Rozdział III. BIAŁKA
§ 6. AMINOKWASY JAKO ELEMENTY STRUKTURALNE BIAŁEK
Naturalne aminokwasy
Aminokwasy w organizmach żywych występują głównie w białkach. Białka składają się głównie z dwudziestu standardowych aminokwasów. Są to a-aminokwasy i różnią się między sobą budową grup bocznych (rodników), oznaczonych literą R:
Różnorodność bocznych rodników aminokwasów odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu struktury przestrzennej białek oraz w funkcjonowaniu centrum aktywnego enzymów.
Strukturę standardowych aminokwasów podano na końcu akapitu w tabeli 3. Naturalne aminokwasy mają banalne nazwy, które są niewygodne w użyciu przy pisaniu struktury białek. W związku z tym wprowadzono dla nich oznaczenia trzyliterowe i jednoliterowe, które również przedstawiono w tabeli 3.
Izomeria przestrzenna
We wszystkich aminokwasach, z wyjątkiem glicyny, atom węgla a jest chiralny, tj. Charakteryzują się izomerią optyczną. W tabeli 3-chiralny atom węgla jest oznaczony gwiazdką. Na przykład dla alaniny rzuty Fischera obu izomerów wyglądają następująco:
Do ich oznaczenia, podobnie jak w przypadku węglowodanów, stosuje się nomenklaturę D, L. Białka zawierają wyłącznie L-aminokwasy.
Izomery L i D można wzajemnie przekształcać. Proces ten nazywa się racemizacja.
Warto wiedzieć! W bieli zębów - zębinie -L-asparaginowykwas spontanicznie racemizuje w temperaturze ciała człowieka z szybkością 0,10% rocznie. W okresie powstawania zębów zębina zawiera tylkoL-kwas asparaginowy, u osoby dorosłej powstaje w wyniku racemizacjiD-kwas asparaginowy. Im starsza osoba, tym wyższa zawartość D-izomeru. Określając stosunek izomerów D i L, można dość dokładnie określić wiek. W ten sposób mieszkańcy górskich wiosek Ekwadoru zostali narażeni na przypisywanie sobie zbyt dużego wieku.
Właściwości chemiczne
Aminokwasy zawierają grupy aminowe i karboksylowe. Z tego powodu wykazują właściwości amfoteryczne, czyli właściwości zarówno kwasów, jak i zasad.
Kiedy aminokwas, taki jak glicyna, rozpuszcza się w wodzie, jego grupa karboksylowa dysocjuje, tworząc jon wodorowy. Następnie jon wodorowy przyłącza się do grupy aminowej dzięki wolnej parze elektronów przy atomie azotu. Powstaje jon, w którym jednocześnie występują ładunki dodatnie i ujemne, tzw obojnaczy:
Ta forma aminokwasu dominuje w roztworze obojętnym. W środowisku kwaśnym aminokwas przyłącza jon wodoru, tworząc kation:
W środowisku zasadowym powstaje anion:
Zatem w zależności od pH środowiska aminokwas może być naładowany dodatnio, ujemnie i elektrycznie obojętny (z równymi ładunkami dodatnimi i ujemnymi). Wartość pH roztworu, przy którym całkowity ładunek aminokwasu wynosi zero, nazywa się punkt izoelektryczny tego aminokwasu. Dla wielu aminokwasów punkt izoelektryczny leży w pobliżu pH 6. Na przykład punkty izoelektryczne glicyny i alaniny mają wartości odpowiednio 5,97 i 6,02.
Dwa aminokwasy mogą ze sobą reagować, powodując oddzielenie cząsteczki wody i utworzenie produktu zwanego dipeptyd:
Wiązanie łączące dwa aminokwasy nazywa się wiązanie peptydowe. Używając oznaczeń literowych aminokwasów, tworzenie dipeptydu można schematycznie przedstawić w następujący sposób:
Podobnie uformowany tripeptydy, tetrapeptydy itp.:
H2N – lys – ala – gly – COOH – tripeptyd
H2N – trp – gis – ala – ala – COOH – tetrapeptyd
H 2 N – tyr – lys – gly – ala – leu – gly – trp – COOH – heptapeptyd
Peptydy składające się z niewielkiej liczby reszt aminokwasowych mają ogólną nazwę oligopeptydy.
Warto wiedzieć! Wiele oligopeptydów ma wysoką aktywność biologiczną. Należą do nich szereg hormonów, na przykład oksytocyna (nanopeptyd) stymuluje skurcze macicy, bradykinina (nanopeptyd) hamuje procesy zapalne w tkankach. Antybiotyk gramicydyna C (cykliczny dekapeptyd) zakłóca regulację przepuszczalności jonów w błonach bakterii i tym samym je zabija. Grzyby zatruwają amanityny (oktapeptydy), blokując syntezę białek, mogą powodować ciężkie zatrucie u ludzi. Powszechnie znany jest aspartam – ester metylowy aspartylofenyloalaniny. Aspartam ma słodki smak i służy do dodawania słodkiego smaku różnym potrawom i napojom.
Klasyfikacja aminokwasów
Istnieje kilka podejść do klasyfikacji aminokwasów, jednak najbardziej preferowana jest klasyfikacja oparta na strukturze ich rodników. Istnieją cztery klasy aminokwasów zawierające następujące typy rodników; 1) niepolarny ( Lub hydrofobowy); 2) polarny, nienaładowany; 3) naładowane ujemnie i 4) naładowane dodatnio:
Do niepolarnych (hydrofobowych) zaliczają się aminokwasy z niepolarnymi alifatycznymi (alanina, walina, leucyna, izoleucyna) lub aromatycznymi (fenyloalanina i tryptofan) grupami R oraz jednym aminokwasem zawierającym siarkę – metioniną.
Polarne aminokwasy nienaładowane w porównaniu do niepolarnych są lepiej rozpuszczalne w wodzie i są bardziej hydrofilowe, ponieważ ich grupy funkcyjne tworzą wiązania wodorowe z cząsteczkami wody. Należą do nich aminokwasy zawierające polarną grupę HO (seryna, treonina i tyrozyna), grupę HS (cysteina), grupę amidową (glutamina, asparagina) i glicynę (grupa R glicyny, reprezentowana przez jeden atom wodoru, jest zbyt mała, aby kompensują silną polarność grupy a-aminowej i grupy a-karboksylowej).
Kwas asparaginowy i glutaminowy to aminokwasy o ładunku ujemnym. Zawierają dwie grupy karboksylowe i jedną grupę aminową, więc w stanie zjonizowanym ich cząsteczki będą miały całkowity ładunek ujemny:
Aminokwasy naładowane dodatnio obejmują lizynę, histydynę i argininę, w postaci zjonizowanej mają całkowity ładunek dodatni:
W zależności od charakteru rodników dzieli się także naturalne aminokwasy neutralny, kwaśny I podstawowy. Neutralny obejmuje niepolarne i polarne nienaładowane, kwasowe - naładowane ujemnie, zasadowe - naładowane dodatnio.
Dziesięć z 20 aminokwasów tworzących białka można syntetyzować w organizmie człowieka. Reszta musi być zawarta w naszym jedzeniu. Należą do nich arginina, walina, izoleucyna, leucyna, lizyna, metionina, treonina, tryptofan, fenyloalanina i histydyna. Te aminokwasy nazywane są niezastąpiony. Niezbędne aminokwasy są często zawarte w suplementach diety i stosowane jako leki.
Warto wiedzieć! Bilans żywienia człowieka w aminokwasach odgrywa niezwykle ważną rolę. Jeśli w pożywieniu brakuje niezbędnych aminokwasów, organizm ulega samozniszczeniu. W tym przypadku wpływa to przede wszystkim na mózg, co prowadzi do różnych chorób ośrodkowego układu nerwowego i zaburzeń psychicznych. Szczególnie wrażliwy jest młody, rosnący organizm. Na przykład, gdy synteza tyrozyny z fenyloalaniny zostaje zakłócona, u dzieci rozwija się ciężka choroba, oligofrenia finyloprogronowa, która powoduje poważne upośledzenie umysłowe lub śmierć dziecka.
Tabela 3
Standardowe aminokwasy
|
Aminokwas (trywialna nazwa) |
Legenda |
Formuła strukturalna |
||
|
łacina |
||||
|
trzyliterowy |
pojedyncza litera |
|||
|
NIEPOLARNY (HYDROFOBOWY) |
||||
 |
||||
 |
||||
 |
||||
|
Izoleucyna |
 |
|||
 |
||||
|
Fenyloalanina |
 |
|||
|
Tryptofan |
 |
|||
|
Metionina |
 |
|||
|
POLAR BEZ NAŁADOWANIA |
||||
 |
||||
 |
||||
|
Asparagina |
 |
|||
|
Glutamina | ||||
2. Nazywa się proces przekształcania aminokwasu w ketokwas w obecności enzymu oksydazy
1) transaminacja
3) deaminacja oksydacyjna
4) hydroksylacja
5) deaminacja nieoksydacyjna
3. W szeregu aminokwasów znajduje się alanina
| 1) | |
| 2) |  |
| 3) |  |
| 4) |  |
| 5) |
4. Tripeptyd glicys-cis-fen odpowiada wzorowi
5. Aminokwas aromatyczny to
1) treonina
3) tryptofan
5) tyrozyna
6. Wiązanie peptydowe to
7. Naturalne aminokwasy są dobrze rozpuszczalne w wodzie, ponieważ zawierać
1) pierścień benzenowy
2) pierścienie heterocykliczne
3) grupa aminowa i grupa karboksylowa
4) grupa tio
5) grupa hydroksylowa
8. Tripeptyd ala-tre-val odpowiada wzorowi
9. Druga grupa aminowa rodnika zawiera kwas
1) asparaginowy
3) tryptofan
5) metionina
10. Aminokwas heterocykliczny to
1) treonina
2) fenyloalanina
3) glutamina
4) histydyna
5) cysteina
11. Specyficzna reakcja α-aminokwasów to
1) tworzenie soli
2) eliminacja amoniaku
3) interakcja z DNFB
4) tworzenie laktamu
5) tworzenie diketopiperazyny
12. Tripeptyd fEN-lys-glu odpowiada wzorowi
13. Aminokwas dwuzasadowy to
3) metionina
4) tryptofan
5) glutamina
14. Reakcja wzajemnej konwersji w organizmie grupy aminowej i grupy karbonylowej kwasów pod działaniem enzymu transaminazy jest reakcją
1) hydroksylacja
2) aminowanie redukcyjne
3) transaminacja
5) deaminacja oksydacyjna
15. W aminokwasach grupa aminowa jest chroniona w wyniku reakcji aminokwasu z
| 1) | PCL5 |
| 2) | |
| 3) | CH3Cl |
| 4) | C2H5OH |
| 5) | HCl |
16. Tripeptyd ser-cis-fen odpowiada wzorowi
17. W roztworach aminokwasów reakcja ośrodka
3) neutralny
3) lekko zasadowy
4) lekko kwaśny
5) zależy od liczby grup aminowych i karboksylowych
18. Aminokwas alifatyczny to
1) histydyna
3) tryptofan
5) fenyloalanina
19. Wśród następujących aminokwasów znajduje się histydyna
20. wzór ogólny dipeptydów
21. Nazywa się proces przekształcania aminokwasu w kwas nienasycony zachodzący w obecności enzymów
1) transaminacja
3) hydroksylacja
4) deaminacja oksydacyjna
5) deaminacja nieoksydacyjna
22. Aminokwas tyrozyna odpowiada wzorowi
23. W serii przedstawiono wyłącznie aminokwasy zawierające grupę hydroksylową
1) val-cis-lys
2) tyr-tre-ser
3) gis-met-lys
4) ala-val-fal
5) ser-liz-trzy
24. Tripeptyd asp-met-lys odpowiada wzorowi
25. W wyniku dekarboksylacji powstaje aminoalkohol
26. Diketopiperazyna odpowiada wzorowi
27. W szeregu zawarte są wyłącznie aminokwasy alifatyczne, które nie zawierają dodatkowych grup funkcyjnych w rodniku
1) gis-ala-fal
2) dolina-iley
3) val-tre-asp
4) gly-glu-tyr
5) cis-met-tre
28. Tripeptyd his-leu-fen odpowiada wzorowi
29. Zwłoki lub 1,5-diaminpentan (trucizna ze zwłok) powstaje w wyniku reakcji dekarboksylacji
1) izoleucyna
2) leucyna
4) metionina
5) histydyna
30. Kiedy walina jest acylowana chlorkiem acetylu, tworzy się
31. Aminokwasy nie reaguj Z
32. Tripeptyd met-lys-leu odpowiada wzorowi
33. Reakcja deaminacji in vitro to interakcja aminokwasu z
1) etanol
2) kwas solny
3) kwas azotowy
4) kwas azotawy
34. W wyniku interakcji powstaje diketopiperazyna
1) aminokwasy z pcl 5
2) dwa aminokwasy po podgrzaniu
3) aminokwasy z NaOH
4) aminokwasy z HCl
5) aminokwasy po podgrzaniu z Ba(OH) 2
35. Aminokwas lizyna odpowiada wzorowi
36. Skład aminokwasów nie wliczone
4) węgiel
5) tlen
37. Tripeptyd asn-tre-ser odpowiada wzorowi
38. Podczas dekarboksylacji powstaje putrescyna lub 1,4-diaminobutan (trucizna ze zwłok)
39. W wyniku dekarboksylacji powstaje aminoalkohol
1) histydyna
2) tyrozyna
3) treonina
5) leucyna
40. Przy całkowitej hydrolizie peptydów w środowisku kwaśnym powstaje mieszanina
1) aminokwasy
2) estry i aminokwasy
3) sole amin pierwszorzędowych
4) aminy i aminokwasy
5) diketopiperazyny
41. Tripeptyd ala-gli-glu odpowiada wzorowi
42. Aktywacja grupy karboksylowej aminokwasu z zabezpieczoną grupą aminową odbywa się poprzez interakcję z
43. Liczba moli KOH wymagana do całkowitego zneutralizowania kwasu asparaginowego wynosi
5) nie ma reakcji z KOH
44. Tripeptyd fen-TPE-glu odpowiada wzorowi
45. Fluorowodór jest uwalniany podczas interakcji z aminokwasem
46. Bipolarny jon waliny odpowiada wzorowi
47. Reakcja transaminacji zachodzi w organizmie przy udziale enzymu
2) oksydazy
3) transaminazy
5) acetylokoenzym A
48. Tripeptyd met-glu-ala odpowiada wzorowi
49. Aminokwas heterocykliczny to
3) tyrozyna
4) fenyloalanina
5) izoleucyna
50. Kiedy leucyna jest acetylowana chlorkiem acetylu, powstaje
1) cis, glu
2) gli, met
3) klej, wał
4) cis, met
5) trzy, trzy
52. Tripeptyd fen-gis-lei odpowiada wzorowi
53. Putrescyna (1,4-diaminobutan) lub trucizna ze zwłok, powstająca w wyniku dekarboksylacji
2) treonina
3) histydyna
4) izoleucyna
5) ornityna
54. Aminokwas z aktywowaną grupą karboksylową to
55. Serynę diketopiperazyny przedstawiono wzorem
56. Tripeptyd ala-fen-tir odpowiada wzorowi
57. Przy określaniu liczby grup aminowych w aminokwasach należy zastosować metodę Van Slyke'a
58. Dwubiegunowy jon lizyny jest przedstawiony wzorem
59. Amfoteryczny charakter aminokwasów tłumaczy się obecnością w ich cząsteczkach
1) grupa karboksylowa
2) grupy aminowe
3) grupy karboksylowe i aminowe
4) grupy karboksylowe i tiolowe
5) grupa aminowa pierścienia benzenowego
60. Tripeptyd val-met-asp odpowiada
„Metabolizm i energia komórkowa” – definicja. Wymiana plastiku. Narządy trawienne. Przygotowanie uczniów do zadań otwartych. Przekształcenia chemiczne. Pytania z odpowiedzią „tak” lub „nie”. Metabolizm. Metabolizm. Tekst z błędami. Zadanie ze szczegółową odpowiedzią. Zadania testowe. Wymiana energii.
„Metabolizm” – Właściwości kodu genetycznego. Masa cząsteczkowa jednego aminokwasu. Kod genetyczny. Początkowa część cząsteczki. Wymiana plastiku. Transkrypcja. Białko. DNA. Określ długość odpowiedniego genu. Reakcje asymilacji i dysymilacji. Odcinek prawej nici DNA. Zdefiniuj warunki. Autotrofy. Biosynteza białek. Jaką pierwotną strukturę będzie miało białko? Białko składające się z 500 monomerów. Audycja.
„Metabolizm energii” 9. klasa - Glukoza jest centralną cząsteczką oddychania komórkowego. ATP w liczbach. Pojęcie metabolizmu energetycznego. Autotrofy. PVA – kwas pirogronowy C3H4O3. Struktura ATP. ATP jest uniwersalnym źródłem energii w komórce. Konwersja ATP do ADP. Fermentacja to oddychanie beztlenowe. Metabolizm. Metabolizm energetyczny w komórce. Fermentacja. Metabolizm energetyczny (dysymilacja). Mitochondria. Etap aerobowy to tlen. Sumaryczne równanie fazy tlenowej.
„Etapy metabolizmu energii” – równanie podsumowujące. Rodzaje odżywiania organizmów. Proces podziału. Metabolizm. Utlenianie PVC. Łańcuch transportu elektronów. Uwalnianie energii. Cykl Krebsa. Opisz reakcje. Dekarboksylacja oksydacyjna. Katabolizm. Oddychanie aerobowe. Etapy oddychania tlenowego. Etap przygotowawczy. Rozszczepianie tlenu. Energia słoneczna. Gdzie zachodzi synteza ATP? Etap beztlenowy. Wypełnij puste miejsca w tekście.
„Metabolizm węglowodanów” – podsumowanie cyklu Krebsa. Izomeraza triozofosforanowa. Sacharoza. Chemiosmotyczny model syntezy ATP. Czynniki wpływające na aktywność enzymów. Metabolizm. Glikoliza. Aldolaza. Klasyfikacja enzymów. Pończocha. Etapy utleniania glukozy. Tworzenie gałęzi. Enzymy. Składniki białkowe mitochondriów ETC. Enzymy. Główne etapy metabolizmu węglowodanów. Enolaza. Synteza glikogenu. Utlenianie acetylo-CoA do CO2.
„Metabolizm energii” - Proces metabolizmu energii. Glikoliza. Energia uwalniana w reakcjach glikolizy. Enzymy beztlenowego etapu wymiany energii. Los PVK. Fermentacja kwasu mlekowego. Kwas mlekowy. Biologiczne utlenianie i spalanie. Utlenianie substancji A. Etap przygotowawczy. Powtórzenie. Spalanie. Wymiana energii.
Peptydy- związki naturalne lub syntetyczne, których cząsteczki zbudowane są z reszt α-aminokwasowych połączonych wiązaniami peptydowymi (amidowymi). Peptydy mogą także zawierać składnik inny niż aminokwasowy. Na podstawie liczby reszt aminokwasowych zawartych w cząsteczkach peptydów rozróżnia się dipeptydy, tripeptydy, tetrapeptydy itp. Nazywa się peptydy zawierające do dziesięciu reszt aminokwasowych oligopeptydy zawierające więcej niż dziesięć reszt aminokwasowych – polipeptydy. Naturalne polipeptydy o masie cząsteczkowej większej niż 6000 nazywane są białka.
Reszta aminokwasowa peptydów, która niesie wolną grupę α-aminową, nazywana jest N-końcową, a reszta niosąca wolną grupę α-karboksylową nazywana jest C-końcową. Nazwa peptydu powstaje z nazw reszt aminokwasowych wchodzących w jego skład, wymienionych kolejno, zaczynając od N-końcowej. W tym przypadku stosuje się trywialne nazwy aminokwasów, w których przyrostek „in” zastępuje się słowem „silt”. Wyjątkiem jest reszta C-końcowa, której nazwa pokrywa się z nazwą odpowiedniego aminokwasu. Wszystkie reszty aminokwasowe zawarte w peptydach są ponumerowane zaczynając od N-końca. Aby zapisać pierwszorzędową strukturę peptydu (sekwencja aminokwasów), powszechnie stosuje się trzy- i jednoliterowe oznaczenia reszt aminokwasów (na przykład Ala-Ser-Asp-Phe-GIy to alanyl-serylo-asparagilo-fenyloalanylo- glicyna).
Poszczególni przedstawiciele peptydów
Glutation- tripeptyd -glutamylocysteinyloglicyna, występujący we wszystkich komórkach zwierzęcych i roślinnych oraz bakteriach.
Glutation bierze udział w szeregu procesów redoks. Działa jako przeciwutleniacz. Wynika to z obecności w jej składzie cysteiny i warunkuje możliwość istnienia glutationu w postaci zredukowanej i utlenionej.
KarnozIN(od łac. carnosus – mięso, caro – mięso), C 9 H 14 O 3 N 4, jest dipeptydem (β-alanylohistydyna), składającym się z aminokwasów β-alaniny i L-histydyny. Odkryty w 1900 roku przez V.S. Gulevicha w ekstrakcie mięsnym. Masa cząsteczkowa 226, krystalizuje w postaci bezbarwnych igieł, dobrze rozpuszczalnych w wodzie, nierozpuszczalnych w alkoholu. Występuje w mięśniach szkieletowych większości kręgowców. Wśród ryb istnieją gatunki, u których karnozyna i tworzące ją aminokwasy są nieobecne (lub występują tylko w nich). L tylko -histydyna lub β-alanina). W mięśniach bezkręgowców nie ma karnozyny. Zawartość karnozyny w mięśniach kręgowców zwykle waha się od 200 do 400 mg% ich mokrej masy i zależy od ich struktury i funkcji; u ludzi - około 100-150 mg%.
Karnozyna (β-alanylo-L-histydyna) Anseryna (β-alanylo-1-metylo-L-histydyna)
Wpływ karnozyny na procesy biochemiczne zachodzące w mięśniach szkieletowych jest zróżnicowany, jednak biologiczna rola karnozyny nie została ostatecznie ustalona. Dodatek karnozyny do roztworu obmywającego mięśnie izolowanego leku nerwowo-mięśniowego powoduje wznowienie skurczu zmęczonych mięśni.
Dipeptyd głupi(N-metylokarnozyna lub β-alanylo-1-metylo-L-histydyna), o budowie podobnej do karnozyny, nie występuje w mięśniach człowieka, ale występuje w mięśniach szkieletowych tych gatunków, których mięśnie są zdolne do szybkich skurczów (kończyny królika mięśnie, ptaki z mięśniami piersiowymi). Funkcje fizjologiczne dipeptydów β-alanylo-imidazolu nie są do końca jasne. Być może pełnią funkcje buforujące i utrzymują pH w mięśniach szkieletowych kurczących się w warunkach beztlenowych. Jednak jasne jest, że karnozyna I głupi stymulują aktywność ATPazy miozyny in vitro, zwiększają amplitudę skurczu mięśni, wcześniej zmniejszoną przez zmęczenie. Akademik SE Severin wykazał, że dipeptydy zawierające imidazol nie wpływają bezpośrednio na aparat kurczliwy, ale zwiększają wydajność pomp jonowych komórki mięśniowej. Obydwa dipeptydy tworzą kompleksy chelatowe z miedzią i sprzyjają wchłanianiu tego metalu.
Antybiotyk gramicydyna S wyizolowany z Bacillus brevis i jest cyklicznym dekapeptydem:
Gramicydyna S
W strukturze gramicydynaS istnieją 2 reszty ornityny, pochodne aminokwasu argininy i 2 reszty D-izomerów fenyloalaniny.
OksytotzIN- hormon wytwarzany przez komórki neurosekrecyjne jąder przednich podwzgórza, a następnie transportowany wzdłuż włókien nerwowych do tylnego płata przysadki mózgowej, gdzie się gromadzi i skąd jest uwalniany do krwi. Oksytocyna powoduje skurcz mięśni gładkich macicy oraz w mniejszym stopniu mięśni pęcherza i jelit, a także pobudza wydzielanie mleka przez gruczoły sutkowe. Ze względu na swój charakter chemiczny oksytocyna jest oktapeptydem, w cząsteczce którego 4 reszty aminokwasowe są połączone w pierścień cystyną, również połączoną z tripeptydem: Pro-Leu-Gly.
oksytocyna
Rozważmy neuropeptydy (peptydy opiatowe). Pierwsze dwa neuropeptydy, zwane enkefalinami, wyizolowano z mózgów zwierząt:
Tyr – Gli – Gli – Fen – Met – Met-enkefalina
Tyr – Gli – Gli – Fen – Lei-Leu-enkephalin
Peptydy te mają działanie przeciwbólowe i są stosowane jako leki.
Dane dotyczące mechanizmu działania ACTH na syntezę hormonów steroidowych wskazują na istotną rolę układu cyklazy adenylanowej. Uważa się, że ACTH oddziałuje ze specyficznymi receptorami na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej (receptory są reprezentowane przez białka w kompleksach z innymi cząsteczkami, w szczególności z kwasem sialowym). Sygnał jest następnie przekazywany do enzymu cyklazy adenylanowej, zlokalizowanego na wewnętrznej powierzchni błony komórkowej, który katalizuje rozkład ATP i tworzenie cAMP. Ta ostatnia aktywuje kinazę białkową, która z kolei przy udziale ATP fosforyluje cholinoesterazę, która przekształca estry cholesterolu w wolny cholesterol, który przedostaje się do mitochondriów nadnerczy, gdzie zawierają wszystkie enzymy katalizujące przemianę cholesterolu do kortykosteroidów. Somatotropowy hormon (GH, hormon wzrostu, somatotropina) jest syntetyzowany w kwasochłonnych komórkach przedniego płata przysadki mózgowej; jego stężenie w przysadce mózgowej wynosi 5–15 mg na 1 g tkanki. Ludzki GH składa się ze 191 aminokwasów i zawiera dwa wiązania dwusiarczkowe; Aminokwasy N- i C-końcowe reprezentowane są przez fenyloalaninę, która ma szeroki zakres działania biologicznego. Oddziałuje na wszystkie komórki organizmu, determinując intensywność metabolizmu węglowodanów, białek, lipidów i minerałów. Zwiększa biosyntezę białek, DNA, RNA i glikogenu, a jednocześnie wspomaga mobilizację tłuszczów z magazynowania i rozkład wyższych kwasów tłuszczowych i glukozy w tkankach. Oprócz aktywacji procesów asymilacyjnych, którym towarzyszy wzrost masy ciała i wzrost układu kostnego, hormon wzrostu koordynuje i reguluje tempo procesów metabolicznych. Wiele biologicznych efektów tego hormonu odbywa się za pośrednictwem specjalnego czynnika białkowego powstającego w wątrobie pod wpływem hormonu – somatomedyny. Ze swojej natury okazał się peptydem z molem. ważący 8000. Hormon tyreotropowy (TSH, tyreotropina) jest złożoną glikoproteiną i dodatkowo zawiera dwie podjednostki α i β, które indywidualnie nie wykazują aktywności biologicznej – mówią. jej masa wynosi około 30 000. Tyreotropina kontroluje rozwój i funkcję tarczycy oraz reguluje biosyntezę i wydzielanie hormonów tarczycy do krwi. Podstawowa struktura podjednostek α i β tyreotropiny została całkowicie rozszyfrowana: podjednostka α zawierająca 96 reszt aminokwasowych; podjednostka β ludzkiej tyreotropiny, zawierająca 112 reszt aminokwasowych, Na hormony gonadotropowe (gonadotropiny) obejmują hormon folikulotropowy (FSH, folitropina) i hormon luteinizujący (LH, lutropina). Obydwa hormony są syntetyzowane w przednim płacie przysadki mózgowej i są białkami złożonymi – glikoproteinami o masie molowej. ważą 25 000. Regulują steryd i gametogenezę w gonadach. Folitropina powoduje dojrzewanie pęcherzyków w jajnikach u kobiet i spermatogenezę u mężczyzn. Lutropina u kobiet pobudza wydzielanie estrogenów i progesteronu, a także pękanie pęcherzyków z utworzeniem ciałka żółtego, a u mężczyzn stymuluje wydzielanie testosteronu i rozwój tkanki śródmiąższowej. Jak zauważono, biosynteza gonadotropin jest regulowana przez hormon podwzgórza, gonadoliberynę, składającą się z dwóch podjednostek α i β: podjednostka α hormonu zawiera 89 reszt aminokwasowych od końca N i różni się charakterem. 22 aminokwasy.
29. Hormony tylnego płata przysadki mózgowej: wazopresyna, oksytocyna. Natura chemiczna. Mechanizm ich działania, efekt biologiczny. Zaburzenia funkcji organizmu związane z brakiem produkcji tych hormonów.
Hormony wazopresyna i oksytocyna syntetyzowany na drodze rybosomalnej. Oba hormony są nonapeptydami o następującej budowie: Wazopresyna różni się od oksytocyny dwoma aminokwasami: w pozycji 3 od N-końca zamiast izoleucyny zawiera fenyloalaninę, a w pozycji 8 zamiast leucyny zawiera argininę. Główne działanie biologiczne oksytocyny u ssaków wiąże się ze stymulacją skurczu mięśni gładkich macicy podczas porodu i włókien mięśniowych wokół pęcherzyków gruczołów sutkowych, co powoduje wydzielanie mleka. Wazopresyna pobudza skurcz włókien mięśni gładkich naczyń krwionośnych, wykazując silne działanie wazopresyjne, jednak jej główną rolą w organizmie jest regulacja gospodarki wodnej, stąd jej druga nazwa, hormon antydiuretyczny. W małych stężeniach (0,2 ng na 1 kg masy ciała) wazopresyna wykazuje silne działanie antydiuretyczne – stymuluje wsteczny przepływ wody przez błony kanalików nerkowych. Normalnie reguluje ciśnienie osmotyczne osocza krwi i gospodarkę wodną organizmu człowieka. W przypadku patologii, w szczególności zaniku tylnego płata przysadki mózgowej, rozwija się moczówka prosta, choroba charakteryzująca się uwalnianiem niezwykle dużych ilości płynu z moczem. W tym przypadku zostaje zakłócony odwrotny proces wchłaniania wody w kanalikach nerkowych.
Oksytocyna
Wazopresyna
30. Hormony tarczycy: trójjodotyronina i tyroksyna. Charakter chemiczny, biosynteza. Mechanizm działania hormonów na poziomie molekularnym, działanie biologiczne. Zmiany metabolizmu w nadczynności tarczycy. Mechanizm powstawania wola endemicznego i jego zapobieganie.
Tyroksyna i trójjodotyronina– główne hormony części pęcherzykowej tarczycy. Oprócz tych hormonów (których biosynteza i funkcje zostaną omówione poniżej) hormon peptydowy jest syntetyzowany w specjalnych komórkach - tak zwanych komórkach parafolikularnych, czyli komórkach C tarczycy, które zapewniają stałe stężenie wapnia w krwi. Został nazwany ≪ kalcytonina≫. Biologiczne działanie kalcytoniny jest dokładnie odwrotne do działania hormonu przytarczyc: it powoduje zahamowanie procesów resorpcyjnych w tkance kostnej, a co za tym idzie, hipokalcemię i hipofosfatemię. Hormon tarczycy, tyroksyna, który zawiera jod w 4 pozycjach struktury pierścieniowej, jest łatwo syntetyzowany z L-tyroniny. Biologiczne działanie hormonów tarczycy rozciąga się na wiele funkcji fizjologicznych organizmu. W szczególności hormony regulują tempo podstawowej przemiany materii, wzrost i różnicowanie tkanek, metabolizm białek, węglowodanów i lipidów, gospodarkę wodno-elektrolitową, czynność ośrodkowego układu nerwowego, przewód pokarmowy, hematopoezę, funkcję układu sercowo-naczyniowego, potrzebę na witaminy, odporność organizmu na infekcje itp. Niedoczynność tarczycy już we wczesnym dzieciństwie prowadzi do rozwoju choroby zwanej w literaturze tzw. kretynizm. Oprócz zatrzymania wzrostu, specyficznych zmian w skórze, włosach, mięśniach i gwałtownego spadku szybkości procesów metabolicznych, przy kretynizmie obserwuje się głębokie zaburzenia psychiczne; Specyficzne leczenie hormonalne w tym przypadku nie daje pozytywnych rezultatów. Zwiększona funkcja tarczycy (nadczynność) powoduje rozwój nadczynność tarczycy
L-tyroksyna L-3,5,3"-trijodotyronina
31. Hormony kory nadnerczy: glukokortykoidy, mineralokortykoidy. Natura chemiczna. Mechanizm działania na poziomie molekularnym. Ich rola w regulacji metabolizmu węglowodanów, minerałów, lipidów i białek.
W zależności od charakteru działania biologicznego hormony kory nadnerczy dzieli się umownie na glukokortykoidy (kortykosteroidy wpływające na metabolizm węglowodanów, białek, tłuszczów i kwasów nukleinowych) oraz mineralokortykoidy (kortykosteroidy, które mają pierwotny wpływ na metabolizm soli i woda). Do pierwszych zalicza się kortykosteron, kortyzon, hydrokortyzon (kortyzol), 11-deoksykortyzol i 11-dehydrokortykosteron, drugie – deoksykortykosteron i aldosteron. Ich budowa, podobnie jak struktura cholesterolu, ergosterolu, kwasów żółciowych, witamin D, hormonów płciowych i wielu innych substancji opiera się na skondensowanym układzie pierścieni cyklopentanoperhydrofenantrenu. Glukokortykoidy mają różnorodny wpływ na metabolizm w różnych tkankach. W tkance mięśniowej, limfatycznej, łącznej i tłuszczowej glukokortykoidy, wykazując działanie kataboliczne, powodują zmniejszenie przepuszczalności błon komórkowych i odpowiednio hamowanie wchłaniania glukozy i aminokwasów; jednocześnie w wątrobie mają odwrotny efekt. Końcowym skutkiem narażenia na glukokortykoidy jest rozwój hiperglikemii, głównie na skutek glukoneogenezy. Mineralokortykoidy(deoksykortykosteron i aldosteron) regulują głównie metabolizm sodu, potasu, chloru i wody; przyczyniają się do zatrzymywania jonów sodu i chloru w organizmie oraz wydalania jonów potasu z moczem. Podobno jony sodu i chloru są wchłaniane ponownie w kanalikach nerkowych w zamian za wydalanie innych produktów przemiany materii,
kortyzol
32. Parathormon i kalcytonina. Natura chemiczna. Mechanizm działania na poziomie molekularnym. Wpływ na metabolizm wapnia, hiperkalcemię i hipokalcemię.
Hormony białkowe obejmują również hormon przytarczyc (hormon przytarczyc). Są syntetyzowane przez przytarczyce. Cząsteczka bydlęcego hormonu przytarczyc zawiera 84 reszty aminokwasowe i składa się z jednego łańcucha polipeptydowego. Stwierdzono, że hormon przytarczyc bierze udział w regulacji stężenia kationów wapnia i związanych z nimi anionów kwasu fosforowego we krwi. Wapń zjonizowany uważany jest za formę biologicznie aktywną; jego stężenie waha się w granicach 1,1–1,3 mmol/l. Jony wapnia okazały się niezbędnymi czynnikami, których nie można zastąpić innymi kationami, w szeregu ważnych procesów fizjologicznych: skurczu mięśni, pobudzeniu nerwowo-mięśniowym, krzepnięciu krwi, przepuszczalności błon komórkowych, aktywności szeregu enzymów itp. Dlatego wszelkie zmiany w tych procesach spowodowane długotrwałym brakiem wapnia w pożywieniu lub naruszeniem jego wchłaniania w jelitach prowadzą do zwiększonej syntezy hormonu przytarczyc, co sprzyja wypłukiwaniu soli wapnia (w postaci cytrynianów i fosforanów) z tkanki kostnej, a co za tym idzie, do zniszczenia mineralnych i organicznych składników kości. Kolejnym narządem docelowym działania parathormonu są nerki. Parathormon zmniejsza wchłanianie zwrotne fosforanów w kanalikach dystalnych nerki i zwiększa wchłanianie zwrotne wapnia w kanalikach. W specjalnych komórkach - tzw. komórkach parafolikularnych, czyli komórkach C tarczycy, syntetyzowany jest hormon o charakterze peptydowym, zapewnienie stałego stężenia wapnia we krwi – kalcytoniny. Formuła:
Kalcytonina zawiera mostek dwusiarczkowy (między 1. a 7. resztą aminokwasu) i charakteryzuje się N-końcową cysteiną i C-końcowym prolinamidem. Biologiczne działanie kalcytoniny jest wprost przeciwne do działania parathormonu: powoduje zahamowanie procesów resorpcyjnych w tkance kostnej, a co za tym idzie, hipokalcemię i hipofosfatemię. Tym samym stałość poziomu wapnia we krwi ludzi i zwierząt zapewniają głównie parathormon, kalcytriol i kalcytonina, czyli tzw. hormony tarczycy i przytarczyc oraz hormon pochodzący z witaminy D3. Należy to wziąć pod uwagę podczas chirurgicznych manipulacji terapeutycznych na tych gruczołach.
33. Hormony rdzenia nadnerczy – katecholaminy: adrenalina i noradrenalina. Natura chemiczna i biosynteza. Mechanizm działania hormonów na poziomie molekularnym, ich rola w regulacji metabolizmu węglowodanów, tłuszczów i aminokwasów. Zaburzenia metaboliczne w chorobach nadnerczy.
Hormony te strukturalnie przypominają aminokwas tyrozynę, od którego różnią się obecnością dodatkowych grup OH w pierścieniu i przy atomie węgla β łańcucha bocznego oraz brakiem grupy karboksylowej.
Adrenalina Noradrenalina Izopropyladrenalina
Ludzki rdzeń nadnerczy o masie 10 g zawiera około 5 mg adrenaliny i 0,5 mg noradrenaliny. Ich zawartość we krwi wynosi odpowiednio 1,9 i 5,2 nmol/l. W osoczu krwi oba hormony występują zarówno w stanie wolnym, jak i związanym, zwłaszcza z albuminami. Niewielkie ilości obu hormonów odkładają się w postaci soli z ATP w zakończeniach nerwowych i są uwalniane w odpowiedzi na stymulację. Co więcej, o to im chodzi Mają silne działanie zwężające naczynia krwionośne, powodując wzrost ciśnienia krwi i pod tym względem ich działanie jest podobne do działania współczulnego układu nerwowego. Znany jest silny wpływ regulacyjny tych hormonów na metabolizm węglowodanów w organizmie. Zatem w szczególności adrenalina powoduje gwałtowny wzrost poziomu glukozy we krwi, co wynika z przyspieszenia rozkładu glikogenu w wątrobie pod działaniem enzymu fosforylazy. Hiperglikemiczne działanie noradrenaliny jest znacznie mniejsze - około 5% działania adrenaliny. Równolegle następuje akumulacja fosforanów heksozy w tkankach, zwłaszcza w mięśniach, zmniejszenie stężenia fosforanów nieorganicznych i wzrost poziomu nienasyconych kwasów tłuszczowych w osoczu krwi. Istnieją dowody na hamowanie utleniania glukozy w tkankach pod wpływem adrenaliny. Niektórzy autorzy wiążą to działanie ze zmniejszeniem szybkości przenikania (transportu) glukozy do wnętrza komórki. Wiadomo, że zarówno adrenalina, jak i noradrenalina są szybko niszczone w organizmie; Nieaktywne produkty ich metabolizmu wydalane są z moczem, głównie w postaci kwasu 3-metoksy-4-hydroksymigdałowego, oksoadrenochromu, metoksynoadrenaliny i metoksyadrenaliny. Metabolity te występują w moczu głównie w postaci związanej z kwasem glukuronowym. Enzymy katalizujące te przemiany katecholamin zostały wyizolowane z wielu tkanek i są dość dobrze zbadane, w szczególności monoaminooksydaza (MAO), która decyduje o szybkości biosyntezy i rozkładu katecholamin oraz metylotransferaza katecholowa, która katalizuje główny szlak konwersji adrenaliny , tj. . O- metylacja pod wpływem S-adenozylometioniny. Przedstawiamy strukturę dwóch końcowych produktów rozkładu
34. Glukagon i insulina. Charakter chemiczny, biosynteza insuliny. Mechanizm działania tych hormonów na poziomie molekularnym. Ich rola w regulacji metabolizmu węglowodanów, tłuszczów i aminokwasów. Zaburzenia biochemiczne w cukrzycy.
Insulina, której nazwa wzięła się od nazwy wysp trzustkowych. Cząsteczka insuliny, zawierająca 51 reszt aminokwasowych, składa się z dwóch łańcuchów polipeptydowych połączonych ze sobą w dwóch punktach mostkami dwusiarczkowymi. W fizjologicznej regulacji syntezy insuliny dominującą rolę odgrywa stężenie glukozy we krwi. Zatem wzrost zawartości glukozy we krwi powoduje zwiększenie wydzielania insuliny w wyspach trzustkowych, a spadek jej zawartości wręcz przeciwnie, spowalnia wydzielanie insuliny. To zjawisko kontroli ze sprzężeniem zwrotnym uważane jest za jeden z najważniejszych mechanizmów regulacji poziomu glukozy we krwi. Przy niewystarczającym wydzielaniu insuliny rozwija się specyficzna choroba - cukrzyca. Fizjologiczne działanie insuliny: Insulina jest jedynym hormonem obniżającym poziom glukozy we krwi, co odbywa się poprzez:
§ zwiększone wchłanianie glukozy i innych substancji przez komórki;
§ aktywacja kluczowych enzymów glikolitycznych;
§ zwiększenie intensywności syntezy glikogenu – insulina przyspiesza magazynowanie glukozy w komórkach wątroby i mięśni poprzez polimeryzację jej do glikogenu;
§ zmniejszenie intensywności glukoneogenezy - zmniejsza się powstawanie glukozy z różnych substancji w wątrobie
Efekty anaboliczne
§ zwiększa wchłanianie aminokwasów przez komórki (zwłaszcza leucyny i waliny);
§ wzmaga transport jonów potasu, a także magnezu i fosforanów do wnętrza komórki;
§ wzmaga replikację DNA i biosyntezę białek;
§ wzmaga syntezę kwasów tłuszczowych i ich późniejszą estryfikację – w tkance tłuszczowej i wątrobie insulina sprzyja przemianie glukozy w trójglicerydy; Przy braku insuliny dzieje się odwrotnie – mobilizacja tłuszczów.
Działanie antykataboliczne
§ hamuje hydrolizę białek – ogranicza degradację białek;
§ zmniejsza lipolizę – zmniejsza dopływ kwasów tłuszczowych do krwi.
Glukagon- hormon komórek alfa wysp Langerhansa trzustki. Zgodnie ze swoją budową chemiczną glukagon jest hormonem peptydowym. Cząsteczka glukagonu składa się z 29 aminokwasów i ma masę cząsteczkową 3485. Podstawowa struktura cząsteczki glukagonu jest następująca.
