Цамф функции в организме

Циклический АМФ – суперзвезда биохимии

Цамф функции в организме

Клетка — самое сложное устройство из всех, которыми занимается современная наука. Тысячи разнообразных биохимических и биоэлектрохимических реакций протекают в ней одновременно.

Этими реакциями в живой клетке управляет специальная система, использующая программы, которые записаны на молекулах ДНК. Но как работает система? Как она получает сигналы из внешнего мира? До последнего времени на эти вопросы не было никакого ответа.

Заметный сдвиг произошел после открытия циклического АМФ, которому посвящена наша статья.

Уже известно, что рак, холера и многие психические заболевания сопровождаются нарушением синтеза и распада циклического АМФ в организме.

Однако нынешних знаний о его участии в болезни недостаточно, чтобы дать рецепт лечения.

сложность в том, что циклический АМФ трудится в каждой клетке нашего тела, и следовательно, пытаясь воздействовать на его обмен в больной ткани, можно легко нарушить деятельность здоровых ее участков.

Впрочем, предсказывать будущее медицины — занятие трудное и неблагодарное. Займемся днем сегодняшним, пока циклический АМФ еще не вышел из сферы чистой науки о механизмах регуляции живой клетки.

Фортуна любит переодеваться. На этот раз она выбрала костюм почтальона. В почтовый ящик доктора Леона Хеппела почти одновременно было опущено два письма. В одном из них биолог доктор Сазерленд рассказывал о свойствах неизвестного вещества, недавно выделенного им из печени.

Вещества получилось мало, и это затрудняло изучение структуры его молекулы. Во втором письме химик доктор Липкин сообщил о другом неизвестном соединении, полученном при обработке аденозинтрифосфата (известного внутриклеточного поставщика и хранителя энергии АТФ) гидроокисью бария.

Доктор Хеппел был крайне удивлен. Свойства описанных соединений были так похожи, что не оставалось сомнений — оба автора получили одно и то же вещество. И Хеппел посоветовал Сазерленду и Липкину обменяться пробами полученных соединений. Совет был принят.

Вещество, действительно, оказалось одним и тем же.

Вскоре Липкин сообщил строение неизвестной молекулы. Как и у людей, у многих молекул есть полные и краткие имена. Эту уменьшительно зовут диклическим АМФ, или цАМФ.

Удача не оставила и Сазерленда. Исследование биологической роли циклического АМФ шло в его лаборатории так успешно, что он получил Нобелевскую премию.

Сейчас сотни лабораторий во всем мире работают с цАМФ. В каждом втором биологическом журнале можно прочесть статью о нем. Циклический АМФ находят практически во всех живых клетках, и всякий раз, когда его функции удавалось определить, оказывалось, что это соединение регулирует основные для данной ткани процессы.

Циклический АМФ приобрел столь огромную популярность, что издается даже специальный журнал — «Достижения в области циклических нуклеотидов». Циклические нуклеотиды — это всего четыре маленькие молекулы.

Почему же отдельный журнал? А дело в том, что циклические нуклеотиды в клетке управляют работой и белков, и нуклеиновых кислот. Главный среди циклических нуклеотидов — наш знакомец, циклический АМФ, ему посвящена львиная доля исследований.

Так что же он делает в клетке?

«Метаморфозы» слизней

Крошечные существа по имени Dictyostelium discoideum, пока у них много еды, предпочитают жить независимо друг от друга, как отдельные одноклеточные амебы.

Но как только пища кончается, во все концы посылаются сигналы тревоги, и сотни амеб с поразительной уверенностью сползаются в одну точку. Здесь они соединяются и образуют многоклеточный организм — слизень, или псевдоплазмодий.

Плазмодий быстрее, чем отдельная амеба, передвигается в поисках пищи и имеет для этого зачатки органов движения и управления этими органами.

Сигналом, собирающим амеб вместе, оказался циклический АМФ! В принципе все амебы, начав голодать, способны выделять цАМФ. Но среди многих существуют амебы-лидеры. Только они позволяют себе самостоятельно выделять молекулы-сигналы.

Все остальные должны ждать, пока до них дойдет цАМФ от амебы-лидера. Получив такой сигнал, простая амеба не только начинает двигаться к общему центру, но и сама выделяет циклический АМФ.

Таким образом, сигнал, посланный амебой-лидером, усиливается по дороге и доходит до самых отдаленных мест.

Если собранный сигналом циклического АМФ плазмодий находит пищу, он снова рассыпается на свободных амеб. Если же пищи нет, ни о какой свободе не может быть и речи. Начинает работать жесткая программа сохранения вида.

Из плазмодия вырастает специальный орган — стебелек, на конце которого образуются споры. Споры созревают за счет внутренних ресурсов, то есть за счет постепенной гибели всех клеток плазмодия.

Добавление цАМФ к колонии плазмодиев вызывает образование стебельков.

Циклический АМФ, таким образом, не только заставляет амеб двигаться, но и участвует в их дальнейшем превращении. Один раз принятый сигнал вынуждает амебу коренным образом изменить свою жизнь. Внешне проявления этого процесса хорошо изучены, однако его молекулярные механизмы остаются пока неизвестными.

Случай с амебами — один из немногих, когда клетки получают цАМФ из внешнего мира. Обычно это вещество вырабатывается внутри клетки и служит в этой клетке сигналом, существенно меняющим работу ее биохимических устройств.

Второй вестник

Начало этой статьи могло создать впечатление, что великие открытия делаются волею случая. Это, конечно, заблуждение. В историй с цАМФ случай с письмами только избавил биологов от трудностей познания вещества. Сам же циклический АМФ был открыт в результате долгих направленных поисков.

Ведь чем занимался Сазерленд, какой вопрос он решал? Организмом в целом управляют две системы: гуморальная и нервная. Принцип их работы весьма похож.

Если возникает необходимость как-то изменить активность того или иного органа, обе системы посылают к нему химические сигналы — молекулы самого разнообразного строения. Способы доставки различны.

Железы гуморальной системы выделяют свои сигналы, которые называются гормонами, прямо в кровеносную систему. С током крови гормоны достигают клеток-мишеней. Нервная система передает свои сообщения быстрее. Сначала электрический сигнал идет по нерву со скоростью до 50 метров в секунду.

Нерв подходит вплотную к органу и на расстоянии в несколько сот ангстрем от клетки-адресата выделяет свой химический передатчик. В этом случае его называют медиатором. Часто одно и то же химическое вещество может служить в качестве и медиатора, и гормона.

Автор знаменитого на весь мир учебника биологии К. Вилли считает, что «наше физическое, душевное и эмоциональное состояние в большой мере зависит от функции наших эндокринных желез».

(К слову на основании подобных высококачественных учебников вполне даже возможно получить биологическое высшее образование удаленно).

Известно, к каким тяжелым заболеваниям ведут нарушения в работе гуморальной системы.

Изучением действия гормонов занялись более ста лет назад. Тем не менее, несмотря на всю важность проблемы, основной вопрос — что делает гормон с клеткой-адресатом? — долгое время оставался неясным.

В лаборатории Сазерленда изучали деист вне адреналина. Этот гормон выделяется в кровь каждый раз, когда человек или животное попадают в неожиданную или потенциально опасную обстановку. Адреналин вводит организм в состояние боевой готовности.

В печени, где часть энергетических ресурсов съеденной пищи запасена в полимерных молекулах гликогена (животного крахмала), адреналин вызывает распад гликогена на составляющие молекулы глюкозы — производит мобилизацию ресурсов для быстрого использования.

Когда Сазерленд приступил к работе, были известны многие ферменты, участвующие в превращении гликогена в глюкозу. Но способ влияния на этот процесс адреналина оставался неясным.

Можно было предположить, что адреналин, проникнув в клетку, активизирует один или даже несколько ферментов, осуществляющих распад гликогена.

Или гормон увеличивает приток АТФ, который необходим для протекающей реакции. Были и другие предположения.

Что же удалось выяснить? Из печени, обработанной адреналином, Сазерленд выделил неизвестное ранее вещество.

К удивлению биохимиков, привыкших иметь дело с хрупкими соединениями, которые нужно выделять, чистить и хранить в холоде, неизвестное вещество не разрушалось ни кипяченном, ни обработкой обычным набором ферментов.

Обратились за помощью к доктору Хеппелу. Далее последовала история рассказанная в начале этой статьи.

Адреналин увеличивал содержание циклически АМФ в печени. Но, главное, что сам циклический АМФ действовал на печень, как адреналин, вызывал распад гликогена. Гормон влиял на клетку через посредника — циклический АМФ. Сазерленд назвал гормон «первым», а цАМФ — «вторым вестником».

Но, конечно, если бы цАМФ нашли только в печени, ему не посвятили бы специального журнала. Это вещество обнаружили практически во всех тканях и органах. В разных тканях на синтез цАМФ влияли разные гормоны и медиаторы — помимо адреналина таких гормонов сейчас найдено уже более двадцати.

И это необыкновенно странно. Ведь из классической физиологии известно, что каждый гормон обладает крайне специфичным действием, все они, как ключи к сейфам, открывают лишь свой замок. Почему же, бесконечно разнообразные и по строению и по функциям, гормоны вызывают синтез одного и того же вещества — циклического АМФ?

Вначале предполагали: дело в том, что запускаемые любым гормоном внутриклеточные процессы нуждаются в энергии.

Поэтому под влиянием гормона синтезируется цАМФ, который, как и в печени, вызывает распад гликогена — то есть мобилизует энергетические ресурсы.

Так каждый из нас, войдя в темную комнату, независимо от того, хочет ли он сварить суп, пришить пуговицу или написать статью, обязательно включит в комнате свет.

Предположение оказалось неверным. Циклический АМФ в разных тканях стимулировал разные процессы. Он увеличивал проницаемость для воды у мочевого пузыря, как гормон вазопрессин; он стимулировал использование жира в жировой ткани, как гормон адреналин; менял активность нервных клеток, как медиатор допамин. Оказалось, что цАМФ способен влиять на форму клеток, на их деление, на синтез белков.

Гормон — это понятный и важный для клетки элемент окружающей обстановки. У клеток разных тканей — разные вкусы, они определяются количеством рецепторов на поверхности клетки, чувствительных к данному гормону. Но на главный для данной ткани гормон внутриклеточный ответ часто один и тот же — синтез цАМФ.

С. Минина.

Источник: https://www.poznavayka.org/biologiya/tsiklicheskiy-amf-superzvezda-biohimii/

Отличие гормонов от ферментов: механизмы действия

Цамф функции в организме

Обратите внимание, что механизм действия гормонов зависит от его химической природы и свойств – растворимости в воде или жирах. По механизму действия гормоны могут быть разделены на две группы: прямого и дистантного действия.

Гормоны прямого действия. К этой группе относятся липофильные (растворимые в жирах) гормоны – стероиды и йодтиронины . Эти вещества мало растворимы в воде и поэтому образуют в крови комплексные соединения с белками плазмы. К этим белкам относятся как специфические транспортные протеины (например, транскортин, связывающий гормоны коры надпочечников), так и неспецифические (альбумины).

Гормоны прямого действия в силу своей липофильности способны диффундировать через двойной липидный слой мембран клеток-мишеней. Рецепторы к этим гормонам находятся в цитозоле. Образующийся комплекс гормона с рецептором перемещается в ядро клетки, где связывается с хроматином и воздействует на ДНК.

В результате изменяется скорость синтеза РНК на матрице ДНК (транскрипция) и скорость образования специфических ферментативных белков на матрице РНК (трансляция). Это приводит к изменению количества ферментативных белков в клетках-мишенях и изменению в них направленности химических реакций.

Механизм влияния на клетку гормонов прямого действия.

Как вам уже известно, регуляция синтеза белка может осуществляться при помощи механизмов индукции и репрессии.

Индукция синтеза белка происходит в результате стимуляции синтеза соответствующей матричной РНК. При этом возрастает концентрация определённого белка-фермента в клетке и увеличивается скорость катализируемых им химических реакций.

Репрессия синтеза белка происходит путём подавления синтеза соответствующей матричной РНК.

В результате репрессии избирательно снижается концентрация определённого белка-фермента в клетке и уменьшается скорость катализируемых им химических реакций.

Имейте в виду, что один и тот же гормон может вызывать индукцию синтеза одних белков и репрессию синтеза других белков. Эффект гормонов прямого действия обычно проявляется только спустя 2 — 3 часа после проникновения в клетку.

Гормоны дистантного действия. К гормонам дистантного действия относятся гидрофильные (растворимые в воде) гормоны – катехоламины и гормоны белково-пептидной природы. Так как эти вещества не растворимы в липидах, они не могут проникать через клеточные мембраны.

Рецепторы для этих гормонов расположены на наружной поверхности плазматической мембраны клеток-мишеней. Гормоны дистантного действия реализуют своё действие на клетку при помощи вторичного посредника , в качестве которого чаще всего выступает циклический АМФ (цАМФ).

Циклический АМФ синтезируется из АТФ под действием аденилатциклазы:

Взаимодействие гормона с его специфическим рецептором приводит к активации G -белка клеточной мембраны. G-белок связывает ГТФ и активирует аденилатциклазу .

Активная аденилатциклаза превращает АТФ в цАМФ, цАМФ активирует протеинкиназу .

Неактивная протеинкиназа представляет собой тетрамер, который состоит из двух регуляторных (R) и двух каталитических (C) субъединиц. В результате взаимодействия с цАМФ происходит диссоциация тетрамера и освобождается активный центр фермента.

Протеинкиназа фосфорилирует белки-ферменты за счёт АТФ, либо активируя их, либо инактивируя. В результате этого изменяется (в одних случаях – увеличивается, в других – уменьшается) скорость химических реакций в клетках-мишенях.

Инактивация цАМФ происходит при участии фермента фосфодиэстеразы:

Источник:

Гормоны и ферменты. Какова роль ферментов и гормонов?

Организм человека – уникальный механизм, в котором каждую секунду происходит огромное количество разных химических процессов. Все процессы взаимосвязаны между собой и обеспечивают непрерывную нормальную работу человеческого организма.

Обмен веществ, синтез, регенерация клеток, самовосстановление и множество других реакций осуществляются благодаря поступлению жизненно необходимых веществ – минералов, ферментов, фосфолипидов, витаминов, углеводов, нуклеиновым кислотам.

Все вещества принимают участие в биохимических реакциях и нормализируют работу внутренних органов и систем.

Для ускорения химических реакций необходимы ферменты. Ферменты представляют собой белковые молекулы, которые ускоряют протекание всех химических реакций.

Это катализаторы, которые способствуют перевариванию и распаду жиров, белков, сокращению мышц и  проведению нервных импульсов. Также они принимают участие в обменных процессах и синтезе. Ферменты выполняют колоссальную роль для человеческого организма.

Данные вещества выполняют функцию контроля во всех биохимических процессах. Без них совершенно невозможно существование любого живого организма.

Ферменты и гормоны

Вместе с ферментами в кровь поступают гормоны. Они также играют важную роль во всех процессах, которые происходят в человеческом организме. Основная роль гормонов – правильная настройка функционирования организма.

Они необходимы для поддерживания гомеостаза и регулируют такие функции, как обмен веществ, рост, развитие, реакцию на изменение окружающей среды. Гормоны, как и ферменты, принимают участие в химических реакциях.

Благодаря гормонам в организме происходит регулирование клеточной активности и укрепление костей.

Большинство гормонов действуют через ферментные системы, являясь при этом их активаторами. Они могут быть группами ферментов. Тесная функциональная связь между гормонами и ферментами проявляется практически во всех химических процессах. Несмотря на общность биологических регуляторов, есть отличительные черты данных веществ.

Свою активность ферменты проявляют в клетках, где они синтезируются. Гормоны, в свою очередь, переносятся током крови к клеткам и тканям, которые ими стимулируются. Биохимическая функция гормонов значительно слабее, нежели функциональность ферментов. Но результат действия гормонов более заметен, нежели биоэффект ферментов.

Дефицит гормонов и ферментов в организме

Нехватка жизненно необходимых веществ сказываются негативно на работоспособности всего организма. При нехватке ферментов нарушаются обменные процессы в организме и все химические реакции.

При недостаче гормонов также происходят значительные сбои в работе человеческого организма.

В обоих случаях дефицит важных веществ провоцирует серьезные заболевания – сахарный диабет, грибковые болезни, болезни крови, аллергические заболевания, нарушения работы щитовидной железы и т.д.

Нехватка гормонов и ферментов может быть как врожденной, так и приобретенной. Врождённая форма передаётся внутриутробно по наследственности, заболеваниях матери, внутриутробных последствий (патологий, травм). Приобретенная форма может развиваться в любом возрасте. На нехватку жизненно необходимых веществ может повлиять различные заболевания, неправильное питание, вредные привычки.

Каждый человек, независимо от возраста должен следить за своим здоровье. Если не получается восполнить организм необходимыми вещества природным путем (употребляя продукты с их содержанием), на помощь придут биологически активные комплексы. БАДы широко используются в медицинской практике. Это универсальные добавки к пище, которые применяют в лечебных и профилактических целях.

Источник:

Механизм действия ферментов. Основные отличия ферментативного катализа от неферментативного. Свойства ферментов. Понятие о проферментах. Регуляция активности ферментов. Ингибиторы ферментов: обратимые и необратимые, конкурентные. Лекарственные вещества

На первом этапе (I) происходит активация фермента путем связывания с аллостерическим центром регуляторных веществ (например, гормонов), что приводит к изменению конформации активного центра фермента и увеличению его способности связывать молекулу субстрата.

На втором этапе (II)происходит ‘узнавание’ ферментом своего субстрата (см. Специфичность действия фермента).

На третьем этапе (III) происходит формирование неактивного фермент-субстратного комплекса за счет образования гидрофобных и водородных связей между радикалами аминокислотных остатков субстратного центра (контактные площадки) и соответствующими группировками в молекуле субстрата. Молекула субстрата удерживается вблизи активного центра, но химическим преобразованиям еще не подвергается.

На четвертом этапе (IV) образуется активный фермент-субстратный комплекс. При этом происходит химическое преобразование субстрата с участием каталитического центра и кофермента (если речь идет о сложном ферменте). В результате этого молекула субстрата меняет сою пространственную конфигурацию, в ней происходит перераспределение энергии и уменьшается прочность связей.

На пятом этапе (V) фермент-субстратный комплекс становиться нестабильным и затем преобразуется в комплекс фермент-продукт, который распадается на продукты реакции и фермент. Фермент из реакции выходит в неизменном виде.

ФЕРМЕНТАТИВНЫЙ КАТАЛИЗ(биокатализ), ускорение биохим. р-ций при участии белковых макромолекул, называемых ферментами (энзимами). Основные отличия ферментативного катализа от химического. Понятие автокатализа.

  • Размер. М(ферментов)=105-107 (коллоидные частицы)
  • Высокая каталитическая активность
  • Высокая специфичность
  • Необходимость строго определенных условий
  • Влияние активаторов и ингибиторов

Свойства ферментов

Общие черты ферментов и небиологических катализаторов:

  • и те, и другие катализируют только энергетически возможные реакции;
  •  увеличивают скорость реакции;
  •  не меняют направления реакции;
  •  в ходе реакции не расходуются;
  •  для обратимых процессов катализируют как прямую, так и обратную реакции, не смещая равновесия, а лишь ускоряя время его наступления.

Особые свойства ферментов:

высокая каталитическая активность. Металлы увеличивают скорость реакции в тысячи раз, а ферменты в миллионы раз. Например, уреаза ускоряет скорость реакции в 1014
раз.

Каталаза ускоряет распад H2O2 в 1 млдр. раз! 2H2O2 ®2H2O +O2. Без катализатора выделения кислорода не видно.

Металлический катализатор увеличивает скорость реакции в 1000 раз, а при добавлении каталазы – бурное вспенивание.

специфичность действия – наиболее характерная черта. Строение активного центра фермента, катализирующего реакции, различна. Структура активного центра фермента комплементарна структуре его субстрата, поэтому фермент из множества веществ присоединяет только свой субстрат – субстратная специфичность фермента.

Каждый фермент катализирует не любое превращение субстрата, а какое либо одно – специфичность пути превращения. Например, на АК ГИС действуют 2 фермента: гистидаза (отщепляет NH3) и гистидиндекарбоксилаза (отщепляет CO2).

Выделяют несколько видов специфичности:

абсолютная специфичность. Фермент действует только на один единственный субстрат. Пр.: уреаза разрушает мочевину: NH2-CO-NH2® (над стрелкой уреаза, под – вода) 2NH3+ CO2. Аргиназа катализирует распад аргинина.

групповая специфичность. Фермент действует на определённую связь в разных субстратах. Пр.: пептидазы разрывают пептидные связи [-NH-CH(R)-CO—NH-CH(R)-CO-].

Пепсин действует только на связи, образованные карбоксильной группой ароматических АК (ФЕН, ТИР, ТРИ). Эстеразы разрывают сложно-эфирную связь [-CO-NH-] в различных липидах. Гликозидазы действуют на гликозидную связь.

Действие ферментов, обладающих групповой специфичностью, позволяет организму содержать небольшое количество ферментов.

стереоспецифичность. Фермент действует на определённый стереоизомер (D- и L-, цис- и транс-). Пр.: бутен-2-диовая кислота имеет 2 стереоизомера: транс-изомер или фумаровая к-та, и цис-изомер или малеиновая кислота.

В стереоспецифичности выделяют оптическую специфичность – избирательное действие ферментов на оптические изомеры. Например, под действием ЛДГ разрушается только L-форма молочной к-ты.

Влияние температуры (правило Вант-Гоффа). При увеличении температуры на 10 градусов скорость реакции увеличивается в 1,5-2 раза. Но для фермента это правило действует только до 40 градусов, т.к.

дальше наступает тепловая денатурация фермента. Большинство ферментов в организме человека имеет оптимальную температуру 25-40 градусов [рис. графика: по оси х – температура, по у – процент активности.

Рисуем горочку, оптимум – на 37-40°С].

Повышение активности фермента при увеличении температуры объясняется увеличением кинетической энергии реагирующих молекул, что приводит к увеличению числа столкновений между молекулами.

При дальнейшем повышении температуры энергия становится чрезмерной, и внутри молекулы разрываются слабые связи – водородные, гидрофильные взаимодействия; происходит нарушение вторичной, третичной, четвертичной структуры фермента.

Источник: https://sakh-hospital.su/gipotalamus/otlichie-gormonov-ot-fermentov-mehanizmy-dejstviya.html

Все о медицине
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: