Структкра та функції ферментів. Вітаміни, гормони, фактор росту

Ферменти (від лат. ферментум - закваска), яких відомо понад 6 000, - це прості (однокомпонентні) або складні (двокомпонентні) білки. Складні білки, на відміну від простих, містять ще й небілкову частину у вигляді певних органічних сполук (наприклад, похідних вітамінів), катіонів або аніонів.

Білкова частина молекули ферменту визначає його специфічність щодо речовин, реакцію за участю яких цей фермент каталізує. Але активність складних ферментів виявляється лише тоді, коли його білкова частина сполучається з небілковою. Каталітичну активність ферменту зумовлює не вся його молекула, а лише її невелика ділянка - так званий активний центр. Його структура відповідає хімічній будові речовин, які вступають у реакцію. В одній молекулі ферменту може бути кілька активних центрів.

Ферменти прискорюють перебіг біохімічних процесів у 100 -1 000 разів порівняно з тими, які відбуваються у середовищі без ферментів. Завдяки ферментам енергія, необхідна для перебігу реакції, менша, ніж без їхньої участі (мал. 15).

Мал. 15. Схема дії ферменту

Активність ферментів виявляється лише за відповідних умов: певної температури, тиску, кислотності середовища тощо. Ферментативні реакції відбуваються у кілька послідовних етапів. Ланцюги взаємопов'язаних ферментативних реакцій забезпечують нормальний перебіг процесів обміну речовин і перетворення енергії в організмі.

Ферменти (зокрема їхні активні центри) утворюють нестійкий комплекс з речовинами, які вступають у реакцію. Цей комплекс згодом швидко розпадається з утворенням продуктів реакції. Сам фермент при цьому свою структуру, а відповідно і активність, не втрачає і здатний каталізувати наступну подібну реакцію.

У клітині багато ферментів пов'язано з плазматичною мембраною або мембранами окремих органел (мітохондрій, пластид тощо). Деякі ферменти беруть участь у транспортуванні речовин через мембрани.

Широке застосування ферменту ізомерази пояснюється тим, що він перетворює глюкозу в фруктозу, в результаті чого утворюється глюкозо-фруктозний сироп, який практично замінює цукор в ряді процесів харчової промисловості. Можна перечислити багато інших сфер застосування ферментів. Наприклад, в шкірній промисловості для пом’якшення шкір, вимочування льону, обезжирювання шовку-сирцю виробництво добавок для кормів, що є важливим для тваринництва, і т.д.

Вітаміни – це біологічно активні низькомолекулярні природні, органічні сполуки, різної хімічної структури, учасники обміну речовин і беруть участь в перетворенні енергії, переважно як компоненти ферментів.

Існування і значення вітамінів відкрив російський лікар М.Лунін у кінці ХІХ ст Польський хімік К.Функ назвав біологічно активну речовину вітаміном, бо вона містила у своїй молекулі аміногрупу. Тепер відомо близько 20 різних вітамінів, які поділені на 2 групи: жиророзчинні (кальциферони – вітамін Д, каратоноїди – провітамін А, ретинол – вітамін А, токафераш – вітамін Е, філохінони –вітамін К) і водорозчинні (аскорбінова кислота – вітамін С, біотин – вітамін Н, нікотинова кислота – вітамін РР (В3), рибофлавін – вітамін В2, пантотенова кислота – вітамін В5, перидоксин – вітамін В6, тіамін – вітамін В1, фалієва кислота – вітамін В9, ціанокобаламін – вітамін В12), а також вітаміноподібні сполуки (вітамін Р – біофлановоїди, В8 – інозит, Вт – карні тин, ліпоєва кислота – ліпоєва кислота, вітамін U, В13 – оротова кислота, В15 – пангамова кислота).

За нормального раціону і зорового способу життя потреба у вітамінах задовольняється природним шляхом. Однак узимку і навесні відчувається нестача вітамінів, що спричиняє гіповітамінози. Надлишок вітаміні – гіпервітаміноз, що буває дуже рідко. Одноманітне харчування, бідне на натуральні рослинні продукти, призводить до виникнення захворювання – авітамінозу.

Важливе значення мають вітаміни групи В. При нестачі В1 виникає хвороба бері-бері (розлади нервової системи, діяльності серця, травного апарату, втрата апетиту). При нестачі вітаміну В12 виникає тяжка форма анемії (недогрів’я). При нестачі вітаміну В2 порушується діяльність нервової системи, уражається рогівка очей, шкіра, слизові оболонки порожнини рота. У людини авітамінози виявляються у вигляді захворювань (цинга, гемералопія, рахіт).

Жиророзчинні вітаміни.

Жиророзчинні вітаміни у воді не розчиняються, тому їх екстрагують з сировини жировими розчинниками. До них належать вітаміни D, A, E, K, F. Всмоктуються вони в тонкій кишці при наявності жовчі.

Водорозчинні вітаміни.

До водорозчинних вітамінів належить: вітамін С, Н, В13, В2, В1, В5, В6, В9, В12. Усі вони термостабільні, за винятком вітаміну С, який руйнується при нагріванні в присутності кисню та важких металів.

Гормони – біологічно активні речовини, які продукуються залозами внутрішньої секреції в малих кількостях і регулюють усі життєво важливі процеси, що протікають в організмі. Тільки статеві гормони мають найбільший вплив на 120 функцій організму та більше.
Процес вироблення гормонів регулює гіпоталамус – частина головного мозку, яка знаходиться під зоровими горбиками. Дія гормонів тісно взаємопов’язана між собою і управляється діяльністю центральної нервової системи, яка в свою бере на себе вплив гормонів.
На сьогоднішній час в ендокринології відомо близько 50 гормонів. В якості лікарських засобів використовують галенові препарати та індивідуальні гормони, які одержують із ендокринних залоз великої рогатої худоби, а також синтетичні аналоги природних гормонів.
Гормони як фізіологічно активні речовини, що надходять з ендокринної залози до загальної циркуляції згаданих рідин і здійснюють свій вплив на відстані від місця утворення. Їм властива висока специфічність біологічної дії, яка до того ж виявляється в надзвичайно малих концентраціях.
Вони є універсальними регуляторами життєвої діяльності організму. Вони контролюють процеси розмноження, росту, Індивідуального розвитку, клітинної диференціації, обмін речовин та енергії, гомеостаз. Вони здатні також регулювати активності залоз внутрішньої секреції.

Тропні гормони аденогіпофіза регулюють синтез і секрецію гормонів надниркових, статевих, щитоподібної залози. Гормони впливають на клітини мішені як безпосередньо, так і шляхом посилення або послаблення продукування інших гуморальних регуляторів. Деякі гормони не тільки самостійно контролюють фізіологічні процеси, але й виконують
пермісивну функцію стосовно інших гормонів, тобто створюють передумови для повноцінної дії останніх.
Коли гормон, що знаходиться в крові, досягає клітин - мішеней, він вступає у взаємодію із специфічними рецепторами; рецептори"прочитують послання" організму, і в клітині починають відбуватися певні зміни. Кожному конкретному гормону відповідають виключно свої рецептори, що знаходяться в конкретних органах і тканинах, - тільки при взаємодії гормону з ними утворюється гормон - рецепторний комплекс. Механізми дії гормонів можуть бути різними. Одну з груп складають гормони, які з'єднуються з рецепторами, що знаходяться усередині кліток, - як правило, в цитоплазмі. До них відносяться гормони з ліпофільними властивостями - наприклад, стероїдні гормони (статеві, глюко - і мінералокортикоїди), а також гормони щитовидної залози. Будучи жиророзчинними, ці гормони легко проникають через клітинну мембрану і починають взаємодіяти з рецепторами в цитоплазмі або ядрі. Вони слабо розчинні у воді, при транспорті по крові зв'язуються з білками-носіями. Вважається, що в цій групі гормонів гормон-рецепторний комплекс виконує роль своєрідного внутрішньоклітинного реле - утворившись в клітці, він починає взаємодіяти з хроматином, який знаходиться в клітинних ядрах і складається з ДНК і білка, і тим самим прискорює або уповільнює роботу тих або інших генів. Вибірково впливаючи на конкретний ген, гормон змінює концентрацію відповідною РНК і білка, і разом з тим коректує процеси метаболізму.
Біологічний результат дії кожного гормону вельми специфічний. Хоча в клітці-мішені гормони змінюють зазвичай менше 1% білків і РНК, цього виявляється цілком достатньо для отримання відповідного фізіологічного ефекту.
Більшість інших гормонів характеризуються трьома особливостями: вони розчиняються у воді, не зв'язуються з білками носіїв, починають гормональний процес, як тільки з'єднуються з рецептором, який може знаходитися в ядрі клітки, її цитоплазмі або розташовуватися на поверхні плазматичної мембрани.
У механізмі дії гормон-рецепторного комплексу таких гормонів обов'язково беруть участь посередники, які індукують відповідь клітини. Найбільш важливі з таких посередників - цамф (циклічний аденозінмонофосфат), інозітолтрифосфат, іони кальцію.
Так, в середовищі, позбавленому іонів кальцію, або в клітках з недостатньою їх кількістю, дія багатьох гормонів ослабляється; при застосуванні речовин, що збільшують внутрішньоклітинну концетрацію кальцію, виникають ефекти, ідентичні дії деяких гормонів.
Участь іонів кальцію, як посередника забезпечує вплив на клітки таких гормонів, як вазопресин і катехоламіни.
Проте є гормони, у яких внутрішньоклітинний посередник до цих пір не виявлений. З найбільш відомих таких гормонів можна назвати інсулін, у якого на роль посередника пропонували цамф і цгмф, а також іони кальцію і навіть перекис водню, але переконливих доказів на користь якої-небудь однієї речовини до цих пір немає. Багато дослідників вважають, що у такому разі посередниками можуть виступати хімічні з'єднання, структура яких повністю відрізняється від структури вже відомих науці посередників.
Виконавши своє завдання, гормони або розщеплюються в клітинах-мішенях, або в крові, або транспортуються в печінку, де розщеплюються, або, нарешті, видаляються з організму в основному з сечею (наприклад, адреналін).
Гормоноподібні речовини (гормоноїди, парагормони, тканинні гармони, гістогормони, гармони місцевої дії).
Істинні гармони - це біологічно активні сполуки, щи виконують роль сигналів в комунікації віддалених органов і тканин;
- синтезуються спеціалізованими клітинами в ендокринних зализах;
- секретуються безпосередньо в кров, лимфу, чи спинномозкову рідину;
- здійснюють свою дію на віддалені ограни –мішені, тобто мають дистантну дію;
- при порушеннях синтезу чи транспорту виникають характерні види патології. Гормоноподібні речовини виконують роль сигналів міжклітинної комунікації між близько розташованими клітинами, тканинами, органами;
- мають нейроендокринне походження;
- синтезуються спеціалізованими клітинами печінки, нирок,, сполучної тканини, слизової шлунково – кишкового тракту, лімфатичної системи;
- виділяються не в кров, а в міжклітинну рідину (деякі з них діють в мембранозв’язаному стані на поверхні ефекторної клітини);
- гормоноподобні речовини діють на клітини-мішені на місці свого утворення, тобто характеризуються місцевою (ізокринною) дією.

Фактори росту — клас невеликих природних пептидів та білків, що беруть участь в сигнальних системах організму еукаріотів, зв'язуючись із рецепторами на поверхні клітин із головною метою стимулювання росту та диференціації. Крім того, фактори росту важливі для регулювання різноманітності клітинних процесів.

Конкретний ефект на клітину та тип клітин, на які діє фактор росту, залежить від конкретного фактору. Наприклад, білок морфогенезу кісток стимулює диференціацію клітин кісток, тоді як фактор росту фібробластів і васкулоендотеліальний фактор росту стимулюють диференціювання кровоносних судин (ангіогенез).

Термін «фактори росту» часто використовується рівноцінно із термінами «цитокіни» та «гормони». Проте, на відміну від гормонів, фактори росту секретуються локально та мають обмежену область дії, тоді як гормони переносяться кровтоком і мають ефект на дуже віддаленні тканини організму. Крім того, гормони не обов'язково мають пептидну природу.

Цитокіни ж історично були пов'язані з гемопоетичними (кровотворними) клітинами і клітинами імунної системи (наприклад, лімфоцитами і клітинами тканин селезінки, тимусу і лімфатичних вузлів). Проте, із поєднанням різних напрямків досліджень стало ясно, що деякі сигнальні білки гемопоетичних клітин та клітин імунної системи також діють і на інші типи клітин і тканин протягом розвитку і в зрілому організмі. Таким чином зараз термін «фактор росту» зберігає значення факторів, що мають ефект на ріст та диференціацію, а «цитокіни» має нейтральне значення, і означає сигнальні фактори, що діють на інші клітини. У цьому значенні деякі циоткіни можуть одночасно бути і факторами росту, наприклад G-CSF і GM-CSF. Проте, деякі цитокіни мають перешкоджаючий ефект на ріст клітини та диференціацію. Інші ж, наприклад FasL, використовуються як «передсмертні» сигнали; вони примушують певні клітини запускати запрограмовану смерть клітини — апоптоз.

Поиск по сайту: