Гормоны

Под “длинной”  цепью обратной связи подразумевается  взаимодействие периферической эндокринной  железы с гипофизарными и гипоталамическими  центрами (не исключено, что и с  супрагипоталамическими и другими  областями ЦНС) посредством влияния на указанные центры изменяющейся концентрации гормонов в циркулирующей крови.(7)

Под “короткой” цепью обратной связи понимают такое  взаимодействие, когда повышение  гипофизарного тропного гормона (например, АКТГ) модулирует и модифицирует секрецию и высвобождение гипофизотропного гормона (в данном случае кортиколиберина).

“Ультракороткая” цепь обратной связи – вид взаимодействия в пределах гипоталамуса, когда высвобождение одного гипофизотропного гормона влияет на процессы секреции и высвобождения другого гипофизотропного гормона. Этот вид обратной связи имеет место в любой эндокринной железе. Так, высвобождение окситоцина или вазопрессина через аксоны этих нейронов и посредством межклеточных взаимодействий (от клетки к клетке) модифицирует активность нейронов, продуцирующих эти гормоны. Другой пример, высвобождение пролактина и его диффузия в межваскулярные пространства приводит к влиянию на соседние лактотрофы с последующим угнетением секреции пролактина.

“Длинная” и “короткая” цепи обратной связи функционируют как системы “закрытого” типа, т.е. являются саморегулирующими системами. Однако они отвечают на внутренние и внешние сигналы, изменяя на короткое время принцип саморегуляции (например, при стрессе и др.). Наряду с этим на указанные системы влияют механизмы, поддерживающие биологический циркадный ритм, связанный со сменой дня и ночи. Циркадный ритм представляет собой компонент системы, регулирующий гомеостаз организма и позволяющий адаптироваться к изменяющимся условиям внешней среды. Информация о ритме день-ночь передается в ЦНС с сетчатки глаза на супрахиазматические ядра, которые вместе с эпифизом образуют центральный циркадный механизм – ”биологические часы”. Помимо механизма день-ночь, в деятельности этих “часов” принимают участие другие регуляторы (изменение температуры тела, состояние отдыха, сна и др.).(9) 

II. Белки

II.1.Классификация белков 

Из-за относительно больших размеров белковых молекул , сложности их строения и отсутствия достаточно точных  данных о структуре  большинства белков  еще нет рациональной химической классификации белков. Существующая классификация в значительной мере условна и построена главным образом на основании физико-химических свойств белков, источников их получения , биологической активности и других, нередко случайных, признаков. Так, по физико-химическим свойствам белки делят на фибриллярные и глобулярные , на гидрофильные(растворимые) и гидрофобные (нерастворимые) и т.п. По источнику получения белки подразделяют на животные, растительные и бактериальные; на белки мышечные, нервной ткани, кровяной сыворотки и т.п.; по биологической активности – на белки-ферменты, белки-гормоны, структурные белки, сократительные белки, антитела и т.д. Следует, однако, иметь в виду, что из-за несовершенства самой классификации, а также вследствие исключительного многообразия белков многие из отдельных белков не могут быть отнесены ни к одной из описываемых здесь групп. (11)

Все белки  принято делить на простые белки ,или протеины,  и сложные белки , или протеиды (комплексы белков с небелковыми соединениями).Простые белки являются полимерами только аминокислот; сложные, помимо остатков аминокислот, содержат также небелковые, так называемые простетические группы.

Протеины  представляют собой простые белки, состоящие только из остатков аминокислот. Они широко распространены в животном и растительном мире.

Гистоны имеют сравнительно низкую молекулярную массу (12-13 тыс.), с преобладанием  щелочных свойств. Локализованы в основном в ядрах клеток. Растворимы в слабых кислотах, осаждаются аммиаком и спиртом. Имеют только третичную структуру. В естественных условиях прочно связаны с ДНК и входят в состав нуклеопротеидов. Основная функция ― регуляция передачи генетической информации с ДНК и РНК (возможна блокировка передачи).

Протамины самая низкая молекулярная масса (до 12 тыс.). Проявляет выраженные основные свойства. Хорошо растворимы в воде и слабых кислотах.  Содержатся в половых клетках и составляют основную массу белка хроматина. Как и гистоны образуют комплекс с ДНК, функция   -   придают ДНК химическую устойчивость.

Глютелины растительные белки, содержащиеся в  клейковине семян злаковых и некоторых  других, в зеленых частях растений. Нерастворимые в воде, растворах  солей и этанола, но хорошо растворимы в слабых растворах щелочей. Содержат все незаменимые аминокислоты, являются полноценными продуктами питания.(15)

Проламины пастительные белки. Содержатся в клейковине злаковых растений. Растворимы только в 70%-м спирте (это объясняется  высоким содержанием пролина  и неполярных аминокислот).

Протеиноиды белки опорных тканей (кость, хрящ, связки, сухожилия, ногти, волосы). Нерастворимые или трудно растворимые в воде, солевых и водно-спиртовых смесях белки с высоким содержанием серы. К протеиноидам относятся кератин, коллаген, фиброин.

Альбумины невысокой молекулярной массой (15-17 тыс.). Характерны кислые свойства. Растворимы в воде, и слабых солевых растворах. Осаждаются нейтральными солями при 100%-м насыщении. Участвуют в поддержании осмотического давления крови, транспортируют с кровью различные вещества. Содержатся в сыворотке крови, молоке, яичном белке.

Глобулины молекулярная масса до 100 тыс.. В воде нерастворимы, но растворимы в слабых солевых растворах и осаждаются в менее концентрированных растворах (уже при 50%-м насыщении). Содержатся в семенах растений, особенно в бобовых и масленичных; в плазме крови и в некоторых других биологических жидкостях. Выполняющие функцию иммунной защиты, обеспечивают устойчивость организма к вирусным инфекционным заболеваниям.

Сложные белки делят на ряд классов в зависимости от характера простетической группы.

Фосфопротеины имеют в качестве небелкового  компонента фосфорную кислоту. Представителями  данных белков являются казеиноген молока, вителлин (белок желтков яиц). Такая  локализация фосфопротеидов свидетельствует о важном их значении для развивающегося организма. У взрослых форм эти белки присутствуют в костной и нервной тканях.

Липопротеины  сложные белки, простетическая группа которых образована липидами. По строению это небольшого размера (150-200 нм) сферические частицы, наружная оболочка которых образована белками (что позволяет им передвигаться по крови), а внутренняя часть ― липидами и их производными. Основная функция липопротеинов ― транспорт по крови липидов. В зависимости от количества белка и липидов, липопротеиды подразделяются на хиломикроны, липопротеиды низкой плотности (ЛПНП) и высокой плотности (ЛПВП), которые иногда обозначаются как a- и b-липопротеиды.(12)

Металлопротеины содержат катионы одного или нескольких металлов. Наиболее часто это ―  железо, медь, цинк, молибден, реже марганец, никель. Белковый компонент связан с металлом координационной связью.

Гликопротеины простетическая группа представлена углеводами и их производными. Исходя из химического  строения углеводного компонента, выделяют 2 группы:

Истинные  ― в качестве углеводного компонента наиболее часто встречаются моносахариды. Протеогликаны ― построены из очень большого числа повторяющихся  единиц, имеющих дисахаридный характер (гиалуроновая кислота, гипарин, хондроитин, каротинсульфаты).

Функции: структурно-механическую (имеются в  коже, хряще, сухожилиях); каталитическую (ферменты); защитную; участие в регуляции  клеточного деления.

Хромопротеины выполняют ряд функций: участие  в процессе фотосинтеза и окислительно-восстановительных  реакциях, транспорт Си СО₂. Являются сложными белками, простетическая группа которых представлена окрашенными соединениями. (16)

Нуклеопротеины  роль протеистической группы выполняет  ДНК или РНК. Белковая часть представлена в основном гистонами и протаминами. Такие комплексы ДНК с протаминами обнаружены в сперматозоидах, а с гистонами ― в соматических клетках, где молекула ДНК “намотана” вокруг молекул белка-гистона. Нуклепротеинами по своей природе являются вне клетки вирусы ― это комплексы вирусной нуклеиновой кислоты и белковой оболочки ― капсида.(20) 

II. 2.Состав и строение белков 

Белки представляют собой нерегулярные полимеры, построенные из остатков a-аминокислот, общую формулу которых в водном растворе при значениях pHблизких к нейтральным можно записать как NH₃⁺CHRCOO^– . Остатки аминокислот в белках соединены амидной связью между a-амино- и a-карбоксильными группами. Связь между двумя a-аминокислотными остатками обычно называется пептидной связью, а полимеры, построенные из остатков a-аминокислот, соединенных пептидными связями, называют полипептидами.Белок как биологически значимая структура может представлять собой как один полипептид, так и несколько полипептидов, образующих в результате нековалентных взаимодействий единый комплекс.

Все входящие в пептидную связь атомы располагаются в одной плоскости (планарная конфигурация).

Расстояние  между атомами Си N(в -СО-NH-связи) равно 0,1325 нм, то есть меньше нормального расстояния между a-углеродным атомом и атомом Nтой же цепи, выражаемого величиной 0,146 нм. Вместе с тем оно превышает расстояние между атомами Си N, соединенными двойной связью (0,127 нм). Таким образом, связь Си Nв -СО-NH-группировке может рассматриваться как промежуточная между простой и двойной вследствие сопряжения π-электронов карбонильной группы со свободными электронами атома азота. Это определенным образом сказывается на свойствах полипептидов и белков: по месту пептидных связей легко осуществляется таутомерная перегруппировка, приводящая к образованию енольной формы пептидной связи, отличающейся повышенной реакционной способностью.(21)

Белки  содержат  в  среднем  около 1 6%  азота, 50-55%  углерода , 21-23% кислорода , 15-17% азота , 6-7%  водорода , 0,3-2,5%  серы . В составе отдельных белков обнаружены также фосфор, йод, железо, медь и некоторые другие макро- и микроэлементы, в различных, часто очень малых количествах.

Содержание  основных химических элементов в  белках может различаться, за исключением  азота, концентрация которого характеризуется  наибольшим постоянством.

Для изучения аминокислотного состава белков используется главным образом метод гидролиза, то есть нагревание белка с 6-10 моль/ литр  соляной кислотой при температуре 100-110 ⁰С. получают смесь a-аминокислот, из которых можно выделить индивидуальные аминокислоты. Для количественного анализа этой смеси в настоящее время применяют ионообменную и бумажную хроматографию. Сконструированы специальные автоматические анализаторы аминокислот.

Разработаны также ферментативные методы ступенчатого расщепления  белка. Некоторые ферменты   расщепляют макромолекулу  белка специфически – только в местах нахождения определенной аминокислоты. Так получают продукты ступенчатого расщепления  - пептоны и пептиды,   последующим анализом которых устанавливают их аминокислотный остаток.

В результате гидролиза различных белков  выделено не более 30 a-аминокислот. Двадцать из них встречаются чаще других.

  При образовании молекулы белка или полипептида  a-аминокислоты  могут соединяться в различной последовательности .  Возможно   огромное число различных комбинаций, например из 20 a-аминокислот можно образовать больше 10¹⁸  комбинаций. Существование различного типа полипептидов практически неограничено.

Последовательность  соединения аминокислот в том  или ином белке устанавливают  путем ступенчатого расщепления или рентгеноструктурным анализом.(13)

Для идентификации  белков и полипептидов используют специфические  реакции на белки. Например :

а) ксантопротеиновая  реакция ( появление желтого окрашивания  при взаимодействии с концентрированной  азотной кислотой,  которое в присутствии аммиака становиться оранжевым ; реакция связана с нитрованием остатков фенилаланина и тирозина);

б)   биуретовая  реакция на пептидные  связи – действие  разбавленного  сульфата меди (II) на слабощелочной раствор белка сопровождающийся  появлением фиолетово-синей  окраски   раствора ,что обусловлено  комплексообразованием между медью и полипептидами.

в) реакция  Миллона (образование желто-коричневого  окрашивания при взаимодействии с Hg(NO₃)₂ + HNO₃ + HNO₂;

Белки являются высокомолекулярными соединениями. Это полимеры, состоящие из сотен и тысяч аминокислотных остатков ― мономеров. Соответственно и молекулярная масса белков находится в пределах 10000-1000000. Так, в составе рибонуклеазы (фермента, расщепляющего РНК) содержится 124 аминокислотных остатка и ее молекулярная масса составляет примерно 14000. Миоглобин (белок мышц), состоящий из 153 аминокислотных остатков, имеет молекулярную массу 17000, а гемоглобин – 64500 (574 аминокислотных остатка). Молекулярные массы других белков более высокие: g-глобулин (образует антитела) состоит из 1250 аминокислот и имеет молекулярную массу около 150000, а молекулярная масса белка вируса гриппа – 320 000 000.