Регуляция обмена веществ

1.

Регуляция
обмена
веществ

2.

Уровни регуляции обмена веществ
1. внутриклеточный
2. межклеточный
3. междуорганный
4. в целом организме

3.

Внутриклеточные механизмы
регуляции обмена веществ
1. участие механизмов регуляции реакций,
протекающих в неживой природе;
2. изменения активности фермента;
3. изменения количества фермента;
4. путем внутриклеточной локализации
(компартментализация метаболизма);

4.

Скорость реакции
пропорциональна произведению
концентраций реагирующих
веществ
Реакция: А + В = АВ
подчиняется закону
действующих масс:
V = k [А] [В]

5. Кинетика снижения скорости реакции во времени

скорость реакции
(мкмоль/мин)
А + В = АВ
200
V = k [А] [В]
100
0
0
1
2
3
4
5
минуты

6.

Влияние температуры на скорость
химической реакции
При повышении t на 10о скорость
химической реакции увеличивается
в 2-4 раза ( правило Вант-Гоффа)
Vt2 = Vt1 ▪ γ
t2 – t1
10

7.

Принцип Ле-Шателье
Если на систему, находящуюся в
равновесии, производится
внешнее воздействие (изменение
одного из параметров Р.Т.С), то в
системе начнется процесс,
стремящийся нейтрализовать,
ослабить прямой результат этого
воздействия.

8.

принцип Ле-Шателье в биохимии
процесс находится в равновесии:
глюкоза + АТФ
глюкозо-6-фосфат + АДФ
нарушение равновесия приводит к смещению реакции
вправо, окисление глюкозы возрастает:
глюкоза + АТФ
глюкозо-6-фосфат + АДФ
работа
СО2 + Н2О

9.

Регуляция
активности
ферментов

10.

Изостерический тип регуляции
активности фермента
Е
Глюкоза + АТФ = глюкозо-6-фосфат + АДФ
РАБОТА
СО2
Н2О

11.

Регуляция активности ЦТК
ЩУК + Ацетил-КоА
яблочная к-та
изолимонная к-та
СООН
С=О
СН2
фумаровая к-та
СООН
СДГ
лимонная к-та
СООН
СН2
СДГ
СН2
СООН
янтарная к-та
оксоглутаровая к-та
Сукцинил-КоА

12.

Аллостерический тип регуляции
активности ферментов
ингибирование
А
E1
В
E2
С
E3
Д
E4
Е
E5
F

13.

Аллостерический тип регуляции
активности ферментов
первый
субстрат
А
?
А
Е1
Е1
F
F
Конечный продукт реакции

14.

Изменение
количества
ферментов по
механизму
индукции

15.

Общая схема регуляции обмена
веществ по типу индукции.
(оперон)
ДНК
и-РНК
рибосома
индукция
фермент
субстрат
(индуктор)
продукт
реакции

16.

работа гена выключена
репрессором
РНК-полимераза
Структурный ген
репрессор
ДНК

17.

индуктор взаимодействует с
репрессором
ДНК
индуктор

18.

При взаимодействии индуктора с
репрессором, происходит изменение его
конформации. Апорепрессор покидает
оператор на ДНК
ДНК

19.

Путь РНК-полимеразе открыт
РНК-полимераза
Структурный ген
ДНК

20.

Начинается синтез необходимого фермента
транскрипция
ДНК
и-РНК
биосинтез
фермента

21.

Изменение
количества
ферментов по
механизму
репрессии

22.

Общая схема регуляции по типу
репрессии.
ДНК
и-РНК
репрессия гена
рибосома
фермент
субстрат
продукты
реакции
конечный
продукт

23.

Продукт реакции взаимодействует с
апорепрессором
транскрипция
и-РНК
биосинтез фермента
продукт реакции
апорепрессор

24.

Преобразование апорепрессора в
репрессор
транскрипция
и-РНК
биосинтез фермента
продукт реакции
активный
репрессор

25.

репрессор взаимодействует с оператором
гена
РНК-полимераза
оператор
Структурный ген
ДНК

26.

Блокировка гена. Прекращение синтеза
фермента и замедление реакции.
репрессор
ДНК
прекращение транскрипции
остановка синтеза белка - фермента
замедление синтеза продукта реакции

27.

Функционирование метаболона в клетке
глюкоза
пируват

28.

Внутриклеточная локализация обмена
веществ. Роль мембран.
гликолиз
синтез липидов
окислительное
фосфорилирование
β-окисление
биосинтез белка
репликация,
транскрипция

29.

Межклеточный
механизм
регуляции
обмена веществ

30.

Содержимое каждой клетки
обменивается через нексусы
передача
электрического
импульса
взаимообмен
веществ

31.

Межорганная передача сигнала
секретин,
панкреозимин

32.

Регуляция
метаболизма в
целостном организме
с помощью нейроэндокринной системы

33.

При интенсивной работе возникает
гипогликемия в мышце. Рецепторы подают
электрические сигналы в ЦНС.
электрические сигналы
гипогликемия в мышце

34.

7
8
6
Сигналы поступают и обрабатываются в
гипоталамусе.
гипоталамус
гипофиз

35.

Как электрические сигналы
превращаются в пептиды ?
гип электрический сигнал
ота
лам
ус
?
гипофиз

36.

Трансформация мембранного потенциала в
химический посредник (либерин)
ПД
Са2+
протеаза
активация
протеазы
либерин

37.

Важнейшие либерины и статины,
образующиеся в гипоталамусе
гормон
структур
а
стимулируют
секрецию
тиреолиберин
3 ам.к-ты
тиреотропина и
пролактина
кортиколиберин
гонадолиберин
41 ам.к-т
10 ам.к-т
кортикотропина
ЛГ и ФСГ
соматолиберин
40 ам.к-т
соматотропина
соматостатин
14 ам.к-т
ослабляет секрецию
соматотропина
пролактолиберин
пролактостатин 56 ам.к-т
пролактина
ингибитор секреции
пролактина

38.

Ответная реакция на гипогликемию
г
ус
м
а
л
а
т
о
п
и
гипогликемия в
мышце
гипофиз
щитовидная
железа
тропины
поджелудочн
ая железа
надпочечники

39.

гормоны передней доли гипофиза
гормон
строение
стимулятор:
соматотропин
191 а. к.
роста скелета, мягких
тканей
тиреотропин
димер (96
+ 112 а. к.)
синтеза йодтиронина
пролактин
197 а.к.
лактации
лютеинизирующий
гормон
димер (96
+ 121 а.к.)
овуляции, синтеза
андрогенов
фолликулостимулирующий
димер (96
+ 120 а.к.)
роста фолликулов,
сперматогенеза
кортикотропин
39 а.к.
синтеза
кортикостероидов
липотропин
93 а.к.
липолиза

40.

Ответная реакция на гипогликемию
щитовидная
железа
г
с
аму
л
а
т
и по
а
з
о
к
ю
л
г
глюконеогенез
оп
ин
ма
то
тр
со
тирок
син
тиреотропин
АКТГ
глюкагон
адрен
алин
глюкокортикоиды
почка

41.

Строение гормонов
1.производные аминокислот
(адреналин, тироксин, серотонин и
др.)
2.пептиды и белки (инсулин,
глюкагон, вазопрессин и др.)
3.стероиды (минералокортикоиды,
глюкокортикоиды, половые
гормоны и др.)

42.

Свойства гормонов
1. высокая активность
2. дистантность действия
3. высокая специфичность
действия

43.

Механизм действия гормонов:
1. мембрано-локальный
2. мембрано-цитозольный
3. прямой - цитозольный

44.

Мембрано-локальный механизм
действия инсулина на клетки
инсулин
гл
а
з
о
юк
глюко
за

45.

Механизм мембрано-цитозольного
действия гормонов (аденилатциклазный)
гормон
рецептор
аденилатциклаза
АТФ цАМФ
неактивная
протеинкиназа
мембрана
клетки
-ц-АМФ
активная протеинкиназа
неактивные
ферменты
активация
ферментов
ускорение обмена в-в

46.

строение ц-АМФ
NH2
N
N
О
||
N
N
О
CH2 – O – P – OН
ОН О

47.

Прямой-цитозольный механизм действия
гормонов
репрессор
комплекс
рецепторгормон
Структурный ген
ДНК
рецептор
стероидный
гормон

48.

Взаимодействие комплекса с репрессором,
который становится неактивным.
инактивирование репрессора
ДНК

49.

Начинается синтез необходимого фермента
транскрипция
ДНК
и-РНК
биосинтез
фермента

50.

Гормон роста человека.
N
1
191 С

51.

Механизм действия гормона роста
гормон
рецептор
активная
протеинкиназа
неактивная протеинкиназа
и-РНК
индуктор
рибосома
днк
и-РНК
Ядро клетки
белки пролиферации
деление
клетки

52.

Особенности действия соматотропина
1.Секреция носит пульсирующий характер
(интервал 20-30 мин);
2.Резко увеличивается секреция во время
сна, при стрессе, гипогликемии, приеме
белковой пищи;
3.Рецепторы к гормону находятся в
жировой, мышечной, хрящевой, костной
тканях, в почках, сердце, лимфоцитах.

53.

Механизм действия соматотропина
1.Влияет на обмен белков. Усиливается
транспорт аминокислот в клетки,
синтез белка, возрастает количество
РНК и ДНК, число клеток.
2.Влияет на обмен липидов и
углеводов. Возрастает потребление
глюкозы, ускоряется гликогенолиз,
расщепление жиров в жировой ткани.

54.

Нарушение секреции гормона роста
1.В детском возрасте снижение
секреции гормона сопровождается
замедлением роста.
2.Повышенная секреция с детского
возраста вызывает заболевание –
гигантизм человека.
3.Усиление секреции у взрослого
проявляется акромегалией –
непропорциональным развитием
частей тела.

55.

Лечение девочки в течение года
соматротропином

56.

Постепенное проявление акромегалии

57.

Гормоны задней доли гипофиза
фен
тир
цис
S
глн
асн
цис про арг гли
S
вазопрессин
иле
тир
цис
S
глн
асн
цис про лей гли
S
окситоцин

58.

Механизм действия гормонов
задней доли гипофиза:
Вазопрессин – вызывает
сокращение мускулатуры сосудов, а
также повышает реабсорбцию воды в
дистальных канальцах и собирательной трубочке нефрона почек. При
ослаблении секреции гормона возникает заболевание – несахарный
диабет.

59.

Механизм действия вазопрессина
вазопрессин
Н 2О
моча
кровь
(снижение диуреза)

60.

Механизм действия гормонов
задней доли гипофиза:
окситоцин – стимулирует
сокращение гладкой
мускулатуры матки, а также
играет важную роль в стимулировании лактации.

61.

Биохимия
периферических
эндокринных
желез

62.

Щитовидная
железа

63.

Схема строения ткани щитовидной железы
коллоид
J
T3 T4
коллоид
фолликулярные клетки

64.

Синтез йодтиронинов
J
-ОН
JJ
-ОН
-ОН
тиреоглобулин
J
-ОН
J
J
-О-
-ОН
J
J
тиреоцит
J
J
Т4
J
-О-
J
-ОН
J
J
J
тироксин
J
J
-ОJ
-ОН

65.

Транспорт тироксина кровью
J
J
-О-
J
-ОН
J
преальбумин
тироксинсвязывающий
глобулин

66.

Механизм действия тироксина на
клетку
ядро
рецептор
Т3
МХ
J
Т4

67.

Патология
щитовидной
железы

68.

Опухоль щитовидной железы при
Базедовой болезни

69.

Тиреоциты в норме (А) и при
базедовой болезни (Б)
А)
Б)

70.

Симптомы тиреотоксикоза
o
похудение
t
мышечная слабость
одышка
нарушения в сердце и т.д.

71.

Тироксин как разобщитель
дыхания от фосфорилирования
мембрана
МАТРИКС
тироксин
Н+
Н+
тироксин Н
2Н
Н+
2ē
Протонный канал
–
?
НАДН2
½О2
½О2–
–
2Н+
Н2О

72.

Механизм действия тироксина на уровне клетки.
ТЕПЛО
КИСЛОРОД
АТФ ?
ТИРОКСИН

73.

Гипофункция щитовидной железы. Кретинизм

74.

Участие гормонов
щитовидной и
паращитовидных
желез в регуляции
уровня кальция
крови.

75.

повышение концентрации Са в крови
щитовидная железа
кальцитонин
кости
минерализация костной ткани
снижение уровня Са в крови

76.

понижение концентрации Са в крови
паращитовидные железы
паратгормон
кости
деминерализация костной ткани
повышение уровня Са в крови

77.

Регуляция Са в крови
паратгормон
Са2+
Са2+
кальцитонин

78.

Сердце, как
эндокринный
орган

79.

Реакция правого предсердия на
избыточное поступление жидкости в ЖКТ
Na-уретический
гормон

80.

Механизм действия натрий-уретического
гормона
Nа-уретический
гормон
Н2О
в кровь
усиление диуреза
Na + Н2О

81.

Поджелудочная
железа

82.

Состав клеток в островках
Лангерганса
β-клетка
(инсулин)
альфа -клетка
(глюкагон)
D-клетка
(соматостатин)
Кровеносный сосуд

83.

Структура проинсулина
глу лей ала лей ала глн лей гли гли лей гли гли гли лей глу вал ала гли ала глн про асн
гли
С-пептид
глн
про
ала
про
глу
S S
глн
арг
лиз
арг
арг
ала
гли
лиз
иле
про
вал
тре
глу глн цис цис тре сер иле цис сер лей тир глн лей глу асн тир цис асн – СООН
S
тир
S
S
фен
фен
S
гли
арг
глу
гли
Н2N– фен вал асн глн гис лей цис гли сер гис лей вал глу ала лей тир лей вал цис
инсулин

84.

Структура инсулина
S S
ала
пептид А
гли
иле
лиз
про
вал
тре
глу глн цис цис тре сер иле цис сер лей тир глн лей глу асн тир цис асн – СООН
S
тир
фен
S
фен
гли
S
S
арг
глу
гли
Н2N– фен вал асн глн гис лей цис гли сер гис лей вал глу ала лей тир лей вал цис
пептид В

85.

Строение молекулы инсулина
Пептид В
Пептид А

86.

Гормональная регуляция
уровня глюкозы в крови
Конц.
глюкозы
в крови
инсулин
физическая
нагрузка
Углеводная
пища
глюкагон
1
6
2
3
4
5
часы

87.

Структура проглюкагона
отсекаемый
пептид
(8 ам-т)
глюкагон

88.

Регуляция глюкагоном и инсулином
концентрации глюкозы в крови
глюкагон
инсулин
глюкоза
глюкоза
гликоген

89.

Сахарный
диабет

90.

Активация инсулином глюкозного
канала клетки в норме
канал для
глюкозы
проинсу
-лин
глюкоза
рецептор для
инсулина
С-пептид
Na+
инсулин
поджелудочная
железа
глюкоза
глюкоза

91.

Инсулин-зависимая форма
сахарного диабета ( тип 1)
проинсу
-лин
глюкоза
С-пептид
нарушение
синтеза
инсулина

92.

Инсулин-независимая форма
сахарного диабета ( тип 2)
проинсу
-лин
повреждение
рецептора
С-пептид
глюкоза
инсулин

93.

Профиль сахарной кривой у здорового и
больного после сахарной нагрузки
Уровень
глюкозы
крови
больной
здоровый
выброс инсулина
сахарная нагрузка
0
1
2
3 часы

94.

Мозговой слой
надпочечников

95.

Синтез норадреналина и
адреналина
ОН
ОН
гидроксилаза,
декарбоксилаза
ОН
+ СО2
НАДФН2; О2;
р450
CH2-CH-COOH
CH2-CH2
NH2
NH2
диоксифенилэтиламин
(дофамин)

96.

Синтез норадреналина и адреналина
ОН
ОН
ОН
гидроксилаза
НАДФН2; О2;
ОН
р450
CH2-CH2
NH2
CH-CH2
ОН NH2
норадреналин

97.

Синтез адреналина
ОН
ОН
ОН
ОН
метил-фолиевая
кислота; вит. В12
CH-CH2
ОН NH2
норадреналин
метионин
CH-CH2
ОН NH – СН3
адреналин

98.

Расщепление гликогена в печени
адреналин
фосфорилаза
Н3РО4
(гликоген)n
(гликоген)n-1 + глюкозо-1-фосфат
глюкозо- 6- фосфат
глюкоза

99.

гормоны коры
надпочечников

100.

холестерин
прогестерон
дезоксикортикостерон 17-окси-прогестерон
кортикостерон
альдостерон
дезоксикортизол
кортизол

101.

альдостерон
(минералокортикоид)
О
ОН
СН3
О
Н-С=О
СН2ОН

102.

Механизм действия альдостерона
активация Nа,Кнасоса
Nа
+
АТФ
К+
АДФ
ослабление диуреза

103.

Альдостерон действует через
генетический аппарат клетки
репрессор
комплекс
рецепторальдостерон
ген Nа,К-насоса
ДНК
рецептор
альдостерон

104.

кортизол
(глюкокортикоид)
О
СН3
О
О
СН2ОН
СН3
ОН

105.

Влияние кортизола на обмен веществ
разрушение
белков
нарушение
психики
увеличение
гломерулярной
фильтрации
разрушение
костной ткани
кортизол
Синтез глюкозы из
продуктов распада
белков и жиров
разрушение
соединительн
ой ткани
угнетение иммунных
реакций
увеличение
артериального
давления

106.

Активация глюкокортикоидами синтеза
глюкозы из жиров и аминокислот.
Глюкоза
Фруктозо-6-фосфат
АТФ
Фруктозо-1,6-дифосфат
фосфо- глицериновый альдегид
фосфоенолпируват
АТФ
обходная
реакция
АТФ
Глюкокортикоиды
пируват
СН3СО –S-КоА
жирные кислоты
аминокислоты

107.

Схема синтеза половых гормонов
холестерин
прогестерон
андростендион
тестостерон
эстрадиол
эстрон
эстриол

108.

Тестостерон
СН3
СН3
О
ОН

109.

Женские половые гормоны
СН3
О
Эстрон
НО
СН3
НО
Эстрадиол
ОН
СН3
НО
Эстриол
ОН
ОН