БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА

ЛЕКЦИЯ

Лечебный факультет

лектор: профессор В.И. Шарапов

2014

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

• Живые организмы осуществляют

непрерывную и постоянную связь с

окружающей средой в процессе

метаболизма.

• ЦЕЛЬ ЛЕКЦИИ: Сформировать

представление об этапах обмена

веществ и механизмах их гормональной

регуляции

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Понятие о метаболизме

2. Биохимические основы регуляции

метаболизма

3. Механизмы действия регуляторов

ПОНЯТИЕ О МЕТАБОЛИЗМЕ

Метаболизм – это совокупность химическихреакций, протекающих в организме

ФУНКЦИИ МЕТАБОЛИЗМА:

• Снабжение клетки химической энергией

• Превращение пищевых веществ в мономеры: аминокислоты, азотистые основания, жирные кислоты, моносахара

• Синтез белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов

• Синтез биомолекул со специфической функцией

ПОНЯТИЕ О МЕТАБОЛИЗМЕ

Метаболизм – это двуединый процесс,

складывающийся из 2-х частей:

катаболизма и анаболизма

ПОНЯТИЕ О МЕТАБОЛИЗМЕ

Питательные

Вещества КАТАБОЛИЗМ

ЭНЕРГИЯ

молекулы клеточные

предшественники макромолекулы

АНАБОЛИЗМ

КАТАБОЛИЗМ

• Это процессы ферментативной

деградации крупных органических

молекул до простых с выделением

свободной химической ЭНЕРГИИ,

которая используется организмом

для процессов жизнедеятельности

АНАБОЛИЗМ

• Это процессы ферментативного

синтеза из простых молекул

сложных органических компонентов

клетки, которые сопровождаются

затратой свободной химической

ЭНЕРГИИ

Основные этапы катаболизма

1-й этап - ГИДРОЛИТИЧЕСКИЙ

Образование мономеров из полимеров

2-й этап – ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ (МЕЖУТОЧНЫЙ)

Превращение мономеров в ПВК, ЩУК и Ацетил-

КоА

3-й этап – ЦИКЛ КРЕБСА

Превращение Ацетил-КоА в ЦТК

4-й этап - ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ и

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ

СХЕМА ЭТАПОВ КАТАБОЛИЗМА

БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

РЕГУЛЯЦИИ

• РЕГУЛЯТОРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ,

ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ПОДДЕРЖАНИЕ

ГОМЕОСТАЗА:

– Субстратная регуляция (молекулярный

уровень регуляции),

– Гормональная регуляция (системный

уровень регуляции).

БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ

1. Специализированные регуляторы

• Вырабатываются для осуществления

регулярной функции

2. Неспецифические регуляторы

• Основная функция не связана с

регуляторной

Специализированные

регуляторы

• Истинные гормоны:1. Вырабатываются в специализированных железах

2. Выделяются во внутреннюю среду (кровь, лимфа)

3. Действуют дистантно

• Тканевые гормоны:1. Вырабатываются тканями

2. Действуют местно

• Нейромедиаторы:1. Вырабатываются нервными окончаниями

2. Действуют местно или дистантно

ОБЩИЕ СВОЙСТВА РЕГУЛЯТОРОВ

• Высокая биологическая активность

Активны в низких концентрациях от 10-9 до 10-5 М

• Специфичность биологического действия

(определяется наличием рецепторов на клетках-

мишенях)

• «Импульсивный» характер действия

(концентрация в крови быстро изменяется)

• Общие механизмы развития патологии

эндокринной системы

КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРМОНОВ

1. Гормоны белково-пептидной природы:а) рилизинг-факторы гипоталамуса (либерины, статины)

б) гормоны гипофиза (АКТГ, ТТГ, СТГ, ЛГ, ФСГ)

в) гормоны поджелудочной железы (инсулин, глюкагон)

г) вазоактивные пептиды (ангиотензины, брадикинин,

соматомедины)

2. Гормоны - производные аминокислот:- адреналин, тироксин (Т4), трийодтиронин (Т3)

3. Стероидные гормоны:а) гормоны коры надпочечников (кортизол, альдостерон),

б) половые гормоны (тестостерон, эстрадиол, прогестерон)

4. Гормоноподобные регуляторы - производные

ВЖК: - простагландины, лейкотриены

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ

РЕГУЛЯТОРОВ

ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ

МЕХАНИЗМЫ ГОРМОНАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ:

А. КОНТРОЛЬ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТА

- ковалентная модификация фермента путем

фосфорилирования/дефосфорилирования

- реализует действие гормонов через

внутриклеточные механизмы:

1. Аденилатциклазный (посредник цАМФ),

2. Фосфолипазный (инозитолфосфатный) механизм (посредники - инозитол-3-фосфат (ИТФ) и диацилглицерид (ДАГ)

3. Кальций-кальмодулиновый (посредник Са2+)

ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ

Б. КОНТРОЛЬ КОЛИЧЕСТВА ФЕРМЕНТА

ОСУЩУСТВЛЯЕТСЯ ГОРМОНАМИ ЧЕРЕЗ

КОНТРОЛЬ СИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ:

- ВЛИЯНИЕМ НА ИНДУКЦИЮ ИЛИ

РЕПРЕССИЮ СИНТЕЗА м-РНК,

- ВЛИЯНИЕМ НА СТАДИИ ТРАНСЛЯЦИИ

СИНТЕЗА БЕЛКА НА УРОВНЕ РИБОСОМ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ГОРМОНОВ

СВОЙСТВА

Химическая природа

Растворимость

Транспортные белки

Период полувыведения

Рецептор

Медиатор

Эффект

Механизм действия

• Гормоны 1-ой группы

• Белково-пептидные,

адреналин

• Гидрофильные

• Не имеются

• Короткий (мин)

• На плазм. мембране

• цАМФ, Са2+, ИТФ, ДАГ

• Быстро развивается,

кратковременный

• Изменяют АКТИВНОСТЬ

ферментов в клетке

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

ГОРМОНОВ

СВОЙСТВА

Химическая природа

Растворимость

Транспортные белки

Период полувыведения

Рецептор

Медиатор

Эффект

Механизм действия

• Гормоны 2-ой группы• Стероиды, Йодтиронины,

Кальцитриол

• Гидрофобные

• Имеются

• Продолж.(часы, дни)

• Внутриклеточный

• Гормон-рецепторный комплекс

• Медленно развивается, продолжительный

• Изменяют КОЛИЧЕСТВО ферментов в клетке

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ

ГОРМОНОВ 1-ой ГРУППЫ

Белково-пептидные гормоны, адреналин↓

Рецептор → G-белок → Фермент (аденилатциклаза,

фосфолипаза)

Внутри ↓ клетки

Вторичный посредник

(цАМФ, ИТФ, ДАГ, Са 2+)↓

Протеинкиназы↓

Фосфорилирование ферментов↓

Изменение АКТИВНОСТИ ферментов↓

Метаболический ответ

АДЕНИЛАТЦИКЛАЗНЫЙ МЕХАНИЗМ

ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ

гормон

Гормон-рецепторный комплекс

Активация аденилатциклазы

Образование цАМФ

Активация протеинкиназы

Фосфорилирование ферментов(изменение активности ферментов)

Метаболический ответ

АДЕНИЛАТЦИКЛАЗНЫЙ МЕХАНИЗМ

ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ

ФОСФОЛИПАЗНЫЙ

(ИНОЗИТОЛФОСФАТНЫЙ) МЕХАНИЗМ

ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВрегулятор (гормон)

Гормон-рецепторный комплекс

Активация фосфолипазы

Образование ДАГ и ИТФ

Активация протеинкиназы С, кальмодулина

Активация Са2+-КМ ПК

Фосфорилирование ферментов

(изменение активности ферментов)

Метаболический ответ

ФОСФОЛИПАЗНЫЙ

(ИНОЗИТОЛФОСФАТНЫЙ) МЕХАНИЗМ

ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ

КАЛЬЦИЙ-КАЛЬМОДУЛИНОВЫЙ

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ

регулятор (гормон)

Гормон-рецепторный комплекс

Открытие кальциевых каналов

Вход в клетку Са2+

Образование Са2+-кальмодулинового комплекса

Активация Са2+-КМ протеинкиназы

Фосфорилирование ферментов

(изменение активности ферментов)

Метаболический ответ

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ

ГОРМОНОВ 2-ой ГРУППЫ

Стероидные гормоны, тироксин, кальцитриол ↓

Рецептор (внутри клетки)

↓

Гормон-рецепторный комплекс

↓

Связывание с ядерными рецепторами

↓

Взаимодействие с ДНК (энхансер, сайленсер)

↓

Индукция или репрессия синтеза белков-ферментов

↓

Изменение КОЛИЧЕСТВА ферментов

↓

Метаболический ответ

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ

ГОРМОНОВ 2-ой ГРУППЫ

РЕЦЕПТОР ИНСУЛИНА

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ИНСУЛИН

• Рецептор инсулина – тирозиновая протеинкиназа

• Тир-ПК фосфорилирует по тирозину белки:

• Фосфопротеинфосфотазы – отщепляет Н3РО4

от серина и треонина в белках,

- Фосфодиэстеразы – превращает цАМФ в АМФ,

- Тирозиновые протеинфосфатазы –

дефосфорилирует рецептор инсулина,

- Встраивает в мембрану Глют-4 – активирует

перенос глюкозы в ткани

- Регуляторные белки ядра - повышает или снижает

экспрессию генов определенных ферментов.

ГУАНИЛАТЦИКЛАЗНЫЙ МЕХАНИЗМ

ГУАНИЛАТЦИКЛАЗНЫЙ МЕХАНИЗМ

Повышение уровня цГМФ приводит:

• К активации ПК G и фосфорилированию

белков-ферментов по серину и треонину

• К реализации эффекта предсердного

натрийуретического фактора (ПНФ) –

регуляция гомеостаза жидкости

ИНСУЛИН-АДРЕНАЛИН

инсулин адреналин

акт фосфодиэстераза акт аденилатциклаза

цАМФ

ингибирует протеинкиназа активирует

блокирует фосфорилирование активирует

ферментов

акт ГЛИКОГЕНСИНТАЗА акт

ГЛФОСФОРИЛАЗА

синтез гликогена распад гликогена

ИНСУЛИН-ГЛЮКОКОРТИКОИДЫ

ИНСУЛИН ГЛЮКОКОРТИКОИДЫ

рецептор в ядре клетки

акт синтез ферментов

ГЛИКОЛИЗ ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ

цикл КРЕБСА

ГЛЮКОЗА

УТИЛИЗАЦИЯ БИОСИНТЕЗ

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА по теме:

«БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ»

• Вопросы для самоподготовки:

• 1. Молекулярная организация биологических мембран.

• 2. Липиды мембран, химическое строение.

• 3. Мембранные белки: классификация.

• 4. Модели организации клеточных мембран.

• 5. Трансмембранный перенос веществ: простая и облегченная

диффузия, активный транспорт.

• 6. Механизмы передачи внешнего сигнала в клетку.

Литература:

• 1. Биохимия: Учебник / Под ред. Е.С. Северина. – 2005. - С. 227-263.

• 2. Марри Р. и др. «Биохимия человека» (в 2-х томах), М., 1993, «Мир».

• 3. Страйер Л. «Биохимия» (в 3-х томах). М, 1984, «Мир».

ЛИТЕРАТУРА

• Биологическия химия: учебник для студентов медицинских

вузов/ Т.Т.Березов, Б.Ф.Коровкин.- М.:Медицина, 2004.- 704с.

• Биологическия химия: учебник для студентов медицинских

вузов/ А.Я. Николаев.- М.:Мед.инф.агентство, 2007.- 568с.

• Биохимия [ Электронный ресурс]:учебное пособие/

А.Д.Дмитриев, Е.Амбросьева.- М.:Дашков и К, 2009.- 166с.

• Биологическая химия с упражнениями и задачами: учебник/

ред. С.Е.Северин.- М.:ГЭОТАР-Медиа, 2013.- 624с.

• Биохимия: учебник для вузов/ ред. С.Е.Северин.- М.:ГЭОТАР-

Медиа, 2007.- 784с.