Вопрос 33
Основные этапы обмена
веществ в организме
Обмен веществ (метаболизм)
Метаболизм (от греч. Μεταβολή — «превращение, изменение»),
или обмен веществ — набор химических реакций, которые
возникают в живом организме для поддержания
жизни. Эти процессы позволяют организмам
расти и размножаться, сохранять свои
структуры и отвечать на воздействия окружающей
среды. Метаболизм обычно делят на две
стадии: в ходе катаболизма сложные органические
вещества деградируют до более простых;
в процессах анаболизма с затратами энергии
синтезируются такие вещества, как белки,
сахара, липиды и нуклеиновые кислоты.
Обмен веществ происходит между клетками
организма и межклеточной жидкостью, постоянство
состава которой поддерживается кровообращением:
за время прохождения крови в капиллярах
через проницаемые стенки капилляров
плазма крови 40 раз полностью обновляется
с интерстициальной жидкостью. Серии химических
реакций обмена веществ называют метоболическими
путями, в них при участии ферментов одни
биологически значимые молекулы последовательно
превращаются в другие. Ферменты играют
важную роль в метаболических процессах
потому, что:
действуют как биологические
катализаторы и снижают энергию активации
химической реакции;
позволяют регулировать метаболические
пути в ответ на изменения среды клетки
или сигналы от других клеток.
Особенности метаболизма влияют на то,
будет ли пригодна определенная молекула
для использования организмом в качестве
источника энергии. Так, например, некоторые
прокариоты используют сероводород в
качестве источника энергии, однако этот
газ ядовит для животных. Скорость обмена
веществ также влияет на количество пищи,
необходимой для организма.
Основные метаболические пути и их компоненты
одинаковы для многих видов, что свидетельствует
о единстве происхождения всех живых существ.Например,
некоторые карбоновые кислоты, являющиеся
интермедиатами цикла трикарбоновых кислот
присутствуют во всех организмах, начиная
от бактерий и заканчивая многоклеточными
организмами эукариот. Сходства в обмене
веществ, вероятно, связаны с высокой эффективностью
метаболических путей, а также с их ранним
появлением в истории эволюции.
Понятие о межуточном
обмене и методах его изучения
Лаборатория
межуточного обмена веществ была организована
под руководством доктора биологических
наук, профессора Алиева Али Адиловича.
Основной задачей лаборатории было изучение
метаболизма липидов в организме с целью
нормирования использования жиров в питании
сельскохозяйственных животных.
Лабораторией проводились исследования
по изучению липидного обмена у жвачных
животных с целью установления механизма
снижения жирности молока у коров и меры по его предупреждению.
Обобщенные материалы исследований о
влияние ацетата и диацетата натрия на
повышение жирномолочности опубликованы
в книге «Липидный обмен и продуктивность
жвачных животных» и в рекомендациях по
использованию жиров в кормлении сельскохозяйственных
животных.
Установлены – закономерности
образования кишечной лимфы и ее вклад
в транспорт питательных веществ, в частности
липидов.
Исследованы – механизмы транспорта
жиров в виде липопротеидов и хиломикронов.
Получена – лимфа из общего
кишечного лимфатического ствола. (монография
«Лимфа и лимфообращение у продуктивных животных»).
Разработаны
способы хирургической подготовки
животных для прижизненного получения
биологических жидкостей;
ряд методов фистулирования различных отделов желудочно-кишечного тракта, для получения химуса.
Осуществлены катетеризации
сосудов печени, задней полой, воротной
вены, артериального плечеголовного ствола,
а также пуповины плода, для получения
притекающей к нему крови с последующим
получением нормального приплода. Проводилась
установка катетера на желчный проток
для отбора желчи. Методы оперативной
подготовки животных опубликованы в монографии
«Новейшие оперативные методы исследований
сельскохозяйственных животных».
В начале 90-х годов в лаборатории,
под руководством доктора биологических
наук Заболотнова Льва Александровича,
велась работа по изучению изменений потоков
метаболитов к органам животных. Разработана
методика имплантации ультразвукового
датчика объемного кровотока на артерии
вымени.
Установлены:
закономерности изменения скорости
кровотока к молочной железе в связи с
продуктивностью и физиологическим состоянием
животного,
уточненные количественные
данные по поглощению тканями молочной
железы метаболитов крови.
Разработаны
компьютерные модели органного
кровотока и транспорта метаболитов (программа
«Метабол»),
концепция субстратной системы
питания коров.
Роль ферментов в
обмене веществ
Ферменты - это вещества белковой
природы, вырабатываемые живой клеткой.
Они являются биологическими катализаторами
и играют важную роль в обмене веществ
микроорганизмов.
По химическому строению, свойствам
и механизму действия ферменты микробов
сходны с ферментами, образующимися в
клетках и тканях животных и растений.
Ферменты микробной клетки локализуются
в основном в цитоплазме, некоторые содержатся
в ядре и клеточной оболочке.
Характерным свойством ферментов
является специфичность действия, то есть
каждый фермент реагирует с определенным
химическим соединением или катализирует
одну или несколько близких химических
реакций.
Активность ферментов зависит
от температуры среды, рН и других факторов.
Для многих микроорганизмов оптимальное
значение рН 7,2 - 7,4, а оптимальная температура
находится в пределах 37-50 °С.
В медицинской промышленности
с помощью ферментов микроорганизмов
получают витамины, гормоны, алкалоиды.
Вопрос 32
Эндокринные железы
и методы их изучения
Железами
внутренней секреции, или эндокринными
(эндо - внутрь,
крино - выделяю) называются специализированные
органы или группы клеток, основной функцией
которых является выработка физиологически
активных веществ - гормонов.
Методы
исследования
Для изучения функций желез
внутренней секреции используются различные
экспериментальные и клинические методы
исследования. К наиболее важным из них
следует отнести следующие.
1. Изучение последствий
удаления (экстирпации) эндокринных
желез. После удаления какой-либо
эндокринной железы возникает
комплекс расстройств, обусловленных
выпадением регуляторных эффектов
тех гормонов, которые вырабатываются
в этой железе. Например, предположение
о наличии эндокринных функций у поджелудочной
железы нашло подтверждение в опытах И.
Меринга и О. Минковского (1889), показавших,
что ее удаление у собак приводит к выраженной
гипергликемии и глюкозурии; животные
погибали в течение 2—3 нед. после операции
на фоне явлений тяжелого сахарного диабета.
В последующем было установлено, что эти
изменения возникают из-за недостатка
инсулина — гормона, образующегося в островковом
аппарате поджелудочной железы.
Вследствие травматичности
оперативного вмешательства вместо хирургического
удаления эндокринной железы может быть
использовано введение химических веществ,
нарушающих их гормональную функцию. Например,
введение животным аллоксана нарушает
функцию β-клеток поджелудочной железы,
что приводит к развитию сахарного диабета,
проявления которого практически идентичны
расстройствам, наблюдаемым после экстирпации
поджелудочной железы.
2. Наблюдение эффектов, возникших
при имплантации желез. У животного с удаленной
эндокринной железой можно ее имплантировать
заново в хорошо васкуляризированную
область тела, например под капсулу почки
или в переднюю камеру глаза. Такая операция
называется реимплантацией. Для ее проведения
обычно используют эндокринную железу,
полученную от животного-донора. После
реимплантации постепенно восстанавливается
уровень гормонов в крови, что приводит
к исчезновению нарушений, возникших ранее
в результате дефицита этих гормонов в
организме. Например,
Бертольдом (1849) было показано,
что у петухов пересадка половых желез
в брюшную полость после кастрации предотвращает
развитие посткастрационного синдрома.
Возможна также пересадка эндокринной
железы животному, у которого операция
экстирпации ранее не производилась. Последнее
может быть использовано для изучения
эффектов, возникающих при избытке гормона
в крови, так как его секреция в данном
случае осуществляется не только собственной
эндокринной железой животного, но и имплантированной.
3. Изучение эффектов, возникших
при введении экстрактов эндокринных
желез. Нарушения, возникшие после хирургического
удаления эндокринной железы, могут быть
откорректированы посредством введения
в организм достаточного количества экстракта
данной железы или индивидуального гормона.
4. Использование радиоактивных
изотопов. Иногда для исследования функциональной
активности эндокринной железы, может
быть использована ее способность захватывать
из крови и накапливать определенное соединение.
Известно, например, что щитовидная железа
активно поглощает йод, который затем
используется для синтеза тироксина и
трийодтиронина. При гиперфункции щитовидной
железы накопление йода усиливается, при
гипофункции наблюдается обратный эффект.
Интенсивность накопления йода может
быть определена путем введения в организм
радиоактивного изотопа 131I с
последующей оценкой радиоактивности
щитовидной железы. В качестве радиоактивной
метки могут быть введены также соединения,
которые используются для синтеза эндогенных
гормонов и включаются в их структуру.
В последующем можно определить радиоактивность
различных органов и тканей и оценить,
таким образом, распределение гормона
в организме, а также найти его органы-мишени.
Определение количественного
содержания гормона. В ряде случаев для
выяснения механизма какого-либо физиологического
эффекта целесообразно сопоставить его
динамику с изменением количественного
содержания гормона в крови или в другом
исследуемом материале.
К наиболее современным относятся
методы радиоиммунологического определения
концентрации гормонов в крови. Эти методы
основаны на то что меченный радиоактивной
меткой гормон и гормон, содержащийся
в исследуемом материале, конкурируют
между собой за связывание со специфическими
антителами: чем больше в биологическом
материале содержится данного гормона,
тем меньше свяжется меченых молекул гормона,
так как количество гормонсвязывающих
участков в образце постоянно.
6. Важное значение для
понимания регуляторных функций
желез внутренней секреции и
диагностики эндокринной патологии
имеют клинические методы исследования.
К ним относятся диагностика типичных
симптомов избытка или недостатка того
или иного гормона, использование различных
функциональных проб, рентгенологические,
лабораторные и другие методы исследования.
Гормоны их структура,
механизмы действия
В настоящее время известно
несколько десятков гормонов. Хотя химическая
природа подавляющего большинства их
выяснена и, следовательно, каждому из
них может быть дано точное химическое
наименование, предпочитают пользоваться
тривиальными названиями гормонов. Это
происходит по двум причинам. Во-первых,
химическая номенклатура многих гормонов
необычайно громоздка и сложна, а в некоторых
случаях (гормоны пептидной и белковой
природы) - практически неприемлема. Во-вторых,
тривиальное название, как правило, отражает
либо функцию, либо происхождение гормона.
ГЛЮКАГОН ( Glucagon) (гипергликемический
фактор, ГГФ) - гормон, вырабатываемый б-клетками
островков Лангерганса поджелудочной
железы, полипептид ( C153 H325N43 O49 S ).
Еще в 1922 г. F. Banting и С. Best при
введении экстрактов поджелудочной железы
экспериментальным животным отметили
кратковременную преходящую гипергликемию,
предшествующую гипогликемическому действию
препарата. Они считали, что это влияние
обусловлено веществом, образующимся
в процессе приготовления препарата. Однако
было установлено, что гипергликемия обусловлена
особым веществом, которое Р. Kimball и Т. Murlin
назвали глюкагоном. S.H. Staub получил кристаллическую
форму глюкагона, W.W. Bromer определил последовательность
аминокислотных остатков в молекуле глюкагона
свиньи.
В последующем была установлена
последовательность аминокислот в молекуле
глюкагона быка и человека. Оказалось,
что структура этих трех видов молекул
одинакова и представляет собой полипептидную
цепь, состоящую из 29 аминокислотных остатков,
в которой М-концевой аминокислотой является
гистидин, а С-концевой -- треонин. Последовательность
аминокислотных остатков в молекуле глюкагона
следующая:
Первичная структура молекулы
глюкагона следующая:
NH2-Гис-Сер-Гли-Гли-Тре-Фен-Тре-Сер-Асп-Тир-Сер-Лиз-Тир-Лей-Асп-Сер-Арг-Арг-Ала-Гли-Асп-Фен-Вал-Глн-Три-Лей-Мет-Асн-Тре-СООН.
Мол. масса глюкагона 3485, изоэлектрическая
точка -- 6,2; глюкогенолитическая активность
100, аффинность к плазматическим мембранам
печени -- 4-109.
Хотя б-клетки островка поджелудочной
железы были описаны М.A. Lane еще в 1907 г.,
но только в 1962 г. J. Baum и соавт. с помощью
прямой флюоресценции установили, что
глюкагон секретируется именно этими
клетками.