
Опишите гуанилатциклазную мессенджерную систему.
Опишите Ca
2+
Опишите механизм действия на клетку адреналина.
Опишите механизм действия на клетку инсулина.
Опишите механизм действия на клетку тестостерона.
Опишите типичное проявление авитаминоза (по выбору).
Опишите типичное проявление гипофункции железы (по выбору).
Опишите типичное проявление гиперфункции железы (по выбору).
Что такое эйкозаноиды?
Объясните биологические эффекты простагландинов, лейкотриенов и тромбоксанов.
Ситуационные задачи с развёрнутым ответом
Примеры задач с решением:
1. В лаборатории из токсина змей выделен трипептид, Установлено, что он состоит из трех незаменимых аминокислот, одна из которых серосодержащая со свободной сульфгидрильной группой, другая гетероциклическая, производное индола, а третья гидроксилсодержащая. Предложите химический состав этого трипептида.
Решение: Метионин-триптофан-треонин
2. Проводя химический анализ сывороточного белка альбумина, учеными было установлено, что в составе содержится 0,58 % аминокислоты триптофан (Трп), молекулярная масса белка составляет 204 г/моль. Рассчитайте минимальную молекулярную массу белка альбумина.
Решение: Молекулярная масса альбумина = 204/ 0,0058= 35172 г/моль.
3. Известно, что фермент уреаза, расщепляющий мочевину, повышает скорость гидролиза мочевины при рН 8,0 и 20 °С в 10
14
Решение: 5 × 10
14
4. Определите класс ферментов по схемам химических реакций, напишите номер класса по международной классификации ферментов:
Ответы: а) оксидоредуктазы (1 класс); б) лиазы (4 класс); в) гидролазы (3 класс); г) трансферазы (2 класс).
5. При обследовании женщины в последний триместр беременности выяснилось, что у нее появились боли в костях. Биохимический анализ крови выявил увеличение содержания кальция, снижение концентрации фосфора и повышенную активность фермента щелочная фосфатаза. Предположите, о нарушениях какого витамина указывает данная клиническая картина? Какое лечение должен назначить женщине акушер-гинеколог? Профилактику какой патологии должен проводить (особенно тщательно) педиатр у ребенка этой женщины после родов?
Решение: описан гиповитаминоз D. Врач педиатр должен проводить профилактику рахита.
6. Дайте развернутый ответ на вопрос: почему при введении гормона глюкагона гипергликемия возникает быстро и длится недолго, а при введении другого гормона кортизола она развивается через несколько часов и долго сохраняется.
Решение: Гормон глюкагон вызывает гипергликемию в результате усиления распада гликогена печени и усиления глюконеогенеза. Этот эффект глюкагона осуществляется путем запуска химической модификации (фосфорилирования) ключевых ферментов данных процессов. Кортизол усиливает глюконеогенез путем усиления синтеза ключевых ферментов (биосинтез белка), а этот процесс требует большего времени.
Задачи и упражнения для самостоятельного решения
ЗАДАНИЕ 1
Перед вами общий план строения α-аминокислот:
Составьте формулы простейших аминокислот, в которых:
а) R = H,
б) R = CH
3
Дайте химические и тривиальные названия полученных аминокислот.
В формуле (б) сдвиньте аминогруппу из альфа-положения в бета-положение. Какие биологические изменения возникнут в связи с изменением структуры аминокислоты? Какова биологическая роль бета-аланина?
Пояснение:
ЗАДАНИЕ 2
Допишите формулу аминокислоты, в которой имеется 4 атома углерода, аминогруппа находится в ɣ-положении. Дайте химическое название полученной аминокислоте и предположите ее биологические свойства.
Решение:
С С С С -
ЗАДАНИЕ 3
Перед вами химическая формула диаминомонокарбоновой аминокислоты лизин (Лиз, Lys, K):
В представленной формуле пронумеруйте все положения углерода, начиная от карбоксильной группы по систематической номенклатуре, а также обозначьте альфа (α), бета (β) и другие положения. Дайте оценку суммарного заряда лизина при рН =7,0; 2,0 и 13,0. С чем связано изменение заряда личина при изменении рН?
Решение:
ЗАДАНИЕ 4
Известно, что изоэлектрическая точка амфотерного соединения есть значение рН среды, при котором его суммарный заряд равен нулю.
Для моноаминомонокарбоновых аминокислот это значение легко можно рассчитать по формуле:
Используя данные справочной таблицы, рассчитайте изоэлектрические точки аминокислот Лей, Вал, Фен. Что можно сказать о направлении движения этих аминокислот в электрическом поле, если изменить значение рН среды до сильнокислого (например, рН = 1,5) и сильнощелочного (например, рН = 13,0)?