WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 14 |

«Учебная литература для студентов медицинских вузов Т.Т.Березов, Б.Ф.Коровкин Биологическая химия Издание третье, переработанное и дополненное Рекомендован Управлением научных и образовательных ...»

-- [ Страница 5 ] --

отмечаются изменения деятельности сердечно-сосудис той системы: одышка, сердцебиение, боли в области сердца. При даль нейшем развитии авитаминоза выявляются симптомы поражения пери ферической нервной системы (дегенеративные изменения нервных окон чаний и проводящих пучков), выражающиеся в расстройстве чувстви тельности, ощущении покалывания, онемения и болей по ходу нервов. Эти поражения завершаются контрактурами, атрофией и параличами нижних, а затем и верхних конечностей. В этот же период развиваются явления сердечной недостаточности (учащение ритма, сверлящие боли в области сердца). Биохимические нарушения при авитаминозе В1 проявляются раз витием отрицательного азотистого баланса, выделением в повышенных количествах с мочой аминокислот и креатина, накоплением в крови и тканях -кетокислот, а также пентозосахаров. Содержание тиамина и ТПФ в сердечной мышце и печени у больных бери-бери в 5-6 раз ниже нормы.

Биологическая роль. Экспериментально доказано, что витамин B1 в форме ТПФ является составной часть минимум 5 ферментов, участвующих в промежуточном обмене веществ. ТПФ входит в состав двух сложных ферментных систем – пируват- и -кетоглутаратдегидрогеназных комплексов, катализирующих окислительное декарбоксилирование пировиноградной и -кетоглутаровой кислот. В составе транскетолазы ТПФ участвует в переносе гликоальдегидного радикала от кетосахаров на альдосахара (см. главу 10). ТПФ является коферментом пируватдекар боксилазы клеток дрожжей (при алкогольной ферментации) и дегидро геназы -оксикетоглутаровой кислоты.

Приведенными примерами, вероятнее всего, не ограничиваются биоло гические функции тиамина. В частности, ТПФ участвует в окислительном декарбоксилировании глиоксиловой кислоты и -кетокислот, образующих ся при распаде аминокислот с разветвленной боковой цепью;

в растениях ТПФ является эссенциальным кофактором при синтезе валина и лейцина в составе фермента ацетолактатсинтетазы.

Распространение в природе и суточная потребность. Витамин В1 широко распространен в природе. Основное количество его человек получает с растительной пищей. Много витамина B1 содержится в дрожжах, пше ничном хлебе из муки грубого помола, оболочке и зародышах семян хлебных злаков, сое, фасоли, горохе, меньше – в картофеле, моркови, капусте. Из продуктов животного происхождения наиболее богаты ви тамином B1 печень, почки, мозг. Некоторые бактерии, населяющие ки шечник животных, способны синтезировать достаточное количество ти амина: например, количества витамина В1, синтезированного микрофлорой кишечника коров, оказывается вполне достаточно для покрытия потреб ностей организма. Рекомендуемые Институтом питания РАМН нормы суточного потребления тиамина для отдельных групп населения состав ляют от 1,2 до 2,2 мг.

Витамин В Витамин В2 (рибофлавин) впервые был выделен из молока и ряда других пищевых продуктов. В зависимости от источника получения витамин В называли по-разному, хотя по существу это было одно и то же соединение:

лактофлавин (из молока), гепатофлавин (из печени), овофлавин (из белка яиц), вердофлавин (из растений). Химический синтез витамина В2 был осуществлен в 1935 г. Р. Куном. Растворы витамина В2 имеют оранжево желтую окраску и характеризуются желто-зеленой флюоресценцией.

В основе молекулы рибофлавина лежит гетероциклическое соединение изоаллоксазин (сочетание бензольного, пиразинового и пиримидинового колец), к которому в положении 9 присоединен пятиатомный спирт риби тол. Химическое название «рибофлавин» отражает наличие рибитола и желтой окраски препарата *, рациональное название его 6,7-диметил-9 D-рибитилизоаллоксазин.

Рибофлавин Рибофлавин хорошо растворим в воде, устойчив в кислых растворах, но легко разрушается в нейтральных и щелочных растворах. Он весьма чувствителен к видимому и УФ-излучению и сравнительно легко под вергается обратимому восстановлению, присоединяя водород по месту двойных связей и превращаясь в бесцветную лейкоформу. Это свойство рибофлавина легко окисляться и восстанавливаться лежит в основе его биологического действия в клеточном метаболизме.

Клинические проявления недостаточности рибофлавина лучше всего изучены на экспериментальных животных. Помимо остановки роста, вы падения волос (алопеция), характерных для большинства авитаминозов, специфичными для авитаминоза В2 являются воспалительные процессы слизистой оболочки языка (глоссит), губ, особенно у углов рта, эпителия кожи и др. Наиболее характерны кератиты, воспалительные процессы и усиленная васкуляризация роговой оболочки, катаракта (помутнение хрусталика). При авитаминозе В2 у людей развиваются общая мышечная слабость и слабость сердечной мышцы.

* Желтый цвет присущ только окисленной форме препарата, рибофлавин в восста новленной форме – бесцветное соединение.

Согласно данным К. Яги, существует прямая связь между степенью недостаточности рибофлавина у животных и накоплением в крови про дуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ), развитием атеросклероза и катаракты. Эти нарушения, по мнению автора, указывают на важную роль флавопротеинов в молекулярных механизмах синтеза и распада продуктов ПОЛ.

Биологическая роль. Рибофлавин входит в состав флавиновых кофер ментов, в частности ФМН и ФАД *, являющихся в свою очередь просте тическими группами ферментов ряда других сложных белков – флаво протеинов. Некоторые флавопротеины в дополнение к ФМН или ФАД содержат еще прочно связанные неорганические ионы, в частности железо или молибден, наделенные способностью катализировать транспорт элек тронов. Различают 2 типа химических реакций, катализируемых этими ферментами. К первому относятся реакции, в которых фермент осуществ ляет прямое окисление с участием кислорода, т.е. дегидрирование (от щепление электронов и протонов) исходного субстрата или промежуточ ного метаболита. К ферментам этой группы относятся оксидазы L- и D-аминокислот, глициноксидаза, альдегидоксидаза, ксантиноксидаза и др.

Вторая группа реакций, катализируемых флавопротеинами, характеризует ся переносом электронов и протонов не от исходного субстрата, а от восстановленных пиридиновых коферментов. Ферменты этой группы иг рают главную роль в биологическом окислении. В каталитическом цикле изоаллоксазиновый остаток ФАД или ФМН подвергается обратимому восстановлению с присоединением электронов и атомов водорода к N и N10. ФМН и ФАД прочно связываются с белковым компонентом, иногда даже ковалентно, как, например, в молекуле сукцинатдегидрогеназы.

ФМН синтезируется в организме животных из свободного рибофлавина и АТФ при участии специфического фермента рибофлавинкиназы:

Mg2+ Рибофлавин + АТФ Рибофлавин-5'-фосфат (ФМН) + АДФ.

Образование ФАД в тканях также протекает при участии специфического АТФ-зависимого фермента ФМН-аденилилтрансферазы. Исходным ве ществом для синтеза является ФМН:

Мg2+ ФМН + АТФ ФАД + Пирофосфат.

Распространение в природе и суточная потребность. Рибофлавин достаточно широко распространен в природе. Он содержится почти во всех животных тканях и растениях;

сравнительно высокие концентрации его обнаружены в дрожжах. Из пищевых продуктов рибофлавином богаты хлеб (из муки грубого помола), семена злаков, яйца, молоко, мясо, свежие овощи и др.;

в молоке он содержится в свободном состоянии, а в печени и почках животных прочно связан с белками в составе ФАД и ФМН. Из организма человека и животных рибофлавин выделяется с мочой в свободном виде.

Суточная потребность взрослого человека в рибофлавине составляет 1,7 мг, в пожилом возрасте и при тяжелой физической работе эта потребность возрастает.

* Структурные формулы ФМН и ФАД и молекулярные механизмы их действия в составе специфических ферментов представлены в главе 9.

Витамин РР Витамин РР (никотиновая кислота, никотинамид, ниацин) получил также название антипеллагрического витамина (от итал. preventive pellagra – предотвращающий пеллагру), поскольку его отсутствие является причиной заболевания, называемого пеллагрой.

Никотиновая кислота известна давно, однако только в 1937 г. она была выделена К. Эльвегеймом из экстракта печени и было показано, что введение никотиновой кислоты (или ее амида – никотинамида) либо пре паратов печени предохраняет от развития или излечивает от пеллагры.

В 1904 г. А. Гарден и У. Юнг установили, что для превращения глюкозы в этанол в бесклеточном экстракте дрожжей необходимо присутствие легкодиализируемого кофактора, названного козимазой. Химический сос тав аналогичного кофактора из эритроцитов млекопитающих был рас шифрован в 1934 г. О. Варбугом и У. Кристианом;

он оказался производ ным амида никотиновой кислоты.

Никотиновая кислота представляет собой соединение пиридинового ряда, содержащее карбоксильную группу (никотинамид отличается на личием амидной группы).

Никотиновая Никотинамид кислота Витамин РР малорастворим в воде (примерно 1%), но хорошо раство рим в водных растворах щелочей. Никотиновая кислота кристаллизуется в виде белых игл.

Наиболее характерными признаками авитаминоза РР, т.е. пеллагры (от итал. pelle agra – шершавая кожа), являются поражения кожи (дерматиты), пищеварительного тракта (диарея) и нарушения нервной деятельности (деменция).

Дерматиты чаще всего симметричны и поражают те участки кожи, которые подвержены влиянию прямых солнечных лучей: тыльную по верхность кистей рук, шею, лицо;

кожа становится красной, затем ко ричневой и шершавой. Поражения кишечника выражаются в развитии анорексии, тошнотой, болями в области живота, поносами. Диарея при водит к обезвоживанию организма. Слизистая оболочка толстой кишки сначала воспаляется, затем изъязвляется. Специфичными для пеллагры являются стоматиты, гингивиты, поражения языка со вздутием и тре щинами. Поражения мозга проявляются головными болями, головокру жением, повышенной раздражимостью, депрессией и другими симптомами, включая психозы, психоневрозы, галлюцинации и др. Симптомы пеллагры особенно резко выражены у больных с недостаточным белковым питанием.

Установлено, что это объясняется недостатком триптофана, который яв ляется предшественником никотинамида, частично синтезируемого в тка нях человека и животных, а также недостатком ряда других витаминов (пиридоксина;

см. главу 12).

Биологическая роль. Витамин РР входит в состав НАД или НАДФ, являющихся коферментами большого числа обратимо действующих в окислительно-восстановительных реакциях дегидрогеназ (формулы ко ферментов приведены в главе 9).

Показано, что ряд дегидрогеназ использует только НАД и НАДФ (соответственно малатдегидрогеназа и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа), другие могут катализировать окислительно-восстановительные реакции в присутствии любого из них (например, глутаматдегидрогеназа;

см. главу 12). В процессе биологического окисления НАД и НАДФ выполняют роль промежуточных переносчиков электронов и протонов между окисляемым субстратом и флавиновыми ферментами (молекулярные механизмы учас тия пиридиновых нуклеотидов в этом процессе подробно рассматриваются в главе 9).

Распространение в природе и суточная потребность. Никотиновая кислота также относится к витаминам, широко распространенным в растительных и животных организмах. Для человека основными источниками нико тиновой кислоты и ее амида являются рис, хлеб, картофель, мясо, печень, почки, морковь и другие продукты. Суточная потребность для взрослого человека составляет 18 мг.

Витамин В Витамин В6 (пиридоксин, антидерматитный) как самостоятельный незави симый пищевой фактор был открыт П. Дьерди в 1934 г. в результате того, что в отличие от известных к тому времени водорастворимых витаминов B1, B2 и РР он устранял особую форму дерматита конечностей у крыс, названного акродинией. Впервые витамин В6 был выделен в 1938 г. из дрожжей и печени, а вскоре был синтезирован химически. Он оказался производным 3-оксипиридина, в частности 2-метил-3-окси-4,5-диоксиме тилпиридином. Термином «витамин В6», по рекомендациям Международ ной комиссии по номенклатуре биологической химии, обозначают все три производных 3-оксипиридина, обладающих одинаковой витаминной ак тивностью: пиридоксин (пиридоксол), пиридоксаль и пиридоксамин:

Пиридоксин Пиридоксаль Пиридоксамин (пиридоксол) Как видно, производные 3-оксипиридина отличаются друг от друга природой замещающей группы в положении 4 пиридинового ядра. Витамин В6 хорошо растворим в воде и этаноле. Водные растворы весьма устойчивы по отношению к кислотам и щелочам, однако они чувствительны к влиянию света в нейтральной зоне рН среды.

Недостаточность витамина В6 наиболее подробно изучена на крысах, у которых самым характерным признаком является акродиния, или спе цифический дерматит с преимущественным поражением кожи лапок, хвоста, носа и ушей. Отмечаются повышенное шелушение кожи, выпадение шерсти, изъязвление кожи конечностей, заканчивающееся гангреной паль цев. Эти явления не поддаются лечению витамином РР, но быстро проходят при введении пиридоксина. При более глубоком авитаминозе В у собак, свиней, крыс и кур отмечаются эпилептиформные припадки с дегенеративными изменениями в ЦНС.

У человека недостаточность витамина В6 встречается реже, хотя не которые пеллагроподобные дерматиты, не поддающиеся лечению нико тиновой кислотой, легко проходят при введении пиридоксина. У детей грудного возраста описаны дерматиты, поражения нервной системы (вклю чая эпилептиформные припадки), обусловленные недостаточным содер жанием пиридоксина в искусственной пище. Недостаточность пиридоксина часто наблюдается у больных туберкулезом, которым с лечебной целью вводят изоникотинилгидразид (изониазид), оказавшийся, как и дезокси пиридоксин, антагонистом витамина В6.

Из биохимических нарушений при недостаточности витамина В6 следует отметить гомоцистинурию и цистатионинурию, а также нарушения обмена триптофана, выражающиеся в повышении экскреции с мочой ксантуреновой кислоты и снижении количества экскретируемой кинуреновой кислоты (см.

главу 12).

Биологическая роль. Оказалось, что, хотя все три производных 3-окси пиридина наделены витаминными свойствами, коферментные функции выполняют только фосфорилированные производные пиридоксаля и пи ридоксамина.

Пиридоксальфосфат Пиридоксаминфосфат Фосфорилирование пиридоксаля и пиридоксамина является фермен тативной реакцией, протекающей при участии специфических киназ. Синтез пиридоксальфосфата, например, катализирует пиридоксалькиназа, которая наиболее активна в ткани мозга. Эту реакцию можно представить сле дующим уравнением:

Пиридоксаль + АТФ –> Пиридоксальфосфат + АДФ.

Доказано, что в животных тканях происходят взаимопревращения пиридоксальфосфата и пиридоксаминфосфата, в частности в реакциях трансаминирования и декарбоксилирования аминокислот (см. главу 12).

Следует отметить, что в выяснение биологической роли витамина В и пиридоксальфосфата в азотистом обмене существенный вклад внесли А.Е. Браунштейн, С.Р. Мардашев, Э. Снелл, Д. Мецлер, А. Майстер и др.

Известно более 20 пиридоксалевых ферментов, катализирующих ключевые реакции азотистого метаболизма во всех живых организмах. Так доказано, что пиридоксальфосфат является простетической группой аминотранс фераз, катализирующих обратимый перенос аминогруппы (NH2-группы) от аминокислот на -кетокислоту, и декарбоксилаз аминокислот, осу ществляющих необратимое отщепление СО2 от карбоксильной группы аминокислот с образованием биогенных аминов. Установлена кофер ментная роль пиридоксальфосфата в ферментативных реакциях неокисли тельного дезаминирования серина и треонина, окисления триптофана, кинуренина, превращения серосодержащих аминокислот, взаимопревраще ния серина и глицина (см. главу 12), а также в синтезе -аминолевулиновой кислоты, являющейся предшественником молекулы гема гемоглобина, и др.

Пиридоксин относится к витаминам, коферментная роль которых изучена наиболее подробно. В последние годы число вновь открытых пиридокса левых ферментов быстро увеличивалось. Так, для действия гликогенфос форилазы существенной оказалась фосфорильная, а не альдегидная группа пиридоксальфосфата. Вследствие широкого участия пиридоксальфосфата в процессах обмена при недостаточности витамина В6 отмечаются разно образные нарушения метаболизма аминокислот.

Распространение в природе и суточная потребность. Витамин В6 широко распространен в продуктах растительного и животного происхождения.

Основными источниками витамина В6 для человека служат хлеб, горох, фасоль, картофель, мясо, почки, печень и др. Во многих продуктах животного происхождения пиридоксин химически связан с белком, но в пищеварительном тракте под действием ферментов он легко освобож дается. Суточная потребность в пиридоксине для человека точно не уста новлена, поскольку он синтезируется микрофлорой кишечника в коли чествах, частично покрывающих потребности в нем организма. Косвенные расчеты показывают, что взрослый человек должен получать в сутки около 2 мг витамина В6.

Биотин (витамин Н) В 1916 г. в опытах на животных было показано токсичное действие сырого яичного белка;

употребление печени или дрожжей снимало этот эффект.

Фактор, предотвращающий развитие токсикоза, был назван витамином Н.

Позже было установлено, что в дрожжевом экстракте печени и желтке куриного яйца содержится пищевой фактор, отличный от всех других известных к этому времени витаминов. Этот фактор стимулирует рост дрожжей и азотфиксирующих бактерий Rhizobium, в связи с чем он и получил название «биотин» (от греч. bios – жизнь), или коэнзим R.

В 1940 г. было установлено, что все три названия (биотин, витамин Н и коэнзим R) относятся к одному и тому же химически индивидуальному соединению. Выделенное из сырого яичного белка вещество оказалось гликопротеином – белком основного характера, названным авидином;

этот белок обладает высоким сродством связывания с биотином с об разованием нерастворимого в воде комплекса. Комплекс не подвергается расщеплению в пищеварительном тракте, поэтому биотин не всасывается, хотя и содержится в пищевых продуктах.

Биотин был впервые выделен в 1935 г. из яичного желтка. Молекула биотина является циклическим производным мочевины, а боковая цепь представлена валериановой кислотой.

Биотин Карбонильная группа биотина связывается амидной связью с -амино группой лизина, образуя -N-биотиниллизин (биоцитин), обладающий биологической активностью. Природные сложные белки, содержащие биотин, при попадании в организм подвергаются протеолизу с осво бождением свободного биоцитина;

последний подвергается гидролизу под действием биоцитиназы печени и сыворотки крови с образованием биотина и лизина.

Клинические проявления недостаточности биотина у человека изучены недостаточно. Это объясняется тем, что бактерии кишечника обладают способностью синтезировать биотин в необходимых количествах. Недоста точность его проявляется в случае употребления большого количества сырого яичного белка или приема сульфаниламидных препаратов и анти биотиков, подавляющих рост бактерий в кишечнике. У человека при недостаточности биотина отмечаются воспалительные процессы кожи (дерматиты), сопровождающиеся усиленной деятельностью сальных желез, выпадением волос, поражением ногтей, часто отмечаются боли в мышцах, усталость, сонливость, депрессия, а также анорексия и анемия. Все эти явления обычно проходят через несколько дней после ежедневного введения биотина. У крыс недостаточность биотина, вызванная введением с пищей сырого яичного белка, вызывает явления острого дерматита, облысение и параличи.

Биологическая роль. Биотин подробно изучен благодаря работам Ф. Линена. Известные к настоящему времени биотиновые ферменты (т.е.

ферменты, содержащие в качестве кофермента биотин) катализируют два типа реакций:

1) реакции карбоксилирования (с участием СО2 или НСО3–), сопря женные с распадом АТФ RH + HCO3– + АТФ <=> R-COOH + АДФ + Н3РО4;

2) реакции транскарбоксилирования (протекающие без участия АТФ), при которых субстраты обмениваются карбоксильной группой R1-COOH + R2H <=> R1H + R2-COOH.

Получены доказательства двустадийного механизма этих реакций с образованием промежуточного комплекса (карбоксибиотинилфермент).

К реакциям первого типа относятся, например, ацетил-КоА- и пируват карбоксилазные реакции:

CH –CO–S-KoA + CO2 + АТФ <=> HOOC–CH –CO–KoA + АДФ + Pi.

3 Пируваткарбоксилаза является высокоспецифичным ферментом, ката лизирующим уникальную реакцию усвоения СО2 в организме животных.

Сущность реакции сводится к пополнению запасов оксалоацетата (щаве левоуксусная кислота) в лимоннокислом цикле (так называемые «анаплеро тические», «пополняющие» реакции), т.е. его синтезу из СО2 и пирувата:

Пируват + CO2 + АТФ + H2O —> Оксалоацетат + АДФ + Pi + 2H+ Реакция протекает в две стадии: на первой стадии, связанной с затратой энергии, СО2 подвергается активированию, т.е. ковалентному связыванию с биотином в активном центре фермента (Е-биотин):

Биотин + АТФ + H2O Биотин CO2 + + АДФ + Pi + 2H+ На второй стадии СО2 из комплекса переносится на пируват с об разованием оксалоацетата и освобождением фермента:

+ Биотин Пируват Биотин Оксалоацетат Примером второго типа реакций является метилмалонил-оксалоаце тат-транскарбоксилазная реакция, катализирующая обратимое превраще ние пировиноградной и щавелевоуксусной кислот:

Метилмалонил-КоА Пируват Пропионил-КоА Оксалоацетат Реакции карбоксилирования и транскарбоксилирования имеют важное значение в организме при синтезе высших жирных кислот, белков, пури новых нуклеотидов (соответственно нуклеиновых кислот) и др.

Распространение в природе и суточная потребность. Биотин содержится почти во всех продуктах животного и растительного происхождения, главным образом в связанной форме. Богаты этим витамином печень, почки, молоко, желток яйца. В растительных продуктах (картофель, лук, томат, шпинат) биотин находится как в свободном, гак и в связанном состоянии. Для человека и животных важным источником является биотин, синтезируемый микрофлорой кишечника. Суточная потребность взрослого человека в биотине приблизительно 0,25 мг.

Фолиевая кислота Фолиевая (птероилглутаминовая) кислота (фолацин) в зависимости от вида животных или штамма бактерий, нуждающихся для нормального роста в присутствии этого пищевого фактора, называлась по-разному: фактор роста L. casei;

витамин М, необходимый для нормального кроветворения у обезьян;

витамин В, фактор роста цыплят (индекс «с» от англ.

с chicken – цыпленок). В 1941 г. фолиевая кислота была выделена из зеленых листьев растений, в связи с чем и получила свое окончательное название (от лат. folium – лист). Еще до установления химического строения фолиевой кислоты было показано, что для роста некоторых бактерий необходимо присутствие в питательной среде парааминобензойной кислоты. Добавле ние структурных аналогов ее, в частности сульфаниламидных препаратов, наоборот, оказывало тормозящее действие на рост бактерий. В настоящее время установлено, что это ростстимулирующее действие парааминобен зойной кислоты обусловлено включением ее в состав более сложно по строенной молекулы фолиевой кислоты.

Фолиевая кислота состоит из трех структурных единиц: остатка 2 амино-4-окси-6-метилптеридина (I), парааминобензойной (II) и L-глута миновой * (III) кислот и имеет следующую структуру:

* У бактерий количество глутаминовой кислоты в молекуле витамина достигает 3- остатков, соединенных между собой -глутамильными связями.

Фолиевая (птероилглутаминовая) кислота Фолиевая кислота ограниченно растворима в воде, но хорошо раство рима в разбавленных растворах спирта;

имеет характерные спектры погло щения в УФ-области спектра. Недостаточность фолиевой кислоты трудно вызвать даже у животных без предварительного подавления в кишечнике роста микроорганизмов, которые синтезируют ее в необходимых коли чествах;

авитаминоз обычно вызывают введением антибиотиков и скарм ливанием животным пищи, лишенной фолиевой кислоты. У обязьян фо лиевая недостаточность сопровождается развитием специфической анемии;

у крыс сначала развивается лейкопения, а затем анемия. У человека наблюдается клиническая картина макроцитарной анемии, очень похожая на проявления пернициозной анемии – следствия недостаточности витамина В12, хотя нарушения нервной системы отсутствуют. Иногда отмечается диарея. Имеются доказательства, что при недостаточности фолиевой кислоты нарушается процесс биосинтеза ДНК в клетках костного мозга, в которых в норме осуществляется эритропоэз. Как следствие этого в периферической крови появляются молодые клетки – мегалобласты – с относительно меньшим содержанием ДНК.

Биологическая роль. Коферментные функции фолиевой кислоты связаны не со свободной формой витамина, а с восстановленным его птеридиновым производным. Восстановление сводится к разрыву двух двойных связей и присоединению четырех водородных атомов в положениях 5, 6, 7 и с образованием тетрагидрофолиевой кислоты (ТГФК). Оно протекает в 2 стадии в животных тканях при участии специфических ферментов, содержащих восстановленный НАДФ. Сначала при действии фолатредук тазы образуется дигидрофолиевая кислота (ДГФК), которая при участии второго фермента – дигидрофолатредуктазы – восстанавливается в ТГФК:

ФК + НАДФН + Н+ <=> ДГФК + НАДФ+;

ДГФК + НАДФН + Н+ <=> ТГФК + НАДФ+ 5,6,7,8-Тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК) Доказано, что коферментные функции ТГФК непосредственно связаны с переносом одноуглеродных групп, первичными источниками которых в организме являются -углеродный атом серина, -углеродный атом глицина, углерод метальных групп метионина, холина, 2-й углеродный атом индольного кольца триптофана, 2-й углеродный атом имидазольного кольца гистидина, а также формальдегид, муравьиная кислота и метанол.

К настоящему времени открыто шесть одноуглеродных групп, включа ющихся в разнообразные биохимические превращения в составе ТГФК:

формильная (—СНО), метильная (—СН3), метиленовая (—СН2—), метенильная (—СН=), оксиметильная (—СН2ОН) и формими новая (—CH=NH). Выяснено, что присоединение этих фрагментов к ТГФК является ферментативной реакцией ковалентного связывания их с 5-м или 10-м атомом азота (или с обоими атомами вместе). В качестве примера приводим отдельные функциональные группы в активных участках ТГФК:

N5, N10-метилен-ТГФК N10-формил-ТГФК Имеются данные, что производные ТГФК участвуют в переносе одно углеродных фрагментов при биосинтезе метионина и тимина (перенос метильной группы), серина (перенос оксиметильной группы), образовании пуриновых нуклеотидов (перенос формильной группы) и т.д. (см. главы и 13). Перечисленные вещества играют исключительно важную, ключевую, роль в биосинтезе белков и нуклеиновых кислот, поэтому становятся понятными те глубокие нарушения обмена, которые наблюдаются при недостаточности фолиевой кислоты.

В медицинской практике (в частности, в онкологии) нашли применение некоторые синтетические аналоги (антагонисты) фолиевой кислоты. Так, 4-аминоптерин используется в качестве препарата, тормозящего синтез нуклеиновых кислот, и рекомендуется в качестве лечебного препарата при опухолевых поражениях, в частности при острых и хронических формах лейкозов у детей и взрослых.

Распространение в природе и суточная потребность. Вещества, обла дающие активностью фолиевой кислоты, широко распространены в при роде. Богатыми источниками их являются зеленые листья растений и дрожжи. Эти вещества содержатся также в печени, почках, мясе и других продуктах. Многие микроорганизмы кишечника животных и человека синтезируют фолиевую кислоту в количествах, достаточных для удовлет ворения потребностей организма в этом витамине. Суточная потребность в свободной фолиевой кислоте для взрослого человека составляет 1-2 мг.

Витамин В Витамин В12 (кобаламин;

антианемический витамин) выделен из печени в кристаллическом виде в 1948 г. Задолго до этого было известно, что в печени животных содержится особое вещество, регулирующее процесс кроветворения и оказывающее лечебный эффект при пернициозной (зло качественной) анемии у людей. Однако только в 1955 г. Д. Ходжкин * * Дороти Ходжкин была присуждена Нобелевская премия (1964) за расшифровку струк туры витамина В12 методом рентгеноструктурного анализа. Она избрана иностранным членом АН СССР.

расшифровала его структуру, включая трехмерную пространственную кон фигурацию, главным образом при помощи физических методов иссле дования (рентгенографическая кристаллография). На основании этих дан ных, а также результатов изучения химического состава для витамина В было предложено следующее строение:

Витамин В12 (кобаламин) В молекуле витамина В12 центральный атом кобальта соединен с атомами азота четырех восстановленных пиррольных колец, образующих порфириноподобное корриновое ядро, и с атомом азота 5,6-диметил бензимидазола *. Кобальтсодержащая часть молекулы витамина представ ляет собой планарную (плоскостную) фигуру;

по отношению к ней пер пендикулярно расположен нуклеотидный лиганд, который, помимо 5,6 диметилбензимидазола, содержит рибозу и остаток фосфата у 3-го атома углерода. Вся структура получила название «кобаламин». Были получены производные витамина В12, содержащие ОН-группу (оксикобаламин), хлор (хлоркобаламин), Н2О (аквакобаламин) и азотистую кислоту (нитрито кобаламин). Из природных источников были выделены, кроме того, ана логи В12, которые вместо 5,6-диметилбензимидазола содержали 5-окси бензимидазол, или аденин, 2-метиладенин, гипоксантин и метилгипок сантин. Все они обладали меньшей биологической активностью, чем ко баламин. Обычно витамин В12 выделяют из микробной массы или жи вотных тканей, используя растворы, содержащие ионы цианида, которые выполняют роль 6-го лиганда кобальта. Однако цианокобаламин ме таболически неактивен. В состав В12-коферментов вместо CN входит остаток 5-дезоксиаденозина или метильная группа.

* Это единственный витамин, содержащий в своей молекуле металл.

У человека и животных недостаток витамина В12 приводит к развитию злокачественной макроцитарной, мегалобластической анемии. Помимо из менений кроветворной функции, для авитаминоза В12 специфичны также нарушения деятельности нервной системы и резкое снижение кислотности желудочного сока. Оказалось, что для активного процесса всасывания витамина В12 в тонкой кишке обязательным условием является наличие в желудочном соке особого белка – гастромукопротеина, получившего название внутреннего фактора Касла, который специфически свя зывает витамин В12 в особый сложный комплекс. Точная роль этого фактора во всасывании В12 не выяснена. Предполагают, что в связанном с этим фактором комплексе витамин В12 поступает в клетки слизистой оболочки подвздошной кишки, затем медленно переходит в кровь пор тальной системы, а внутренний фактор подвергается гидролизу (распаду).

Следует указать, что В12 поступает в кровь портальной системы не в свободном состоянии, а в комплексе с двумя белками, получившими название транскобаламинов I и II, один из которых выполняет функцию депо В12 (I), поскольку он более прочно связывается с витамином В12.

Поэтому нарушение синтеза внутреннего фактора в слизистой оболочке желудка приводит к развитию авитаминоза В12 даже при наличии в пище достаточного количества кобаламина. В подобных случаях витамин с лечебной целью обычно вводят парентерально или с пищей, но в сочетании с нейтрализованным желудочным соком, в котором содержится внутренний фактор. Подобный метод лечения эффективен при пернициозной анемии.

Это указывает на существование определенной связи между развитием злокачественной анемии у человека и нарушением функций желудка. Мож но, вероятно, утверждать, что пернициозная анемия, хотя и является следствием авитаминоза В12, но развивается на фоне органических по ражений желудка, приводящих к нарушению синтеза в клетках слизистой оболочки желудка внутреннего фактора Касла, или после тотального удаления желудка хирургическим путем.

Витамин В12 используется в клинике для лечения не только перни циозной анемии, но и других ее форм – мегалобластических анемий с неврологическими нарушениями, которые обычно не поддаются лечению другими витаминами, в частности фолиевой кислотой.

Биологическая роль. Выявлены ферментные системы, в составе которых в качестве простетической группы участвуют не свободный витамин В12, а так называемые В12-коферменты, или кобамидные коферменты. Послед ние отличаются тем, что содержат 2 типа лигандов: метильную группу и 5'-дезоксиаденозин. Соответственно различают метилкобаламин СН3-В12 и дезоксиаденозилкобаламин. Превращение свободного ви тамина В12 в В12-коферменты, протекающее в несколько этапов, осу ществляется в организме при участии специфических ферментов в при сутствии в качестве кофакторов ФАД, восстановленного НАД, АТФ и глутатиона. В частности, при образовании 5-дезоксикобаламинового кофермента АТФ подвергается необычному распаду с отщеплением три фосфатного остатка по аналогии еще с одной единственной реакцией синтеза 5-аденозилметионина из метионина и АТФ (см. главу 12). Впер вые В12-коферменты были выделены Г. Баркером и сотр. в 1958 г. из микроорганизмов, позже было доказано их существование в тканях жи вотных.

Химические реакции, в которых витамин В12 принимает участие как кофермент, условно делят на 2 группы в соответствии с его химической природой. К первой группе относятся реакции трансметилирования, в которых метилкобаламин выполняет роль промежуточного переносчика метильной группы (реакции синтеза метионина и ацетата).

Синтез метионина требует, помимо гомоцистеина, наличия N5-метил ТГФК и восстановленного ФАД и протекает согласно уравнению:

Метилкобаламин N5-СН3–ТГФК + Гомоцистеин Метионин + ТГФК Тетрагидроптероилглу гамат-метилтрансфераза Фермент, катализирующий эту реакцию, был открыт в печени человека и ряда животных, а также у микроорганизмов. Получены доказательства, что механизм реакции включает перенос метильной группы N5-СН3-ТГФК на активный центр фермента с образованием метил-В12-фермента и по следующий перенос этой группы на гомоцистеин. Блокирование этой реакции, наблюдаемое при авитаминозе В12, приводит к накоплению N5-СН3-ТГФК и соответственно выключению из сферы химических реак ций еще одного важного кофермента.

Вторая группа реакций при участии В12-коферментов заключается во внутримолекулярном переносе водорода в реакциях изомеризации. Ме ханизм этих реакций соответствует схеме:

Видно, что протон водорода движется (перемещается) между двумя соседними атомами углерода и не обменивается с протонами воды. Пред полагают, что сначала водород от субстрата переносится на 5-дезокси кобаламин, а затем обратно на субстрат, меняя местоположение. На пример, глутаматмутазная реакция (взаимопревращения глутаминовой и -метиласпарагиновой кислот), метилмалонилмутазная реакция (обрати мое превращение метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА), глицерол- и диол дегидратазные реакции, ферментативные реакции восстановления рибо нуклеотидов до дезоксирибонуклеотидов и др. В организме человека из указанных процессов открыта только реакция изомеризации метил малонил-КоА в сукцинил-КоА.

В12-кофермент Метилмалонил КоА-мутаза L-метилмалонил-КоА Сукцинил-КоА Следует подчеркнуть, что реакция изомеризации метилмалонил-КоА требует наличия 5'-дезоксиаденозилкобаламина в качестве кофермента, в то время как реакция метилирования (см. ранее) нуждается в метилкобала мине. Этими обстоятельствами могут быть объяснены некоторые био химические симптомы недостаточности витамина В12, в частности метил малонилацидурия и гомоцистинурия. Кроме того, описаны болезни, об условленные наследственными дефектами синтеза только дезоксиаденозил кобаламина или обоих В12-коферментов;

в этих случаях даже 1000-кратная доза витамина В12 не оказывала лечебного эффекта. В настоящее время высказывается предположение о более широком участии В12-коферментов в ферментативных реакциях трансметилирования, дезаминирования (на пример, этаноламиддезаминазная реакция) и др. Предстоит, однако, при ложить немало усилий, чтобы выяснить молекулярные механизмы действия витамина В12 на процесс кроветворения. Положительный эффект при лечении пернициозной анемии полусырой печенью обусловлен, как стало известно, наличием витамина В12, хотя следует указать, что большего лечебного эффекта можно добиться при одновременном введении внут реннего фактора слизистой оболочки желудка.

Распространение в природе и суточная потребность. Витамин В12 является единственным витамином, синтез которого осуществляется исключи тельно микроорганизмами;

ни растения, ни ткани животных этой способностью не наделены. Основные источники витамина В12 для че ловека – мясо, говяжья печень, почки, рыба, молоко, яйца. Главным местом накопления витамина В12 в организме человека является печень, в которой содержится до нескольких миллиграммов витамина. В печень он поступает с животной пищей, в частности с мясом, или синтезируется микрофлорой кишечника при условии доставки с пищей кобальта. Суточная потребность в витамине В12 для взрослого человека составляет около 3 мкг (0,003 мг).

Пантотеновая кислота (витамин В3) Пантотеновая кислота в качестве витамина была открыта в 1933 г.

Р. Уильямсом и соавт. в составе «биоса» – группы веществ природного происхождения, стимулирующих рост дрожжей. Он оказался чрезвычайно широко распространенным во всех живых объектах (микроорганизмы, растения, ткани животных), в связи с чем было предложено название «пантотеновая кислота» (от греч. pantoten – повсюду). В 1938 г. эти же авторы выделили ее из дрожжей и печени в высокоочищенном состоянии в форме кристаллической кальциевой соли, а в 1940 г. была расшифрована ее структура, подтвержденная химическим синтезом.

Пантотеновая кислота является комплексным соединением -аланина и 2,4-диокси-3,3-диметилмасляной кислоты.

-Аланин Пантотеновая кислота Пантотеновая кислота представляет собой вязкую светло-желтую жид кость, хорошо растворимую в воде;

она малоустойчива и легко гидро лизуется по месту пептидной связи под действием слабых кислот и щелочей.

При недостаточности или отсутствии пантотеновой кислоты у человека и животных развиваются дерматиты, поражения слизистых оболочек, дистрофические изменения желез внутренней секреции (в частности, над почечников) и нервной системы (невриты, параличи), изменения в сердце и почках, депигментация волос, шерсти, прекращение роста, потеря аппе тита, истощение, алопеция. Все это многообразие клинических проявлений пантотеновой недостаточности свидетельствует об исключительно важной биологической роли ее в метаболизме.

Биологическая роль. Пантотеновая кислота входит в состав кофер мента А, или коэнзима А (КоА). Название «коэнзим А» (кофермент ацилирования) связано с тем, что это соединение участвует в фермен тативных реакциях, катализирующих как активирование, так и перенос ацетильного радикала СН3СО;

позже оказалось, что КоА активирует и переносит также другие кислотные остатки (ацилы). В результате обра зования ацил-КоА происходит активация карбоновой кислоты, которая поднимается на более высокий энергетический уровень, создающий вы годные термодинамические предпосылки для ее использования в реакциях, протекающих с потреблением энергии.

Строение КоА расшифровал Ф. Линен. В основе структуры лежит остаток 3'-фосфоаденозин-5'-дифосфата (отличается от АТФ наличием у 3'-гидроксила фосфатной группы), соединенный с остатком пантотеновой кислоты, карбонильная группа которой в свою очередь связана с остатком -меркаптоэтиламина (тиоэтиламина).

-Меркаптоэтиламин Пантотеновая кислота 3'-Фосфоаденозин-5'-Дифосфат Коэнзим А Реакционноспособным участком молекулы КоА в биохимических реак циях является SH-группа, поэтому принято сокращенное обозначение КоА в виде SH-KoA. О важнейшем значении КоА в обмене веществ (как будет показано далее – см. главы 9–11) свидетельствуют обязательное непосред ственное участие его в основных биохимических процессах, окисление и биосинтез высших жирных кислот, окислительное декарбоксилирование -кетокислот (пируват, -кетоглутарат), биосинтез нейтральных жиров, фосфолипидов, стероидных гормонов, гема гемоглобина, ацетилхолина, гиппуровой кислоты и др.

Распространение в природе и суточная потребность. Уже отмечалось широкое, повсеместное распространение пантотеновой кислоты в природе.

Основными пищевыми источниками ее для человека являются печень, яичный желток, дрожжи и зеленые части растений. Пантотеновая кислота синтезируется, кроме того, микрофлорой кишечника. Суточная потребность в пантотеновой кислоте для взрослого человека составляет 3–5 мг.

Витамин С Витамин С (аскорбиновая кислота;

антискорбутный витамин) получил название антискорбутного, антицинготного фактора, предохраняющего от развития цинги – болезни, принимавшей в средние века характер эпидемии.

Причину болезни долго не могли распознать, и только в 1907–1912 гг. были получены неоспоримые экспериментальные доказательства (на морских свинках, также подверженных, подобно людям, заболеванию цингой) пря мой зависимости между развитием цинги и недостаточностью или от сутствием в пище витамина С.

По химической структуре аскорбиновая кислота представляет собой лактон кислоты со структурой, близкой структуре L-глюкозы;

оконча тельно строение витамина С было установлено после синтеза его из L-ксилозы. Аскорбиновая кислота относится к сильным кислотам;

кислый характер ее обусловлен наличием двух обратимо диссоциирующих еноль ных гидроксилов у 2-го и 3-го углеродных атомов.

–2Н Н2О +2Н L-аскорбиновая L-дегидроаскорби- L-дикетогулоновая кислота новая кислота кислота Аскорбиновая кислота содержит два асимметричных атома углерода в 4-м и 5-м положениях, что позволяет образовать четыре оптических изомера. Природные изомеры, обладающие витаминной активностью, относятся к L-ряду. Аскорбиновая кислота хорошо растворима в воде, хуже – в этаноле и почти нерастворима в других органических раство рителях. Из представленных структурных формул видно, что наиболее важным химическим свойством аскорбиновой кислоты является ее спо собность обратимо окисляться в дегидроаскорбиновую кислоту, образуя окислительно-восстановительную систему, связанную с отщеплением и присоединением электронов и протонов. Окисление может быть вызвано различными факторами, в частности кислородом воздуха, метиленовым синим, перекисью водорода и др. Этот процесс, как правило, не со провождается снижением витаминной активности. Дегидроаскорбиновая кислота легко восстанавливается цистеином, глутатионом, сероводородом.

В слабощелочной (и даже в нейтральной) среде происходит гидролиз лактонового кольца, и эта кислота превращается в дикетогулоновую кислоту, лишенную биологической активности. Поэтому при кулинарной обработке пищи в присутствии окислителей часть витамина С разрушается.

Аскорбиновая кислота оказалась необходимым пищевым фактором для человека, обезьян, морских свинок и некоторых птиц и рыб. Все другие животные не нуждаются в пищевом витамине С, поскольку он легко синтезируется в печени из глюкозы. Как оказалось, ткани витамин-С чувствительных животных и человека лишены одного-единственного фер мента, катализирующего последнюю (6-ю) стадию образования аскорбино вой кислоты из глюкозы, а именно гулонолактоноксидазы, превращающего L-гулонолактон в L-аскорбиновую кислоту.

Наиболее характерным признаком недостаточности витамина С яв ляется потеря организмом способности депонировать межклеточные «це ментирующие» вещества, что вызывает поражение сосудистых стенок и опорных тканей. У морских свинок, например, некоторые специализи рованные, высокодифференцированные клетки (фибробласты, остеобласты, одонтобласты) теряют способность синтезировать коллаген в кости и ден тине зуба. Нарушено, кроме того, образование гликопротеингликанов, отмечены геморрагические явления и специфические изменения костной и хрящевой тканей.

У человека при недостаточности витамина С также отмечаются сни жение массы тела, общая слабость, одышка, боли в сердце, сердцебиение.

При цинге в первую очередь поражается кровеносная система: сосуды становятся хрупкими и проницаемыми, что служит причиной мелких точечных кровоизлияний под кожу – так называемых петехий;

часто от мечаются кровоизлияния и кровотечения во внутренних органах и сли зистых оболочках. Для цинги характерна также кровоточивость десен;

дегенеративные изменения со стороны одонтобластов и остеобластов при водят к развитию кариеса, расшатыванию, разламыванию, а затем и вы падению зубов. У больных цингой наблюдаются, кроме того, отек нижних конечностей и боли при ходьбе.

Биологическая роль. Витамин С, вероятнее всего, участвует в окисли тельно-восстановительных процессах, хотя до сих пор не выделены фер ментные системы, в состав простетических групп которых он входит.

Предполагают, что витамин С участвует в реакциях гидроксилирования пролина и лизина при синтезе коллагена, синтезе гормонов коры над почечников (кортикостероидов), аминокислоты триптофана и, возможно, в других реакциях гидроксилирования. Имеются доказательства необхо димости участия витамина С в окислительном распаде тирозина и ге моглобина в тканях.

Распространение в природе и суточная потребность. Витамин С относится к широко распространенным в природе витаминам. Наиболее важными источниками его для человека служат продукты растительного происхож дения (овощи и фрукты). Много витамина С в перце, салате, капусте, хрене, укропе, ягодах рябины, черной смородины и особенно в цитрусовых (лимон). Картофель также относится к основным повседневным источ никам витамина С, хотя содержит его значительно меньше. Из непищевых источников богаты витамином С шиповник, хвоя, листья черной смо родины, экстракты из которых могут полностью удовлетворить потреб ности организма. Суточная потребность в витамине С для человека состав ляет 75 мг. Рекомендованные рядом ученых (в том числе Л. Полингом) более высокие суточные дозы аскорбиновой кислоты (1 г) для человека, вероятнее всего, недостаточно обоснованны.

Витамин Р Витамин Р (рутин, цитрин;

витамин проницаемости) выделен в 1936 г.

А. Сент-Дьердьи из кожуры лимона. Под термином «витамин Р», по вышающим резистентность капилляров (от лат. permeability – проницае мость), объединяется группа веществ со сходной биологической актив ностью: катехины, халконы, дигидрохалконы, флавины, флавононы, изо флавоны, флавонолы и др. Все они обладают Р-витаминной активностью, и в основе их структуры лежит дифенилпропановый углеродный «скелет» хромона или флавона. Этим объясняется их общее название «биофла воноиды». Приводим структуру рутина, выделенного из листьев гречихи:

Рутин При недостаточности биофлавоноидов или отсутствии их в пище у людей и морских свинок повышается проницаемость кровеносных сосудов, сопровождающаяся кровоизлияниями и кровотечениями;

у людей отме чаются кроме того, общая слабость, быстрая утомляемость и боли в конечностях.

Биологическая роль. Биофлавоноиды стабилизируют основное вещество соединительной ткани путем ингибирования гиалуронидазы, что подтверж дается данными о положительном влиянии Р-витаминных препаратов, как и аскорбиновой кислоты, в профилактике и лечении цинги, ревматизма, ожогов и др. Эти данные указывают на тесную функциональную связь витаминов С и Р в окислительно-восстановительных процессах организма, образующих единую систему. Об этом косвенно свидетельствует лечебный эффект, оказываемый комплексом витамина С и биофлавоноидов, назван ный аскорутином.

Основными источниками витамина Р для взрослого человека являются те же растительные продукты питания (в частности, овощи и фрукты), в которых содержится много витамина С. Витаминная промышленность выпускает ряд препаратов с Р-витаминной активностью: чайные катехины, рутин, кверцетин, гесперидин, нарингил и др. Суточная потребность в витамине Р не установлена.

ВИТАМИНОПОДОБНЫЕ ВЕЩЕСТВА Парааминобензойная кислота История открытия и изучения парааминобензойной кислоты как необ ходимого фактора размножения микроорганизмов тесно связана с раз витием химиотерапии, в частности с началом практического применения сульфаниламидных препаратов. Ростстимулирующий фактор был выделен из экстрактов дрожжей в чистом виде и идентифицирован с параамино бензойной кислотой следующего строения:

п-Аминобензойная кислота Как отмечалось, витаминные свойства парааминобензойной кислоты связаны, по-видимому, с тем, что она входит в состав молекулы фолиевой кислоты. Парааминобензойная кислота представляет собой кристалличе ское вещество, плохо растворимое в воде, хорошо – в спирте и эфире.

Химически стойкая, она не разрушается при автоклавировании, выдер живает кипячение в кислой и щелочной средах. В парааминобензойной кислоте нуждаются, кроме микроорганизмов (хотя некоторые из них, например микобактерии туберкулеза, способны сами синтезировать ее), также животные. Доказано, что парааминобензойная кислота необходима для нормального процесса пигментации волос, шерсти, перьев и кожи.

Показано также активирующее влияние этого витамина на действие тиро зиназы – ключевого фермента при биосинтезе меланинов кожи, опреде ляющих ее нормальную окраску.

В медицине широко используются структурные аналоги параамино бензойной кислоты, в частности сульфаниламиды, обладающие антибак териальными свойствами. Предполагают, что сульфаниламидные препа раты вследствие структурного сходства * могут конкурентно замещать парааминобензойную кислоту в ферментных системах микроорганизмов с последующей остановкой их роста и размножения. Коферментные функ ции этой кислоты не установлены, но, являясь составной частью ко ферментов фолиевой кислоты, парааминобензойная кислота тем самым участвует во многих процессах обмена.

Источниками парааминобензойной кислоты для человека являются печень, почки, мясо, дрожжи;

меньше ее содержится в молоке, куриных яйцах, картофеле, хлебе, шпинате, моркови.

Витамин В Витамин В15 (пангамовая кислота) впервые был обнаружен в 1950 г.

в экстрактах печени быка, а позже выделен из многих семян растений;

отсюда его название (от греч. pan – всюду, gami – семя). Ни авитаминоз, ни гипервитаминоз В15 у человека не описаны, хотя препараты его при меняются в медицине при некоторых заболеваниях, связанных с нару шениями процесса обмена (в частности, реакций трансметилирования).

Препараты пангамовой кислоты дают хороший лечебный эффект при жировом перерождении печени и некоторых формах кислородного го лодания.

С химической точки зрения пангамовая кислота представлена эфиром глюконовой кислоты и диметилглицина.

Пангамовая кислота * Общий тип строения сульфаниламидных препаратов можно представить в следующем виде:

Биологическая роль витамина В15 изучена недостаточно. Имеются отдельные указания и предположения о возможном участии его в био синтезе холина, метионина и креатина в качестве источника метильных групп.

Пищевыми источниками витамина В15 для человека являются печень, семена растений, дрожжи и др. Суточная потребность в нем для человека не установлена.

Инозит (инозитол) В опытах на мышах было показано, что при отсутствии в пище этого водорастворимого фактора, помимо остановки роста, отмечаются свое образная потеря шерстяного покрова и жировая инфильтрация печени с отложением холестерина. Добавление в пищу животных экстрактов из печени устраняло эти явления. Вещество, оказывающее лечебное действие, было названо фактором против алопеции и позже идентифицировано с фосфорным эфиром инозита;

витаминными свойствами обладает также фитин – соль инозитфосфорной кислоты.

Инозитол представляет собой циклический шестиатомный спирт цикло гексана:

Инозит Инозитол обнаружен в составе фосфоглицеролов (производные фосфа тидной кислоты), он является компонентом фосфатидилинозитола (см.

главу 11). Биологическая роль инозитола, вероятнее всего, связана с обменом фосфоглицеролов и образованием инозитол-1,4,5-трифос фата – одного из наиболее активных вторичных посредников (мессенд жеров) внутриклеточных сигналов (см. главу 11). Инозитол оказывает мощный липотропный эффект, тормозит развитие дистрофии печени у животных, находящихся на безбелковой диете, и у человека при зло качественных новообразованиях. Необходимость инозита как незамени мого пищевого фактора для крыс и мышей и его специфическое липо тропное действие продемонстрированы довольно убедительно, однако его витаминные свойства для других животных и человека нельзя считать окончательно установленными.

Инозит довольно широко распространен в природе. Много его в печени, мясе, молоке, хлебе из муки грубого помола, овощах и фруктах.

Коэнзим Q (убихинон) Коэнзим Q (кофермент Q, KoQ) относится к чрезвычайно широко рас пространенным коферментам, отсюда его второе название «убихинон» («вездесущий хинон»). Убихинон открыт во всех живых клетках: растений, животных, грибов, микроорганизмов. Внутри клеток убихинон локали зован, по-видимому, исключительно в митохондриях или аналогичных им мембранных структурах бактерий.

По химической природе убихинон представляет собой 2,3-диметокси 5-метил-1,4-бензохинон с изопреновой цепью в 6-м положении.

Убихинон Число остатков изопрена в боковой цепи убихинона из разных ис точников варьирует от 6 до 10, что обозначают как KoQ6, KoQ7 и т.д.

В митохондриях клеток человека и животных встречается убихинон только с 10 изопреновыми звеньями. Как и близкие к нему по структуре витамины К и Е, убихинон нерастворим в воде. В хлоропластах растений открыто близкое к убихинону соединение пластохинон, который отличается строе нием бензольного кольца: вместо двух метоксильных остатков содержат ся две метальные группы и отсутствует СН3-группа у 5-го углеродного атома.

К настоящему времени выяснена основная коферментная роль KoQ10.

Он оказался обязательным компонентом дыхательной цепи (см. главу 9):

осуществляет в митохондриях перенос электронов от мембранных де гидрогеназ (в частности, НАДН-дегидрогеназы дыхательной цепи, СДГ и т.д.) на цитохромы. Таким образом, если никотинамидные коферменты участвуют в транспорте электронов и водорода между водорастворимыми ферментами, то KoQ10 благодаря своей растворимости в жирах осу ществляет такой перенос в гидрофобной митохондриальной мембране.

Пластохиноны выполняют аналогичную функцию переносчиков при транспорте электронов в процессе фотосинтеза.

В организме человека KoQ может синтезироваться из мевалоновой кислоты и продуктов обмена фенилаланина и тирозина. По этой причине KoQ нельзя отнести к классическим витаминам, однако при некоторых патологических состояниях, развивающихся как следствие неполноценности питания, KoQ становится незаменимым фактором. Так, у детей, полу чающих с пищей недостаточное количество белка, развивается анемия, не поддающаяся лечению известными средствами (витамин В12, фолиевая кислота и др.). В этих случаях препараты KoQ более эффективны. KoQ оказался также эффективным средством при лечении мышечной дистрофии (в том числе генетической ее формы) и сердечной недостаточности.

Пирролохинолинохинон (PQQ) Недавно открыт новый класс белков – хинопротеины, или PQQ-ферменты, содержащие в качестве кофермента неизвестный до сих пор новый ви таминоподобный фактор пирролохинолинохинон (PQQ). Он имеет сле дующую структуру:

PQQ - Пирролохинолинохинон PQQ оказался производным хинона, довольно широко распростра ненным у микроорганизмов, в животных тканях и растениях. Среди бактериальных ферментов, в состав которых PQQ входит в качестве кофермента, следует указать на метанолдегидрогеназу и алкогольдегидро геназу. Из тканей животных, растений, грибов и дрожжей выделен медь содержащий фермент метиламиноксидаза, в котором также есть кова лентно связанный PQQ в качестве кофермента.

Животные и растительные хинопротеины входят в состав оксидаз и декарбоксилаз (аминоксидаз, диаминоксидаз, монооксигеназ, диокси геназ). Имеются данные о возможности наличия 2 коферментов: пири доксальфосфата и PQQ – в составе ряда декарбоксилаз аминокислот (глу таматдекарбоксилазы и ДОФА-декарбоксилазы).

Интересно отметить, что PQQ-дегидрогеназы и оксидазы по механизму действия аналогичны флавопротеинам, катализирующим перенос 2 элект ронов и протонов, возможно, непосредственно на убихинон. PQQ-декарбо ксилазы, напротив, аналогичны по механизму действия пиридоксалевым ферментам, поскольку обе системы содержат карбонильную группу. На примере трехмерной структуры одного из хинопротеинов – метиламино ксидазы – получены данные, свидетельствующие о том, что коферментом ее является не свободный PQQ, а его предшественник Pro-PQQ (содержит остатки PQQ, индола и глутаминовой кислоты), ковалентно связанный с белковой молекулой.

Как видно на примере PQQ, в природе может встречаться и ряд других незаменимых пищевых факторов, принимающих участие в ключевых реак циях метаболизма, хотя истинные витаминные свойства их, включая PQQ, пока не раскрыты.

Витамин U Витамин U (S-метилметионин;

противоязвенный фактор) впервые обна ружен в 1950 г. в сырых овощах, парном молоке и печени. Поскольку сок сырых овощей (например, капусты) предотвращал или задерживал у цып лят развитие язвы желудка, индуцированной введением алкалоида цинко фена, было высказано предположение, что язвенная болезнь вызывается недостатком особого пищевого фактора, содержащегося в овощах и от носящегося, очевидно, к витаминам. Активное начало было предложено называть витамином U (от лат. ulcus – язва). В настоящее время витамин U выделен из капустного сока в кристаллическом виде;

осуществлен также его химический синтез. Препарат оказался в 1000 раз более активным при лечении язвенной болезни, чем исходный капустный сок;

уже через 2-3 дня после приема его значительно ослабевают боли, а через 15-20 дней рентгенологически почти не обнаруживаются органические изменения сли зистой оболочки желудка.

Витамин U оказался по своей химической природе S-метилметионином.

Витамин U (метилметионинсульфония хлорид) Витамин U хорошо растворим в воде;

при температуре 100°С легко разрушается, особенно в нейтральной и щелочной средах;

устойчив в кислой среде.

Биологическая роль. Витамин U у крыс полностью заменяет потреб ности в метионине как незаменимой аминокислоте. Установлено его учас тие в синтезе метионина, холина и креатина;

бактерии используют его также в качестве донатора метильных групп.

Источниками витамина U для человека являются свежая капуста, зелень петрушки и репы, морковь, лук, перец, зеленый чай, бананы, фрукты, сырое молоко и др.

Липоевая кислота В 50-е годы в дрожжах и ткани печени был открыт фактор роста мо лочнокислых бактерий, не относящийся ни к одному из известных ви таминов;

некоторые виды стрептококков также нуждались в нем как в факторе роста. В кристаллическом виде этот фактор был идентифи цирован с -липоевой (1,2-дитиолан-З-валериановой) кислотой.

Липоевая кислота Дигидролипоевая кислота Как видно из формул, липоевая кислота может существовать в окислен ной (—S—S—) и восстановленной (SH—) формах, благодаря чему реали зовываются ее коферментные функции. В частности, липоевая кислота играет незаменимую роль в окислении и переносе ацильных групп в составе многокомпонентных ферментных систем. Основная функция ее – прямое участие в окислительном декарбоксилировании в тканях -кетокислот (пировиноградной и -кетоглутаровой;

см. главу 10). Липоевая кислота служит простетической группой наряду с тиаминпирофосфатом и КоА сложной мультиферментной пируват- и кетоглутарат-дегидрогеназной систем. Однако до сих пор нет сведений о механизмах биосинтеза липоевой кислоты не только в тканях животных, но и в растениях, и у микро организмов.

Холин Впервые холин был выделен А. Стрекером из желчи в 1892 г. и тогда же получил свое название. Биологическая роль холина стала известна зна чительно позже, когда было показано, что холин является структурным компонентом более сложного органического фосфорсодержащего соеди нения – фосфатидилхолина, или лецитина (см. главу 11), открытого в яичном желтке и ткани мозга. Доказано, что особая роль лецитина как пищевого фактора обусловлена холином, а не фосфорсодержащим его компонентом. Последующие опыты показали, что исключение холина из диеты животных приводит к ожирению печени. Добавление его к пище, наоборот, способствует рассасыванию этого жира. Дальнейшие исследо вания позволили установить, что холин в организме человека и животных синтезируется в достаточных количествах и не может быть истинным пищевым фактором, однако в определенных условиях, например при недостатке белка в пище, развивается вторичная холиновая недостаточ ность. Вследствие указанных причин холин был отнесен к группе ви таминоподобных веществ, или «частичных витаминов».

По структуре холин представляет собой аминоэтиловый спирт, со держащий у атома азота три метильные группы:

Холин Хорошо растворим в воде и спирте. В организме животных син тезируется не свободный холин, а холин в составе фосфолипидов. До норами метильных групп являются метионин (в составе S-аденозилме тионина) или серин и глицин (при синтезе метильных групп). Вследствие этого при белковой недостаточности, которая в свою очередь может быть связана с дефицитом белка в пище или эндогенного происхождения, развиваются симптомы холиновой недостаточности: жировая инфильтра ция печени, геморрагическая дистрофия почек, нарушение процесса свер тывания крови (нарушение синтеза V фактора свертывания – акцелерина) и др.

Сведения о механизме действия холина свидетельствуют, что он яв ляется прежде всего составной частью биологически активного ацетил холина – медиатора нервного импульса. Кроме того, холин принимает участие в реакциях трансметилирования при биосинтезе метионина, пури новых и пиримидиновых нуклеотидов, фосфолипидов и т.д.

Основными источниками холина для человека являются печень, поч ки, мясо, рыбные продукты, капуста. О потребностях человека в холине точных данных нет. В значительной степени они определяются обеспе ченностью организма пищевым белком, витамином В12 и фолиевой кислотой.

Антивитамины В настоящее время антивитамины принято делить на две группы:

1) антивитамины, имеющие структуру, сходную со структурой нативного витамина, и оказывающие действие, основанное на конкурентных взаимо отношениях с ним;

2) антивитамины, вызывающие модификацию хими ческой структуры витаминов или затрудняющие их всасывание, транспорт, что сопровождается снижением или потерей биологического эффекта ви таминов. Таким образом, термином «антивитамины» обозначают любые вещества, вызывающие независимо от механизма их действия снижение или полную потерю биологической активности витаминов.

Структуроподобные антивитамины (о некоторых из них уже упоми налось ранее) по существу представляют собой антиметаболиты и при взаимодействии с апоферментом образуют неактивный ферментный комп лекс, выключая энзиматическую реакцию со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Помимо структуроподобных аналогов витаминов, введение которых обусловливает развитие истинных авитаминозов, различают антивита мины биологического происхождения, в том числе ферменты и белки, вызывающие расщепление или связывание молекул витаминов, лишая их физиологического действия. К ним относятся, например, тиаминазы I и II, вызывающие распад молекулы витамина В1, аскорбатоксидаза, катализирующая разрушение витамина С, белок авидин, связывающий биотин в биологически неактивный комплекс. Большинство этих анти витаминов применяют как лечебные средства со строго направленным действием на некоторые биохимические и физиологические процессы.

В частности, из антивитаминов жирорастворимых витаминов используются дикумарол, варфарин и тромексан (антагонисты витамина К) в качестве антисвертывающих препаратов. Хорошо изученными антивитаминами тиамина являются окситиамин, пири- и неопиритиамин, рибофлавина – атербин, акрихин, галактофлавин, изорибофлавин (все они конкурируют с витамином В2 при биосинтезе коферментов ФАД и ФМН), пиридоксина – дезоксипиридоксин, циклосерин, изоникотиноилгидразид (изониазид), ока зывающий антибактериальное действие на микобактерии туберкулеза.

Антивитаминами фолиевой кислоты являются амино- и аметоптерины, витамина В12 – производные 2-аминометилпропанол-В12, никотиновой кис лоты – изониазид и 3-ацетилпиридин, парааминобензойной кислоты – суль фаниламидные препараты;

все они нашли широкое применение в качестве противоопухолевых или антибактериальных средств, тормозя синтез белка и нуклеиновых кислот в клетках.

Глава ГОРМОНЫ ОБЩЕЕ ПОНЯТИЕ О ГОРМОНАХ Учение о гормонах выделено в самостоятельную науку – эндокринологию.

Современная эндокринология изучает химическую структуру гормонов, образующихся в железах внутренней секреции, зависимость между структу рой и функцией гормонов, молекулярные механизмы действия, а также физиологию и патологию эндокринной системы *. Учреждены специализи рованные научно-исследовательские институты, лаборатории, издаются научные журналы;

созываются международные конференции, симпозиумы и конгрессы, посвященные проблемам эндокринологии. В наши дни эндо кринология превратилась в одну из самых бурно развивающихся разделов биологической науки. Она имеет свои цели и задачи, специфические методо логические подходы и методы исследования. В нашей стране головным научным учреждением, объединяющим исследования по этим проблемам, является Эндокринологический научный центр РАМН.

Гормоны относятся к биологически активным веществам, определяю щим в известной степени состояние физиологических функций целостного организма, макро- и микроструктуру органов и тканей и скорость протека ния биохимических процессов. Таким образом, гормоны – вещества орга нической природы, вырабатывающиеся в специализированных клетках же лез внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регулирую щее влияние на обмен веществ и физиологические функции. В это опреде ление необходимо внести соответствующие коррективы в связи с обнаруже нием типичных гормонов млекопитающих у одноклеточных (например, инсулин у микроорганизмов) или возможностью синтеза гормонов сомати ческими клетками в культуре ткани (например, лимфоцитами под дейст вием факторов роста).

Одной из удивительных особенностей живых организмов является их способность сохранять постоянство внутренней среды – гомеостаз – при помощи механизмов саморегуляции, в которых одно из главных мест принадлежит гормонам. У высших животных координированное протека ние всех биологических процессов не только в целостном организме, но и в микропространстве отдельной клетки и даже в отдельном субклеточном образовании (митохондрии, микросомы) определяется нейрогуморальными механизмами, сложившимися в процессе эволюции. При помощи этих механизмов организм воспринимает разнообразные сигналы об изменениях в окружающей и внутренней средах и тонко регулирует интенсивность * Исследования последних лет убеждают, что эндокринная система включает не только истинные железы внутренней секреции, но и много других гормональных систем в органах и тканях организма, которые вырабатывают биологически активные вещества с гормонопо добным эффектом;

они регулируются нейроэндокринной системой или действуют автономно.

процессов обмена. В регуляции этих процессов, в осуществлении последова тельности протекания множества реакций гормоны занимают промежуточ ное звено между нервной системой и действием ферментов, которые непосредственно регулируют скорость обмена веществ. В настоящее время получены доказательства, что гормоны вызывают либо быструю (срочную) ответную реакцию, повышая активность предобразованных, имеющихся в тканях ферментов (это свойственно гормонам пептидной и белковой природы), либо, что более характерно, например, для стероидных гормо нов, медленную реакцию, связанную с синтезом ферментов de novo. Как будет показано далее, стероидные гормоны оказывают влияние на генети ческий аппарат клетки, вызывая синтез соответствующей мРНК, которая, поступив в рибосому, служит матрицей для синтеза молекулы белка – фер мента. Предполагают, что и другие гормоны (имеющие белковую природу) опосредованно через фосфорилирование негистоновых белков могут оказы вать влияние на гены, контролируя тем самым скорость синтеза соответст вующих ферментов. Таким образом, любые нарушения синтеза или распада гормонов, вызванные разнообразными причинными факторами, включая заболевания эндокринных желез (состояние гипо- или гиперфункции) или изменения структуры и функций рецепторов и внутриклеточных посредни ков, приводят к изменению нормального синтеза ферментов и соответствен но к нарушению метаболизма.

Зарождение науки об эндокринных железах и гормонах относится к 1855 г., когда Т. Аддисон впервые описал бронзовую болезнь, связанную с поражением надпочечников и сопровождающуюся специфической пигмен тацией кожных покровов. Клод Бернар ввел понятие о железах внутренней секреции, т.е. органах, выделяющих секрет непосредственно в кровь. Позже Ш. Броун-Секар показал, что недостаточность функции желез внутренней секреции вызывает развитие болезней, а экстракты, полученные из этих желез, оказывают хороший лечебный эффект. В настоящее время имеются бесспорные доказательства, что почти все болезни желез внутренней секре ции (тиреотоксикоз, сахарный диабет и др.) развиваются в результате нарушения молекулярных механизмов регуляции процессов обмена, вы званных недостаточным или, наоборот, избыточным синтезом соответству ющих гормонов в организме человека.

Термин «гормон» (от греч. hormao – побуждаю) был введен в 1905 г.

У. Бейлиссом и Э. Старлингом при изучении открытого ими в 1902 г.

гормона секретина, вырабатывающегося в двенадцатиперстной кишке и стимулирующего выработку сока поджелудочной железы и отделение желчи. К настоящему времени открыто более сотни различных веществ, наделенных гормональной активностью, синтезирующихся в железах внут ренней секреции и регулирующих процессы обмена веществ. Установлены специфические особенности биологического действия гормонов: а) гормо ны проявляют свое биологическое действие в ничтожно малых концентра циях (от 10–6 до 10–12 М);

б) гормональный эффект реализуется через белковые рецепторы и внутриклеточные вторичные посредники (мессендже ры);

в) не являясь ни ферментами, ни коферментами, гормоны в то же время осуществляют свое действие путем увеличения скорости синтеза ферментов de novo или изменения скорости ферментативного катализа;

г) действие гормонов в целостном организме определяется в известной степени контролирующим влиянием ЦНС;

д) железы внутренней секреции и продуцируемые ими гормоны составляют единую систему, тесно связан ную при помощи механизмов прямой и обратной связей.

Под влиянием разнообразных внешних и внутренних раздражителей возникают импульсы в специализированных, весьма чувствительных рецеп торах. Импульсы затем поступают в ЦНС, оттуда в гипоталамус, где синтезируются первые биологически активные гормональные вещества, оказывающие «дистантное» действие,– так называемые рилизинг-факторы.

Особенностью рилизинг-факторов является то, что они не поступают в общий ток крови, а через портальную систему сосудов достигают специфических клеток гипофиза, при этом стимулируют (или тормозят) биосинтез и выделение тропных гормонов гипофиза, которые с током крови достигают соответствующей эндокринной железы и способствуют выработ ке необходимого гормона. Этот гормон затем оказывает действие на специализированные органы и ткани (органы-мишени), вызывая соот ветствующие химические и физиологические ответные реакции целостного организма.

Наименее изученным до недавнего времени оставался последний этап этой своеобразной дуги – действие гормонов на внутриклеточный обмен.

В настоящее время получены доказательства, что это действие осуществля ется через так называемые гормональные рецепторы, под которыми пони мают химические структуры соответствующих тканей-мишеней, содержа щие высокоспецифические участки (углеводные фрагменты гликопротеинов и ганглиозидов) для связывания гормонов. Результатом подобного связы вания является инициация рецепторами специфических биохимических реак ций, обеспечивающих реализацию конечного эффекта соответствующего гормона. Рецепторы гормонов белковой и пептидной природы расположе ны на наружной поверхности клетки (на плазматической мембране), а ре цепторы гормонов стероидной природы – в ядре. Общим признаком всех рецепторов независимо от локализации является наличие строго простран ственного и структурного соответствия между рецептором и соответствую щим гормоном.

Молекулярные механизмы передачи гормонального сигнала и роль вторичных мессенджеров (посредников) в реализации гормонального эф фекта подробно изложены в конце данной главы.

НОМЕНКЛАТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРМОНОВ Химическая природа почти всех известных гормонов выяснена в деталях (включая первичную структуру белковых и пептидных гормонов), однако до настоящего времени не разработаны общие принципы их номенклатуры.

Химические наименования многих гормонов точно отражают их химиче скую структуру и очень громоздкие. Поэтому чаще применяются тривиаль ные названия гормонов. Принятая номенклатура указывает на источник гормона (например, инсулин – от лат. insula – островок) или отражает его функцию (например, пролактин, вазопрессин). Для некоторых гормонов гипофиза (например, лютеинизирующего и фолликулостимулирующего), а также для всех гипоталамических гормонов разработаны новые рабочие названия.

Аналогичное положение существует и в отношении классификации гормонов. Гормоны классифицируют в зависимости от места их природно го синтеза, в соответствии с которым различают гормоны гипоталамуса, гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, поджелудочной железы, половых желез, зобной железы и др. Однако подобная анатомическая классификация недостаточно совершенна, поскольку некоторые гормоны или синтезируются не в тех железах внутренней секреции, из которых они секретируются в кровь (например, гормоны задней доли гипофиза, вазо прессин и окситоцин синтезируются в гипоталамусе, откуда переносятся в заднюю долю гипофиза), или синтезируются и в других железах (напри мер, частичный синтез половых гормонов осуществляется в коре надпочеч ников, синтез простагландинов происходит не только в предстательной железе, но и в других органах) и т.д. С учетом этих обстоятельств были предприняты попытки создания современной классификации гормонов, основанной на их химической природе. В соответствии с этой классифика цией различают три группы истинных гормонов: 1) пептидные и белковые гормоны, 2) гормоны – производные аминокислот и 3) гормоны стероид ной природы. Четвертую группу составляют эйкозаноиды – гормоноподоб ные вещества, оказывающие местное действие.

Пептидные и белковые гормоны включают от 3 до 250 и более аминокислотных остатков. Это гормоны гипоталамуса и гипофиза (тироли берин, соматолиберин, соматостатин, гормон роста, кортикотропин, тире отропин и др. – см. далее), а также гормоны поджелудочной железы (инсу лин, глюкагон). Гормоны – производные аминокислот в основном представлены производными аминокислоты тирозина. Это низкомолеку лярные соединения адреналин и норадреналин, синтезирующиеся в мозго вом веществе надпочечников, и гормоны щитовидной железы (тироксин и его производные). Гормоны 1-й и 2-й групп хорошо растворимы в воде.

Гормоны стероидной природы представлены жирорастворимыми гормонами коркового вещества надпочечников (кортикостероиды), половы ми гормонами (эстрогены и андрогены), а также гормональной формой витамина D.

Эйкозаноиды, являющиеся производными полиненасыщенной жир ной кислоты (арахидоновой), представлены тремя подклассами соединений:

простагландины, тромбоксаны и лейкотриены. Эти нерастворимые в воде и нестабильные соединения оказывают свое действие на клетки, находя щиеся вблизи их места синтеза.

Далее будут рассмотрены химическое строение, функции и пути биосин теза и распада основных классов гормонов, подразделяющихся на отдель ные группы в соответствии с классификацией, в основе которой лежит химическая природа гормонов.

ГОРМОНЫ ГИПОТАЛАМУСА Гипоталамус служит местом непосредственного взаимодействия высших отделов ЦНС и эндокринной системы. Природа связей, существующих между ЦНС и эндокринной системой, стала проясняться в последние десятилетия, когда из гипоталамуса были выделены первые гуморальные факторы, оказавшиеся гормональными веществами с чрезвычайно высокой биологической активностью. Потребовалось немало труда и эксперимен тального мастерства, чтобы доказать, что эти вещества * образуются в нервных клетках гипоталамуса, откуда по системе портальных капилля ров достигают гипофиза и регулируют секрецию гипофизарных гормонов, точнее их освобождение (возможно, и биосинтез). Эти вещества получили сначала наименование нейрогормонов, а затем рилизинг-факторов (от англ.

* Впервые Р. Гиймену и Э. Шалли удалось в начале 70-х годов выделить из ткани гипоталамуса вещества, которые оказывали регулирующее действие на функцию гипофиза.

Эти авторы за открытие так называемых сверхгормонов совместно с Р. Ялоу, разработавшей радиоиммунологический метод определения пептидных гормонов, были удостоены в 1977 г.

Нобелевской премии.

release – освобождать), или либеринов. Вещества с противоположным дейст вием, т.е. угнетающие освобождение (и, возможно, биосинтез) гипофизар ных гормонов, стали называть ингибирующими факторами, или статинами.

Таким образом, гормонам гипоталамуса принадлежит ключевая роль в физиологической системе гормональной регуляции многосторонних био логических функций отдельных органов, тканей и целостного организма.

ЦНС Гипоталамус Гипоталамические гормоны (рилизинг-факторы) ФРФ Портальные Нейро- КРФ ТРФ СРФ ПРФ ЛРФ сосуды физин СИФ ПИФ Задняя Передняя доля гипофиза доля гипофиза АКТГ ТТГ СТГ Пролак- ФСГ, ЛГ ЛГ, ФСГ Окси Вазопрес тин тоцин син Яичник Надпо- Растущие Молоч- Семен Гладкие Артериолы чечни- органы ная мышцы, ник ки молочная и ткани железа железа Матка Все органы Щитовидная Предстательная и ткани железа железа, семенные пузырьки К настоящему времени в гипоталамусе открыто 7 стимуляторов (либе рины) и 3 ингибитора (статины) секреции гормонов гипофиза, а именно:

кортиколиберин, тиролиберин, люлиберин, фоллилиберин, соматолиберин, пролактолиберин, меланолиберин, соматостатин, пролактостатин и меланостатин (табл. 8.1). В чистом виде выделено 5 гормонов, для которых установлена первичная структура, подтвержденная химическим синтезом.

Большие трудности при получении гормонов гипоталамуса в чистом виде объясняются чрезвычайно низким содержанием их в исходной ткани.

Так, для выделения всего 1 мг тиролиберина потребовалось переработать 7 т гипоталамусов, полученных от 5 млн овец.

Следует отметить, что не все гормоны гипоталамуса, по-видимому, строго специфичны в отношении одного какого-либо гипофизарного гормо на. В частности, для тиролиберина показана способность освобождать, помимо тиротропина, также пролактин, а для люлиберина, помимо лютеи низирующего гормона,– также фолликулостимулирующий гормон.

Таблица 8.1. Гипоталамические гормоны, контролирующие освобождение гормонов гипофиза Принятые Рекомендуемое Старое название сокращения название Кортикотропин-рилизинг-фактор КРФ Кортиколиберин Тиротропин-рилизинг-фактор ТРФ Тиролиберин Гонадотропин-рилизинг-фактор ГРФ Гонадолиберин Рилизинг-фактор фолликулостимулирую- ФРФ Фоллилиберин щего гормона ФСГ-РФ Соматотропин-рилизинг-фактор СРФ Соматолиберин Соматотропинингибирующий фактор СИФ Соматостатин Пролактин-рилизинг-фактор ПРФ Пролактолиберин Пролактинингибирующий фактор ПИФ Пролактостатин Меланотропин-рилизинг-фактор МРФ Меланолиберин Меланотропинингибирующий фактор МИФ Меланостатин Гипоталамические гормоны не имеют твердо установленных наименований. Рекоменду ется в первой части названия гормона гипофиза добавлять окончание «либерин»;

например, «тиролиберин» означает гормон гипоталамуса, стимулирующий освобождение (и, возможно, синтез) тиротропина - соответствующего гормона гипофиза. Аналогичным образом образуют названия факторов гипоталамуса, ингибирующих освобождение (и, возможно, синтез) троп ных гормонов гипофиза,- добавляют окончание «статин». Например, «соматостатин» означает гипоталамический пептид, ингибирующий освобождение (или синтез) гормона роста гипо физа - соматотропина.

Установлено, что по химическому строению все гормоны гипоталамуса являются низкомолекулярными пептидами, так называемыми олигопепти дами необычного строения, хотя точный аминокислотный состав и первич ная структура выяснены не для всех. Приводим полученные к настоящему времени данные о химической природе шести из известных 10 гормонов гипоталамуса.

1. Тиролиберин (Пиро-Глу–Гис–Про–NH ):

Тиролиберин представлен трипептидом, состоящим из пироглутаминовой (циклической) кислоты, гистидина и пролинамида, соединенных пептидны ми связями. В отличие от классических пептидов он не содержит свободных NH - и СООН-групп у N- и С-концевых аминокислот.

2. Гонадолиберин является декапептидом, состоящим из 10 аминокислот в последовательности:

Пиро-Глу–Гис–Трп–Сер–Тир–Гли–Лей–Арг–Про–Гли-NН Концевая С-аминокислота представлена глицинамидом.

3. Соматостатин является циклическим тетрадекапептидом (состоит из 14 аминокислотных остатков) *:

Отличается этот гормон от двух предыдущих, помимо циклической структуры, тем, что не содержит на N-конце пироглутаминовой кислоты:

дисульфидная связь образуется между двумя остатками цистеина в 3-м и 14-м положениях. Следует отметить, что синтетический линейный аналог соматостатина также наделен аналогичной биологической активностью, что свидетельствует о несущественности дисульфидного мостика природно го гормона. Помимо гипоталамуса, соматостатин продуцируется нейрона ми центральной и периферической нервных систем, а также синтезируется в S-клетках панкреатических островков (островков Лангерганса) в подже лудочной железе и клетках кишечника. Он оказывает широкий спектр биологического действия;

в частности, показано ингибирующее действие на синтез гормона роста в аденогипофизе, а также прямое тормозящее действие его на биосинтез инсулина и глюкагона в - и -клетках островков Лангерганса.

4. Соматолиберин недавно выделен из природных источников. Он пред ставлен 44 аминокислотными остатками с полностью раскрытой последова тельностью. Биологической активностью соматолиберина наделен, кроме того, химически синтезированный декапептид:

Н-Вал–Гис–Лей–Сер–Ала–Глу–Глн–Лиз–Глу–Ала-ОН.

Этот декапептид стимулирует синтез и секрецию гормона роста гипо физа соматотропина.

5. Меланолиберин, химическая структура которого аналогична структу ре открытого кольца гормона окситоцина (без трипептидной боковой цепи), имеет следующее строение:

Н-Цис–Тир–Иле–Глн–Асн–Цис-ОН.

6. Меланостатин (меланотропинингибирующий фактор) представлен или трипептидом: Пиро-Глу–Лей–Гли-NН, или пентапептидом со сле дующей последовательностью:

Пиро-Глу–Гис–Фен–Aрг–Гли–NН.

Необходимо отметить, что меланолиберин оказывает стимулирующее действие, а меланостатин, напротив, ингибирующее действие на синтез и секрецию меланотропина в передней доле гипофиза.

Помимо перечисленных гипоталамических гормонов, интенсивно изуча лась химическая природа другого гормона – кортиколиберина. Актив ные препараты его были выделены как из ткани гипоталамуса, так и из задней доли гипофиза;

существует мнение, что последняя может служить депо гормона для вазопрессина и окситоцина. Недавно выделен состоящий * В написании аминокислотных последовательностей полипептидов в настоящее время принято обозначать N-конец символом Н, а С-конец - ОН.

из 41 аминокислоты с выясненной последовательностью кортиколиберин из гипоталамуса овцы.

Местом синтеза гипоталамических гормонов, вероятнее всего, являются нервные окончания – синаптосомы гипоталамуса, поскольку именно там отмечена наибольшая концентрация гормонов и биогенных аминов. По следние рассматриваются наряду с гормонами периферических желез внут ренней секреции, действующих по принципу обратной связи, в качестве основных регуляторов секреции и синтеза гормонов гипоталамуса. Меха низм биосинтеза тиролиберина, осуществляющегося, скорее всего, нерибо собальным путем, включает участие SH-содержащей синтетазы или комп лекса ферментов, катализирующих циклизацию глутаминовой кислоты в пироглутаминовую, образование пептидной связи и амидирование проли на в присутствии глутамина. Существование подобного механизма биосин теза с участием соответствующих синтетаз допускается также в отношении гонадолиберина и соматолиберина.

Пути инактивации гормонов гипоталамуса изучены недостаточно. Пе риод полураспада тиролиберина в крови крысы составляет 4 мин. Инакти вация наступает как при разрыве пептидной связи (под действием экзо и эндопептидаз сыворотки крови крысы и человека), так и при отщеплении амидной группы в молекуле пролинамида. В гипоталамусе человека и ряда животных открыт специфический фермент пироглутамилпептидаза, которая катализирует отщепление от тиролиберина или гонадолиберина молекулы пироглутаминовой кислоты.

Гипоталамические гормоны непосредственно влияют на секрецию (точ нее, освобождение) «готовых» гормонов и биосинтез этих гормонов de novo. Доказано, что цАМФ участвует в передаче гормонального сигнала.

Показано существование в плазматических мембранах клеток гипофиза специфических аденогипофизарных рецепторов, с которыми связываются гормоны гипоталамуса, 2+ чего через систему аденилатциклазы и мемб после ранных комплексов Са –АТФ и Mg2+–АТФ освобождаются ионы Са2+ и цАМФ;

последний действует как на освобождение, так и на синтез соответствующего гормона гипофиза путем активирования протеинкиназы (см. далее).

Для выяснения механизма действия рилизинг-факторов, включая их взаимодействие с соответствующими рецепторами, большую роль сыграли структурные аналоги тиролиберина и гонадолиберина. Некоторые из этих аналогов обладают даже более высокой гормональной активностью и про лонгированным действием, чем природные гормоны гипоталамуса. Однако предстоит еще большая работа по выяснению химического строения уже открытых рилизинг-факторов и расшифровке молекулярных механизмов их действия.

ГОРМОНЫ ГИПОФИЗА В гипофизе синтезируется ряд биологически активных гормонов белковой и пептидной природы, оказывающих стимулирующий эффект на различные физиологические и биохимические процессы в тканях-мишенях (табл. 8.2).

В зависимости от места синтеза различают гормоны передней, задней и промежуточной долей гипофиза. В передней доле вырабатываются в основном белковые и полипептидные гормоны, называемые тропными гормонами, или тропинами, вследствие их стимулирующего действия на ряд других эндокринных желез. В частности, гормон, стимулирующий секрецию гормонов щитовидной железы, получил название «тиротропин».

Таблица 8.2. Гормоны гипофиза и основные клинические синдромы, развивающиеся при нарушении их секреции Основные клинические синдромы Молекуляр Гормон ная масса при избытке при недостаточности гормона гормона Гормоны передней доли гипофиза Гормон роста 21500 Акромегалия Карликовость (чрезмерный рост) (низкорослость) Кортикотропин (АКТГ) 4500 Синдром Иценко- Вторичная гипо Кушинга функция коры надпочечников Тиротропин 28000 Гипертиреоз Вторичный гипо тиреоз Пролактин 23500 Аменорея, беспло- Отсутствие лактации дие, галакторея Фолликулостимулирую- 34000 Преждевременное Вторичная гипо щий гормон (фолли- половое созревание функция половых тропин) желез;

бесплодие Лютеинизирующий гор- 28500 То же То же мон (лютропин) Липотропин 11800 Истощение Ожирение Гормоны задней доли гипофиза Вазопрессин 1070 Несахарный диабет – – Окситоцин 1070 – В последние годы из ткани мозга животных было выделено более пептидов, получивших название нейропептидов и определяющих поведен ческие реакции. Показано, что эти вещества влияют на некоторые формы поведения, процессы обучения и запоминания, регулируют сон и снимают, подобно морфину, боль. Так, выделенный -эндорфин (31 аминокислотный остаток с выясненной последовательностью) оказался почти в 30 раз активнее морфина в качестве обезболивающего средства. Ряд других пептидов оказывает снотворное действие, а 16-членный пептид, вызываю щий у крыс страх темноты, был назван скотофобином. Выделен полипептид амелетин, который, наоборот, отучает крыс бояться резкого звука электри ческого звонка. Работы в этом направлении интенсивно ведутся во многих лабораториях. Вполне возможно, что скоро будут выделены и соответст венно синтезированы искусственно для каждой формы поведения соответ ствующие нейропептиды, включая пептиды памяти.

Далее приводятся данные о структуре и функциях важнейших гормонов гипофиза и других желез внутренней секреции, имеющих белковую и пеп тидную природу.

Вазопрессин и окситоцин Гормоны вазопрессин и окситоцин синтезируются рибосомальным путем, причем одновременно в гипоталамусе синтезируются 3 белка: нейро физин I, II и III, функция которых заключается в нековалентном связы вании окситоцина и вазопрессина и транспорте этих гормонов в нейросекре торные гранулы гипоталамуса. Далее в виде комплексов нейрофизин–гор мон они мигрируют вдоль аксона и достигают задней доли гипофиза, где откладываются про запас;

после диссоциации комплекса свободный гормон секретируется в кровь. Нейрофизины также выделены в чистом виде, и выяснена первичная структура двух из них (92 из 97 аминокислотных остатков соответственно);

это богатые цистеином белки, содержащие по семь дисульфидных связей.

Химическое строение обоих гормонов было расшифровано классически ми работами В. дю Виньо и сотр., впервые выделивших эти гормоны из задней доли гипофиза и осуществивших их химический синтез. Оба гормона представляют собой нонапептиды следующего строения:

Окситоцин Вазопрессин Вазопрессин отличается от окситоцина двумя аминокислотами: он содержит в положении 3 от N-конца фенилаланин вместо изолейцина и в положении 8 – аргинин вместо лейцина. Указанная последовательность 9 аминокислот характерна для вазопрессина человека, обезьяны, лошади, крупного рогатого скота, овцы и собаки. В молекуле вазопрессина из гипофиза свиньи вместо аргинина в положении 8 содержится лизин, отсюда название «лизин-вазопрессин». У всех позвоночных, за исключением млекопитающих, идентифицирован, кроме того, вазотоцин. Этот гормон, состоящий из кольца с S—S мостиком окситоцина и боковой цепью вазопрессина, был синтезирован химически В. дю Виньо задолго до выделения природного гормона. Высказано предположение, что эволю ционно все нейрогипофизарные гормоны произошли от одного общего предшественника, а именно аргинин-вазотоцина, из которого путем одиноч ных мутаций триплетов генов образовались модифицированные гормоны.

Основной биологический эффект окситоцина у млекопитающих связан со стимуляцией сокращения гладких мышц матки при родах и мышечных волокон вокруг альвеол молочных желез, что вызывает секрецию молока.

Вазопрессин стимулирует сокращение гладких мышечных волокон сосудов, оказывая сильное вазопрессорное действие, однако основная роль его в организме сводится к регуляции водного обмена, откуда его второе название антидиуретического гормона. В небольших концентрациях (0,2 нг на 1 кг массы тела) вазопрессин оказывает мощное антидиуретическое действие – стимулирует обратный ток воды через мембраны почечных канальцев. В норме он контролирует осмотическое давление плазмы крови и водный баланс организма человека. При патологии, в частности атрофии задней доли гипофиза, развивается несахарный диабет – заболевание, характеризующееся выделением чрезвычайно больших количеств жидкости с мочой. При этом нарушен обратный процесс всасывания воды в каналь цах почек.

Относительно механизма действия нейрогипофизарных гормонов изве стно, что гормональные эффекты, в частности вазопрессина, реализуются через аденилатциклазную систему (см. далее). Однако конкретный меха низм действия вазопрессина на транспорт воды в почках пока остается неясным.

Меланоцитстимулирующие гормоны (МСГ, меланотропины) Меланотропины синтезируются и секретируются в кровь промежуточной долей гипофиза. Выделены и расшифрованы первичные структуры двух типов гормонов – - и -меланоцитстимулирующие гормоны (-МСГ и МСГ). Оказалось, чо у всех обследованных животных -МСГ состоит из остатков аминокислот, расположенных в одинаковой последовательности:

СН -СО-NH-Сер–Тир–Сер–Мет–Глу–Гис–Фен–Арг–Трп–Гли–Лиз– –Про–Вал-СО-NН В -МСГ N-концевой серин ацетилирован, а С-концевая аминокислота представлена валинамидом.

Состав и структура -МСГ оказались более сложными. У большинства животных молекула -МСГ состоит из 18 остатков аминокислот;

кроме того, имеются видовые различия, касающиеся природы аминокислоты в положениях 2, 6 и 16 полипептидной цепи гормона. -МСГ, выделенный из промежуточной доли гипофиза человека, оказался 22-членным пептидом, удлиненным на 4 аминокислотных остатка с N-конца:

Н-Ала–Глу–Лиз–Лиз–Асп–Глу–Гли–Про–Тир–Aрг–Мет–Глу–Гис–Фен– –Арг–Трп–Гли–Сер–Про–Про–Лиз–Асп-ОН Физиологическая роль меланотропинов заключается в стимулировании меланиногенеза у млекопитающих и увеличении количества пигментных клеток (меланоцитов) в кожных покровах земноводных. Возможно также влияние МСГ на окраску меха и секреторную функцию сальных желез у животных.

Адренокортикотропный гормон (АКТГ, кортикотропин) Еще в 1926 г. было установлено, что гипофиз оказывает стимулирующее влияние на надпочечники, повышая секрецию гормонов коркового веще ства. Накопленные к настоящему времени данные свидетельствуют, что этим свойством наделен АКТГ, вырабатываемый базофильными клетками аденогипофиза. АКТГ, помимо основного действия – стимуляции синтеза и секреции гормонов коры надпочечников, обладает жиромобилизующей и меланоцитстимулирующей активностью.

Молекула АКТГ у всех видов животных содержит 39 аминокислотных остатков. Первичная структура АКТГ свиньи и овцы была расшифрована еще в 1954–1955 гг. Приводим уточненное строение АКТГ человека:

Н-Сер–Тир–Сер–Мет–Глу–Гис–Фен–Арг–Трп–Гли–Лиз–Про–Вал–Гли– –Лиз–Лиз–Aрг–Aрг–Про–Вал–Лиз–Вал–Тир–Про–Асп–Ала–Гли–Глу– –Асп–Глн–Сер–Ала–Глу–Ала–Фен–Про–Лей–Глу–Фен-ОН Различия в структуре АКТГ овцы, свиньи и быка касаются только природы 31-го и 33-го остатков аминокислот, однако все они наделены почти одинаковой биологической активностью, как и АКТГ гипофиза человека. В молекуле АКТГ, как и других белковых гормонов, хотя и не открыты активные центры наподобие активных центров ферментов, однако предполагается наличие двух активных участков пептидной цепи, один из которых ответствен за связывание с соответствующим рецептором, дру гой – за гормональный эффект.

Данные о механизме действия АКТГ на синтез стероидных гормонов свидетельствуют о существенной роли аденилатциклазной системы. Пред полагают, что АКТГ вступает во взаимодействие со специфическими рецепторами на внешней поверхности клеточной мембраны (рецепторы представлены белками в комплексе с другими молекулами, в частности с сиаловой кислотой). Сигнал затем передается на фермент аденилатцикла зу, расположенную на внутренней поверхности клеточной мембраны, кото рая катализирует распад АТФ и образование цАМФ. Последний активирует протеинкиназу, которая в свою очередь с участием АТФ осуществляет фосфорилирование холинэстеразы, превращающей эфиры холестерина в свободный холестерин, который поступает в митохондрии надпочечников, где содержатся все ферменты, катализирующие превращение холестерина в кортикостероиды.

Соматотропный гормон (СТГ, гормон роста, соматотропин) Гормон роста был открыт в экстрактах передней доли гипофиза еще в 1921 г., однако в химически чистом виде получен только в 1956–1957 гг.

СТГ синтезируется в ацидофильных клетках передней доли гипофиза;

концентрация его в гипофизе составляет 5–15 мг на 1 г ткани, что в 1000 раз превышает концентрацию других гормонов гипофиза. К настоящему време ни полностью выяснена первичная структура белковой молекулы СТГ человека, быка и овцы. СТГ человека состоит из 191 аминокислоты и содержит две дисульфидные связи;

N- и С-концевые аминокислоты представлены фенилаланином.

СТГ обладает широким спектром биологического действия. Он влияет на все клетки организма, определяя интенсивность обмена углеводов, бел ков, липидов и минеральных веществ. Он усиливает биосинтез белка, ДНК, РНК и гликогена и в то же время способствует мобилизации жиров из депо и распаду высших жирных кислот и глюкозы в тканях. Помимо активации процессов ассимиляции, сопровождающихся увеличением размеров тела, ростом скелета, СТГ координирует и регулирует скорость протекания обменных процессов. Кроме того, СТГ человека и приматов (но не других животных) обладает измеримой лактогенной активностью. Предполагают, что многие биологические эффекты этого гормона осуществляются через особый белковый фактор, образующийся в печени под влиянием гормона.

Этот фактор был назван сульфирующим или тимидиловым, поскольку он стимулирует включение сульфата в хрящи, тимидина – в ДНК, уридина – в РНК и пролина – в коллаген. По своей природе этот фактор оказался пептидом с мол. массой 8000. Учитывая его биологическую роль, ему дали наименование «соматомедин», т.е. медиатор действия СТГ в организме.

СТГ регулирует процессы роста и развития всего организма, что подтверждается клиническими наблюдениями. Так, при гипофизарной кар ликовости (патология, известная в литературе как пангипопитуитаризм;

связана с врожденным недоразвитием гипофиза) отмечается пропорцио нальное недоразвитие всего тела, в том числе скелета, хотя существенных отклонений в развитии психической деятельности не наблюдается. У взрос лого человека также развивается ряд нарушений, связанных с гипо- или гиперфункцией гипофиза. Известно заболевание акромегалия (от греч.

akros – конечность, megas – большой), характеризующееся непропорцио нально интенсивным ростом отдельных частей тела, например рук, ног, подбородка, надбровных дуг, носа, языка, и разрастанием внутренних органов. Болезнь вызвана, по-видимому, опухолевым поражением передней доли гипофиза.

Лактотропный гормон (пролактин, лютеотропный гормон) Пролактин считается одним из наиболее «древних» гормонов гипофиза, поскольку его удается обнаружить в гипофизе низших наземных животных, у которых отсутствуют молочные железы, а также получить лактогенный эффект у млекопитающих. Помимо основного действия (стимуляция разви тия молочных желез и лактации), пролактин имеет важное биологическое значение – стимулирует рост внутренних органов, секрецию желтого тела (отсюда его второе название «лютеотропный гормон»), оказывает рено тропное, эритропоэтическое и гипергликемическое действие и др. Избыток пролактина, образующийся обычно при наличии опухолей из секретирую щих пролактин клеток, приводит к прекращению менструаций (аменорея) и увеличению молочных желез у женщин и к импотенции – у мужчин.

Расшифрована структура пролактина из гипофиза овцы, быка и челове ка. Это крупный белок, представленный одной полипептидной цепью с тремя дисульфидными связями, состоящий из 199 аминокислотных остатков. Видовые отличия в последовательности аминокислот касаются по существу 2–3 аминокислотных остатков. Раньше оспаривалось мнение о секреции лактотропина в гипофизе человека, поскольку предполагали, что его функцию якобы выполняет соматотропин. В настоящее время получены убедительные доказательства существования пролактина человека, хотя в гипофизе его содержится значительно меньше, чем гормона роста.

В крови женщин уровень пролактина резко повышается перед родами: до 0,2 нг/л против 0,01 нг/л в норме.

Тиреотропный гормон (ТТГ, тиротропин) В отличие от рассмотренных пептидных гормонов гипофиза, представлен ных в основном одной полипептидной цепью, тиротропин является слож ным гликопротеином и содержит, кроме того, по две - и -субъединицы, которые в отдельности биологической активностью не обладают: мол. мас са его около 30000.

Тиротропин контролирует развитие и функцию щитовидной железы и регулирует биосинтез и секрецию в кровь тиреоидных гормонов. Пол ностью расшифрована первичная структура - и -субъединиц тиротропина быка, овцы и человека:

-субъединица, содержащая 96 аминокислотных остатков, имеет одинаковую аминокислотную последовательность во всех изученных ТТГ и во всех лютеинизирующих гормонах гипофиза;

-субъеди ница тиротропина человека, содержащая 112 аминокислотных остатков, отличается от аналогичного полипептида в ТТГ крупного рогатого скота аминокислотными остатками и отсутствием С-концевого метионина. По этому многие авторы специфические биологические и иммунологические свойства гормона объясняют наличием -субъединицы ТТГ в комплексе с -субъединицей. Предполагают, что действие тиротропина осуществля ется, подобно действию других гормонов белковой природы, посредством связывания со специфическими рецепторами плазматических мембран и ак тивирования аденилатциклазной системы (см. далее).

Гонадотропные гормоны (гонадотррпины) К гонадотропинам относятся фолликулостимулирующий гормон (ФСГ, фоллитропин) и лютеинизирующий гормон (ЛГ, лютропин), или гормон, стимулирующий интерстициальные клетки *. Оба гормона синтезируются в передней доле гипофиза и являются, как и тиротропин, сложными белками – гликопротеинами с мол. массой 25000. Они регулируют сте роидо- и гаметогенез в половых железах. Фоллитропин вызывает созрева ние фолликулов в яичниках у самок и сперматогенез – у самцов. Лютропин у самок стимулирует секрецию эстрогенов и прогестерона, как и разрыв фолликулов с образованием желтого тела, а у самцов – секрецию тесто стерона и развитие интерстициальной ткани. Биосинтез гонадотропинов, как было отмечено, регулируется гипоталамическим гормоном гонадолибе рином.

Химическая структура молекулы лютропина расшифрована полностью.

Лютропин состоит из двух - и -субъединиц. Структура -субъединиц гормона у большинства животных совпадает. Так, у овцы она содержит аминокислотных остатков и 2 углеводных радикала. У человека -субъеди ница гормона укорочена на 7 аминокислотных остатков с N-конца и отлича ется природой 22 аминокислот. Расшифрована также последовательность аминокислот в -субъединицах лютропина свиньи и человека. - и -Субъ единицы в отдельности лишены биологической активности (по аналогии с большинством субъединиц ферментов). Только их комплекс, образование которого, вероятнее всего, предопределено первичной структурой их, при водит к формированию биологически активной макромолекулярной струк туры за счет гидрофобных взаимодействий.

Липотропные гормоны (ЛТГ, липотропины) Среди гормонов передней доли гипофиза, структура и функция которых выяснены в последнее десятилетие, следует отметить липотропины, в част ности - и -ЛТГ. Наиболее подробно изучена первичная структура -липо тропина овцы и свиньи, молекулы которого состоят из 91 аминокислотного остатка и имеют существенные видовые различия в последовательности аминокислот. К биологическим свойствам -липотропина относятся жиро мобилизующее действие, кортикотропная, меланоцитстимулирующая и ги покальциемическая активность и, кроме того, инсулиноподобный эффект, выражающийся в повышении скорости утилизации глюкозы в тканях.

Предполагают, что липотропный эффект осуществляется через систему * К группе гонадотропинов относят также хорионический гонадотропин чело века (ХГЧ), синтезируемый клетками плаценты и представленный гликопротеином.

аденилатциклаза–цАМФ–протеинкиназа, завершающей стадией действия которой является фосфорилирование неактивной триацилглицерол-липазы.

Этот фермент после активирования расщепляет нейтральные жиры на диацилглицерол и высшую жирную кислоту (см. главу 11).

Перечисленные биологические свойства обусловлены не -липотропи ном, оказавшимся лишенным гормональной активности, а продуктами его распада, образующимися при ограниченном протеолизе. Оказалось, что в ткани мозга и в промежуточной доле гипофиза синтезируются биологи чески активные пептиды, наделенные опиатоподобным действием. Приво дим структуры некоторых из них:

Н–Тир–Гли–Гли–Фен–Мет–ОН Н–Тир–Гли–Гли–Фен–Лей–ОН Метионин-энкефалин Лейцин-энкефалин Н–Тир–Гли–Гли–Фен–Мет–Тре–Сер–Глу–Лиз–Сер–Глн–Тре–Про– Лей–Вал–Тре–Лей–Фен–Лиз–Асн–Ала–Иле–Вал–Лиз–Асн–Ала–Гис– –Лиз–Лиз–Гли–Глн–ОН -Эндорфин Общим типом структуры для всех трех соединений является тетра пептидная последовательность на N-конце. Доказано, что -эндорфин ( АМК) образуется путем протеолиза из более крупного гипофизарного гормона -липотропина (91 АМК);

последний вместе с АКТГ образуется из общего предшественника – прогормона, названного проопиокортином (является, таким образом, препрогормоном), имеющим молекулярную массу 29 кДа и насчитывающим 134 аминокислотных остатка. Биосинтез и освобождение проопиокортина в передней доле гипофиза регулируется кортиколиберином гипоталамуса. В свою очередь из АКТГ и -липо тропина путем дальнейшего процессинга, в частности ограниченного про теолиза, образуются соответственно - и -меланоцитстимулирующие гор моны (- и -МСГ). С помощью техники клонирования ДНК, а также метода определения первичной структуры нуклеиновых кислот Сенджера в ряде лабораторий была раскрыта нуклеотидная последовательность мРНК–предшественника проопиокортина. Эти исследования могут слу жить основой для целенаправленного получения новых биологически актив ных гормональных лечебных препаратов.

Ниже представлены пептидные гормоны, образующиеся из -липотро пина путем специфического протеолиза.

Участок -липотропина Пептидный гормон 1-58 -Липотропин 41-58 -МСГ 61-65 Мет-энкефалин 61-76 -Эндорфин 61-77 -Эндорфин 61-79 -Эндорфин 61-91 -Эндорфин Учитывая исключительную роль -липотропина как предшественника перечисленных гормонов, приводим первичную структуру -липотропина свиньи (91 аминокислотный остаток):

Н–Глу–Лей–Ала–Гли–Ала–Про–Про–Глу–Про–Ала–Aрг–Асп–Про–Глу– –Ала–Про–Ала–Глу–Гли–Ала–Ала–Ала–Aрг–Ала–Глу–Лей–Глу–Тир– –Гли–Лей–Вал–Ала–Глу–Ала–Глу–Ала–Ала–Глу–Лиз–Лиз–Асп–Глу– –Гли–Про–Тир–Лиз–Мет–Глу–Гис–Фен–Арг–Трп–Гли–Сер–Про–Про– –Лиз–Асп–Лиз–Aрг–Тир–Гли–Гли–Фен–Мет–Тре–Сер–Глу–Лиз–Сер– –Глн–Тре–Про–Лей–Вал–Тре–Лей–Фен–Лиз–Асн–Ала–Иле–Вал–Лиз– –Асн–Ала–Гис–Лиз–Лиз–Гли–Глн–ОН Повышенный интерес к указанным пептидам, в частности энкефалинам и эндорфинам, диктуется их необычайной способностью, подобно морфину, снимать болевые ощущения. Эта область исследования – поиск новых при родных пептидных гормонов и(или) их направленный биосинтез – является интересной и многообещающей для развития физиологии, нейробиологии, неврологии и клиники.

ГОРМОНЫ ПАРАЩИТОВИДНЫХ ЖЕЛЕЗ (ПАРАТГОРМОНЫ) К гормонам белковой природы относится также паратиреоидный гормон (паратгормон), точнее, группа паратгормонов, различающихся последова тельностью аминокислот. Они синтезируются паращитовидными железа ми. Еще в 1909 г. было показано, что удаление паращитовидных желез вызывает у животных тетанические судороги на фоне резкого падения концентрации кальция в плазме крови;

введение солей кальция предотвра щало гибель животных. Однако только в 1925 г. из паращитовидных желез был выделен активный экстракт, вызывающий гормональный эффект – по вышение содержания кальция в крови. Чистый гормон был получен в 1970 г. из паращитовидных желез крупного рогатого скота;

тогда же была определена его первичная структура. Выяснено, что паратгормон синтези руется в виде предшественника (115 аминокислотных остатков) пропарат гормона, однако первичным продуктом гена оказался препропарат гормон, содержащий дополнительно сигнальную последовательность из 25 аминокислотных остатков. Молекула паратгормона быка содержит аминокислотных остатка и состоит из одной полипептидной цепи.

Выяснено, что паратгормон участвует в регуляции концентрации катио нов кальция и связанных с ними анионов фосфорной кислоты в крови. Как известно, концентрация кальция в сыворотке крови относится к химическим константам, суточные колебания ее не превышают 3–5% (в норме 2,2– 2,6 ммоль/л). Биологически активной формой считается ионизированный кальций, концентрация его колеблется в пределах 1,1–1,3 ммоль/л. Ионы кальция оказались эссенциальными факторами, не заменимыми другими катионами для ряда жизненно важных физиологических процессов: мышеч ное сокращение, нервно-мышечное возбуждение, свертывание крови, прони цаемость клеточных мембран, активность ряда ферментов и т.д. Поэтому любые измененния этих процессов, обусловленные длительным недостат ком кальция в пище или нарушением его всасывания в кишечнике, приводят к усилению синтеза паратгормона, который способствует вымыванию солей кальция (в виде цитратов и фосфатов) из костной ткани и соответст венно к деструкции минеральных и органических компонентов костей.

Другой орган-мишень паратгормона – это почка. Паратгормон уменьшает реабсорбцию фосфата в дистальных канальцах почки и повышает канальце вую реабсорбцию кальция.

Следует указать, что в регуляции концентрации Са2+ во внеклеточной жидкости основную роль играют три гормона: паратгормон, кальцитонин, синтезируемый в щитовидной железе (см. далее), и кальцитриол [1,25(ОН)2 D3] – производное D3 (см. главу 7). Все три гормона регулируют уровень Са2+, но механизмы их действия различны. Так, 2+ главная роль кальцитрио ла заключается в стимулировании всасывания Са и фосфата в кишечнике, причем против концентрационного градиента, в то время как паратгормон способствует выходу их из костной ткани в кровь, всасыванию кальция в почках и выделению фосфатов с мочой. Менее изучена роль кальцитонина в регуляции гомеостаза Са2+ в организме. Следует отметить также, что кальцитриол по механизму действия на клеточном уровне аналогичен действию стероидных гормонов (см. ниже).

Считается доказанным, что физиологическое влияние паратгормона на клетки почек и костной ткани реализуется через систему аденилатциклаза цАМФ (см. далее).

ГОРМОНЫ ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ Щитовидная железа играет исключительно важную роль в обмене веществ.

Об этом свидетельствуют резкое изменение основного обмена, наблюдае мое при нарушениях деятельности щитовидной железы, а также ряд косвенных данных, в частности обильное ее кровоснабжение несмотря на небольшую массу (20–30 г). Щитовидная железа состоит из множества особых полостей – фолликулов, заполненных вязким секретом – коллоидом.

В состав коллоида входит особый йодсодержащий гликопротеин с высокой мол. массой – порядка 650000 (5000 аминокислотных остатков). Этот глико протеин получил название йодтиреоглобулина. Он представляет собой запасную форму тироксина и трийодтиронина – основных гормонов фолли кулярной части щитовидной железы.

Помимо этих гормонов (биосинтез и функции которых будут рассмотре ны ниже), в особых клетках – так называемых парафолликулярных клетках, или С-клетках щитовидной железы, синтезируется гормон пептидной при роды, обеспечивающий постоянную концентрацию кальция в крови. Он получил название «кальцитонин». Впервые на существование кальцито нина, обладающего способностью поддерживать постоянный уровень каль ция в крови, указал в 1962 г. Д. Копп, который ошибочно считал, что этот гормон синтезируется паращитовидными железами. В настоящее время кальцитонин не только выделен в чистом виде из ткани щитовидной железы животных и человека, но и полностью раскрыта 32-членная аминокислотная последовательность, подтвержденная химическим синтезом. Ниже приведе на первичная структура кальцитонина, полученного из щитовидной железы человека:

Кальцитонин человека содержит дисульфидный мостик (между 1-м и 7-м аминокислотными остатками) и характеризуется N-концевым цистеином и С-концевым пролинамидом. Кальцитонины быка, овцы, свиньи и лососе вых рыб мало отличаются друг от друга как по структуре и концевым аминокислотам, так и по гипокальциемической активности. Биологическое действие кальцитонина прямо противоположно эффекту паратгормона: он вызывает подавление в костной ткани резорбтивных процессов и соответст венно гипокальциемию и гипофосфатемию. Таким образом, постоянство уровня кальция в крови человека и животных обеспечивается главным образом паратгормоном, кальцитриолом и кальцитонином, т.е. гормонами как щитовидной и паращитовидных желез, так и гормоном – производным витамина D3. Это следует учитывать при хирургических лечебных мани пуляциях на данных железах.

Химическая природа гормонов фолликулярной части щитовидной желе зы выяснена в деталях сравнительно давно. Считается установленным, что все йодсодержащие гормоны, отличающиеся друг от друга содержанием йода, являются производными L-тиронина, который синтезируется в орга низме из аминокислоты L-тирозина.

L-тиронин L-тироксин (3,5,3',5'- L-3,5,3'-трийодтиронин L-3,3'-дийодтиронин тетрайодтиронин) Из L-тиронина легко синтезируется гормон щитовидной железы тирок син, содержащий в 4 положениях кольцевой структуры йод. Следует отметить, что гормональной активностью наделены 3,5,3'-трийодтиронин и 3,3'-дийодтиронин, также открытые в щитовидной железе. Биосинтез гормонов щитовидной железы регулируется тиротропином – гормоном ги поталамуса (см. ранее).

В настоящее время еще полностью не изучены ферментные системы, катализирующие промежуточные стадии синтеза этих гормонов, и природа фермента, участвующего в превращении йодидов в свободный йод (2I I2), необходимый для йодирования 115 остатков тирозина в молекуле тиреоглобулина. Последовательность реакций, связанных с синтезом гор монов щитовидной железы, была расшифрована при помощи радиоактив ного йода [131I]. Было показано, что введенный меченый йод прежде всего обнаруживается в молекуле монойодтирозина, затем – дийодтирозина и только потом – тироксина. Эти данные позволяли предположить, что моно йод- и дийодтирозины являются предшественниками тироксина. Однако известно также, что включение йода осуществляется не на уровне свобод ного тироксина, а на уровне полипептидной цепи тиреоглобулина в процес се его постсинтетической модификации в фолликулярных клетках. Дальней ший гидролиз тиреоглобулина под действием протеиназ и пептидаз приво дит к образованию как свободных аминокислот, так и к освобождению йодтиронинов, в частности тироксина, последующее депонирование которо го способствует образованию трийодтиронина. Эта точка зрения кажется более правдоподобной с учетом универсальности постсинтетической хими ческой модификации при биосинтезе биологически активных веществ в ор ганизме.

Катаболизм гормонов щитовидной железы протекает по двум направле ниям: распад гормонов с освобождением йода (в виде йодидов) и дезами нирование (отщепление аминогруппы) боковой цепи гормонов. Продукты обмена или неизмененные гормоны экскретируются почками или кишечни ком. Возможно, что некоторая часть неизмененного тироксина, поступая через печень и желчь в кишечник, вновь всасывается, пополняя резервы гормонов в организме.

Биологическое действие гормонов щитовидной железы распространяет ся на множество физиологических функций организма. В частности, гормо ны регулируют скорость основного обмена, рост и дифференцировку тканей, обмен белков, углеводов и липидов, водно-электролитный обмен, деятельность ЦНС, пищеварительного тракта, гемопоэз, функцию сердечно сосудистой системы, потребность в витаминах, сопротивляемость организ ма инфекциям и др. Точкой приложения действия тиреоидных гормонов, как и всех стероидов (см. далее), считается генетический аппарат. Специфи ческие рецепторы – белки – обеспечивают транспорт тиреоидных гормонов в ядро и взаимодействие со структурными генами, в результате чего увеличивается синтез ферментов, регулирующих скорость окислительно восстановительных процессов. Естественно поэтому, что недостаточная функция щитовидной железы (гипофункция) или, наоборот, повышенная секреция гормонов (гиперфункция) вызывает глубокие расстройства физио логического статуса организма.

Гипофункция щитовидной железы в раннем детском возрасте приводит к развитию болезни, известной в литературе как кретинизм. Помимо остановки роста, специфических изменений кожи, волос, мышц, резкого снижения скорости процессов обмена, при кретинизме отмечаются глубокие нарушения психики;

специфическое гормональное лечение в этом случае не дает положительных результатов.

Недостаточная функция щитовидной железы в зрелом возрасте сопрово ждается развитием гипотиреоидного отека, или микседемы (от греч. myxa – слизь, oedemo – отек). Это заболевание чаще встречается у женщин и харак теризуется нарушением водно-солевого, основного и жирового обмена.

У больных отмечаются слизистый отек, патологическое ожирение, резкое снижение основного обмена, выпадение волос и зубов, общие мозговые на рушения и психические расстройства. Кожа становится сухой, температура тела снижается;

в крови повышено содержание глюкозы. Гипотиреоидизм сравнительно легко поддается лечению препаратами щитовидной железы.

Следует отметить еще одно поражение щитовидной железы – эндемиче ский зоб. Болезнь обычно развивается у лиц, проживающих в горных местностях, где содержание йода в воде и растениях недостаточно. Недоста ток йода приводит к компенсаторному увеличению массы ткани щитовид ной железы за счет преимущественного разрастания соединительной ткани, однако этот процесс не сопровождается увеличением секреции тиреоидных гормонов. Болезнь не приводит к серьезным нарушениям функций организ ма, хотя увеличенная в размерах щитовидная железа создает определенные неудобства. Лечение сводится к обогащению продуктов питания, в частно сти поваренной соли, неорганическим йодом.

Повышенная функция щитовидной железы (гиперфункция) вызывает развитие гипертиреоза, известного в литературе под названием «зоб диф фузный токсический» (болезнь Грейвса, или базедова болезнь). Резкое повышение обмена веществ сопровождается усиленным распадом тканевых белков, что приводит к развитию отрицательного азотистого баланса.

Наиболее характерным проявлением болезни считается триада симптомов:

резкое увеличение числа сердечных сокращений (тахикардия), пучеглазие (экзофтальм) и зоб, т.е. увеличенная в размерах щитовидная железа;

у больных отмечаются общее истощение организма, а также психические расстройства.

При гиперфункции щитовидной железы и, в частности, токсическом зобе показано оперативное удаление всей железы или введение 131I (- и -излу чение частично разрушает ткань железы) и антагонистов тироксина, тормо зящих синтез тиреоидных гормонов. К подобным веществам относятся, например, тиомочевина, тиоурацил (или метилтиоурацил).

Тиомочевина Тиоурацил Метилтиоурацил Снижают функцию щитовидной железы тиоцианат и вещества, содержа щие аминобензольную группу, а также микродозы йода. Механизм дейст вия антитиреоидных веществ окончательно не выяснен. Возможно, они оказывают ингибирующее действие на ферментные системы, участвующие в биосинтезе тиреоидных гормонов.

ГОРМОНЫ ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ Поджелудочная железа относится к железам со смешанной секрецией.

Внешнесекреторная функция ее заключается в синтезе ряда ключевых ферментов пищеварения, в частности амилазы, липазы, трипсина, химо трипсина, карбоксипептидазы и др., поступающих в кишечник с соком поджелудочной железы. Внутрисекреторную функцию выполняют, как бы ло установлено в 1902 г. Л.В. Соболевым, панкреатические островки (островки Лангерганса), состоящие из клеток разного типа и вырабатываю щие гормоны, как правило, противоположного действия. Так, - (или А-) клетки продуцируют глюкагон, - (или В-) клетки синтезируют инсулин, (или D-) клетки вырабатывают соматостатин и F-клетки – малоизученный панкреатический полипептид. Далее будут рассмотрены инсулин и глюка гон как гормоны, имеющие исключительно важное значение для жизнедея тельности организма *.

* Имеющиеся данные о соматостатине как о гормоне гипоталамуса (см. ранее) свидетель ствуют, что в поджелудочной железе и в ряде клеток кишечника секретируется свой соматоста тин, оказывающий ингибирующий эффект на секрецию инсулина и глюкагона - и -клетками островков Лангерганса.

Инсулин Инсулин, получивший свое название от наименования панкреатических островков (лат. insula – островок), был первым белком, первичная структура которого была раскрыта в 1954 г. Ф. Сэнджером (см. главу 1). В чистом виде инсулин был получен в 1922 г. после его обнаружения в экстрактах панкреатических островков Ф. Бантингом и Ч. Бестом. Молекула инсулина, содержащая 51 аминокислотный остаток, состоит из двух полипептидных цепей, соединенных между собой в двух точках дисульфидными мостиками.

Строение инсулина и его предшественника проинсулина приведено в гла ве 1 (см. рис. 1.14). В настоящее время принято обозначать цепью А инсули на 21-членный пептид и цепью В – пептид, содержащий 30 остатков амино кислот. Во многих лабораториях осуществлен, кроме того, химический синтез инсулина. Наиболее близким по своей структуре к инсулину человека является инсулин свиньи, у которого в цепи В вместо треонина в положении 30 содержится аланин.

Существенных различий в аминокислотной последовательности в инсу лине от разных животных нет. Инсулины различаются аминокислотным составом цепи А в положениях 8–10.

Согласно современным представлениям, биосинтез инсулина осуществ ляется в -клетках панкреатических островков из своего предшественника проинсулина, впервые выделенного Д. Стайнером в 1966 г. В настоящее время не только выяснена первичная структура проинсулина, но и осущест влен его химический синтез (см. рис. 1.14). Проинсулин представлен одной полипептидной цепью, содержащей 84 аминокислотных остатка;

он лишен биологической, т.е. гормональной, активности. Местом синтеза проинсули на считается фракция микросом -клеток панкреатических островков;

пре вращение неактивного проинсулина в активный инсулин (наиболее сущест венная часть синтеза) происходит при перемещении проинсулина от рибо сом к секреторным гранулам путем частичного протеолиза (отщепление с С-конца полипептидной цепи пептида, содержащего 33 аминокислотных остатка и получившего наименование соединяющего пептида, или С-пепти да). Длина и первичная структура С-пептида подвержена большим изме нениям у разных видов животных, чем последовательность цепей А и В ин сулина. Установлено, что исходным предшественником инсулина является препроинсулин, содержащий, помимо проинсулина, его так называемую лидерную, или сигнальную, последовательность на N-конце, состоящую из 23 остатков аминокислот;

при образовании молекулы проинсулина этот сигнальный пептид отщепляется специальной пептидазой. Далее молекула проинсулина также подвергается частичному протеолизу, и под действием трипсиноподобной протеиназы отщепляются по две основные аминокисло ты с N- и С-конца пептида С – соответственно дипептиды Aрг–Aрг и Лиз– –Aрг (см. рис. 1.14). Однако природа ферментов и тонкие механизмы этого важного биологического процесса – образование активной молекулы инсу лина окончательно не выяснены.

Синтезированный из проинсулина инсулин может существовать в не скольких формах, различающихся по биологическим, иммунологическим и физико-химическим свойствам. Различают две формы инсулина: 1) сво бодную, вступающую во взаимодействие с антителами, полученными к кристаллическому инсулину, и стимулирующую усвоение глюкозы мы шечной и жировой тканями;

2) связанную, не реагирующую с антителами и активную только в отношении жировой ткани. В настоящее время доказано существование связанной формы инсулина и установлена локали зация ее в белковых фракциях сыворотки крови, в частности в области трансферринов и -глобулинов. Молекулярная масса связанного инсулина от 60000 до 100000. Различают, кроме того, так называемую форму А инсулина, отличающуюся от двух предыдущих рядом физико-химических и биологических свойств, занимающую промежуточное положение и появ ляющуюся в ответ на быструю, срочную потребность организма в инсу лине.

В физиологической регуляции синтеза инсулина доминирующую роль играет концентрация глюкозы в крови. Так, повышение содержания глюко зы в крови вызывает увеличение секреции инсулина в панкреатических островках, а снижение ее содержания, наоборот,– замедление секреции инсулина. Этот феномен контроля по типу обратной связи рассматривается как один из важнейших механизмов регуляции содержания глюкозы в кро ви. На секрецию инсулина оказывают влияние, кроме того, электролиты (особенно ионы кальция), аминокислоты, глюкагон и секретин. Приводятся доказательства роли циклазной системы в секреции инсулина. Предполага ют, что глюкоза действует в качестве сигнала для активирования аденилат циклазы, а образовавшийся в этой системе цАМФ – в качестве сигнала для секреции инсулина.

При недостаточной секреции (точнее, недостаточном синтезе) инсулина развивается специфическое заболевание – сахарный диабет (см. главу 10).

Помимо клинически выявляемых симптомов (полиурия, полидипсия и по лифагия), сахарный диабет характеризуется рядом специфических наруше ний процессов обмена. Так, у больных развиваются гипергликемия (увели чение уровня глюкозы в крови) и гликозурия (выделение глюкозы с мочой, в которой в норме она отсутствует). К расстройствам обмена относят также усиленный распад гликогена в печени и мышцах, замедление биосинтеза белков и жиров, снижение скорости окисления глюкозы в тканях, развитие отрицательного азотистого баланса, увеличение содержания холестерина и других липидов в крови. При диабете усиливаются мобилизация жиров из депо, синтез углеводов из аминокислот (глюконеогенез) и избыточный синтез кетоновых тел (кетонурия). После введения больным инсулина все перечисленные нарушения, как правило, исчезают, однако действие гормона ограничено во времени, поэтому необходимо вводить его постоянно.

Клинические симптомы и метаболические нарушения при сахарном диабете могут быть объяснены не только отсутствием синтеза инсулина. Получены доказательства, что при второй форме сахарного диабета, так называемой инсулинрезистентной, имеют место и молекулярные дефекты: в частности, нарушение структуры инсулина или нарушение ферментативного превраще ния проинсулина в инсулин. В основе развития этой формы диабета часто лежит потеря рецепторами клеток-мишеней способности соединяться с мо лекулой инсулина, синтез которого нарушен, или синтез мутантного рецеп тора (см. далее).

У экспериментальных животных введение инсулина вызывает гипоглике мию (снижение уровня глюкозы в крови), увеличение запасов гликогена в мышцах, усиление анаболических процессов, повышение скорости утили зации глюкозы в тканях. Кроме того, инсулин оказывает опосредованное влияние на водный и минеральный обмен.

Механизм действия инсулина окончательно не расшифрован, несмотря на огромное количество фактических данных, свидетельствующих о сущест вовании тесной и прямой зависимости между инсулином и процессами обмена веществ в организме. В соответствии с «унитарной» теорией все эффекты инсулина вызваны его влиянием на обмен глюкозы через фермент Инсулин АТФ АДФ Белок-мишень Рис. 8.1. Инсулиновый рецептор (схема).

Две -цепи на наружной поверхности мембраны клетки и две трансмембранные -цепи.

Связывание инсулина с -цепями запускает аутофосфорилирование остатков тирозина в цепях;

активный тирозинкиназный домен затем участвует в фосфорилировании неактивных белков-мишеней в цитозоле.

гексокиназу. Новые экспериментальные данные свидетельствуют, что уси ление и стимуляция инсулином таких процессов, как транспорт ионов и аминокислот, трансляция и синтез белка, экспрессия генов и др., являются независимыми. Это послужило основанием для предположения о множест венных механизмах действия инсулина.

Наиболее вероятной в настоящее время представляется мембранная локализация первичного действия почти всех белковых гормонов, включая инсулин. Получены доказательства существования специфического рецепто ра инсулина на внешней плазматической мембране почти всех клеток организма, а также образования инсулинрецепторного комплекса. Рецептор синтезируется в виде предшественника – полипептида (1382 аминокислот ных остатка, мол. масса 190000), который далее расщепляется на и -субъединицы, т.е. на гетеродимер (в формуле 2–2), связанные дисульфидными связями. Оказалось, что если -субъединицы (мол. масса 135000) почти целиком располагаются на внешней стороне биомембраны, выполняя функцию связывания инсулина клетки, то -субъединицы (мол.

масса 95000) представляют собой трансмембранный белок, выполняющий функцию преобразования сигнала (рис. 8.1). Концентрация рецепторов инсулина на поверхности достигает 20000 на клетку, и период их полужизни составляет 7–12 ч.

Самым интересным свойством рецептора инсулина, отличным от всех других рецепторов гормонов белковой и пептидной природы, является его способность аутофосфорилирования, т.е. когда рецептор наделен сам протеинкиназной (тирозинкиназной) активностью. При связывании инсу лина с -цепями рецептора происходит активирование тирозинкиназной активности -цепей путем фосфорилирования их тирозиновых остатков.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 14 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.