Место биохимии как области знаний

2.АТФ является также одним из нуклеотидов, участвующих в построении цепей РНК.

3. Кроме того, АТФ отводится важное место в регуляции множества биохимических процессов. Являясь аллостерическим эффектором ряда ферментов, АТФ, присоединяясь к их регуляторным центрам, усиливает или подавляет их активность.

4. АТФ является также непосредственным предшественником синтеза циклического аденозинмонофосфата -- вторичного посредника передачи в клетку гормонального сигнала.

5. Также известна роль АТФ в качестве медиатора в синапсах.

Креатинфосфат

Химическая формула C4H10N3O5P. Бесцветные кристаллы, растворимые в воде, легко гидролизуется с расщеплением фосфамидной связи N-P в кислой среде, устойчива в щелочной. Креатинфосфат - продукт обратимого метаболического N-фосфорилирования креатина, являющийся, подобно АТФ, высокоэнергетическим соединением. Однако, в отличие от АТФ, гидролизуемой по пирофосфатной связи O-P, креатин гидролизуется по фосфамидной связи N-P, что обуславливает значительно больший энергетический эффект реакции. Так, при гидролизе изменение свободной энергии для креатина ~ 43 кДж/моль, в то время как при гидролизе АТФ до АДФ ~ 30 кДж/моль.

Являющихся энергетическим депо, обеспечивающим быстрый синтез АТФ. Креатинфосфат содержится преимущественно в возбудимых тканях (мышечная и нервная ткани) и его биологической функцией является поддержание постоянной концентрации АТФ за счёт обратимой реакции перефосфорилирования:

креатинфосфат + АДФ ? креатин + АТФ. Эта реакция катализируется цитоплазматическими и митохондриальными ферментами-креатинкиназами; при расходе (и, соответственно, падении концентрации) АТФ, например, при сокращении клеток мышечной ткани, равновесие реакции сдвигается в вправо, что ведёт к восстановлению нормальной концентрации АТФ. Концентрация креатинфосфата в покоящейся мышечной ткани в 3-8 раз превышает концентрацию АТФ, что позволяет компенсировать расход АТФ во время кратких периодов мышечной активности, в период покоя при отсутствии мышечной активности в ткани идёт гликолиз и окислительное фосфорилирование АДФ в АТФ, в результате чего равновесие реакции смещается влево и концентрация креатинфосфата восстанавливается.

В тканях креатинфосфат подвергается самопроизвольному неферментативному гидролизу с циклизацией в креатинин, выводящийся с мочой, уровень выделения креатинина зависит от состояния организма, меняясь при патологических состояниях, и является диагностическим признаком.

9. Заполнение таблицы «Классификация ферментов и виды ферментов»

По рекомендации Международного биохимического союза, все ферменты в зависимости от типа катализируемой реакции делят на 6 классов: 1-й -оксидоредуктазы, 2-й - трансферазы, 3-й - гидролазы, 4-й - лиазы, 5-й - изомеразы и 6-й - лигазы. Каждый класс делится на подклассы, в соответствии с природой функц. групп субстратов, подвергающихся хим. превращению. Подклассы, в свою очередь, делятся на подподклассы в зависимости от типа участвующего в превращении фермента. Каждому достаточно охарактеризованному ферменту присваивается классификационный номер из 4 цифр, обозначающих класс, подкласс, подподкласс и номер самого фермента.

10. Составление конспекта «Роль нервной и эндокринной систем в интеграции и регуляции метаболизма»

Регуляция метаболизма -- это основа физиологических процессов в человеческом организме. Четкость, бесперебойность такой регуляции является одним из основных условий здоровья. Контроль за всей совокупностью обменных процессов, их направлением и скоростью протекания осуществляется четырьмя важнейшими системами. Прежде всего, это нервная система, которая занимается обработкой информации, поступающей как от всех внутренних органов, так и из внешней среды. В соответствии с характером информации нервная система принимает то или иное решение и задает программу действий организму, целью которой является сохранение гомеостаза. Так, при повышении температуры окружающей среды организм получает команду усилить потоотделение. При похолодании, наоборот, усиливается обмен веществ в тканях, в результате чего повышается выработка тепла и соответственно температура тела. Организм обладает целым спектром условных и безусловных рефлексов, которые являются приспособительными механизмами организма к условиям внешней среды. Указанные механизмы реализуются через нервную систему. Чаще всего свою регулирующую роль центральная нервная система осуществляет через эндокринные железы (рис. 1).

Необходимую взаимосвязь между отдельными клетками, тканями и органами осуществляют четыре основные системы регуляции.

1. Центральная и периферическая нервные системы через нервные импульсы и нейромедиаторы;

2.Эндокринная система через эндокринные железы и гормоны, которые секретируются в кровь и влияют на метаболизм различных клеток-мишеней;

3.Паракринная и аутокринная системы посредством различных соединений, которые секретируются в межклеточное пространство и взаимодействуют с рецепторами либо близлежащих клеток, либо той же клетки (простагландины, гормоны ЖКТ, гистамин и др.);

4.Иммунная система через специфические белки (цитокины, антитела).

Рис. 1 Схема взаимосвязи центральной нервной и эндокринной систем: 1-центральная нервная система; 2 - гипоталамус; 3 - гипофиз; 4 - щитовидная железа; 5 - надпочечники; 6 - половые железы; 7 - нервные импульсы от центральной нервной системы к гипоталамусу; 8 - нейрогормоны гипоталамуса, идущие к гипофизу; 9 - тропные гормоны гипофиза.

Иерархия регуляторных систем

Системы регуляции обмена веществ и функций организма образуют 3 иерархических уровня.

Первый уровень - ЦНС. Нервные клетки получают сигналы, поступающие из внешней и внутренней среды, преобразуют их в форму нервного импульса и передают через синапсы, используя химические сигналы - медиаторы. Медиаторы вызывают изменения метаболизма в эффекторных клетках.

Второй уровень - эндокринная система. Включает гипоталамус, гипофиз, периферические эндокринные железы (а также отдельные клетки), синтезирующие гормоны и высвобождающие их в кровь при действии соответствующего стимула.

Третий уровень - внутриклеточный. (рис. 2). Его составляют изменения метаболизма в пределах клетки или отдельного метаболического пути, происходящие в результате:

А. - изменения активности ферментов путём активации или ингибирования;

Б. - изменения количества ферментов по механизму индукции или репрессии синтеза белков или изменения скорости их разрушения;

В. - изменения скорости транспорта веществ через мембраны клеток.

Рис. 2. Системы регуляции метаболизма. А - эндокринная - гормоны секретируются железами в кровь, транспортируются по кровеносному руслу и связываются с рецепторами клеток-мишеней. Б - паракринная - гормоны секретируются во внеклеточное пространство и связываются с мембранными рецепторами соседних клеток. В - аутокринная - гормоны секретируются во внеклеточное пространство и связываются с мембранными рецепторами клетки, секретирующей гормон.

Роль гормонов в регуляции обмена веществ и функций

Интегрирующими регуляторами, связывающими различные регуляторные механизмы и метаболизм в разных органах, являются гормоны. Они функционируют как химические посредники, переносящие сигналы, возникающие в различных органах и ЦНС. Ответная реакция клетки на действие гормона очень разнообразна и определяется как химическим строением гормона, так и типом клетки, на которую направлено действие гормона.

В крови гормоны присутствуют в очень низкой концентрации. Для того чтобы передавать сигналы в клетки, гормоны должны распознаваться и связываться особыми белками клетки - рецепторами, обладающими высокой специфичностью.

Физиологический эффект гормона определяется разными факторами, например концентрацией гормона (которая определяется скоростью инактивации в результате распада гормонов, протекающего в основном в печени, и скоростью выведения гормонов и его метаболитов из организма), его сродством к белкам-переносчикам (стероидные и тиреоидные гормоны транспортируются по кровеносному руслу В комплексе с белками), количеством и типом рецепторов на поверхности клеток-мишеней.

Синтез и секреция гормонов стимулируются внешними и внутренними сигналами, поступающими в ЦНС (рис. 3).

Эти сигналы по нейронам поступают в гипоталамус, где стимулируют синтез пептидных рилизинг-гормонов (от англ, release - освобождать) - либеринов и статинов, которые, соответственно, стимулируют или ингибируют синтез и секрецию гормонов передней доли гипофиза. Гормоны передней доли гипофиза, называемые тройными гормонами, стимулируют образование и секрецию гормонов периферических эндокринных желёз, которые поступают в общий кровоток и взаимодействуют с клетками-мишенями.

Рис. 3. Схема взаимосвязи регуляторных систем организма. 1 - синтез и секреция гормонов стимулируется внешними и внутренними сигналами; 2 - сигналы по нейронам поступают в гипоталамус, где стимулируют синтез и секрецию рилизинг-гормонов; 3 - рилизинг-гормоны стимулируют (либерины) или ингибируют (статины) синтез и секрецию тройных гормонов гипофиза; 4 - тройные гормоны стимулируют синтез и секрецию гормонов периферических эндокринных желез; 5 - гормоны эндокринных желез поступают в кровоток и взаимодействуют с клетками-мишенями; 6 - изменение концентрации метаболитов в клетках-мишенях по механизму отрицательной обратной связи подавляет синтез гормонов эндокринных желез и гипоталамуса; 7 - синтез и секреция тройных гормонов подавляется гормонами эндокринных желез; 8 - стимуляция синтеза и секреции гормонов; 9 - подавление синтеза и секреции гормонов (отрицательная обратная связь).

Поддержание уровня гормонов в организме обеспечивает механизм отрицательной обратной связи. Изменение концентрации метаболитов в клетках-мишенях по механизму отрицательной обратной связи подавляет синтез гормонов, действуя либо на эндокринные железы, либо на гипоталамус. Синтез и секреция тропных гормонов подавляется гормонами эндокринных периферических желёз. Такие петли обратной связи действуют в системах регуляции гормонов надпочечников, щитовидной железы, половых желёз.

Не все эндокринные железы регулируются подобным образом. Гормоны задней доли гипофиза (вазопрессин и окситоцин) синтезируются в гипоталамусе в виде предшественников и хранятся в гранулах терминальных аксонов нейрогипофиза. Секреция гормонов поджелудочной железы (инсулина и глюкагона) напрямую зависит от концентрации глюкозы в крови.

В регуляции межклеточных взаимодействий участвуют также низкомолекулярные белковые соединения - цитокины. Влияние цитокинов на различные функции клеток обусловлено их взаимодействием с мембранными рецепторами. Через образование внутриклеточных посредников сигналы передаются в ядро, где происходят активация определённых генов и индукция синтеза белков. Все цитокины объединяются следующими общими свойствами:

Синтезируются в процессе иммунного ответа организма, служат медиаторами иммунной и воспалительной реакций и обладают в основном аутокринной, в некоторых случаях паракринной и эндокринной активностью.

Действуют как факторы роста и факторы дифференцировки клеток (при этом вызывают преимущественно медленные клеточные реакции, требующие синтеза новых белков).

Обладают плейотропной (полифункциональной) активностью.

Классификация и номенклатура гормонов

Все гормоны классифицируют по химическому строению, биологическим функциям и механизму действия.

1. Классификация гормонов по химическому строению

По химическому строению гормоны делят на 3 группы: пептидные (или белковые), стероидные и непептидные производные аминокислот (табл. 4).

Таблица 4, Классификация гормонов по химическому строению

2. Классификация гормонов по биологическим функциям

По биологическим функциям гормоны можно разделить на несколько групп (табл. 5). Эта классификация условна, поскольку одни и те же гормоны могут выполнять разные функции. Например, адреналин участвует в регуляции обмена жиров и углеводов и, кроме этого, регулирует частоту сердечных сокращений, АД, сокращение гладких мышц. Кортизол не только стимулирует глюконеогенез, но и вызывает задержку NaCl.

Таблица 5. Классификация гормонов по биологическим функциям

Если же попытаться обобщить все вышеизложенное о системах регулирования обмена веществ в организме человека, то можно сказать (с известной степенью упрощения), что среди них три являются основными -- нервная, эндокринная и сосудистая. В норме они взаимодействуют слаженно, взаимно дополняя друг друга.

Непосредственными реализаторами заданной в каждый данный момент программы обменных процессов в клетках являются многочисленные ферменты. В зависимости от степени активности определенных ферментных систем происходит синтез тех или иных необходимых веществ либо, наоборот, распад тех или иных компонентов с образованием новых продуктов и с выделением энергии. Следовательно, ферменты определяют химические превращения обмена веществ и тем самым обеспечивают связь организма с внешней средой, с постоянно меняющимися ее условиями. Четкости и последовательности ферментных реакций, их слаженности может позавидовать любое изобретение, созданное самим человеком. От указанных качеств ферментных систем зависит та относительная самостоятельность организма в окружающей среде или, иными словами, быстрая приспособляемость к любым условиям. Именно благодаря скоординированной работе нервной, эндокринной и кровеносной систем, которые свою программу реализуют через цепь катализируемых ферментами химических реакций, человек может одинаково полноценно трудиться физически и умственно и в мороз и в жару, способен переносить довольно длительный голод и т. д.

Размещено на Allbest.ru