биохимические основы регуляции метаболизм

1. БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА
ЛЕКЦИЯ
Лечебный факультет
лектор: профессор В.И. Шарапов
2014

2. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
• Живые организмы осуществляют
непрерывную и постоянную связь с
окружающей средой в процессе
метаболизма.
• ЦЕЛЬ ЛЕКЦИИ: Сформировать
представление об этапах обмена
веществ и механизмах их гормональной
регуляции

3. ПЛАН ЛЕКЦИИ
1. Понятие о метаболизме
2. Биохимические основы регуляции
метаболизма
3. Механизмы действия регуляторов

4. ПОНЯТИЕ О МЕТАБОЛИЗМЕ
Метаболизм – это совокупность химических
реакций, протекающих в организме
ФУНКЦИИ МЕТАБОЛИЗМА:
• Снабжение клетки химической энергией
• Превращение пищевых веществ в
мономеры: аминокислоты, азотистые
основания, жирные кислоты, моносахара
• Синтез белков, нуклеиновых кислот,
полисахаридов, липидов
• Синтез биомолекул со специфической
функцией

5. ПОНЯТИЕ О МЕТАБОЛИЗМЕ
Метаболизм – это двуединый процесс,
складывающийся из 2-х частей:
катаболизма и анаболизма

6. ПОНЯТИЕ О МЕТАБОЛИЗМЕ
Питательные
Вещества КАТАБОЛИЗМ
ЭНЕРГИЯ
молекулы клеточные
предшественники макромолекулы
АНАБОЛИЗМ

7. КАТАБОЛИЗМ
• Это процессы ферментативной
деградации крупных органических
молекул до простых с выделением
свободной химической ЭНЕРГИИ,
которая используется организмом
для процессов жизнедеятельности

8. АНАБОЛИЗМ
• Это процессы ферментативного
синтеза из простых молекул
сложных органических компонентов
клетки, которые сопровождаются
затратой свободной химической
ЭНЕРГИИ

9. Основные этапы катаболизма
1-й этап - ГИДРОЛИТИЧЕСКИЙ
Образование мономеров из полимеров
2-й этап – ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ (МЕЖУТОЧНЫЙ)
Превращение мономеров в ПВК, ЩУК и Ацетил-
КоА
3-й этап – ЦИКЛ КРЕБСА
Превращение Ацетил-КоА в ЦТК
4-й этап - ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ и
ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ

10. СХЕМА ЭТАПОВ КАТАБОЛИЗМА

11. БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
РЕГУЛЯЦИИ
• РЕГУЛЯТОРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ,
ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ПОДДЕРЖАНИЕ
ГОМЕОСТАЗА:
– Субстратная регуляция (молекулярный
уровень регуляции),
– Гормональная регуляция (системный
уровень регуляции).

12. БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ
1. Специализированные регуляторы
• Вырабатываются для осуществления
регулярной функции
2. Неспецифические регуляторы
• Основная функция не связана с
регуляторной

13. Специализированные
регуляторы
• Истинные гормоны:
1. Вырабатываются в специализированных железах
2. Выделяются во внутреннюю среду (кровь, лимфа)
3. Действуют дистантно
• Тканевые гормоны:
1. Вырабатываются тканями
2. Действуют местно
• Нейромедиаторы:
1. Вырабатываются нервными окончаниями
2. Действуют местно или дистантно

14. ОБЩИЕ СВОЙСТВА РЕГУЛЯТОРОВ
• Высокая биологическая активность
Активны в низких концентрациях от 10-9 до 10-5 М
• Специфичность биологического действия
(определяется наличием рецепторов на клетках-
мишенях)
• «Импульсивный» характер действия
(концентрация в крови быстро изменяется)
• Общие механизмы развития патологии
эндокринной системы

15. КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРМОНОВ
1. Гормоны белково-пептидной природы:
а) рилизинг-факторы гипоталамуса (либерины, статины)
б) гормоны гипофиза (АКТГ, ТТГ, СТГ, ЛГ, ФСГ)
в) гормоны поджелудочной железы (инсулин, глюкагон)
г) вазоактивные пептиды (ангиотензины, брадикинин,
соматомедины)
2. Гормоны - производные аминокислот:
- адреналин, тироксин (Т4), трийодтиронин (Т3)
3. Стероидные гормоны:
а) гормоны коры надпочечников (кортизол, альдостерон),
б) половые гормоны (тестостерон, эстрадиол, прогестерон)
4. Гормоноподобные регуляторы - производные
ВЖК:
- простагландины, лейкотриены

16. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ
РЕГУЛЯТОРОВ

17. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ
МЕХАНИЗМЫ ГОРМОНАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ:
А. КОНТРОЛЬ АКТИВНОСТИ ФЕРМЕНТА
- ковалентная модификация фермента путем
фосфорилирования/дефосфорилирования
- реализует действие гормонов через
внутриклеточные механизмы:
1. Аденилатциклазный (посредник цАМФ),
2. Фосфолипазный (инозитолфосфатный) механизм
(посредники - инозитол-3-фосфат (ИТФ) и диацилглицерид (ДАГ)
3. Кальций-кальмодулиновый (посредник Са2+)

18. ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ
Б. КОНТРОЛЬ КОЛИЧЕСТВА ФЕРМЕНТА
ОСУЩУСТВЛЯЕТСЯ ГОРМОНАМИ ЧЕРЕЗ
КОНТРОЛЬ СИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ:
- ВЛИЯНИЕМ НА ИНДУКЦИЮ ИЛИ
РЕПРЕССИЮ СИНТЕЗА м-РНК,
- ВЛИЯНИЕМ НА СТАДИИ ТРАНСЛЯЦИИ
СИНТЕЗА БЕЛКА НА УРОВНЕ РИБОСОМ

19. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ГОРМОНОВ
СВОЙСТВА
Химическая природа
Растворимость
Транспортные белки
Период полувыведения
Рецептор
Медиатор
Эффект
Механизм действия
• Гормоны 1-ой группы
• Белково-пептидные,
адреналин
• Гидрофильные
• Не имеются
• Короткий (мин)
• На плазм. мембране
• цАМФ, Са2+, ИТФ, ДАГ
• Быстро развивается,
кратковременный
• Изменяют АКТИВНОСТЬ
ферментов в клетке

20. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ГОРМОНОВ
СВОЙСТВА
Химическая природа
Растворимость
Транспортные белки
Период полувыведения
Рецептор
Медиатор
Эффект
Механизм действия
• Гормоны 2-ой группы
• Стероиды, Йодтиронины,
Кальцитриол
• Гидрофобные
• Имеются
• Продолж.(часы, дни)
• Внутриклеточный
• Гормон-рецепторный
комплекс
• Медленно развивается,
продолжительный
• Изменяют КОЛИЧЕСТВО
ферментов в клетке

21. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ
ГОРМОНОВ 1-ой ГРУППЫ
Белково-пептидные гормоны, адреналин
↓
Рецептор → G-белок → Фермент (аденилатциклаза,
фосфолипаза)
Внутри ↓ клетки
Вторичный посредник
(цАМФ, ИТФ, ДАГ, Са 2+)
↓
Протеинкиназы
↓
Фосфорилирование ферментов
↓
Изменение АКТИВНОСТИ ферментов
↓
Метаболический ответ

22. АДЕНИЛАТЦИКЛАЗНЫЙ МЕХАНИЗМ
ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ
гормон

Гормон-рецепторный комплекс

Активация аденилатциклазы

Образование цАМФ

Активация протеинкиназы

Фосфорилирование ферментов
(изменение активности ферментов)

Метаболический ответ

23. АДЕНИЛАТЦИКЛАЗНЫЙ МЕХАНИЗМ
ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ

24. ФОСФОЛИПАЗНЫЙ
(ИНОЗИТОЛФОСФАТНЫЙ) МЕХАНИЗМ
ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ
регулятор (гормон)

Гормон-рецепторный комплекс

Активация фосфолипазы

Образование ДАГ и ИТФ
 
Активация протеинкиназы С, кальмодулина
 
Активация Са2+-КМ ПК

Фосфорилирование ферментов
(изменение активности ферментов)

Метаболический ответ

25. ФОСФОЛИПАЗНЫЙ
(ИНОЗИТОЛФОСФАТНЫЙ) МЕХАНИЗМ
ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ

26. КАЛЬЦИЙ-КАЛЬМОДУЛИНОВЫЙ
МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ
регулятор (гормон)

Гормон-рецепторный комплекс

Открытие кальциевых каналов

Вход в клетку Са2+

Образование Са2+-кальмодулинового комплекса

Активация Са2+-КМ протеинкиназы

Фосфорилирование ферментов
(изменение активности ферментов)

Метаболический ответ

27. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ
ГОРМОНОВ 2-ой ГРУППЫ
Стероидные гормоны, тироксин, кальцитриол
↓
Рецептор (внутри клетки)
↓
Гормон-рецепторный комплекс
↓
Связывание с ядерными рецепторами
↓
Взаимодействие с ДНК (энхансер, сайленсер)
↓
Индукция или репрессия синтеза белков-ферментов
↓
Изменение КОЛИЧЕСТВА ферментов
↓
Метаболический ответ

28. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ
ГОРМОНОВ 2-ой ГРУППЫ

29. РЕЦЕПТОР ИНСУЛИНА

30. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ИНСУЛИН
• Рецептор инсулина – тирозиновая протеинкиназа
• Тир-ПК фосфорилирует по тирозину белки:
• Фосфопротеинфосфотазы – отщепляет Н3РО4
от серина и треонина в белках,
- Фосфодиэстеразы – превращает цАМФ в АМФ,
- Тирозиновые протеинфосфатазы –
дефосфорилирует рецептор инсулина,
- Встраивает в мембрану Глют-4 – активирует
перенос глюкозы в ткани
- Регуляторные белки ядра - повышает или снижает
экспрессию генов определенных ферментов.

31. ГУАНИЛАТЦИКЛАЗНЫЙ МЕХАНИЗМ

32. ГУАНИЛАТЦИКЛАЗНЫЙ МЕХАНИЗМ
Повышение уровня цГМФ приводит:
• К активации ПК G и фосфорилированию
белков-ферментов по серину и треонину
• К реализации эффекта предсердного
натрийуретического фактора (ПНФ) –
регуляция гомеостаза жидкости

33. ИНСУЛИН-АДРЕНАЛИН
инсулин адреналин
акт фосфодиэстераза акт аденилатциклаза
 цАМФ 
ингибирует протеинкиназа активирует
блокирует фосфорилирование активирует
ферментов
акт ГЛИКОГЕНСИНТАЗА акт
ГЛФОСФОРИЛАЗА
синтез гликогена распад гликогена

34. ИНСУЛИН-ГЛЮКОКОРТИКОИДЫ
ИНСУЛИН ГЛЮКОКОРТИКОИДЫ
рецептор в ядре клетки
акт синтез ферментов
ГЛИКОЛИЗ  ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ 
цикл КРЕБСА 
 ГЛЮКОЗА 
УТИЛИЗАЦИЯ БИОСИНТЕЗ

35. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА по теме:
«БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ»
• Вопросы для самоподготовки:
• 1. Молекулярная организация биологических мембран.
• 2. Липиды мембран, химическое строение.
• 3. Мембранные белки: классификация.
• 4. Модели организации клеточных мембран.
• 5. Трансмембранный перенос веществ: простая и облегченная
диффузия, активный транспорт.
• 6. Механизмы передачи внешнего сигнала в клетку.
Литература:
• 1. Биохимия: Учебник / Под ред. Е.С. Северина. – 2005. - С. 227-263.
• 2. Марри Р. и др. «Биохимия человека» (в 2-х томах), М., 1993, «Мир».
• 3. Страйер Л. «Биохимия» (в 3-х томах). М, 1984, «Мир».

36. ЛИТЕРАТУРА
• Биологическия химия: учебник для студентов медицинских
вузов/ Т.Т.Березов, Б.Ф.Коровкин.- М.:Медицина, 2004.- 704с.
• Биологическия химия: учебник для студентов медицинских
вузов/ А.Я. Николаев.- М.:Мед.инф.агентство, 2007.- 568с.
• Биохимия [ Электронный ресурс]:учебное пособие/
А.Д.Дмитриев, Е.Амбросьева.- М.:Дашков и К, 2009.- 166с.
• Биологическая химия с упражнениями и задачами: учебник/
ред. С.Е.Северин.- М.:ГЭОТАР-Медиа, 2013.- 624с.
• Биохимия: учебник для вузов/ ред. С.Е.Северин.- М.:ГЭОТАР-
Медиа, 2007.- 784с.