Шпаргалка по "Биохимии животных"

В процессе синтеза гормонов щитовидной железы выделяют четыре стадии:

1. Поглощение йода  щитовидной железой. Концентрация  его в железе в 30-40 раз выше, чем в крови.

2. Активация йода, что  делает возможным его связывание с молекулой аминокислоты тирозина.

3. Конденсация с образованием  гормонов – тироксина и трийодтиронина  и их накопление в составе  тиреоглобулина в виде коллоида.

4. Выделение образованных  гормонов в кровь под действием  ТТГ.

Гормоны щитовидной железы очень малы по размеру и перед попаданием в кровь должны быть связаны с транспортными белками, для того чтоб не быть «вымытыми» из организма почками. Уровень свободных гормонов 0,03% от общего количества, именно они обеспечивают все эффекты гормонов щитовидной железы. В тканях тироксин (Т4) превращается в трийодтиронин (Т3) и биологическое действие гормонов на 90% осуществляется именно за счет Т3.

39. Механизмы передачи гормонального сигнала Несмотря на огромное разнообразие гормонов и гормоноподобных веществ, в основе биологического действия большинства гормонов лежат удивительно сходные, почти одинаковые фундаментальные механизмы, передающие информацию от одних клеток к другим. Далее будут представлены примеры механизмов действия гормонов пептидной (включая производные аминокислот) и стероидной природы. В современных представлениях о тонких молекулярных механизмах биологического действия большинства гормонов огромную роль сыграли исследования Э. Сазерленда и открытие циклического адено-зинмонофосфата (см. далее).

Известно, что направленность и тонкая регуляция процесса передачи информации обеспечиваются прежде всего  наличием на поверхности клеток рецепторных  молекул (чаще всего белков), узнающих гормональный сигнал (см. Рецепторы  инсулина). Этот сигнал рецепторы трансформируют в изменение концентраций внутриклеточных посредников, получивших название вторичных мессенджеров, уровень которых определяется активностью ферментов, катализирующих их биосинтез и распад.

По своей химической природе рецепторы почти всех биологически активных веществ оказались гликопротеинами, причем «узнающий» домен (участок) рецептора направлен в сторону межклеточного пространства, в то время как участок, ответственный за сопряжение рецептора с эффекторной системой (с ферментом, в частности), находится внутри (в толще) плазматической мембраны. Общим свойством всех рецепторов является их высокая специфичность по отношению к одному определенному гормону (с константой сродства от 0,1 до 10 нМ). Известно также, что сопряжение рецептора с эффекторными системами осуществляется через так называемый G-белок, функция которого заключается в обеспечении многократного проведения гормонального сигнала на уровне плазматической мембраны. G-белок в активированной форме стимулирует через аденилатцик-лазу синтез циклического АМФ, который запускает каскадный механизм активирования внутриклеточных белков.

Общим фундаментальным  механизмом, посредством которого реализуются  биологические эффекты «вторичных»  мессенджеров внутри клетки, является процесс фосфорилирования – дефосфорилирования белков при участии широкого разнообразия протеинкиназ, катализирующих транспорт концевой группы от АТФ на ОН-группы серина и треонина, а в ряде случаев – тирозина белков-мишеней. Процесс фосфорилирования представляет собой важнейшую посттрансляционную химическую модификацию белковых молекул, коренным образом изменяющую как их структуру, так и функции. В частности, он вызывает изменение структурных свойств (ассоциацию или диссоциацию составляющих субъединиц), активирование или ингибирование их каталитических свойств, в конечном итоге определяя скорость химических реакций и в целом функциональную активность клеток.

40. Механизм передачи  сигнала гормонов аминокислотой  и белковой природы

Эти гормоны в силу своей гидрофильности  не способны проникать внутри клетки,и для влияния на внутриклеточный метаболизм они связываются с белками-рецепторами,локализованными на поверхности цитоплазматических мембран.Связывание гормона с рецептором на поверхности приводит к активации белкового рецептора и как следствие-к образованию внутри клетки вторичных посредников(мессенджеров)=>они запускают внутриклеточный биологический ответ.Вторичные мессенджеры:сАМР,Са(2+),инозитол-трифосфат(ИФЗ),диацилглицерол(ДАГ),сGMP=>активируют спец.ферменты протеинкиназы(ПК)=>далее они активируют уже др.ферменты с помощью АТФ.G-белки принимают участие в реализации механизма образования сАМР(важного внутрик.мессенджера).G-белки бывают ингибирующими и стимулирующими

41. Биохимическая роль вторичных мессенджеров в метаболизме

Вторичные посредники (вторичные  мессенджеры, англ. second messengers) — это  малые сигнальные молекулы, компоненты системы передачи сигнала в клетке. Вторичные посредники являются компонентами каскадов передачи сигнала, быстро образуются и далее активируют эффекторные белки, которые опосредуют ответ клетки. К наиболее распространенным вторичным посредникам относятся цАМФ и другие циклические нуклеотиды, ионы кальция, оксид азота.[1]

Концентрация вторичных  посредников в цитозоле может  быть повышена различными путями: активацией ферментов, которые их синтезируют, как, например в случае активации циклаз, образующих циклические формы нуклеотидов (цАМФ, цГМФ), либо путем открывания ионных каналов, позволяющих потоку ионов металлов, например, ионов кальция войти в клетку. Эти малые молекулы могут далее связывать и активировать эффекторные молекулы — протеинкиназы, ионные каналы и разнообразные другие белки.

А. Циклический АМФ

Биосинтез. Нуклеотид  цАМФ (3',5'-циклоаденозинмонофосфат, сАМР} синтезируется мембранными аденилатциклазами [1] — семейством ферментов, катализирующих реакцию циклизации АТФ (АТР) с образованием цАМФ и неорганического пирофосфата. Расщепление цАМФ с образованием АМФ (AMP) катализируется фосфодиэстеразами [2], которые ингибируются при высоких концентрациях метилированных производных ксантина, например кофеином.

Активность аденилатциклазы  контролируется G-белками, которые в  свою очередь сопряжены с рецепторами  третьего типа, управляемыми внешними сигналами (см. с. 372). Большинство G-белков (Gs-белки) активируют аденилатциклазу, некоторые G-белки ее ингибируют (Gi-белки). Некоторые аденилатциклазы активируются комплексом Са2+/кальмодулин.

Механизм действия. цАМФ является аллостерическим эффектором протеинкиназ А (ПК-Α) [3] и ионных каналов (см. с. 372). В неактивном состоянии ПК-Α является тетрамером, две каталитические субъединицы (К-субъединицы) которого ингибированы регуляторными субъединицами (Р-субъединицы) (аутоингибирование). При связывании цАМФ Р-субъединицы диссоциируют из комплекса и К-единицы активируются. Фермент может фосфорилировать определенные остатки серина и треонина в более чем 100 различных белках, в том числе во многих ферментах (см. с. 158) и факторах транскрипции. В результате фосфорилирования изменяется функциональная активность этих белков.

Наряду с цАМФ функции  вторичного мессенджера может выполнять  и цГМФ (cGMP) (см. с. 346). Оба соединения различаются по метаболизму и  механизму действия.

Б. Роль ионов кальция

Уровень ионов кальция. Концентрация ионов Са2+ в цитоплазме нестимулированной клетки очень низка (10-100 нМ). Низкий уровень поддерживается кальциевыми АТФ-азами (кальциевыми насосами) и натрий-кальциевыми обменниками. Резкое повышение концентрации ионов Са2+ в цитоплазме (до 500-1000 нМ) происходит в результате открывания кальциевых каналов плазматической мембраны или внутриклеточных кальциевых депо (гладкого и шероховатого эндоплазматического ретикулума). Открывание каналов может быть вызвано деполяризацией мембран или действием сигнальных веществ, нейромедиаторов (глутамат и АТФ, см. с. 342), вторичных мессенджеров (ИФ3 и цАМФ), а также вещества растительного происхождения рианодина. В цитоплазме и клеточных органеллах имеется множество белков способных связывать Са2+, некоторые из них выполняют роль буфера.

При высокой концентрации в цитоплазме ионы Са2+ оказывает  на клетку цитотоксическое действие. Поэтому уровень кальция в  отдельной клетке испытывает кратковременные  всплески, увеличиваясь в 5-10 раз, а стимуляция клетки увеличивает лишь частоту этих флуктуаций.

Действие кальция опосредовано специальными Са2+-связывающими белками («кальциевыми сенсорами»), к которым  принадлежат аннексин, кальмодулин  и тропонин (см. с. 326). Кальмодулин  — сравнительно небольшой белок (17 кДа) — присутствует во всех животных клетках. При связывании четырех ионов Са2+ (на схеме голубые кружочки) кальмодулин переходит в активную форму, способную взаимодействовать с многочисленными белками. За счет активации кальмодулина ионы Са2+ оказывают влияние на активность ферментов, ионных насосов и компонентов цитоскелета.

B. Инозит-1,4,5-трифосфат  и диацилглицерин

Гидролиз фосфатидилинозит-4,5-дифосфата [ФИФ2 (PlnsP2)] фосфолипазой С [4] приводит к образованию двух вторичных  мессенджеров: инозит-1,4,5-трифосфата и  диацилглицерина. Гидрофильный ИФ3 поступает в эндоплазматический ретикулум [ЭР (ЕR)] и индуцирует высвобождение ионов Са2+ из запасающих везикул. Липофильный ДАГ остается в мембране и активирует протеинкиназу C, которая в присутствии Са2+ фосфорилирует различные белковые субстраты, модулируя их функциональную активность.

42. макроэргические соединения и их роль в метаболизме К макроэргическим соединениям относятся аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), аденозиндифосфорная кислота (АДФ), а также пирофосфат (H4P2O7), полифосфаты (полимеры метафосфорной кислоты — (НРО3)n * Н2О) и ряд других соединений. Самое важное макроэргическое соединение — АТФ. Используя энергию, заключенную в макроэргических связях АТФ, при действии ферментов, переносящих фосфатные группы, можно получить другие макроэргические соединения, например, ГТФ (гуанозинтрифосфорная кислота), ФЕП (фосфоенолпировиноградная кислота) и др.

Образуется АТФ в  процессах биологического окисления  и при фотосинтезе. Энергия макроэргических  связей используется для совершения любой работы: активации соединений (например, глюкозы, чтобы могла начаться цепь ее окислительных превращений), синтеза биополимеров (нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов), избирательного поглощения веществ из окружающей клетку среды и выброса из клетки ненужных продуктов, мышечного сокращения и восстановления активного состояния организма и т. д. Запас этих соединений позволяет организму быстро реагировать на изменение внешних условий и совершать физическую работу. При спортивной тренировке содержание макроэргических соединений в мышцах и скорость их образования возрастают.

Есть и другие формы  запасания энергии. Во-первых, это  разность электрических потенциалов  на биологических мембранах, которая  может быть использована для синтеза  макроэргических соединений и на поддержание которой клетке приходится расходовать энергию. Во-вторых, поскольку любой организм способен окислять углеводы и жиры с образованием макроэргических соединений, то можно считать, что жировые капли, зерна крахмала, частицы гликогена — это не только запасы пластического («строительного») материала, но и запасы энергии, только в более инертной и менее доступной для быстрого использования форме, чем макроэргические соединения.

43. Дыхательная цепь  в митохондриях 

Система структурно и  функционально связанных трансмембранных белков и переносчиков электронов.Она позволяет запасти энергию,выделяющуюся в ходе окисления NAD*H и ФАДН2 молекулярным кислородом в форме трансмембранного протонного потенциала за счёт последовательного переноса электрона по цепи,сопряжённого с перекачкой протонов через мембрану.Транспортная цепь у эукариот локализована на внутренней мембране митохондрий.В дыхат.цепи 4 мультиферментных комплекса. Также существует еще один комплекс, участвующий не в переносе электронов, а синтезирующий АТФ. 1ый- КоА-оксидоредуктаза. 1.Принимает электроны от НАДН и передает их на коэнзим Q (убихинон). 2.Переносит 4 иона Н+ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.2ой-ФАД-зависимые дегидрогеназы. 1.Восстановление ФАД 3ий-цитохром с-оксидоредуктаза. 2.Принимает электроны от коэнзима Q и передает их на цитохром с.3.Переносит 2 иона Н+ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны.4ый-цитохром с-кислород оксидоредуктаза. 1.Принимает электроны от цитохрома с и передает их на кислород с образованием воды.2.Переносит 4 иона Н+ на наружную поверхность внутренней митохондриальной мембраны. Все атомы водорода, отщепленные дегидрогеназами от субстратов в аэробных условиях, достигают внутренней мембраны митохондрий в составе НАДН или ФАДН2. Здесь атомы передают свои электроны в дыхательную ферментативную цепь, по которой электроны движутся к своему конечному акцептору –О2. В результате ->Н2О.Электроны по мере передвижения теряют энергию->энергия тратиться комплексами на перекачку протонов Н.Перенос ионов Н происходит в строго определённых участках->участках сопряжения.Результат: происходит наработка АТФ: ионы H+ теряют свою энергию, проходя через АТФ-синтазу.Часть этой энергии тратится на синтез АТФ. Другая часть рассеивается в виде тепла.

44. Последовательность  и строение переносчиков электронов  в дыхательной цепи

1 комплекс. НАДН-КоQ-оксидоредуктаза

Этот комплекс также  имеет рабочее название НАДН-дегидрогеназа, содержит ФМН, 22 белковых молекулы, из них 5 железосерных белков с общей молекулярной массой до 900 кДа.

-  Принимает электроны  от НАДН и передает их на  коэнзим Q (убихинон).

- Переносит 4 иона Н+  на наружную поверхность внутренней  митохондриальной мембраны.

2 комплекс. ФАД-зависимые  дегидрогеназы

Данный комплекс как таковой не существует, его выделение условно. Он включает в себя ФАД-зависимые ферменты, расположенные на внутренней мембране – например, ацил-SКоА-дегидрогеназа (окисление жирных кислот), сукцинатдегидрогеназа (цикл трикарбоновых кислот), митохондриальная глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа (челночный механизм переноса НАДН в митохондрию).