Химические основы нейрогуморальной регуляции
Покупка
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 103
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-8064-3047-3
Артикул: 777857.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Учебное пособие предназначено для студентов факультетов химии и биологии. В нём содержатся сведения о биологически активных вешествах, участвуюших в обеспечении нейрогуморальной регуляции живых организмов — нейромедиаторах и гормонах.
Для эффективного освоения учебного материала в пособии приводятся вопросы и тесты, а также задания для самоконтроля и самостоятельной работы обучающихся, выполнение которых активизирует их мышление, требует вдумчивой работы с книгой или лекцией.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А. И. ГЕРЦЕНА Е. С. Остроглядов, Т. А. Новикова, И. Е. Ефремова ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НЕЙРОГУМОРАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ УЧЕбНОЕ ПОСОбИЕ Санкт-Петербург Издательство РГПУ им. А. И. Герцена 2021
УДК 577.1 ббК 24я73 О78 Рецензенты: д-р хим. наук, проф. Н. А. Анисимова (РГПУ им. А. И. Герцена), д-р пед. наук, проф. Ю. Ю. Гавронская (РГПУ им. А. И. Герцена) О78 Остроглядов Е. С., Новикова Т. А., Ефремова И. Е. Химические основы нейрогуморальной регуляции : учебное пособие / Е. С. Остро глядов, Т. А. Новикова, И. Е. Ефремова ; Российский государственный унивеситет им. И. А. Герцена. — Санкт-Петербург : Изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 2021. — 103 с. ISBN 978-5-8064-3047-3 Учебное пособие предназначено для студентов факультетов химии и биологии. В нём содержатся сведения о биологически активных веществах, участвующих в обеспечении нейрогуморальной регуляции живых организмов — нейромедиаторах и гормонах. Для эффективного освоения учебного материала в пособии приводятся вопросы и тесты, а также задания для самоконтроля и самостоятельной работы обучающихся, выполнение которых активизирует их мышление, тре бует вдумчивой работы с книгой или лекцией. УДК 577.1 ББК 24я73 © Е. С. Остроглядов, Т. А. Новикова, И. Е. Еф- ремова, 2021 © О. В. Гирдова, оформление обложки, 2021 ISBN 978-5-8064-3047-3 © Издательство РГПУ им. А. И. Герцена, 2021 Печатается по решению кафедры органической химии РГПУ им. А. И. Герцена
Содержание Список принятых сокращений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1. ПОНЯТИЕ О НЕЙРОГУМОРАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ И КЛЕТОЧНОЙ РЕЦЕПЦИИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1. Системы организма, осуществляющие нейрогуморальную регуляцию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.2. Клеточные рецепторы: функции, классификация, биологическая активность лигандов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3. Связь химической структуры бАВ с его биологической активностью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.4. Вопросы и задания для самоконтроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2. НЕЙРОМЕДИАТОРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.1. Нейромедиаторы — регуляторные молекулы нервной системы . . . 19 2.2. Классификации нейромедиаторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.3. Нейромедиаторы: биогенные амины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.4. Нейромедиаторы — аминокислоты и их производные . . . . . . . . . . . 33 2.5. Нейромедиаторы — пептиды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.6. Вопросы и задания для самоконтроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3. ГОРМОНЫ жИВОТНЫХ И ЧЕЛОВЕКА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.1. Гормоны — регуляторные молекулы эндокринной системы . . . . . . 45 3.3. Свойства гормонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.4. Функциональная организация гормонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3.5. Механизмы действия гормонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3.6. Механизмы активации синтеза и секреции гормонов . . . . . . . . . . . 56
3.7. Гормоны центральных эндокринных желёз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 3.8. Гормоны периферических желез . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 3.9. Тканевые гормоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3.10. Применение гормонов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.11. Вопросы и задания для самоконтроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 4. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Список принятых сокращений АД — артериальное давление АДГ — антидиуретический гормон АДФ — аденозиндифосфорная кислота АК — аминокислоты АКТГ — адренокортикотропный гормон АТФ — аденозинтрифосфорная кислота АцХ — ацетилхолин НС — нервная система бАВ — биологически активные вещества ВжК — высшие жирные кислоты ГАМК — γ-аминомасляная кислота (4-аминобутановая кислота) ГДФ — гуанозиндифосфат ГМ — головной мозг ГТФ — гуанозинтрифосфат ГЭб — гематоэнцефалический барьер ДОФА — ДигидрОксиФенилАланин жКТ — желудочно-кишечный тракт КЛ — кортиколиберин КОМТ — катехол-О-метилтрансфераза ЛГ — лютеинизирующий гормон ЛРК — лиганд-рецепторный комплекс ЛЛ — люлиберин ЛСД — N,N-диэтиламид лизергиновой кислоты МАО — моноаминоксидаза МГ — меланотропный гормон МСГ — меланоцитстимулирующие гормоны НААГ — N-ацетиласпартилглутамат НAA — N-ацетиласпарагиновая кислота
ПЛ — пролактолиберин ПС — пролактостатин РААС — ренин-ангиотензин-альдостероновая система РКК — рецепторно-канальные комплексы РНК — рибонуклеиновая кислота РФК — рецепторно-ферментные комплексы СЛ — соматолиберин СМ — спинной мозг СС — соматостатин СТГ — соматотропный гормон ТЛ — тиролиберин ТТГ — тиреотропный гормон ФВП — фактор внутреннего подкрепления ФЛ — фоллиберин ФСГ — фолликулостимулирующий гормон цАМФ — циклический аденозинмонофосфат цГМФ — цикличекий гуанозинмонофосфат ЦНС — центральная нервная система ЧСС — частота сердечного сокращения 5-НТ — серотонин (5-гидрокситриптамин) GDH — глутаматдегидрогеназа NMDA — N-метил-D-аспартат QSAR — Quantitative-Structure Activity Relationship (количественное соотношение «структура — активность»)
1. ПОНЯТИЕ О НЕЙРОГУМОРАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ И КЛЕТОЧНОЙ РЕЦЕПЦИИ 1.1. Системы организма, осуществляющие нейрогуморальную регуляцию живой организм — это открытая система взаимодействующих между собой клеток, тканей и органов, которая постоянно обменивается веществом и энергией с окружающей средой. С момента появления первых одноклеточных организмов около 3.9 млрд лет назад возникла необходимость регуляции биологических функций с целью поддержания гомеостаза — постоянства внутренней среды организма. В процессе эволюции сформировались три системы поддержания гомеостаза, иерархически подчинённых друг другу. 1. Внутриклеточная система регуляции — самая древняя и связана с регуляцией отдельных биохимических превращений в пределах клетки. У одноклеточных организмов это единственная система регуляции. Она осуществляется: — путём изменения активности и (или) количества ферментов, отвечающих за определённые процессы; — путём изменения транспорта молекул и ионов через мембраны. 2. Эндокринная система (гипоталамус, эндокринные железы) появилась в процессе эволюции с возникновением многоклеточных организмов около 2 млрд лет назад. Она осуществляет гуморальную (лат. «humor» — жидкость) регуляцию каскадов биохимических превращений в клетках и тканях, обеспечивая взаимодействие клеток многоклеточного организма.
Регуляция осуществляется посредством гормонов, выделяемых эндокринными клетками непосредственно в кровь либо диффундирующих через межклеточное пространство в соседние клетки. Гормоны действуют только на определённые типы клеток и тканей, вызывая активизацию или торможение их функциональной деятельности. Однако гуморальный механизм не может обеспечить быструю перестройку деятельности организма, быстрые адаптивные реакции, так как химические вещества разносятся по организму кровью, а скорость кровотока невелика (в аорте она составляет 0,5 м/с, в капиллярах — 0,5 мм/с). 3. Нервная система (НС) — эволюционно самый молодой уровень регуляции обмена веществ, который появился вследствие глубокой специализации клеток, и появления клеток, обеспечивающих проведение нервного импульса. Нервные клетки получают сигналы из внешней и внутренней среды, преобразуют их в нервный импульс и передают их с помощью биологически активных веществ — нейромедиаторов. Нервный механизм в отличие от гуморального обеспечивает быструю сигнализацию нервной системы об изменениях во внешней или внутренней среде и осуществляет быстрые адекватные реакции на эти изменения. У высокоразвитых организмов нервная и эндокринная системы тесно взаимодействуют между собой, а также иммунной системой, обеспечивающей целостность организма и его невосприимчивость ко всему генетически чужеродному. Так, нервная система регулирует функции желёз и клеток иммунной системы, гормоны желёз влияют на проводимость нервных волокон и активность клеток иммунной системы, а медиаторы иммунной системы — цитокины — влияют на физиологическое состояние желёз через гипофиз. Нервная, эндокринная и иммунная системы являются интегрирующими системами*, объединяющими все клетки и ткани в единый организм, и обеспечивающими нейрогуморальную регуляцию его функций посредством регуляторных молекул: нейромедиаторов, гормонов и цитокинов. * Начиная с работ И. М. Сеченова, в биологической науке превалировала «идея нервизма» (о главенствующей роли НС). Сейчас данная точка зрения подвергнута коррекции. Теперь считается, что эндокринная и иммунная системы также важны, как и НС, и формируют единую систему химического управления основными процессами жизнедеятельности организма.
Таким образом, нейрогуморальная регуляция (от греч. neuron — нерв и лат. humor — жидкость) — это форма физиологической регуляции* организма, при которой нервные импульсы и переносимые кровью и лимфой вещества принимают совместное участие в едином регуляторном процессе. Общая схема нейрогуморальной регуляции физиологических функций: 1.2. Клеточные рецепторы: функции, классификация, биологическая активность лигандов Для регуляции деятельности клетки с помощью биологически активных веществ** (бАВ) (нейромедиаторов, гормонов и др.), на * Физиологическая регуляция — это активное управление функциями организма и его поведением для обеспечения требуемого уровня обмена веществ, гомеостаза и оптимального уровня жизнедеятельности с целью приспособления к меняющимся условиям жизни. ** биологически активные вещества (бАВ) — это вещества, обладающие высокой физиологической активностью при небольших концентрациях по отношению к живым организмам или к отдельным группам их клеток.
ходящихся в межклеточной жидкости, необходимо, чтобы клетка могла воспринимать и обрабатывать эти сигналы. В 1913 г. П. Эрлих для объяснения механизма действия лекарств предположил, что бАВ оказывают влияние на живые системы, образуя химические контакты с особыми структурами этих живых систем. Для их обозначения он предложил термин «рецепторы» ─ структурные элементы живой системы, с которыми вступают в химическое взаимодействие бАВ. Функции рецепторов: — интеграция клеток и тканей, — передача информации о состоянии клеточного и тканевого гомеостаза, — нейрогуморальная регуляция процессов морфогенеза и регенерации. Классификация рецепторов По локализации в клетке различают мембранные и цитозольные рецепторы. 1. Мембранные рецепторы (экзорецепторы) находятся на мембране, под мембраной или пронизывают её насквозь. Рецепторы, расположенные на мембране, являются гликопротеинами. Их специфичность к определённому лиганду обусловлена углеводным компонентом белка. Они связывают гидрофильные лиганды (нейромедиаторы, пептидные гормоны, гистогормоны, простагландины и др.). Рецепторы, расположенные в мембране или на внутренней её стороне могут быть любыми белками, у которых специфический участок узнавания и связывания с лигандом представлен последовательностью аминокислотных остатков. Они связывают гидрофобные лиганды (например, стероидные и тиреоидные гормоны). Мембранные рецепторы входят в состав клеточных рецепторно-эффекторных комплексов: рецепторно-канальных (РКК) или рецепторно-ферментных (РФК). Эти комплексы состоят из трёх компонентов: собственно рецептора, сопрягающего звена (может отсутствовать) и эффектора. Рецептор представляет собой специфический участок белковой молекулы, воспринимающий первичный информационный сигнал; он связывает лиганд с помощью химических взаимодействий, формирует и передаёт собственный пострецепторный сигнал остальным звеньям комплекса. Сопряга
ющее звено — это конформационно-подвижные молекулы, которые воспринимают пострецепторный сигнал и передают его на исполнительную структуру — эффектор. Если сопрягающее звено отсутствует, то рецептор непосредственно передаёт сигнал на эффектор. Эффекторами для РКК являются ионные каналы (открываются или закрываются), а для РФК — ферменты (активируются или ингибируются). По способу передачи сигнала в клетку различают три семейства мембранных рецепторов: ионотропные, метаботропные и каталитические рецепторы. А) Ионотропные рецепторы — это мембранные белковые молекулы, непосредственно связанные с эффектором — стенкой ионного канала, и поэтому ионотропные рецепторы работают быстро. Они входят в состав рецепторно-канальных белковых комплексов первого типа (РКК I). В таких комплексах ионотропные рецепторные белки вместе с транспортными трансмембранными (интегральными) белками формируют ионные каналы, которые способны открываться или закрываться в результате конформационных изменений, индуцированных активированным рецептором. Это их свойство обеспечивает избирательное проведение ионов через мембрану клетки (рис. 1). Ионные каналы специфичны для определённых типов ионов (например, различают Na+-, K+-, Cl–-, Ca2+-каналы), они различаются по строению, механизмам открытия-закрытия и способам активации-дезактивации. В составе РКК I встречаются четыре основных вида рецепторов: никотиновые холинорецепторы (н-холинорецепторы), ГАМКрецепторы, глутаматные рецепторы и глициновые рецепторы. Б) Метаботропные рецепторы — это мембранные белковые молекулы, непосредственно не связанные с эффектором. Связь Рис. 1. Схема организации РКК I
с эффектором происходит через сопрягающее звено — G-белок. Поэтому такие рецепторы работают медленно. G-белки* состоят из трёх субъединиц: a-, b- и g-. a-субъединица отвечает за взаимодействие G-белка с рецептором и передачу сигнала на эффектор и является специфичной для разных G-белков (различают до 7 типов G-белков). b- и g-субъединицы прочно связаны с мембраной и закрепляют на ней G-белок. G-белки являются наиболее уязвимым компонентом РКК II и РФК, так как мутации в генах, кодирующих эти белки, а также действующие на них неблагоприятные факторы внешней среды (токсины и др.) приводят к серьёзным патологиям. Метаботропные рецепторы функционируют в составе рецепторно-канальных комплексов второго типа (РКК II) и рецепторноферментных комплексов (РФК). Рис. 2. Схема организации РКК II РКК II (рис. 2) состоит из метаботропного рецептора, сопрягающего звена и эффектора, которым является ионный канал. Например, рецепторами, работающими в составе РКК II, являются: мускариновые холинорецепторы (м-холинорецепторы), α1-адрено рецепторы и ольфакторные (обонятельные) рецепторы млекопитающих. Для РФК (рис. 3) эффектором является фермент, запускающий ферментный каскад. Чаще всего в качестве таких ферментов вы * В 1994 г. Мартино Родбелл и Альфред Гудман Гилма получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине «За открытие G-белков и роли этих белков в сигнальной трансдукции в клетке».
Доступ онлайн
В корзину