logo
Биохимия билеты (1)

Инактивация тиреоидных гормонов

Деактивация тиреоидных гормонов происходит в тканях-мишенях при действии дейодиназ, последовательно удаляющих от молекулы йод. Далее реакции катаболизма включают дезаминирование или декарбоксилирование боковой цепи или расщепление эфирной связи с образованием неактивных соединений. В печени дейодированные метаболиты связываются с глюкуроновой или серной кислотой и удаляются с желчью.

39. Стероидные гормоны, эндокринные железы их продуцирующие. Биосинтез стероидных гормонов, роль тропных гормонов гипофиза в биосинтезе стероидных гормонов. Специфическая и неспецифические транспортные системы стероидных гормонов. Распределение стероидных гормонов в организме. Понятие «органы-мишени» для стероидных гормонов. Молекулярные механизмы действия стероидных гормонов: их генотропная и мембранотропная активность.

Стероидные гормоны — группа физиологически активных веществ , регулирующих процессы жизнедеятельности у животных и человека.

Стероидные гормоны синтезируются в коре надпочечников и в гонадах (клетках Лейдига семенников, в фолликулах и желтом теле яичников)

Делят на 3 группы:

Биосинтез:

Стероидные гормоны синтезируются из холестерина, а холестерин синтезируется из ацетил-КоА. Биосинтез каждого стероидного гормона состоит из множества последовательных ферментативных реакций.

Биосинтез начинается с расщепления боковой цепи холестерина. Стероидное соединение с укороченной боковой цепью носит название прегненолон.

Последующие стадии, окисление гидроксигруппы при и сдвиг двойной связи приводят к образованию прогестерона.

Приведенные на схеме стероиды объединены в подгруппы по числу углеродных атомов.

Схема синтеза стероидных гормонов

Роль тропных гормонов гипофиза в биосинтезе стероидных гормонов

Под влиянием тропных гормонов гипофиза в коре надпочечников образуются глюко- и минералокортикоиды, в мозговом слое надпочечников – катехоламины, в щитовидной железе – Т3 и Т4, в половых железах – эстрогены, прогестины, тестостерон, и т.д.

Выработка гормонов надпочечников находится под контролем ЦНС и тесно связана с функцией гипофиза. АКТГ является физиологическим стимулятором коры надпочечников. Кортикотропин усиливает образование и выделение глюкокортикоидов. Последние, в свою очередь, влияют на гипофиз, угнетая выработку кортикотропина и уменьшая, таким образом, дальнейшую стимуляцию надпочечников (по принципу отрицательной обратной связи)

Специфическая и неспецифические транспортные системы стероидных гормонов.

Гормоны циркулируют в крови в нескольких формах: в свободном; в форме комплексов со специфическими белками плазмы; в форме неспецифических комплексов с плазменными белками; в форме неспецифических комплексов с форменными элементами.

Некоторые гормоны (в частности стероиды), попадая в кровь, связываются с белками плазмы.

Эти белки обычно являются глобулинами. К ним относятся транскортин, связывающий такие стероидные гормоны, как кортизол; секс-гормонсвязывающий глобулин (СГСГ), который связывает всевозможные половые гормоны

Существует несколько семейств специфических транспортных белков:

  1. Суперсемейство ингибиторов сериновых протеаз: КСГ - кортикостероид-связывающий глобулин для глюкокортикоидов и прогестинов

  2. Суперсемейство белков противосвертывающей системы: ССГ и АСБ (Андроген-связывающий белок) для половых стероидов.

За счет того, что гормон, связанный со своим транспортным белком, выключен из сфер биологического действия и метаболизма, возрастает полупериод его жизни. Это позволяет создавать некоторое депо гормона, сглаживая резкие изменения концентрации гормона в кровотоке.

Распределение стероидных гормонов в организме. «органы-мишени» для стероидных гормонов.

Высокий уровень накопления стероидов в определенных тканях, ответственных за реализацию гормонального эффекта, способствовал введению термина «Орган-мишень».

Органами-мишенями служат:

Молекулярные механизмы действия стероидных гормонов: их генотропная и мембранотропная активность.

Стероидные гормоны являются веществами гидрофобного характера. Они легко преодолевают фосфолипидный барьер мембран и попадают в цитозоль клетки, где связываются с рецепторами.

Образующийся комплекс гормон–рецептор перемещается в ядро, взаимодействует с хроматином и стимулирует или репрессирует транскрипцию определенных генов.

Некоторые гормоны взаимодействуют с рецепторами, локализованными в ядре в составе хроматина. Таким образом, эти гормоны регулируют метаболические процессы, изменяя скорость биосинтеза ключевых белков.

Один и тот же стероидный гормон в разных видах клеток активирует разные гены, например эстрадиол активирует в печени гены вителлогенина, а в яйцеводе — гены овальбумина

40. Ферменты как мишень для лекарственных веществ. Ацетилхолинэстераза, моноаминоксидаза, 3-гидрокси-3-метилглутарил-СоА редуктаза, Na/K-АТФаза, ароматаза, 5α-редуктаза, их ингибиторы как лекарственные средства. Роль витаминов как кофакторов ферментов.

Важной мишенью для действия лекарственных веществ являются ферменты. В медицине широко применяются группы лекарственных средств, снижающие активность определенных ферментов.

• Ацетилхолинэстераза — фермент, локализующийся в синапсах и отвечающий за быстрый ферментативный гидролиз ацетилхолина. Ингибиторы АХЭ применяются в офтальмологии (в частности, при глаукоме), а также как средства для повышения сократительной активности ЖКТ и мочевого пузыря и усиления мышечных сокращений при миастении. Те из препаратов, которые проникают через гематоэнцефалический барьер, пытаются использовать при болезни Альцгеймера.

Ингибиторы АХЭ связываются с тремя доменами этого фермента: ацильным карманом активного центра, холиновым участком активного центра и периферическим анионным участком. Эти же три домена и определяют различия в специфичности между АХЭ и псевдохолинэстеразой. Обратимые ингибиторы АХЭ типа эдрофония и такрина связываются с холиновым участком. Действие эдрофония на АХЭ непродолжительно, поскольку опосредованная электростатическими взаимодействиями связь между четвертичной аммониевой группой ингибитора и активным центром фермента быстро распадается.

Другие обратимые ингибиторы АХЭ, например пропидий и пептидные токсины фасцикулины, связываются с периферическим анионным участком этого фермента, расположенным у входа в каталитический карман.

Карбаматы (физостигмин, неостигмин и др.) гидролизуются АХЭ, но гораздо медленнее ацетилхолина. Как четвертичное аммониевое основание неостигмин, так и третичный амин физостигмин при физиологических значениях pH существуют преимущественно в виде катионов, а пространственная структура их молекулы сходна с таковой ацетилхолина. Поэтому они конкурируют с ацетилхолином за связывание с АХЭ. Карбамоилированная АХЭ значительно стабильнее ацетилированной. Таким образом, АХЭ достаточно надолго переходит в карбамоилированную форму, и гидролиз ацетилхолина прекращается.

Фосфорорганические соединения (например, диизопропилфторфосфат) образуют очень стабильный комплекс с АХЭ, фосфорилируя Сер 3. Это фосфорилирование во многом сходно с первым этапом гидролиза ацетилхолина: фосфорорганические соединения имеют тетраэдрическую структуру (как промежуточное соединение, образующееся при гидролизе ацетилхолина), а их фосфорильный кислород также связывается с оксианионным участком активного центра. Если алкильная группа в алкоксильном радикале ингибитора представлена этилом или метилом, то через несколько часов возможна спонтанная реактивация фосфорилированной АХЭ. Если же это вторичная (как в случае диизопропилфторфосфата) или третичная алкильная группа, то образуется еще более стабильная фосфорилированная АХЭ, и активность фермента обычно восстанавливается лишь в результате синтеза новых его молекул. Более того, в результате отщепления от атома фосфора одной алкоксильной группы фосфорилированная АХЭ дополнительно стабилизируется.

Из всего этого видно, что термины обратимые и необратимые ингибиторы АХЭ, обычно применяемые соответственно по отношению к карбаматам и фосфорорганическим соединениям, относительны и отражают лишь скорость декарбамоилирования или дефосфорилирования модифицированного фермента. Вещества обеих групп, как и ацетилхолин, ковалентно связываются с АХЭ.

Механизмы влияния на эффекторные органы. Действие ингибиторов АХЭ обусловлено тем, что под их влиянием в холинергических синапсах не происходит гидролиза ацетилхолина, он накапливается, и реакции на выделяющийся из пресинаптических окончаний ацетилхолин усиливаются. Этим объясняются почти все эффекты данных веществ, вводимых в умеренных дозах. Так, миоз — типичная реакция на закапывание в глаздиизопропилфторфосфата — не наблюдается после денервации зрачка, при которой устраняется источник эндогенного ацетилхолина. Последствия накопления ацетилхолина в нервно-мышечных синапсах несколько сложнее.

• Блокада фермента моноаминоксидазы приводит к снижению метаболизма катехоламинов и повышению их содержания в ЦНС. На этом принципе основано действие антидепрессантов - ингибиторов МАО (ниаламида, пиразидола).

• 3-гидрокси-3-метилглутарил-кофермент А редуктаза— фермент , катализирующий синтез мевалоновой кислоты, лимитирующую стадию метаболического пути синтеза холестерина и других изопреноидов. Лекарственные препараты, ингибирующие 3-гидрокси-3-метилглютарил-кофермент А редуктазу, называют статинами (гиполипидемическими препаратами). Статины используют для снижения уровня холестерина в крови, для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний, а также для терапии аутоиммунных заболеваний.

• Na+/K+-АТФаза плазматической мембраны является генератором электрического заряда: она транспортирует из клетки три иона Na+ на каждые два иона К+, которые она закачивает в клетку. Контролируемое ингибирование Na+/K+-АТФазы клеток миокарда сердечными гликозидами, например дигиталисом, применяется при лечении сердечной недостаточности. Частичное ингибирование субпопуляции Na+/K+-АТФаз сердечными гликозидами несколько увеличивает внутриклеточную концентрацию ионов Na+, что приводит к повышению концентрации ионов Са2+, благодаря транспорту через Na+/Са2+-антипортер. Известно, что небольшое увеличение внутриклеточной концентрации ионов кальция усиливает сократимость сердечной мышцы.

• Ароматаза — фермент, трансформирующий андрогены в эстрогены. Ингибиторы или блокаторы ароматазы - класс лекарственных препаратов, которые используются для снижения концентрации эстрогенов в крови и повышения уровня собственного тестостерона и гонадотропных гормонов. Блокаторы ароматазы применяются также для лечения и профилактики гинекомастии у мужчин. При применении ингибиторов ароматазы опухолевые клетки лишаются «подпитки» эстрогенами, их рост замедляется или останавливается. Примеры: Летрозол, Анастрозол, Эксеместан.

• 5-альфа-редуктаза преобразует мужской половой гормон тестостерон в более сильнодействующий андроген дигидротестостерон, а также участвует в образовании нейростероидов аллопрегнанолона и THDOC (тетрагидродеоксикортикостерон - нейростероид, синтезируемый в мозге из дезоксикортикостерона). Ингибиторы 5-альфа-редуктазы используют в терапии облысения и гиперплазии простаты. Ингибиторы 5α-редуктазы повышают уровень тестостерона (блокируя один из путей его метаболического потребления) и эстрадиола (увеличивая количество субстрата (тестостерона), доступного ароматазе). Существуют два ингибитора 5-альфа-редуктазы: финастерид, подавляющий активность 5-альфа-редуктазы 2 типа, а также дютастерид, подавляющий активность обоих типов фермента.

Роль витаминов как кофакторов ферментов

Коферменты являются органическими веществами, чаще всего производными витаминов, которые непосредственно участвуют в ферментативном катализе, так как находятся в активном центре ферментов. Фермент, содержащий кофермент и обладающий ферментативной активностью, называют холоферментом. Белковую часть такого фермента называют апоферментом, который в отсутствие кофермента не обладает каталитической активностью.

Кофермент может связываться с белковой частью фермента только в момент реакции или быть связанным с апоферментом прочными ковалентными связями. В последнем случае он называется простетической группой. Примеры наиболее распространенных коферментов - производных витаминов, а также их участие в ферментативных процессах - приведены в табл. ниже.

41. Ионные каналы – мишени для лекарственных средств. Потенциал-зависимые Na-каналы, их строение, функционирование. Их ингибиторы. Потенциал-зависимые Са-каналы, их типы, лекарственные вещества,их блокирующие и активирующие. К-каналы, их типы, лекарственные вещества,их блокирующие и активирующие.

Потенциал-зависимые (ПЗК) Na-каналы

Строение

Были выделены три субъединицы, которые присутствуют в равных пропорциях в Na-канале: одна представляет собой большой гликопротеин (α1) и два малых полипептида β1 и β2.

α1-субъединица является основной и универсальной, тогда как малые субъединицы различаются в разных типах тканей. Биохимические исследования обнаружили, что ион-проводящая часть канала представлена 4 трансмембранными повторами (домены I-IV), состоящими приблизительно из 150 аминокислот.

Каждый домен имеет 6 гидрофобных трансмембранных сегментов, формирующих α-спираль. Один из участков домена (S4) является постоянным в Na-каналах разных видов и гомологичен специфическим участкам потенциал-активируемых Са- и К- каналов. Он имеет высокую плотность заряженных аминокислотных остатков и является сенсором потенциала. Кроме того, показано, что уменьшение чистого положительного заряда в сегменте S4 путем сайт-направленного мутагенеза снижает потенциал-зависимость активационных ворот, а антитела, связывающиеся с тем же участком канала, замедляют инактивацию Na-каналов.

Функционирование

Воротный механизм Na-канала характеризуется 4 процессами: активация при деполяризации, инактивация при длительной деполяризации, деактивация после реполяризации и реактивация канала при его выходе из инактивированного состояния. Na-каналы закрыты при нормальных значениях МП покоя и открываются на очень короткое время (1 мс и менее) при деполяризации.

Показано, что Na-каналы фосфорилируются протеинкиназами А и С, что приводит к уменьшению их проводимости без существенного изменения потенциал-зависимости активации и инактивации.

Ингибиторы

Тетродотоксин, лекарство класса I антиаритмических средств, и местные анестетики блокируют Nа+-каналы:

• тетродотоксин обладает молекулярной селективностью к нейрональным каналам. Это высокополярная молекула, которая не проникает через клеточную мембрану и связывается с внеклеточным центром ПЗК;

• лекарства класса I антиаритмических средств связываются с внутриклеточным рецептором; их используют для лечения некоторых форм аритмии. Существует три типа класса I антиаритмических средств (Ia, Ib, Ic), которые характеризуются по относительному сродству и кинетике связывания и диссоциации (называемой в данном контексте отсоединением) с ПЗК в трех его состояниях;

• местные анестетики, например лидокаин и бупивакаин, обладают низкой селективностью к нейрональным Nа+-каналам, но при местном использовании преимущественно воздействуют на чувствительные нервы. Некоторые местные анестетики связываются с внутриклеточным центром нейрональных Nа+-каналов, т.е. они должны проникнуть через клеточную мембрану для блокирования этого канала.

Потенциал-зависимые Са-каналы

Оказалось, что большие участки канала структурно гомологичны как потенциал-активируемым Na-, так и К-каналам. Са-каналы состоят из 5 субъединиц: субъединицы связаны дисульфидными мостиками и являются единым комплексом. Поэтому в нервной системе млекопитающих функционирующий Са-канал образуют 3 отдельные субъединицы – субъединица формирует пору канала.

Типы

Различают

  1. Са-каналы плазматической мембраны

  2. Са-каналы внутриклеточных органелл.

Первые - обеспечивают поступление в цитоплазму внеклеточного кальция, вторые - кальция, запасенного во внутриклеточных структурах. К этим структурам относят митохондрии и гладкий ЭПР (в мышце - саркоплазматический ретикулум (СПР)). На мембранах ЭПР и СПР описаны два основных типа лиганд-активируемых Са-каналов:

Са-каналы плазматической мембраны

  1. Высокопороговые, активирующиеся при значительных сдвигах МП.

    1. ДГП- чувствительные (L-тип, long lasting);

    2. ДГП-нечувствительные (N-тип, neither T nor L или neuronal);

    3. P-тип (Purkinje) или P/Q-тип (см. пояснение ниже).

  2. Низкопороговые (Т-тип, (T-transient)) Са-каналы, открывающиеся при потенциалах близких к МП покоя.

  3. R-тип.

ДГП - дигидропиридоны.

Блокаторы L-типа:

Блокаторы N-типа: ω-конотоксин GVIA, а также ионы Cd, Ni, Co, La.

Блокаторы P-типа: яд воронковых пауков, пептидный токсин FTX, ω-агатоксином IVA и ионами Cd, Co, La.

При исследовании Са-каналов, чувствительных к агатоксину, экспрессированных в ооциты, оказалось, что часть каналов имеет низкую чувствительность к агатоксину (200 нМ), тогда как чувствительность Р-типа каналов намного выше (20 нМ). Было предположено, что имеется другой тип высокопороговых каналов, который назвали Q-типом. Различия между P- и Q- типами Са-каналов незначительны, поэтому их часто объединяют и обозначают как P/Q-тип Са-каналов.

Блокаторы Т-типа: антигипертензивное вещество мибефрадил.

Потенциал активации R-типа Са-каналов находится между потенциалами активации высоко- и низкопороговых каналов. Активность R-типа каналов блокируется ионами Ni в низкой концентрации.

Са-каналы внутриклеточных органелл

  1. Активаторы Са-каналов Ри-рецепторов.

    1. 1 тип - рианодин, кофеин, дантролен

    2. 2 тип - рианодин, кофеин, кальций (в серд и гладк мышце)

    3. 3 тип - рианодин (наномолярные C), ионы Ca

  2. Ингибиторы Са-каналов Ри-рецепторов.

    1. Для всех - рианодин (высокие C), ионы магния, прокаин и рутений красный.

    2. 3 тип - дантролен

  3. Каналы рецептора инозитолтрифосфата (ИФ3-рецепторы).

    1. Коактиватор - Ca

    2. Конкурентный ингибитор ИФ3 — гепарин

К-каналы

Типы

По количеству трансмембранных (ТМ) сегментов К-каналы можно разделить на несколько групп:

Рис. 20. Классификация К-каналов по количеству трансмембранных (ТМ) сегментов и порообразующих областей α-субъединицы:

А – каналы с двумя трансмембранными сегментами (2ТМ) и одной порой, Б - с четырьмя трансмембранными сегментами (4ТМ) и двумя порами, В – с шестью трансмембранными сегментами (6ТМ) и одной порой.

Существует четыре основных класса калиевых каналов:

  1. Калиевый канал, активируемый кальцием - открывается в ответ на присутствие ионов кальция или других сигнальных молекул. Подтипы: BK, SK, IK Активаторы: BK-подкласс — Нимесулид, флуфенамовая, меклофенамовая к-ты. Блокаторы: Харибдотоксин, Ибериотоксин, Апамин, этанол (BK-подкласс).

  2. Внутренний выпрямительный калиевый канал - легче пропускает ток (положительный заряд) во внутреннем направлении (в ячейку).

    1. ROMK (рециркуляция и секреция калия в нефронах) Блокаторы: Ba, Cs (неселективные).

    2. Регулируемый GPCR (G-белок-связанный рецептор - G protein-coupled receptor). Блокаторы: Ифенпродил, Тертиапин.

    3. АТФ-чувствительный (закрывается, когда уровень АТФ высок, чтобы способствовать секреции инсулина). Блокаторы: Ацетогексамид, Хлорпропамид. Активаторы: Бимакалим, Диазоксид

  3. Калиевые каналы тандемных поровых доменов - конститутивно открыты или обладают высокой базальной активацией, такой как «калиевые каналы покоя» или «каналы утечки», которые устанавливают отрицательный мембранный потенциал нейронов. Активаторы: Галотан, летучие анестетики (изофлуран) Блокаторы: Хинидин, Арахидоновая к-та, Флуоксетин.

  4. Калиевый канал , управляемый напряжением - это ионные каналы, управляемые напряжением, которые открываются или закрываются в ответ на изменения трансмембранного напряжения. Ограничивает частоту потенциалов действия (нарушения вызывают аритмию). Активаторы: Флупиртин Блокаторы: Фампридин, Амиодарон