БИОХИМИЯ Часть II - Иркутский государственный медицинский
реклама
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Министерства здравоохранения Российской Федерации И. Э. Егорова, А. И. Суслова, В. И. Бахтаирова БИОХИМИЯ Часть II Учебное пособие для студентов Рекомендовано Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по основным профессиональным образовательным программам с высшего образования – программам специалитета по специальности Фармация № 117/ 05.05-20 от 02.04 2014 Иркутск ИГМУ 2014 1 УДК 612.015.(075.8) ББК 28.902я73 Е 30 Авторы: И. Э. Егорова – канд. мед. наук, доцент кафедры химии и биохимии ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России, А. И. Суслова – канд. мед. наук, доцент кафедры химии и биохимии ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России, В. И. Бахтаирова –зав. кафедрой химии биохимии, канд. мед. наук, доцент ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России Рецензенты: А. Б. Салмина – д-р мед.наук, профессор, зав. кафедрой биологической химии с курсом медицинской, фармацевтической и токсикологической химии Красноярского государственного медицинского университета имени В. Ф. Войно-Ясенецкого Л. П. Никитина – профессор кафедры химии и биохимии ГБОУ ВПО ЧГМА Минздрава России, канд. мед. наук Егорова, И. Э. Е 30 Биохимия. Часть II. : учебное пособие для студентов / И. Э. Егорова, А. И. Суслова, В. И. Бахтаирова, ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России. – Иркутск : ИГМУ, 2014. – 83с. Пособие «Биохимия. Часть II» предназначено для обучающихся как учебный материал, помогающий более полно усвоить учебную дисциплину «Биологическая химия». В данном пособии отражены следующие разделы: обмен нуклеотидов и нуклеиновых кислот, гормоны и сигнал- трансдукторные системы, регуляция водно-минерального обмена, роль печени в пигментном обмене, фармацевтическая биохимия. В пособии представлен теоретический материал, химизм некоторых биохимических процессов, а также имеются тестовые задания для проверки усвоения темы. Учебное пособие предназначено для обучающихся по основным профессиональным образовательным программам с высшего образования – программам специалитета по специальности «Фармация». УДК 612.015.(075.8), 2013 ББК 28.902я73, 2013 ©Егорова И. Э., Суслова А. И., Бахтаирова В. И., 2014 ©ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России, 2014 2 СОДЕРЖАНИЕ Списо Введе 1. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6 1.7.. 2. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8 2.9.. 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4 3.5.. 4. 4.1. 5. 5.1. 5.2. 5.3. 5.4 5.5.. Список сокращений……………………………………………………. Введение…………………………………………………………………. Нуклеотиды. Матричные синтезы…………………………………… Обмен нуклеотидов……………………………………………………… Репликация……………………………………………………………….. Транскрипция……………………………………………………………. Биосинтез белка………………………………………………………….. Медицинские аспекты матричных синтезов…………………………… Молекулярная медицина и фармация Тестовые задания ………………………………....................................... Гормоны и сигнал-трансдукторные системы………………………. 4 6 7 7 10 12 14 16 19 23 25 Классификация гормонов и рецепторов……………………………...... Механизмы действия липофильных гормонов………………………… Быстрые системы………………………………………………………… Основные системы вторых посредников………………………………. Нейропептиды. Гормоны гипоталамуса и гипофиза…………………... Инсулин и сахарный диабет……………………………………………... Катехоламины и йодтиронины………………………………………….. Стероидные гормоны и эйкозаноиды....................................................... Тестовые задания………………………………….................................... Водно-минеральный обмен и его регуляция………………………... Ионные каналы и транспортные АТФазы……………………………… Антидиуретический гормон в норме и при патологии………………… Ренин-ангиотензин-альдостероновая система…………………………. Обмен кальция и фосфата.......................................................................... Тестовые задания………………………………………………………… Роль печени в пигментном обмене. Желтухи Тестовые задания………………………………………………………… Фармацевтическая биохимия………………………………………… Классификация лекарств........................................................................... Биохимические аспекты фармакокинетики…………………………… Метаболизм лекарств и других ксенобиотиков……………………….. Индукция защитных систем… Тестовые задания………………………………………………………… Эталоны ответов к тестовым заданиям……………………………… Рекомендуемая литература……………………………………………. 25 27 28 30 35 37 42 47 53 55 55 56 57 59 62 64 66 68 68 71 74 77 78 81 82 3 СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ А АД АДГ АКТГ АлАТ АМФ цАМФ АсАТ АПФ АТ АТФ АХ АЦ БР ВИЧ ВМО Г ГАМК ГКС ГМФ цГМФ ГНГ ГТ ГТФ ГЦ ГЭБ ДА ДАГ ДНК ДОФА ДЦ ЖКТ ИБС ИЛ ИМФ ИН ЙТ ИФ3 ИФР КА КМ КОМТ КСБ КЩР ЛДГ ЛПВП ЛПНП МАО МЛУ НА НАДФ НДФ НК НМФ – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – − – – – – – – – – – – Адреналин Артериальное давление Антидиуретический гормон Адренокортикотропный гормон Аланинаминотрансфераза Аденозинмонофосфат Циклический АМФ Аспартатаминотрансфераза Ангиотензинпревращающий фермент Ангиотензин Аденозинтрифосфат Ацетилхолин Аденилилциклаза Билирубин Вирус иммунодефицита человека Водно-минеральный обмен Гуанин Гамма-аминомасляная кислота Глюкокортикостероиды Гуанозинмонофосфат Циклический ГМФ Глюконеогенез Глутатионтрансфераза Гуанозинтрифосфат Гуанилилциклаза Гематоэнцефалический барьер Дофамин Диацилглицерин Дезоксирибонуклеиновая кислота Диоксифенилаланин Дыхательная цепь Желудочно-кишечный тракт Ишемическая болезнь сердца Интерлейкин Инозинмонофосфат Инсулин Йодтиронины Инозитолтрифосфат Инсулиноподобный фактор роста Катехоламины Кальмодулин Катехол-О-метилтрансфераза Ксенобиотики Кислотно-щелочное равновесие Лактатдегидрогеназа Липопротеины высокой плотности Липопротеины низкой плотности Моноаминоксидаза Множественная лекарственная устойчивость Норадреналин Никотинамидадениндинуклеотидфосфат Нуклеозиддифосфат Нуклеиновые кислоты Нуклеозидмонофосфат 4 НПВП НТФ НУП НЭЖК ОКТ ОМФ ОЦК ПАУ ПК ПОЛ ППЦ ПТГ ПЦР РААС РНК аа-тРНК мРНК тРНК Р-ГП РЭС СД СЖК СПИД ССС СТГ СТС Т Т3 Т4 ТГФК ТК ТМФ ТТГ ТФ У УМФ УТФ УФЛ ФДЭ ФИ ФИФ2 ФИФ3 ФРК ХС Ц ЦОГ ЦК ЦНС ЦТК ЦТФ ЭПР ЭФР ЮГА – – – – – – – – – – – − – – – – – – – – – – – − – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – − – – – – – – Нестероидные противовоспалительные препараты Нуклеозидтрифосфат Натрийуретические пептиды Неэстерифицированные жирные кислоты Орнитинкарбамоилтрансфераза Оротидинмонофосфат Объем циркулирующей крови Полициклические ароматические углеводороды Протеинкиназа Перекисное окисление липидов Полипептидная цепь Паратиреоидный гормон (паратирин) Полимеразная цепная реакция Ренин-ангиотензин-альдостероновая система Рибонуклеиновая кислота Аминоацил-транспортная РНК Матричная РНК Транспортная РНК Р-гликопротеин Ретикуло-эндотелиальная система Сахарный диабет Свободные жирные кислоты Синдром приобретенного иммунодефицита Сердечно-сосудистая система Соматотропный гормон Сигнал-трансдукторная система Тимин Трийодтиронин Тетрайодтиронин Тетрагидрофолиевая кислота Тирозиновая киназа Тимидинмонолфосфат Тиреотропный гормон Транскрипционный фактор Урацил Уридинмонофосфат Уридинтрифосфат Ультрафиолетовые лучи Фосфодиэстераза Фосфатидилинзитид Фосфатидилинозитидбисфосфат Фосфатидилинозитидтрисфосфат Факторы роста клеток Холестерин Цитозин Циклооксигеназа Цитокины Центральная нервная система Цикл трикарбоновых кислот Цитидинтрифосфат Эндоплазматический ретикулум Эндотелиальный фактор роста Юкстагломерулярный аппарат 5 ВВЕДЕНИЕ Биологическая химия – это наука, которая изучает химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов, их превращения и связь этих превращений с функциями клеток, тканей, органов и организма в целом. Она является базовой основой для глубокого понимания того, что происходит на всех уровнях организации живой материи. Познание биохимических процессов, протекающих в организме здорового человека, позволяет понять в дальнейшем природу различных заболеваний, поскольку они представляют собой, в большинстве случаев, отклонения в биохимических реакциях, происходящих в организме. Изучение биологической химии на фармацевтическом факультете тесно связано с проблемами химии, биологии, медицины и фармации в целом. Велика роль биохимии в понимании сути патологических процессов и молекулярных механизмов действия лекарственных веществ. Одной из задач биологической химии является изучение молекулярных основ взаимодействия живых организмов с физическими (излучения), химическими (ксенобиотики), биологическими (вирусы) факторами окружающей среды. Наиболее глубокие знания действия лекарств и токсических веществ основываются на исследовании места их вторжения в процессы обмена веществ. Эти знания необходимы не только для понимания их механизмов действия, но и для разработки рациональной лекарственной формы, учета возможной несовместимости лекарств, оценки эффективности лекарств на основе изучения их метаболизма, особенностей транспорта, избирательного накопления, анализа в процессе производства и хранения лекарств, стандартизации и контроля их качества. Понимание биохимических закономерностей в организме здорового человека и при патологии позволит более успешно усвоить последующие дисциплины, понять молекулярные механизмы возникновения устойчивости к лекарствам бактерий и вирусов. Эти знания позволят уяснить причины возникновения мультилекарственной устойчивости у онкобольных, создадут мотивацию к поиску и разработке новых лекарственных средств. В предлагаемом учебном пособии представлены материалы по следующим разделам: обмен нуклеотидов и нуклеиновых кислот, гормоны и сигнал-трансдукторные системы, регуляция водно-минерального обмена, роль печени в пигментном обмене, фармацевтическая биохимия. Учебное пособие призвано скоординировать наиболее актуальные вопросы в быстро развивающихся разделах биологической химии, имеющих значение для развития фармакогенетики и фармакогеномики. А также обратить внимание обучающихся на то, что 2/3 современных лекарств воздействуют на сигнал-трансдукторные системы. 6 1. НУКЛЕОТИДЫ. МАТРИЧНЫЕ БИОСИНТЕЗЫ 1.1. ОБМЕН НУКЛЕОТИДОВ Несмотря на то, что некоторое количество нуклеозидов и свободных азотистых оснований образуется при гидролизе полинуклеотидов пищи, большая часть включающихся в нуклеиновые кислоты нуклеотидов синтезируется заново. Синтез пуриновых нуклеотидов начинается с того, что к рибозо5 фосфату поэтапно присоединяются различные соединения, из которых формируется пуриновое кольцо. Предшественниками пуринового кольца являются: аспартат, глутамин, СО 2, глицин, кроме того два атома углерода поставляет тетрагидрофолат (рис.1). Первым синтезированным пуриновым нуклеотидом является ИМФ, из него затем образуются АМФ и ГМФ. Печень является основным местом образования пуриновых нуклеотидов. Она снабжает пуринами ткани, не способные к их синтезу: клетки крови и частично мозг. Рис. 1. Предшественники пуринового кольца У пиримидиновых нуклеотидов (в отличие от пуриновых) сначала из предшественников собирается пиримидиновое кольцо, а затем к готовому кольцу присоединяется рибозо5фосфат. Источниками пиримидинового кольца являются аспартат и карбамоилфосфат. Первым синтезированным пиримидиновым нуклеотидом является оротидинмонофосфат. Из него при декарбоксилировании образуется УМФ; из УТФ при воздействии глутамина – ЦТФ. Для синтеза ТМФ из дезоксиУМФ необходим тетрагидрофолат. Для синтеза нуклеиновых кислот необходимы НТФ, которые образуются из НМФ при участии АТФ: НМФНТФ. Для синтеза ДНК необходимы дезоксиНТФ, которые образуются путем восстановления НДФ в дезоксиНДФ при участии фермента 7 рибонуклеотидредуктазы (рис. 2). Непосредственным восстановителем НДФ является глутатион или белок тиоредоксин, сульфгидрильные группы которых в ходе этой реакции окисляются. Рис. 2 . Синтез дезоксирибонуклеотидов Катаболизм пуриновых нуклеотидов происходит без разрыва пуринового кольца и приводит к образованию мочевой кислоты, которая плохо растворима (рис.3).При повышении концентрации мочевой кислоты в плазме крови возникает гиперурикемия, которая может явиться причиной развития подагры. Катаболизм пиримидинов (рис. 4.) происходит с разрывом пиримидинового кольца, конечными продуктами его являются аммиак, СО2, β-аланин (образуется при катаболизме урацила и цитозина) и β-аминоизомасляная кислота (образуется при катаболизме тимина). Нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды. ДНК и РНК содержат разный набор нуклеотидов. ДНК содержит тимин, цитозин, гуанин, аденин, РНК вместо тимина содержит урацил. В образовании РНК принимают участие рибонуклеотиды, а ДНК дезоксирибонуклеотиды. Функции, выполняемые разными видами нуклеиновых кислот, также различны: все виды РНК участвуют в биосинтезе белка, а ДНК участвует в сохранении, передаче наследственной информации и делении клетки. Первичная структура нуклеиновых кислот представляет собой определенную последовательность НМФ, соединенных фосфодиэфирными связями. Вторичная структура РНК представляет одиночную спираль с участками удвоения, а вторичная структура ДНК представляет двойную спираль (дуплекс), у которой цепи антипараллельны и комплементарны на всем протяжении, т.е. напротив аденина (А) одной цепи стоит тимин (Т) в другой цепи, напротив гуанина (Г) стоит цитозин (Ц). 8 Рис. 3. Катаболизм пуринов Поэтому, согласно правилу Чаргаффа, число пуринов (А+Г) равно числу пиримидинов (Т+Ц). Между комплементарными азотистыми основаниями возникают водородные связи, которые удерживают обе цепи дуплекса (между А и Т две связи, между Г и Ц– три). Комплементарные основания уложены в стопку в сердцевине спирали. Между основаниями двухцепочечной молекулы в стопке возникают гидрофобные взаимодействия, стабилизирующие двойную спираль. Рис. 4. Катаболизм пиримидинов 9 Третичная структура ДНК представляет собой суперспираль, благодаря которой длина ДНК укорачивается в 10000 раз. Суперспирализация осуществляется с помощью разнообразных белков, т.е. с химической точки зрения ДНК – это нуклеопротеин (комплекс белков и ядерной ДНК называют хроматином). Структурной единицей хроматина являются нуклеосомы, которые образуются путем «накручивания» молекулы ДНК вокруг «нуклеосомного кора», состоящего из 8 молекул гистоновых белков типа Н2 Н4. В клетке существуют разные виды РНК, которые выполняют разные функции. Рибосомальная РНК участвует в образовании рибосом, на которых происходит биосинтез белка. Матричная РНК передает информацию с ДНК на синтезируемый белок, транспортная РНК участвует в активации аминокислот и передает их на рибосомы. Малые некодирующие РНК выполняют каталитическую и регуляторную функции. В основе всех матричных биосинтезов лежит принцип комплементарности. Для матричных биосинтезов необходима матрица (нуклеиновая кислота), с которой будет считываться информация; активированные мономеры или субстраты для синтезов (НТФ или аминоацил-РНК), катализаторы (в их роли выступают ферменты и рибозимы), а также различные белковые факторы матричных биосинтезов. 1.2. РЕПЛИКАЦИЯ Живые организмы в течение S-фазы клеточного цикла, которая предшествует делению клетки, удваивают содержание ДНК таким образом, что каждая дочерняя клетка после деления получает ДНК, идентичную родительской клетке. Процесс удвоения ДНК называют репликацией. При репликации каждая цепь родительской ДНК служит матрицей для синтеза новой комплементарной цепи. Причем матрица воспроизводится на всем ее протяжении. Вновь синтезированная ДНК имеет одну исходную (родительскую) и одну вновь синтезированную (дочернюю) цепь (рис.5). Субстратами для синтеза дочерней цепи служат дезоксиНТФ, для репликации необходимы ферменты: топоизомераза, хеликаза, праймаза, ДНКполимераза, ДНКлигаза. –Т–А–Т–C–С–A–G– –Т –А –Т –С –С –А –G – ● ● ● ● ● ● ● –А –Т –А –G –G –Т –С – –Т –А –Т –С –С –А –G – ● ● ● ● ● ● ● –А –Т –А –G –G –Т –С – –A–T–A–G–G–T–C– Исходная молекула ДНК Разошедшиеся цепи ДНК, матрицы биосинтеза ДНК Рис. 5. Механизм репликации ДНК. 10 –Т –А –Т –С –С –А –G – ● ● ● ● ● ● ● –А –Т –А –G –G –Т –С – Две молекулы ДНК, идентичные исходной Поскольку ДНК в клетке находится в суперспирализованном состоянии, а матрицей служат одиночные цепи, то сначала необходимо подготовить матрицу. Это делают ферменты топоизомераза и хеликаза. Топоизомераза раскручивает суперспираль, освобождает ее от белков и превращает в дуплекс. Хеликаза превращает дуплекс в одиночные цепи. В синтезе дочерней цепи участвует ДНК-полимераза, но она может лишь удлинять уже существующие цепи. Поэтому сначала при участии праймазы образуется «затравка» или праймер, представляющий небольшой фрагмент РНК, к которому ДНК-полимераза по принципу комплементарности начинает пришивать дезоксиНМФ, строя дочернюю цепь. Синтез дочерней цепи начинается с 5`конца. При этом одна дочерняя цепь синтезируется непрерывно (она называется лидирующей), а другая (отстающая) в виде фрагментов, которые затем сшивает ДНК-лигаза. Регуляция репликации и клеточного цикла. Циклины и циклинзависимые протеинкиназы. Существует связь репликации с клеточным циклом. Биосинтез ДНК происходит в синтетическую фазу клеточного цикла. Клеточный цикл регулируется: в конце фазы G1 есть точка рестрикции (задержки), в которой накапливаются циклины, снимается ингибирование и наступает переход фазы G1 в фазу S, т.е. начинается цикл. В конце S-фазы клетка получает сигнал для перехода в фазу G2. В конце фазы G2 есть точка, в которой запускается митоз. Продукты протоонкогенов и антионкогенов. Протоонкогены – это гены, способствующие пролиферации и тормозящие дифференцировку; антионкогены – это гены, способствующие дифференцировке и тормозящие пролиферацию. Соотношение экспрессии этих генов определяет одну из двух главных клеточных программ. ФРК с рецепторами, ретиноат (ретиноевая кислота) и кальцитриол. Ретиноат снижает процессы пролиферации и увеличивает дифференцировку. Большинство ФРК через свои рецепторы активируют процессы пролиферации и снижают дифференцировку. Кальцитриол увеличивает дифференцировку и снижает пролиферацию гемопоэтических клеток и клеток некоторых опухолей. Под воздействием различных факторов могут происходить изменения в генетической информации, при этом нарушаются нуклеотидные последовательности в ДНК – возникают мутации. Факторы, вызывающие мутации, называют мутагенами. Некоторые из них могут способствовать канцерогенезу. Они могут быть физическими (излучения, высокая температура), химическими (прооксиданты, алкиляторы) и биологическими (вирусы, бактерии, глисты). Замена одного нуклеотида другим может привести к синтезу белка, в котором одна аминокислота заменена другой. В большинстве случаев нарушение генетической информации приводит к протеинопатиям, при которых нарушен синтез специфических белков (при серповидноклеточной анемии синтезируется дефектный гемоглобин S, в результате чего эритроциты приобретают измененную форму, что приводит к нарушению транспорта кислорода). Если эти белки обладают ферментативной активностью, то такие протеинопатии называют энзимопатиями. Процесс, позволяющий живым организмам восстанавливать повреждения, возникающие в ДНК, называют репарацией. Все репарационные механизмы основаны на том, что ДНК – двухцепочечная молекула, т.е. в клетке есть две копии генетической информации. Если нуклеотидная последовательность одной из двух цепей оказывается 11 поврежденной, информацию можно восстановить, так как вторая (комплементарная) цепь сохранена. Повреждения, затрагивающие обе цепи ДНК, при которых нарушается структура нуклеотидов комплементарной пары, не репарируются. При возникновении ошибки из цепи ДНК вырезается поврежденный участок, на его месте образуется брешь, на месте которой ДНК-полимераза достраивает цепь ДНК, а ДНК-лигаза «пришивает» синтезированный фрагмент к цепи ДНК. Репарация необходима для сохранения генетического материала на протяжении всей жизни. Нарушение репарационных систем могут быть причиной многих наследственных болезней, например, пигментной ксеродермы, при которой появляется сверхчувствительность к ультрафиолету и в 1500 раз возрастает риск рака кожи. 1.3. ТРАНСКРИПЦИЯ Транскрипцией называют синтез всех видов РНК (матричной, рибосомальной, транспортной и малых РНК) по матрице ДНК. При этом матрицей является не вся цепь ДНК, а лишь небольшой ее участок, соответствующий гену. Субстратами для синтеза цепи РНК выступают НТФ. Синтез РНК, как и синтез ДНК, протекает с затратами энергии, необходимая для синтеза энергия освобождается при гидролизе НТФ, содержащих макроэргические связи. Катализирует транскрипцию РНК-полимераза. Особенностью данного фермента является то, что он предварительно «узнает» тот участок ДНК, который соответствует определенному гену. Участки ДНК, с которыми связывается РНК-полимераза для того, чтобы начался процесс транскрипции, называются промоторами. Фермент вместе с растущей цепью РНК постепенно перемещается вдоль участка молекулы ДНК, пока не будет распознан терминирующий участок – последовательность нуклеотидов, сигнализирующая об окончании информации относительно транскрибируемого гена. Считывание информации в процессе синтеза РНК всегда происходит только с одной цепи ДНК, другая цепь остается нетранскрибируемой (рис. 6). Следует отметить, что основанием, комплементарным аденину, в цепи РНК будет урацил, а не тимин, как при репликации ДНК. ДНК Нетранскрибируемая цепь – Т – А – Т – С – С – А – G– ● ● ● ● ● ● ● – А – Т –А –G –G –Т –С– РНК – U– А – U – С – С – А – G Рис.6. Комплементарность при транскрипции Продуктом транскрипции являются различные виды про-РНК. Дело в том, что ген внутри неоднороден, он состоит из экзонов, несущих генетическую информацию, и интронов, которые не несут информацию, и разделяют экзоны. Во время транскрипции переписываются как экзоны, так и интроны. Синтезированная молекула про-РНК подвергается затем посттранскрипционной «доработке» – процессингу (рис. 7). При этом происходит удаление нуклеотидных последовательностей, соответствующих интронам (сплайсинг, катализируемый рибозимами – катализаторами РНКовой природы), а также 12 синтез характерных для большинства РНК концевых последовательностей и метилирование некоторых оснований. Регуляция транскрипции включает несколько механизмов. Метилирование генов приводит к тому, что ген не подвергается прочитыванию, и его экспрессия тормозится. Изменение структуры хроматина (гистоновый механизм). Пока ДНК находится в комплексе с белками, информация не реализуется. Для реализации информации, содержащейся в ДНК, необходимо удалить гистоновые белки. Это осуществляется, при участии ферментов протеинкиназ. В настоящее время считается, что наиболее частый случай – не фосфорилирование, а ацетилирование гистоновых белков. Рис. 7. Сплайсинг РНК Основной механизм регуляции транскрипции –это взаимодействие белковых транскрипционных факторов с регуляторными участками ДНК, другими транскрипционными факторами и белками. Перед каждым геном находится промотор, состоящий из двух участков. Один из участков промотора определяет место начала транскрипции, второй – её частоту. К регуляторным элементам относятся энхансеры (регуляторные участки ДНК, увеличивающие экспрессию гена), сайленсеры (регуляторные участки ДНК, которые снижают экспрессию) и регуляторные участки ДНК, реагирующие на гормоны, белки клеточного (теплового) шока, металлы, ксенобиотики, а также участки определения тканевой специфичности. Взаимодействие транскрипционных факторов с энхансерами, изменяет конформацию ДНК (происходит образование петли). При этом все транскрипционные факторы и гормон-рецепторные комплексы оказываются связанными с белковым комплексом, («коактиватор»). Он приходит в активное состояние и активирует базальный транскрипционный комплекс. В состав базального транскрипционного комплекса 13 входит фермент РНК-полимераза, который при активации взаимодействует с промотором и далее идёт процесс транскрипции: образование про-РНК на матрице ДНК. Возможно ингибирование малыми РНК, также в регуляции транскрипции участвуют гормоны и СТС. Ранние и поздние ответы обусловлены временем появления белка (ранние ответы – белок обнаруживается в клетке не позднее, чем через 30 минут). Транскрипционные факторы входят в ядро и воздействуют на регуляторный участок "раннего" гена. В результате "ранний" ген экспрессируется: происходит транскрипция и образуется мРНК; зрелая мРНК выходит из ядра в цитоплазму, на рибосомах синтезируется белок, который является транскрипционным фактором для ряда "поздних" генов. Этот белок заходит в ядро и воздействует на регуляторные участки "поздних" генов. "Поздние" гены экспрессируются: на них образуются про-мРНК, затем в результате сплайсинга образуются мРНК, которые выходят в цитоплазму; с мРНК на рибосомах будут синтезироваться белки. Возникают поздние ответы. 1.4. БИОСИНТЕЗ БЕЛКА Включает в себя 5 этапов: 1. Рекогниция (узнавание) и активация аминокислот 2. Инициация 3. Элонгация 4. Терминация 5. Фолдинг и посттрансляционная модификация 2, 3 и 4 этапы называют трансляцией. Во время трансляции происходит перевод последовательности нуклеотидов мРНК в последовательность аминокислот синтезируемой полипептидной цепи. В основе такой передачи информации лежит биологический (генетический) код – способ шифровки последовательности аминокислот в ППЦ в виде последовательности нуклеотидов. Код триплетен (одну аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов – кодон), код вырожден (т.е. одну аминокислоту могут кодировать несколько триплетов), код непрерывный (триплеты следуют друг за другом непрерывно, между ними нет «запятых», то есть триплетов, разделяющих соседние кодоны); код неперекрывающийся и универсальный (он характерен для всех организмов – от простейших до человека). Важная роль в процессе трансляции принадлежит тРНК (рис.8.), в молекулах которых имеются центры связывания как с определенным кодоном мРНК (антикодоны), так и с аминокислотой, шифруемой этим кодоном. Для каждой аминокислоты имеется своя тРНК. Все тРНК имеют конформацию клеверного листа, получающуюся сочетанием спирализованных и неспирализованных участков молекулы. 3`конец тРНК является центром связывания аминокислот. Активация и узнавание аминокислот сводится к образованию аминоацил-тРНК (аатРНК), она сопряжена с гидролизом АТФ до АМФ. Реакцию катализируют аминоацил-тРНКсинтетазы. Для каждой из 20 аминокислот имеется свой фермент. Одна из петель тРНК необходима для связывания тРНК с ферментом активации аминокислот. Биосинтез белка осуществляется на рибосомах. До трансляции рибосомы находятся в виде большой и малой субъединиц. На этапе инициации происходит образование 14 функционально активной рибосомы. При этом соединяются большая и малая субъединицы, мРНК, для этого необходима энергия ГТФ и белковые факторы инициации. В образовавшейся рибосоме выделяют А-центр (аминоацильный) и П-центр (пептидильный). На этапе инициации в П-центр приносится метионил-тРНК. Синтез белка начинается с метионина и от N-конца к С-концу. Концевой метионин часто отщепляется еще в процессе элонгации. На этапе элонгации в А-центр рибосомы при участии ГТФ приносится аа-тРНК, антикодон которой комплементарен кодону мРНК, стоящему в А-центре. Затем аминокислота из П-центра (сначала это метионин) переносится на аминокислоту, стоящую в А-центре, и присоединяется к ней пептидной связью. В последствии из П-центра а А-центр будет переноситься пептид. Реакцию катализирует большая субчастица рибосомы. После транслокации – перемещения рибосомы относительно мРНК на один кодон – тРНК из Пцентра освобождается, а пептид, связанный с тРНК, оказывается в П-центре. Для транслокации требуется энергия ГТФ. Описанная последовательность событий элонгации повторяется: к следующему кодону мРНК присоединяется новая аа-тРНК, антикодон которой будет комплементарен кодону мРНК, стоящему в А-центре и т.д. Рис. 8. Строение тРНК Завершающий этап трансляции – терминация – наступает тогда, когда в А-центре окажется один из терминирующих кодонов. При этом происходит гидролиз сложноэфирной связи между полипептидом и последней тРНК. После трансляции происходит фолдинг с участием шаперонов и пострансляционная модификация. Она включает ограниченный протеолиз (например, превращение проферментов в ферменты), различные варианты химической модификации: фосфорилирование, гидроксилирование и др. 15 1.5. МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫ МАТРИЧНЫХ СИНТЕЗОВ Индукция – это увеличение синтеза мРНК и белка, репрессия – снижение синтеза мРНК и белка под влиянием какого-либо фактора. Основные формы индукции: субстратная, гормональная, лекарственная, окислительно-восстановительная и при клеточном шоке. Основные формы репрессии: катаболитная, гормональная, лекарственная и окислительновосстановительная. Регуляция биосинтеза белка у прокариот осуществляется в соответствии с моделью оперона на уровне транскрипции. У эукариот регуляция происходит на всех 7 этапах: 5 этапов реализации наследственной информации: репликация, транскрипция, процессинг проРНК, трансляция, фолдинг, посттрансляционная модификация белка и 2 этапа катаболизма: распад мРНК до нуклеотидов и распад белка до аминокислот. Существует большая группа веществ, ингибирующих синтез ДНК, РНК и белков. Некоторые из них нашли применение в медицине для лечения инфекционных болезней и опухолей, некоторые для человека оказались токсинами. Противоопухолевые антибиотики нарушают структуру ДНК, ингибируя репликацию и (или) транскрипцию, в результате чего прекращается деление клеток. Лекарственные средства этой группы не обладают абсолютной избирательностью по отношению к раковым клеткам, поэтому являются довольно токсичными для быстроделящихся нормальных клеток (клетки кроветворной системы, слизистой тонкого кишечника, волосяные фолликулы). Препараты, ингибирующие синтез РНК и белка, обладают противобактериальным действием. Сюда относят широко применяемые в клинике антибиотики. Например, рифампицин ингибирует РНК-полимеразу, применяется для лечения туберкулеза. Этот препарат не влияет на РНК-полимеразу эукариотических клеток. Ингибиторами трансляции являются: тетрациклин (нарушает элонгацию), эритромицин, стрептомицин (нарушают инициацию). В развитии патологии играют роль наследственность и среда. Все болезни условно можно разделить на 3 группы: наследственные болезни, в развитии которых на 100% "виновны" гены – например, фенилкетонурия, гемофилия; "чисто" экологические болезни, в развитии которых на 100% "виновны" факторы внешней среды (ожоги, электротравмы, отравления); мультифакторные (экогенетические) болезни (их большинство), в которых "повинны" и гены, и факторы внешней среды. При мультифакторных болезнях существует наследственная предрасположенность, реализуемая при внешних воздействиях. К мультифакторным (экогенетическим) болезням относят атеросклероз, сахарный диабет, язвенную и гипертоническую болезни и другие. К основным типам наследственной патологии относятся: грубые дефекты (уродства); наследственные болезни; сниженная устойчивость к неблагоприятным внешним воздействиям. Наиболее редко встречаются грубые дефекты, чаще наследственные болезни и наиболее часто происходит снижение устойчивости к неблагоприятным воздействиям, в частности к вирусам. 16 Вирусы вызывают инфекционные заболевания (грипп, гепатит, СПИД) и участвуют в злокачественной трансформации клеток. Вирусы – это не организмы, а инертный комплекс молекул: У вирусов нет клеточной организации, всех субклеточных частиц, метаболизма, энергетики – это «контейнеры» с нуклеиновой кислотой; Они неспособны к самостоятельной репликации. У вирусов только одна нуклеиновая кислота – ДНК (вирусы оспы, герпеса, вирусного гепатита В, аденовирусы) или РНК (вирусы кори, краснухи, бешенства, ВИЧ, стоматита, полиомиелита, ящура, гепатита А). Проникновение вирусов в клетку происходит путём связывания с рецепторами плазматической мембраны и эндоцитоза. Молекулярные механизмы действия вирусов зависят от типа вируса. Ретровирусы размножаются в клетке путем обратной транскрипции. Вирусный геном (провирус) в форме дуплекса ДНК встраивается в хромосому клетки хозяина с помощью интегразы. В результате двуцепочечная ДНК вируса представляет собой дополнительный набор генов клетки, который реплицируется вместе с ДНК хозяина при делении. Для образования новых ретровирусных частиц провирусные гены транскрибируются. Одни из них становятся геномом нового потомства ретровирусов, а другие используются для трансляции белков, необходимых для сборки вирусных частиц. Последствия заражения вирусом – инфекционные болезни (острые – грипп, хронические – герпес, медленные – СПИД). В других случаях, происходит нарушение специфических функций клеток (при полиомиелите – нейронов). Возможен канцерогенез – превращение нормальной клетки в злокачественную. Вирус включает клеточный онкоген и переносит его в другие клетки – действует как «вор и диверсант». Клеточный ген называется протоонкогеном, он кодирует белки, участвующие в важных регуляторных клеточных механизмах. Онкогенная вирусная форма такого регуляторного гена могла возникнуть в ходе мутации нормального клеточного двойника. При повторном встраивании этого гена в хромосому (при ретровирусной инфекции) присутствие онкогена приведет к синтезу аномального регуляторного белка, или к синтезу чрезмерного количества белка с последующим нарушением клеточной регуляции. Особое внимание заслуживает вирус иммунодефицита человека в связи с широким распространением и высокой летальностью при синдроме приобретённого иммунодефицита. ВИЧ в диаметре имеет размер около 100 нм. На периферии ВИЧ содержатся поверхностные гликопротеины, соединённые с липидной мембраной. Центральная часть ВИЧ состоит из РНК и как минимум трёх ферментов: обратная транскриптаза, интеграза и протеаза. ВИЧ поверхностными гликопротеинами присоединяется к CD4 и хемокиновым рецепторам Т-хелперов и макрофагов. Путем эндоцитоза ВИЧ попадает в клетку. Обратная транскриптаза ВИЧ на вирусной РНК синтезирует комплементарную ДНК (кДНК), интегрируемую в геном клетки. В результате синтезируются структурные и регуляторные вирусные белки, которые стимулируют транскрипцию и трансляцию вирусной мРНК. Вирусные частицы покидают лимфоцит с частью мембраны лимфоцита, образующей липидную оболочку вируса. Размножение вируса в клетке приводит к тому, что, в конечном счете, она погибает. Через 7–10 лет, когда количество Т-лимфоцитов уменьшается в 4–5 раз, появляются явные и тяжёлые симптомы недостаточности иммунной системы – вирусные, грибковые и бактериальные инфекции. Диагностика ВИЧ проводится с помощью ПЦР или иммуноферментного анализа. Лечение ВИЧ инфекции: ингибиторы обратной транскриптазы, 17 ингибиторы входа ВИЧ в клетку, ингибиторы протеазы. Лечение только приостанавливает болезнь. Вакцины от ВИЧ пока нет, поэтому важна профилактика. Для лечения вирусных инфекций не применяют антибиотики. Существуют специальные противовирусные лекарства, например интерфероны. Это небольшие белки-гликопротеины, которые секретируются некоторыми клетками позвоночных в ответ на заражение вирусом и препятствуют распространению вирусной инфекции. У человека В-лимфоцитами и макрофагами синтезируются -интерфероны, фибробластами -интерфероны, Тлимфоцитами -интерферон. Связываясь с рецепторами на плазматической мембране зараженных клеток, эти белки стимулируют синтез ферментов, способных разрушать мРНК вирусов и прекращать синтез белков на рибосомах. Кроме того, интерфероны способствуют активации рибонуклеазы, разрушающей мРНК и рРНК клетки, способствуют инактивации ИФ2 (фактор инициации). В результате синтез всех белков в инфицированных клетках прекращается, они погибают вместе с вирусами. Таким образом, организм жертвует частью клеток для выздоровления. Интерфероны получают промышленным путем с использованием техники клонирования генов и применяют для лечения гриппа, ОРВИ, полиомиелита, герпеса, гепатита и некоторых видов опухолей. В настоящее время широкое распространение получили прионовые инфекции. Прионы – это белковые молекулы, кодируемые генами и существующие в клетках, где могут выполнять физиологические функции, например, в мозге они обеспечивают устойчивость к апоптозу и стимулируют рост нейритов (аксонов). Однако при наличии доминантных мутаций, иногда в старости и при заражении (передаче конформации между молекулами одного белка) прионы, сохраняя свою первичную структуру, способны перейти в нерастворимые фибриллы и затем – в амилоидные агрегаты. Для них характерны: большое количество βструктур, высокая устойчивость к денатурации (при нагревании, облучении, действии ультразвука или химических веществ) и пептидазам (в том числе и пищеварительным); инфекционность. Инфекционные прионы вызывают болезни у человека (куру, иногда болезнь Крейцфельдта-Якоба), коров («коровье бешенство») и овец (скрепи или почесуха). При этих патологических процессах воспаления и иммунных реакций нет, т.к. прионы являются собственными белками организма, но медленно развиваются губчатая энцефалопатия, неврологические нарушения (нарушения речи, зрения, памяти), деменция и смерть. Очень опасными являются распространение инфекции у коров («коровье бешенство», особенно в Великобритании и некоторых странах Западной Европы), вероятность заражения людей и отсутствие лечения. Доказана связь между прионовыми болезнями животных и болезнью Крейцфельдта-Якоба у людей. Прионовые болезни могут передаваться алиментарным путем и парентерально. Нарушение матричных синтезов лежит в основе канцерогенеза. Под действием мутаций, амплификации, вирусов или транспозиций протоонкогены превращаются в онкогены (это гены, способствующие пролиферации клеток и тормозящие дифференцировку). Самые известные онкогены: Ras, гены теломеразы, гены тирозинкиназ, других протеинкиназ. Клетка становится злокачественной, если в ней, кроме того, произошла инактивация антионкогена (например, гена р53). Антионкогены с помощью белков (р53) тормозят деление клеток, и способствуют их дифференцировке. Белок р53 появляется в клетке при 18 повреждении ДНК и останавливает клеточный цикл перед митозом, не разрешая передать испорченный геном дочерним клеткам. Ген р53 включает программу апоптоза. В процессе злокачественной трансформации происходит активация генов метастазирования и подавление генов, ингибирующих метастазирование. Метастазы возникают из клеток, которые отрываются от опухоли, попадают в кровь, лимфу, а потом и в другие органы, где дают начало новым опухолям. Эта стадия называется прогрессия опухоли. Механизм транслокации генов между хромосомами, соединение хромосом приводит к появлению новых генов, которых нет в норме, что также способствует канцерогенезу. Например, филадельфийская хромосома при остром лейкозе – это остаток 22-ой хромосомы после транслокации в 9-ю хромосому в лимфоцитах. Злокачественная трансформация клетки человека происходит при сочетании: активации теломеразы; инактивации антионкогена (например, р53) активации онкогена ras или других онкогенов. Продукты экспрессии онкогенов – онкобелки (тирозинкиназы, транскрипционные факторы, особенно ранних генов, ФРК и др.). Это белки сигнал-трансдукторных систем клетки. Поэтому современная терапия опухолей называется сигнал-трансдукторная терапия. При лечении необходимо подавить экспрессию онкогена или вызвать образование белка антионкогеном. Для такой терапии используют блокаторы рецепторов, ингибиторы тирозинкиназ, белка Ras и др. 1.6. МОЛЕКУЛЯРНАЯ МЕДИЦИНА И ФАРМАЦИЯ Молекулярная медицина использует методы генетической инженерии. 1. Секвенирование генома– определение последовательности нуклеотидов при расшифровке геномов. Вначале ДНК разрезают на фрагменты бактериальными рестриктазами, затем происходит гибридизация с помощью ДНК-микрочипов. ДНКмикрочипы – это пластина, на которой помещены микроячейки. Каждая микроячейка содержит искусственно синтезированный олигонуклеотид, соответствующий фрагменту определенного гена. На поверхности ячеек происходит комплементарное взаимодействие матрицы и исследуемой пробы ДНК. 2. ПЦР используется в диагностике инфекционных и онкологических заболеваний. Метод позволяет в несколько раз сократить время постановки диагноза, идентифицировать вирусы, раковые клетки, обнаружить которые в обычной практике невозможно (диагностика по 1–2 клеткам, одному волосу, геномная дактилоскопия и т.д.). Метод ПЦР дает возможность избирательно синтезировать in vitro небольшие участки ДНК и за 3–4 часа получить миллионы копий. Объектами для выделения ДНК могут быть кровь, биоптат ткани, слюна, моча, околоплодные воды, лейкоциты, корни волос, соскоб ротовой слизистой, сперма. 3. Трансгеноз – перенос генов в другие клетки и организмы. Теоретически подходят многие клетки: фибробласты, лимфоциты, гепатоциты, эндотелиальные, мышечные, стволовые клетки костного мозга. Запрещены для “пересадки генов” половые клетки (семенники и яичники). 19 Для развития медицины важно установить патогенез наследственных и мультифакторных заболеваний. «Нокаут генов» – направленное разрушение определенного участка с помощью вектора. Вектор – это ДНК, способная встраиваться в геном. Создано множество линий мышей с «нокаутированными» генами, которые используются в качестве моделей для изучения различных заболеваний. Например, на мышах создана модель болезни Альцхаймера и установлено, что в гене белка-предшественника амилоида существует мутация – аминокислота валин замещена на аминокислоту фенилаланин. Генотерапия возможна путём in vivo– это инъекция «терапевтического гена» непосредственно в ткани пациента с использованием вирусов, липосом, полимерных микросфер. Для генотерапи ex vivo необходимо: получение клеток от больного, перенос нужного гена для исправления дефектного, отбор и наращивание клеток, инфузия или трансплантация клеток пациенту. ДНК-вакцины–это не чужеродный белок, поэтому при их введении меньше нагрузка на иммунитет, меньше осложнений и опасности стать носителем каких-либо вирусов. Такие вакцины легче готовить, хранить, транспортировать (ДНК стабильнее белка). Кроме того, возможна модификация уже готовых вакцин, можно получить одну вакцину от нескольких заболеваний. Основной постулат молекулярной медицины: – “Для каждой болезни есть молекулярная мишень и её можно использовать для диагностики и/или лечения, т.е. для лекарственного воздействия”. В настоящее время главными лекарственными мишенями являются рецепторы (45%), затем идут ферменты (28%) и гормоны (11%).Традиционный способ получения лекарств – это скрининг биологической активности природных соединений, или химическая модификация уже известных. Новые методы разработки лекарств появились с возможностью манипулирования молекулами ДНК и с расшифровкой генома человека. Уже с начала 80х годов получают рекомбинантные лекарственные препараты с помощью биотехнологических методов. Получены рекомбинантные соматотропин, инсулин, соматостатин, цитокины. Рекомбинантные ИФ и интерлейкин2 применяются при лечении рака почки и злокачественной меланомы, заболеваний, практически не поддающихся традиционной противоопухолевой терапии. Рекомбинантные гранулоцитарный колониестимулирующий фактор, гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор, эритропоэтин назначают после применения цитостатиков. Для получения рекомбинантных лекарств используются некоторые микроорганизмы, например E. coli. Получение инсулина включает несколько этапов. Выделение гена (химикоферментный синтез гена проинсулина + регуляторный участок), встраивание гена в плазмиду. Для этого из неё удаляют часть ДНК рестриктазами, смешивают ген и плазмиду и с помощью ДНК-лигаз создают рекомбинантную кольцевую плазмиду. Такая плазмида является вектором (проводником) гена в клетку, ею инфицируют E. coli. Трансформированная кишечная палочка имеет ген проинсулина человека. Создаются условия для экспрессии этого гена, затем выделяют, очищают синтезированный белок и получают генно-инженерный инсулин человека. Более безопасным методом получения лекарств белково-пептидной природы является использование трансгенных животных в качестве биореакторов. Например, трансгенные 20 козы используются для получения активатора плазминогена (лечение тромбоза), овцы – IX фактора системы свёртывания крови (гемофилия), кролики – интерлейкина2 (иммунные и злокачественные болезни). Для получения белков медицинского назначения экономически выгодны трансгенные растения. Примеры: табак используют для получения эритропоэтина, эпидермального фактора роста, -интерферонов. Дальнейшее развитие медицины и фармации происходит в связи с её всё большей “генетизацией”. Новые возможности появились в связи с расшифровкой генома человека – это создание “генетического паспорта”. В России (Санкт-Петербург) разработано генетическое тестирование для более 25 болезней: ИБС, СД, гипертонической болезни, рака молочной и предстательной желез, наркомании, бронхиальной астмы. Индивидуальное прогнозирование болезни позволит планировать индивидуальные мероприятия по их предупреждению. Это задачи превентивной (предупредительной) медицины. Переход от диагностики заболевания к его прогнозированию путем тестирования генов предрасположенности позволит предупреждать такие заболевания как гипертоническая болезнь, сахарный диабет, ожирение, шизофрения, рак щитовидной железы, рак молочной железы и др. Гены предрасположенности – это мутантные гены (аллели), которые совместимы с рождением и жизнью, но при определённых неблагоприятных условиях могут способствовать заболеваниям. Люди с медленной эпоксидгидролазой (в России 6% – гомозиготы) чувствительны к табачному дыму (эмфизема, пневмония). Людям с мутацией ангиотензинпревращающего фермента (ИБС, инфаркт) не показана чрезмерная физическая нагрузка. Для предупреждения заболевания в некоторых случаях необходима хирургическая операция, в других – максимально эффективные дозы лекарства с учетом генов, ответственных за их биотрансформацию (бронхиальная астма), в третьих – диета с определёнными ограничениями (СД, атеросклероз). Одной из задач превентивной медицины является планирование методов молекулярного лекарственного воздействия. Показано, что 50% неблагоприятных реакций на лекарства связаны с генами. Индивидуальную максимально эффективную и максимально безопасную дозу лекарства обеспечит развитие фармакогенетики и фармакогеномики. Фармакогенетика изучает значение наследственности в реакции организма на лекарства. Реакции могут быть типичными или атипичными. Необходим анализ причин низкой или наоборот повышенной чувствительности к лекарствам. У разных людей одна и та же доза лекарства может вызывать: у одних необычно сильный эффект у других необычно слабый эффект у третьих парадоксальный эффект (например, наследственная акаталаземия была открыта случайно: при обработке слизистой носоглотки и ротовой полости перекисью водорода возникало не пенообразование, а коричневая окраска). Генетические различия по отношению к лекарствам связаны с генетическим полиморфизмом в человеческих популяциях. Наследственные различия имеют место и в процессе всасывания, и в процессе распределения, и в процессе взаимодействия лекарства с рецептором или другой мишенью, а также и в процессе биотрансформации лекарства в организме. Известны мутации, которые вызывают патологическую реакцию на лекарства. Самый распространенный фармакогенетический дефект это недостаточность глюкозо-6фосфатдегидрогеназы (у 200млн чел.). У этих людей наблюдается гемолиз эритроцитов при приёме примахина, многих сульфаниламидов и некоторых других лекарств. 21 Гемолитическая желтуха сопровождается ознобом, гиподинамией, количество эритроцитов 2 млн., в тяжёлых случаях развивается коллапс. У пациентов с недостаточностью метгемоглобинредуктазы после приёма фенацетина, примахина и некоторых других лекарств возникает цианоз. Патологическая реакция может проявляться в виде гипербилирубинемии, образовании билирубиновых камней в желчевыводящих путях, образовании камней в почках и т.д. Патологическая реакция на лекарства может быть связана с задержкой выведения метаболитов. Впервые Харрис (1958 г.) и Эвандс (1960г.) показали, что скорость метаболизма противотуберкулёзного препарата изониазида (тубазида) распределяется бимодально (двухвершинно). У одних время полувыведения составляет 60 минут, у других 240 минут). Причина оказалась в различной активности N-ацетилтрансферазы. В последствии это же явление было доказано и для других лекарств: апрессина, новокаинамида, пенициллина, сульфаниламидов. Различная активность ацетилтрансферазы предопределена генетически. Интересно, что в разных этнических группах соотношение быстрых и медленных ацетиляторов различно. У европейцев и негроидов оно примерно равное (50% на 50%). Среди египтян преобладают медленные ацетиляторы (82%). Явление полиморфизма показано также для окислительных ферментов (монооксигеназные системы микросом). Для этих ферментов доказана тримодальность в распределении активности: «медленные окислители» (гомозиготы по рецессивному гену) «быстрые окислители» (гомозиготы по доминантному гену) «средние окислители» (гетерозиготы). При этом «медленные окислители» могут быть «быстрыми ацетиляторами» и наоборот. На больших популяциях показана компенсация недостаточности одних систем другими. Переход на индивидуализацию эффективной и безопасной дозы препарата возможен. Это автоматический скрининг концентрации лекарства в крови и автоматическая коррекция. Она проводится в некоторых клиниках при лечении ССЗ, некоторых вирусных инфекций. В будущем на основе «генетического паспорта» станет возможной не только индивидуализация дозировки, но и индивидуализация возможных побочных эффектов, мутагенеза и канцерогенеза под действием лекарств. В практике используются микрочипы для тестирования лиц – «медленных метаболизаторов». Фармакогеномика изучает структуру и функцию генов, которые экспрессируются под воздействием лекарства или изучаемого соединения – возможного лекарства. Такая информация даёт возможность целенаправленной регуляции этих генов – геномная лекарственная терапия. Основные задачи фармакогеномики: разработка основ индивидуальной терапии; создание новых лекарств, направленных на гены, специфически влияющих на отдельные звенья патологического процесса. Так как разнообразие ответов на один и тот же лекарственный препарат чаще всего связано с однонуклеотидным полиморфизмом генов, однонуклеотидные замены могут быть эффективными фармакогенетическими маркёрами. Например, существует полиморфизм рецепторов дофамина: наиболее высокий риск алкоголизма, наркомании и других нарушений поведения связан с А1- и D2-рецепторами. Это важно для оценки профессиональной пригодности обследуемых лиц, превентивных и лечебных мероприятий. 22 Одним из направлений фармакогеномики является массовый скрининг с помощью микрочипов вновь синтезированных соединений. Потенциальные лекарства можно отбирать, сопоставляя характер экспрессии генов с известным, сходным по механизму действия, эталонным лекарством. Например, так пытаются получать новые ГКС. 1.7.ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ Выбрать один правильный ответ 1. ПРОИЗВОДНЫМИ ПУРИНА ЯВЛЯЮТСЯ АЗОТИСТЫЕ ОСНОВАНИЯ 1) гуанин 2) урацил 3) тимин 4) цитозин 2. КОНЕЧНЫМ ПРОДУКТОМ КАТАБОЛИЗМА ПУРИНОВ ЯВЛЯЕТСЯ 1) бензойная кислота 2) гипоксантин 3) оротовая кислота 4) мочевая кислота 3. ПОДАГРА РАЗВИВАЕТСЯ ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ В КРОВИ УРОВНЯ 1) мочевой кислоты 2) гипоксантина 3) валина 4) молочной кислоты 4. ПРАЙМЕР НЕОБХОДИМ ПРИ 1) репликации 2) обратной транскрипции 3) транскрипции 4) трансляции 5. ЕДИНСТВЕННОЙ РЕПАРИРУЕМОЙ МОЛЕКУЛОЙ ЯВЛЯЕТСЯ 1) ДНК 2) белок 3) РНК 6. ТРАНСЛЯЦИЯ ПРОИСХОДИТ В 1) ядре 2) митохондриях 3) лизосомах 4) рибосомах 7. КОНЕЧНЫМ ПРОДУКТОМ РАСПАДА ПИРИМИДИНОВ ЯВЛЯЕТСЯ 1) мочевая кислота 2) карнозин 3) β аланин 23 4) оротовая кислота 8. ТОЛЬКО В ДНК ВХОДИТ АЗОТИСТОЕ ОСНОВАНИЕ 1) аденин 2) тимин 3) цитозин 4) урацил 9. МАТРИЦОЙ ДЛЯ СИНТЕЗА БИОПОЛИМЕРОВ ЯВЛЯЕТСЯ 1) ДНК 2) рРНК 3) тРНК 10. ОБРАТНАЯ ТРАНСКРИПЦИЯ – ЭТО 1) распад белка 2) распад ДНК 3) синтез мРНК на ДНК 4) синтез ДНК на мРНК 11. АНТИОНКОГЕНЫ – ЭТО 1) гены, увеличивающие дифференцировку и препятствующие пролиферации 2) гены, увеличивающие пролиферацию и препятствующие дифференцировке. 3) гены, запускающие репарацию ДНК 4) «молчащие» гены 12. ГЕНОТЕРАПИЯ – ЭТО 1) лечение человеческими белками, синтезированными трансгенными клетками 2) пересадка генов в клетки человека с лечебной целью 3) фармакогенетика 4) фармакогеномика 13. CD4 И ХЕМОКИНОВЫЕ РЕЦЕПТОРЫ ДЛЯ ВИЧ ИМЕЮТСЯ НА 1) макрофагах 2) гепатоцитах 3) эритроцитах 4) тромбоцитах 14. НА ОБРАЗОВАНИЕ ПЕПТИДНОЙ СВЯЗИ ЗАТРАЧИВАЕТСЯ ЭНЕРГИЯ 1) ГТФ 2) АТФ 3) макроэргической связи аа-тРНК 4) УТФ 15. ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ТРЕТИЧНОЙ СТРУКТУРЫ МОЛЕКУЛА СВЯЗЫВАЕТСЯ С 1) белками субъединиц рибосом 2) гистонами 3) протеинкиназой А 4) ферментами класса трансфераз 24 ДНК 2. ГОРМОНЫ И СИГНАЛТРАНСДУКТОРНЫЕ СИСТЕМЫ Любой живой организм сохраняет обязательное для жизни состояние устойчивого неравновесия и поддерживает в допустимых пределах постоянство своей внутренней среды (гомеостаз). Это возможно только благодаря регулируемости – одному из обязательных свойств жизни. У многоклеточных организмов отдельные элементы (клетки) должны быть объединены в единое целое (интеграция) и все должно решаться в интересах организма (координация). Традиционно различают две регуляторные системы: нервную и эндокринную. Нервная система наиболее важна для общения организма с окружающей средой, но внутреннюю среду она регулирует лишь частично, а гормоны – полностью. Роль головного мозга переоценить трудно, но есть большие сферы жизнедеятельности, не имеющие прямого нервного контроля. Это синтез нуклеиновых кислот и белка, деление и дифференцировка клеток, клеточный шок, злокачественная трансформация, апоптоз, водноминеральный обмен и кислотно-основной баланс. В то же время все они регулируются гормонами. Любая система работает только в том случае, если срабатывают и прямые, и обратные связи. Прямая связь обеспечивается гормоном, обратная связь – как гормоном, так и продуктом реакции. При нарушении механизмов регуляции, обусловленных прерыванием нормальных обратных связей, возникают гормональные и метаболические заболевания. Гормоны в широком смысле – это специализированные и мобильные межклеточные регуляторы рецепторного действия. Всем известен главный постулат молекулярной биологии: ДНК (гены) определяют все свойства организма; закодированная в ней информация передается на РНК и затем на белки, которые и реализуют эту информацию. Над этой универсальной последовательностью есть надстройка – гормоны. Если ДНК определяет все, а белки делают все, то гормоны регулируют все. Любой процесс обязательно контролируется гормонами, как на клеточном, так и на органном и организменном уровнях. Молекулярные механизмы действия гормонов опосредованы через сигналтрансдукторные системы (СТС) клетки. СТС – система восприятия, преобразования, усиления и передачи гормонального и иного сигнала во все части клетки. Основные компоненты СТС – рецепторы, ионные каналы, G-белки, эффекторные ферменты, вторые посредники, протеинкиназы (включая тирозинкиназы), белковые факторы матричных синтезов. 2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРМОНОВ И РЕЦЕПТОРОВ А. По характеру распространения: 1. Циркулирующие гормоны – это регуляторы, переносимые кровью, независимо от места синтеза и дальности действия. Из продуцирующих клеток (отдельных или собранных в специальных орган – эндокринную железу) они поступают в кровоток (общий или локальный) и переносятся к другим клеткам (удаленным или близлежащим).Такой тип регуляции называют эндокринной. 2. Нейротрансмиттеры (нейрогормоны) – это передатчики нервного импульса (сигнальные вещества нейронов).Среди них различают медиаторы – посредники, очень быстро (за мс) передающие пусковой нервный импульс (глутамат, ацетилхолин), и модуляторы – вещества, видоизменяющие эффекты медиаторов (дофамин). Такой тип регуляции называют нейрокринной. 25 3. Местные (тканевые) гормоны, например, ФРК, ЦК, эйкозаноиды, амины – действуют на клетку-соседку – это паракринная регуляция (рис.9).. Выделяют также аутокринную регуляцию, когда гормон действует на рецептор той клетки, которая его продуцирует. В последнем случае гормон действует на клетку не изнутри, а снаружи, то есть он должен выйти из клетки, чтобы подействовать на нее. Б. По широте действия гормоны подразделяют на: 1. универсальные – оказывают действие на все клетки (например, КА и СТГ); 2. широкого действия – действуют не на все, но на много клеток (например, ИН, ЙТ); 3. направленного действия, имеющие одну или две мишени (например, АКТГ); В. Биохимическая классификация делит гормоны на: 1. белково-пептидные (например, СТГ, АТ II); 2. аминокислоты, амины и их производные (например, глутамат, КА, ЙТ); 3. липидные (стероиды и эйкозаноиды); 4. нуклеозиды и нуклеотиды (аденозин, АТФ) Рис. 9. Классификация гормонов Гормоны оказывают свое действие на клетки-мишени через белки-рецепторы, специфически связывающие гормоны и запускающие цепь событий, в результате которых и возникают специфические эффекты. Величина гормонального эффекта зависит от концентрации гормон-рецепторного комплекса. Например, бесплодие женщины может быть связано с дефицитом, как половых гормонов, так и рецепторов к ним. Аналогично, есть два типа сахарного диабета: при первом мало инсулина, а при втором типе инсулина достаточно, но рецепторов к нему мало. Основной причиной наследственного дефицита рецепторов являются инактивирующие мутации в генах, наоборот, активирующие мутации приводят к 26 увеличению гормональных эффектов и даже появлению конститутивно активных рецепторов, то есть активных спонтанно, независимо от гормона, и вызывающих развитие эндокринных опухолей. Агонисты рецепторов (стимуляторы, миметики) – это гормоны и их синтетические аналоги, действующие на те же самые рецепторы. Антагонисты (блокаторы, литики) – вещества, связывающиеся с рецептором и мешающие работать агонистам. Концентрация и сродство к гормону являются регулируемыми параметрами, изменение которых сказывается на чувствительности клетки к гормону. Сенситизация – увеличение чувствительности к гормону, возникает при денервации и при длительном введении блокаторов рецепторов. Десенситизация – уменьшение чувствительности клетки к гормону, возникает в результате длительного действия гормона и при лечении агонистами (аналогами) гормонов, что может привести к развитию лекарственной зависимости и часто требует повышения доз. Выделяют 5 основных типов рецепторов 1. Каналообразующие рецепторы, или рецепторные каналы (ионотропные). Это белки, соединяющие свойства рецептора и канала (в разных доменах). Связывание нейромедиатора с рецепторным доменом открывает канал и вход в клетку ионов Na+ или Сl. 2. Мембранные рецепторы, сопряженные с G-белком (ГТФ-зависимым белком). Здесь рецептор – самостоятельная молекула, второй белок этой системы – G-белок, он находится на внутренней мембране и третий белок – это фермент (АЦ, ФЛС), Са2+ или К+ каналы. 3. Рецептор – отдельная мембранная молекула, сопряженная с другой отдельной молекулой – нерецепторной тирозинкиназой (ТК). 4. Каталитические, или ферментные рецепторы. В таких рецепторах белок соединяет свойства рецептора и фермента. (ГЦ или ТК). 5. Внутриклеточные рецепторы. Гормон-рецепторный комплекс образуется в ядре или цитозоле и, проникая в ядро, реализует геномные эффекты (экспрессию генов, пролиферацию, дифференцировку, клеточный шок, выживание, апоптоз, злокачественную трансформацию). У большинства гормонов существует несколько типов рецепторов. Через разные рецепторы гормон может реализовать функционально близкие эффекты, но чаще разные рецепторы реализуют различные и даже противоположные эффекты одного гормона. Гормоны можно классифицировать по локализации и типу рецепторов, а также по природе сигнала, опосредующего действие гормона внутри клетки. 2.2. МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ЛИПОФИЛЬНЫХ ГОРМОНОВ Липофильные гормоны, за исключением ЙТ и ретиноата, являются производными холестерина. После секреции свободный гормон диффундирует сквозь плазматическую мембрану и связывается с рецептором либо в гиалоплазме, либо в ядре. Возникший гормонрецепторный комплекс связывается со специфическим участком ДНК, который называется гормон-реактивным элементом. Он функционально аналогичен энхансеру или сайленсеру и, в результате меняется экспрессия гена (то есть активируются или ингибируются 27 специфические гены). Например, происходит увеличение матки во время беременности, рост молочной железы во время лактации. Между двумя группами липофильных гормонов есть существенные различия в локализации их рецепторов. Рецепторы стероидных гормонов находятся в цитозоле в неактивном комплексе с шаперонами, после их диссоциации гормон-рецепторный комплекс перемещается в ядро и там взаимодействует с гормон-реактивным элементом (рис. 10). Рецепторы ЙТ и активных форм витаминов D (кальцитриол) и А (ретиноат) постоянно находятся в ядре клетки. Свободному гормону приходится проникать не только в клетку, но и в ядро и взаимодействовать с соответствующим гормон-реактивными элементами ДНК. Рис. 10. Механизм действия гормонов липофильной природы Вторая группа гормонов (гидрофильные) взаимодействует с рецептором на наружной стороне плазматической мембраны. В этом механизме различают: быстрые системы, сопряженные с ионными каналами; медленные системы, включающие вторые посредники и (или) протеинкиназы. 2.3. БЫСТРЫЕ СИСТЕМЫ Быстрые системы опосредуют эффекты медиаторов, передающих нервный импульс за миллисекунды. Такую скорость может обеспечить только открытие ионных каналов, приводящее к быстрому движению ионов от высоких концентраций к низким (вход Na+ и Сl в клетку). В состоянии покоя закрыты любые каналы, на плазматической мембране снаружи плюс, а на внутренней стороне – минус. При действии возбуждающей аминокислоты глутамата через его ионотропные рецепторы и АХ через N-холинорецепторы открываются быстрые Na+-каналы, что приводит к деполяризации мембраны и в результате клетка переходит в состояние возбуждения. Процесс возбуждения необходим для всех основных функций мозга: психологической и физической активности, целесообразного поведения, обучения, памяти, восприятия чувствительных и болевых импульсов. Наоборот, ГАМК (тормозной медиатор головного 28 Рис. 11. Механизм действия медиаторов мозга) и глицин (тормозной медиатор спинного мозга), взаимодействуя с рецепторами, открывают Сl-каналы, что приводит к гиперполяризации, и в результате возникает торможение клетки (рис. 11).Оно столь же необходимо для всех функций клетки, как и возбуждение, должен существовать баланс возбуждающих и тормозящих нейротрансмиттеров (при бодрствовании преобладают первые, при сне – вторые). При эпилепсии происходит сдвиг к преобладанию глутамата, что приводит к судорогам. Большинство противоэпилептических лекарств, у которых разные механизмы действия, так или иначе, стимулируют систему ГАМК. Активация синтеза ГАМК (вальпроат) восстанавливает баланс и тоже дает противосудорожный эффект. При нарушении кровоснабжения головного мозга (инсульт) глутамата выделяется много с последующей аккумуляцией ионов Са2+ это– важный механизм повреждения и даже гибели нейронов. При попадании в рану возбудителя столбняка он вырабатывает токсин, который выключает рецепторы ГАМК. Она не может работать и тогда возбуждающие нейротрансмиттеры, не встречая противодействия, вызывают перевозбуждение, что приводит к появлению судорог, а иногда и к смерти. Судороги при отравлении стрихнином, блокирующим рецептор глицина, тоже возникают от нарушения баланса в сторону преобладания эффектов возбуждающих медиаторов. На ГАМКА-рецепторы действуют три группы веществ, которые тормозят головой мозг, увеличивая действие эндогенной ГАМК: барбитураты – средства для неингаляционного наркоза и снотворные; бензодиазепины – транквилизаторы (успокаивающие). нейростероиды, которые синтезируются в нейронах или являются метаболитами прогестерона, гормона желтого тела и плаценты. 29 2.4. ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ ВТОРЫХ ПОСРЕДНИКОВ В 60е годы прошлого века Э. Сазерленд сформулировал концепцию вторых посредников в действии ряда гормонов. Первый посредник – это гормон, он передает сигнал между клетками, а второй посредник – это цАМФ, который передаёт сигнал внутри клетки. Вторыми посредниками являются (рис. 12) цАМФ, цГМФ, ДАГ, ИФ3 , Са2+ и др. Процессов, которые регулируются вторыми посредниками очень много. Внутриклеточные эффекты вторых посредников делятся на универсальные и специализированные. К универсальным эффектам относят: изменение проницаемости мембран, модификация и изменение активности белков, воздействие на матричные синтезы, деление и дифференцировка клеток, апоптоз. Специализированные эффекты реализуются в определенных клетках. Например, возбудимость – это свойство нейронов, сократимость – свойство всех видов мышц; секреция – свойство желез и одиночных клеток, способных к секреции; иммунные реакции свойственны лимфоцитам, и наконец, для тромбоцитов характерно явление агрегации. Внутриклеточные эффекты реализуются во всех живых организмах – от бактерий до любой клетки организма. Но с момента, когда организм стал многоклеточным, появилась необходимость в межклеточных сигналах. Передача меж и внеклеточных сигналов может осуществляться не только гормонами, но и другими веществами, например, клетки реагируют на глюкозу, тромбин или белки матрикса, на взаимодействие с другими клетками. Если клетка крови (нейтрофил или тромбоцит) контактирует с клетками эндотелия или сперматозоид с яйцеклеткой, то через особые рецепторы включается система вторых посредников. Внешние сигналы: свет, запах, вкус также действуют через системы вторых посредников. Рис. 12. Системы вторых посредников и протеинкиназ 30 Система цАМФ Через систему цАМФ действуют амины, пептиды и белки, а также ПГ I2 и Е2; запах и вкус, т. е типичные внешние сигналы, которые воспринимаются не гормональными рецепторами, а рецепторами органов чувств. Гормон на наружной стороне мембраны связывается со своим рецептором, который сопряжен с G-белком. Дальше сигнал передается на эффекторный белок – АЦ, расположенную на внутренней стороне мембраны. Она активируется и катализирует образование цАМФ из АТФ. Далее цАМФ активирует фермент ПКА. Он фосфорилирует белки. Активность фосфорилированного белка меняется: либо увеличивается, либо уменьшается. Возвращение белка в исходное состояние происходит при участии ферментов протеинфосфатаз. ПКА состоит из регуляторных и каталитических субъединиц, при этом регуляторные субъединицы угнетают каталитические. При действии цАМФ фермент диссоциирует, каталитические субъединицы растормаживаются и фосфорилируют белки, меняя их активность (например, при фосфорилировании возрастает активность киназы фосфорилазы – ключевого фермента распада гликогена). С другой стороны, фосфорилирование не всегда приводит к активации, например, синтез гликогена тормозится (инактивируется фермент синтеза гликогена – гликогенсинтаза). Амины, пептиды, белки, ПГ I2 и Е2, запах, вкус увеличивают концентрацию цАМФ. А такие гормоны как КА (через α2рецепторы), дофамин (D2рецепторы), ГАМК (ГАМКВрецепторы), аденозин (А1-рецепторы), опиоиды, соматостатин, снижают количество цАМФ. Это достигается тем, что первая группа гормонов вовлекает в работу Gs-стимулирующий Gбелок. Наоборот, вторая группа гормонов действует через Gi-белок (ингибирующий), который тормозит АЦ и снижает концентрацию цАМФ. Таким образом, регуляция АЦ является двойственной, в результате концентрация цАМФ может, как увеличиваться, так и снижаться. Некоторые бактериальные токсины используют эти механизмы. Холерный вибрион выделяет токсин, который в энтероцитах взаимодействует с Gs-белком и необратимо его активирует, в результате необратимо активируется АЦ, т.е. она начинает работать безостановочно, нарабатывая слишком много цАМФ. Это приводит к накоплению в просвете кишечника солей и воды и вызывает понос. В результате возникает обезвоживание и обессоливание организма, опасное для жизни. Коклюшный токсин действует иначе: связывается с Gi-белком и инактивирует его, вызывая накопление цАМФ. Холерный и коклюшный токсины нарушают регуляцию АЦ вследствие АДФ-рибозилирования G-белков. Коклюшный и сибиреязвенный токсины содержат растворимую АЦ (фактор отека), образуемый ею цАМФ может вызывать интоксикацию. цАМФ разрушается при действии фермента ФДЭ, который переводит 3′,5′АМФ в 5′АМФ. Ингибиторы ФДЭ вызывают накопление цАМФ. Так действуют некоторые негликозидные кардиотоники (милренон). Цилостазол – антитромбическое, сосудорасширяющее, антимитогенное и кардиотоническое средство. Ингибиторы ФДЭ цикло и пикламиласт расслабляют бронхи и, кроме того, обладают противовоспалительным действием. Они полезны и при хронической обструктивной болезни легких и ревматоидном артрите. 31 Система цГМФ Через систему цГМФ действуют НУФ, кишечный гуанилин и урогуанилин (эти пептиды регулируют водный и ионный гомеостаз в почках, ЖКТ, легких, активируя натри и диурез и снижая артериальное давление). Гормоны через свои рецепторы активируют мембранную гуанилилциклазу (ГЦ), она из ГТФ образует цГМФ. цГМФ активирует ПКG , которая фосфорилирует некоторые белки, а они реализуют эффекты гормона. Помимо мембранной есть растворимая ГЦ в гиалоплазме клетки. Активируется она монооксидами NO•, СО и •ОН, – все они содержат один атом кислорода. NO• и •ОН свободные радикалы, они не заряжены и имеют свободную валентность. Наиболее важен NO•, в организме он образуется из аргинина при действии фермента NO•-синтазы. Активность этого фермента регулируется рядом гормонов. Это АХ в сосудах, глутамат в нейронах, цитокины в макрофагах. Низкие физиологические концентрации NO• активируют растворимую ГЦ, она синтезирует цГМФ, который стимулирует ПКG. В нейронах цГМФ способствует возникновению нервного импульса и запоминанию; а также дезагрегирует тромбоциты, стимулирует апоптоз в раковых клетках, расслабляет гладкие мышцы, в результате снижается артериальное давление, а кровоток увеличивается; участвует в защите от гипертонии, гипертрофии миокарда, атеросклероза и сосудистых повреждений, защищает эндотелий, снижает пролиферацию и миграцию гладкомышечных клеток, обладает антисклеротическими свойствами. В клинике для лечения стенокардии широко применяют органические нитраты (нитроглицерин, изосорбит динитрат), при метаболизме которых освобождается NO•. Это стимулирует образование цГМФ, вызывающего расслабление сосудов и улучшающего кровоток. Высокие концентрации NO• токсичны для клетки. Макрофаги используют это биохимическое оружие (наряду с активными формами кислорода) для уничтожения микробов, малярийного плазмодия, грибков, раковых клеток. При ишемии мозга происходит накопление глутамата и затем NO•, ведущее к гибели нейронов. Другие монооксиды также активируют растворимую ГЦ. СО образуется при распаде гемоглобина в нетоксичном количестве, избыточное количество – при клеточном шоке (отравлении угарным газом). Гидроксильный радикал – ОНу всех аэробов одна из активных форм кислорода, в норме утилизируется антиоксидативной системой, избыток бывает при действии прооксидантов. После передачи любого сигнала цГМФ разрушается ФДЭ до 5ГМФ. Ингибиторами этого фермента являются некоторые лекарства – экзисулинд для активации апоптоза в раковых клетках, силденафил (виагра). Фосфатидилинозитольные системы Многие гормоны (амины, пептиды, белки, простагландины F2α, тромбоксан А2, лейкотриены) через Gq-белок включают фосфатидилинозитольную систему. Здесь работают липидкиназы, они вводят фосфат в 4 и 5 положение фосфатидилинозитола с образованием ФИФ2 (фосфатидилинозитбисфосфата) и ФИ(3)киназы (фосфорилируют 3 положение с образованием фосфатидилинозититтрисфосфата – ФИФ3). Липидкиназы отличаются от ПК не только субстратом, но и тем, что образуют вторые посредники, а не реализуют их действие.. При связывании гормона со своим рецептором через Gq-белок активируется фосфолипаза С (ФЛС). Она гидролизует ФИФ2 с образованием двух вторых посредников: инозитолтрифосфата (ИФ3)и ДАГ. 32 ИФ3 мобилизует Са2+ из ЭПР и увеличивает поступление в цитозоль Са2+ через медленные кальциевые каналы плазматической мембраны. Он является внутриклеточным посредником ряда гормонов. При мобилизации Са2+ под действием ИФ3 он связывается со своим рецепторным белком кальмодулином. Комплекс Са2+-КМ активирует многие цитозольные ферменты либо прямо, либо через КМ ПК (кальмодулинзависимую протеинкиназу). Ионы Са2+ – один из наиболее универсальных вторых посредников. Он необходим для метаболизма, сокращения мышц, пролиферации, активации многих ферментов, секреции желез, возбудимости мембран, агрегации тромбоцитов. Комплекс Са2+КМ проникает в ядро и активирует ядерную КМ ПК, в результате происходит транскрипция многих генов. ДАГ при физиологических концентрациях ионов Са2+ активирует ПКС (транслокация в ядро и ее активирование), фосфорилирующую белки, существенные для экспрессии генов, деления и дифференцировки клеток, воспаления, иммунных реакций, клеточного шока, трансформации клеток. Активаторами ПКС являются промоторы канцерогенеза – форболовые эфиры и вирусы гепатитов В, С и Е, вызывающие рост и деление клеток. Показано улучшение результатов лечения рака молочной железы и легких при добавлении к химиотерапии ингибитора ПКС. ФИФ3 образуется при активации фермента ФИ(3)киназы некоторыми гормонами или другими сигналами (инсулин, лейкотриены, тромбоксаны, продукты распада бактерий). ФИФ3, не выходя из мембраны, запускает каскад своих протеинкиназ, они фосфорилируют белки, а фосфорилированные белки вызывают эффекты. Для ингибиторных нейромодуляторов ацетилхолина (М-рецепторы), норадреналина и адреналина (2-рецепторы), дофамина (D2-рецепторы), ГАМК (В-рецепторы), аденозина (А1рецепторы), опиоидов (-рецепторы) характерно использование различных Gi-белокзависимых механизмов. Это снижение активности АЦ и уровня цАМФ, ингибирование Са 2+каналов со снижением концентрации ионов Са2+ в цитозоле, открытие К+-каналов, вызывающее выход К+ из клетки и её гиперполяризацию (торможение). Эти механизмы снижают активность клетки. Системы тирозинкиназ и белка Ras ТК – это особые протеинкиназы, которые фосфорилируют в белках остатки тирозина. Другие ПК фосфорилируют остатки серина или треонина. Есть два вида ТК рецепторные и нерецепторные. Рецепторная ТК это трансмембранный белок, наружная внеклеточная часть которого выполняет функцию рецептора. Внутренняя часть этого белка выполняет функцию катализатора. Через эту СТС действуют инсулин, факторы роста клеток. Нерецепторная ТК – самостоятельный белок с каталитической активностью, сопряженный в мембране с другим белком – рецептором. Через эту СТС вызывают эффекты соматотропин, пролактин, лептин, цитокины, антигены. В системе тирозинкиназ при образовании гормон-рецепторного комплекса имеются следующие механизмы передачи сигнала: ТК – самостоятельный белок – фосфорилирует и активирует транскрипционный фактор (ТФ) и возникает эффект регуляции транскрипции. Для обеих ТК выделено три механизма передачи сигнала внутрь клетки. 1. ТК фосфорилируют и активируют малый G-белок Ras, который запускает каскад своих ПК, они фосфорилируют ТФ и возникают эффекты. 33 2. ТК фосфорилируют и активируют фосфолипазу С, запуская пути передачи сигнала через ДАГ и ИФ3. 3. ТК фосфорилируют и активируют ФИ(3) киназу, образуется ФИФ3, который запускает каскад своих ПК. Большинство гормонов и других внеклеточных сигналов регулируют матричные синтезы, деление и дифференцировку клеток, и другие процессы определяемые ядром. В ядро проникает небольшая группа гормонов (стероиды, ЙТ и активные формы витаминов А и D). Комплекс гормона с рецептором это ТФ. Остальные гормоны регулируют ядерные процессы без проникновения не только в ядро, но даже в клетку. В этом случае в ядро передаются сигналы через вторые посредники и ПК. Например, после действия цАМФ на ПК А, в ядро проникают каталитические субъединицы ПК А. В ядре они фосфорилируют и активируют резидентные ТФ. В других случаях в ядро поступают фосфорилированные ПК цитозольные латентные ТФ. Любое воздействие на геном происходит при участии ТФ. Они связываются с гормон-реактивными элементами ДНК и регулируют транскрипцию. Недостаточность этих систем приводит к дефициту функциональных клеток (например, анемии), плохому заживлению ран и травм, снижению сопротивляемости инфекциям, иммунодефицитам, а их избыточность чревата иммунными и воспалительными заболеваниями, включая тяжелые хронические процессы (ревматоидный артрит, воспаление толстой кишки, гломерулонефрит, аллергическое воспаление). При агаммаглобулинемии происходит снижение иммунитета, т.к. пре-В-лимфоциты не переходят в зрелые Влимфоциты. Причиной этого является отсутствие у ребенка гена ТК, регулирующей этот процесс. Конститутивно активная ТК, которая кодируется химерным геном, возникшим при слиянии хромосом 9 и 22, приводит к развитию хронической миелоидной лейкемии. Известно, что при возникновении опухолей протоонкогены в силу ряда причин превращаются в онкогены, кодирующие онкобелки. Большая часть онкобелков относится к сигнал-трансдукторным системам. В 50% опухолей это ТК, в 30% – белок Ras. К онкобелкам относятся ФРК, их рецепторы, ТФ, особенно ранних генов и др.Биологическая терапия предлагается для онкобольных как альтернатива химио- и лучевой терапии. В первую очередь это сигнал-трансдукторная терапия. Уже давно используются блокаторы рецепторов эстрогенов и андрогенов для лечения рака молочной железы, матки, предстательной железы. Для лечения раков ЖКТ, лейкозов применяют ингибиторы тирозинкиназ. Для лечения лейкозов назначают антисмысловые олигодезоксинуклеотиды против мРНК тирозинкиназы. Ингибиторы белка Ras эффективны для лечения рака поджелудочной железы. Такая же терапия находит применение при лечении других заболеваний с усиленной пролиферацией: например, псориаза, для которого характерно повышенное деления клеток кожи, атеросклероза, при котором увеличена пролиферация эндотелиальных клеток сосудов. Эти лекарства назначают при аутоиммунных болезнях (рассеянный склероз, миопатия). Сигнал-трансдукторная терапия эффективнее по сравнению с традиционной, потому что существует каскадный механизм усиления сигнала. Концентрация гормонов пико- и наномолярная, она очень низка для эффекта. Усиление сигнала происходит на каждом этапе его передачи. Концентрация вторых посредников уже на порядки выше, а концентрация метаболитов ещё на несколько порядков выше. Общий коэффициент усиления в миллиард раз и более. Такой коэффициент впервые был установлен для активации фосфорилазы вторыми посредниками цАМФ и Са2+. В настоящее время показано, что каскадный механизм 34 существует и в системах без вторых посредников, например, в тирозинкиназных. С учетом каскадного механизма усиления сигнала при сигнал-трансдукторной терапии эффективны меньшие дозы лекарств, а значит будет меньше побочных эффектов. 2.5. НЕЙРОПЕПТИДЫ. ГОРМОНЫ ГИПОТАЛАМУСА И ГИПОФИЗА Нейропептиды выполняют роль медиаторов в высших центрах мозга и выполняют важную роль в формировании поведения: пищевого, эмоционального, полового, а также обучения, внимания, памяти, реакции на боль, сон и др. Пептид Р (painболь) участвует в передаче ощущения боли, прикосновений, тепла. Особенностями нейропептидов головного мозга является взаимная перекрываемость многих эффектов. Например, тиролиберин кроме основного эффекта влияет на эмоциональное поведение, двигательную активность. Опиоиды – это эндогенные обезболивающие веществаа: эндорфины, энкефалины, эндоморфин. Эндоморфин – тетрапептид в 15 раз сильнее эндорфина, а он в 200 раз сильнее морфия. Эффекты опиоидов: 1. снижение боли, 2. положительное подкрепление (эмоциональное поощрение), 3. снижение тонуса и моторики гладких мышц кишечника. Агонисты центральные – обезболивающие, агонисты периферические – антидиарейные. Антагонисты назначают для лечения зависимости от опиоидов. Либерины (рилизингфакторы) – соматолиберин, тиреолиберин, кортиколиберин, гонадолиберин, пролактолиберин через систему гипоталамо-гипофизарных сосудов поступают в переднюю долю гипофиза (аденогипофиз) и стимулируют синтез тропных гормонов (рис. 13). Соматостатин тормозит синтез тропинов. В настоящее время открыты и Рис. 13. Система гипоталамус-гипофиз-периферическая железа другие активности этих гормонов – регуляция эмоционального, пищевого поведения, двигательной активности и т.д. Тропины синтезируются аденогипофизом. Это СТГ, ТТГ, АКТГ, гонадотропин: фолликулостимулирующий, лютеинизирующий. Тропины поступают в 35 кровь и действуют либо на периферические эндокринные железы, либо на тканимишени. Тиреотропин стимулирует синтез ЙТ, АКТГ – синтез гормонов коры надпочечников, гонадотропин – синтез половых гормонов, образование и созревание половых клеток, лактацию. Рецепторы тропинов сопряжены с G-белками и эффекты возникают через вторые посредники цАМФ и Са2+. Регуляция синтеза и секреция гормонов гипоталамуса и гипофиза происходит через отрицательную обратную связь – гормон периферической железы ингибирует своё образование на уровне гипоталамуса и на уровне гипофиза. Соматотропин или гормон роста (СТГ) секретируется гипофизом под воздействием соматолиберина (рис. 14). Соматостатин тормозит его синтез и секрецию. СТГ также секретируется плацентой, молочной железой, лимфоцитами, костным мозгом. Это гормон универсального действия, его эффекты направлены на все виды обменов: углеводный, липидный, белковый, обмен нуклеиновых кислот, минеральный. СТГ увеличивает секрецию глюкагона и вызывает гипергликемию, активирует липолиз, повышает синтез белка, НК и в результате увеличение деления и роста клеток, регулирует фосфорнокальциевый обмен и рост костей. На синтез белка и НК, рост и деление клеток СТГ влияет опосредованно, через инсулинподобный фактор роста (ИФР1). Рис.14. Регуляция освобождения СТГ и его основные эффекты При недостаточной выработке СТГ (рис.15) возникает карликовость (нанизм). Гипофизарные карлики пропорциональны, у них не страдает интеллект, но нарушается половое развитие, возникает дряблость кожи. Причинами карликовости также могут быть: недостаток рецепторов к СТГ – карлики Ларона и дефицит ИФР1 (африканские пигмеи). Недостаточность СТГ можно лечить генно-инженерным СТГ. Начинать лечение следует как можно в более раннем возрасте, не должно быть противопоказаний (злокачественные процессы). При избытке гормона (эндокринная патология, опухоли), если он возникает до зарастания эпифизарных щелей, когда ещё возможен рост длинных костей, развивается гигантизм. Если избыток гормона возникает после прекращения роста длинных костей, развивается акромегалия. Симптомы: выступающая челюсть, огромный нос, увеличение кистей, стоп, иногда разрастание внутренних органов. Для лечения назначают агонисты соматостатина. 36 Рис. 15. Гигант и карлик Соматостатин вырабатывается не только в гипоталамусе, но и в других участках ЦНС, клетками поджелудочной железы, секреторными клетками кишечника. Его эффекты: подавляет секрецию инсулина, глюкагона, гастрина, секретина, образование пищеварительных соков и ферментов. Уменьшает кровообращение в пищеводе и брюшной полости, подавляет пролиферацию. Агонисты его рецепторов (сандостатин) как лекарства назначают при акромегалии, гиперпродукции различных гормонов (эндокринные опухоли, другие опухоли), операциях на желудочнокишечном тракте для уменьшения кровопотери, заболеваниях желудка с повышенной секрецией HСl, и диарее у больных СПИДом. 2.6. ИНСУЛИН И САХАРНЫЙ ДИАБЕТ Инсулин синтезируется -клетками островков Лангерганса поджелудочной железы в виде препроинсулина из 104 аминокислот. Путём ограниченного протеолиза происходит созревание (рис. 16): ферментативное отщепление N-лидера (23 АК), образование дисульфидных мостиков и отщепление С-пептида (30 АК). Зрелый инсулин состоит из Ацепи (21 АК) и В-цепи (30 АК). Зрелый инсулин секретируется в кровь при поступлении регуляторного сигнала. Главный стимул к секреции инсулина – повышение уровня глюкозы крови. Кроме того, в регуляции секреции участвуют гормоны ЖКТ. Подавляют секрецию гипогликемия, а также соматостатин и другие факторы. В кровь секретируется и С-пептид. Его уровень в сыворотке крови может использоваться для оценки функционального состояния -клеточного аппарата поджелудочной железы. 37 Рис. 16. Образование инсулина После передачи сигнала инсулин разрушается. Это происходит в основном в печени с участием двух ферментативных систем. Существует инсулин-специфическая протеиназа, она разрушает только инсулин. Другая система включает фермент глутатион-инсулинтрансгидрогеназу, которая разрывает и восстанавливает дисульфидные мостики. После этого А и В цепи разрушаются неспецифическими протеиназами. Инсулиновый рецептор обладает тирозинкиназной активностью. При образовании гормон-рецепторного комплекса, во-первых, фосфорилируется и активируется фермент ФИ(3)киназа. В результате ФИФ2 превращается в ФИФ3 , который через каскад своих протеинкиназ вызывает эффекты: увеличивается активность белков, участвующих в транспорте глюкозы в клетки инсулин-чувствительных тканей, ускоряется гликолиз и синтез гликогена, замедляется липолиз и окисление жирных кислот. Через этот механизм активируются белки, участвующие в трансляции, росте и делении клеток. Часть эффектов возникает через ядерные процессы. Во-вторых, фосфорилируется и активируется малый мембранный белок Ras. Этот белок активирует каскад своих протеинкиназ, они фосфорилируют и меняют активность ТФ и других белков на посттранскрипционном уровне. Это вызывает рост и деление клеток или их дифференцировку. На пролиферацию (деление) клеток инсулин влияет и непосредственно и через ИФР. Инсулин регулирует окислительные процессы, углеводный, липидный, белковый обмены, обмен нуклеотидов, экспрессию генов, пролиферацию, обмен некоторых ионов. Эффекты инсулина Окислительные процессы: Поддержание активности цикла Кребса: 1. Активация пируватдегтдрогеназы: 2. Преимущественное использование оксалоацетата в ЦТК из-за снижения ГНГ; 3. Сохранение активности ЦТК из-за снижения концентрации НЭЖК Углеводный обмен: А. Стимуляция потребления глюкозы в тканях: 1. Увеличение транспорта углеводов в мышцы, жировую и соединительную ткани 2. Индукция ключевых ферментов гликолиза 3. Увеличение окисления углеводов 38 4. Стимуляция пентозного пути 5. Активация синтеза гликогена 6. Активация превращения углеводов в жиры В. Торможение поступления углеводов в кровь 1. Ингибирование распада гликогена 2. Репрессия ключевых ферментов глюконеогенеза Следствия: увеличенное использование углеводов, гипогликемия Липидный обмен: 1. Активация синтеза жирных кислот 2. Стимуляция липогенеза 3. Торможение липолиза и окисления жирных кислот 4. Ингибирование кетогенеза Следствия: снижение концентрации НЭЖК, кетоновых тел, ЛПНП. Белковый обмен: 1. Увеличение транспорта аминокислот в клетку 2. Стимуляция синтеза белка 3. Уменьшение распада белка 4. Активация секреции желудочного сока Следствия: преобладание анаболизма, снижение остаточного азота Другие эффекты: 1. Стимуляция транспорта нуклеозидов в клетку 2. Активация экспрессии генов 3. Увеличение эффектов ФРК 4. Накопление К+ в клетке 5. Стимуляция пролиферации ИН-чувствительны: мышца, жировая, соединительная ткань, печень. ИН-нечувствительны: нейроны, глаз, почки, эритроциты. При отсутствии или недостаточности эффектов инсулина развивается сахарный диабет. СД – тяжелое хроническое заболевание, характеризующееся нарушением всех видов обмена веществ. В промышленно развитых странах распространенность диабета составляет 5–6% и имеет тенденцию к росту. Основным звеном в патогенезе СД является абсолютная недостаточность инсулина, или же снижение резистентности к нему (относительная недостаточность). Она может быть связана с уменьшением количества рецепторов, их сродства к инсулину. Возможны нарушения в передаче гормонального сигнала на пострецепторном уровне. Соответственно, выделяют два типа СД: I тип – инсулинзависимый и II тип – инсулиннезависимый. СД I типа могут провоцировать вирусы кори, краснухи, паротита, энтеровирусы. Они индуцируют аутоиммунный цитолиз -клеток. Из химических веществ такими же свойствами обладают нитрозамины (копчености), цианиды у курильщиков, вакор (средство для борьбы с грызунами), бычий сывороточный альбумин, поэтому, если детей рано начинают кормить коровьим молоком, то он всасывается из кишечника у младенцев. Повреждаются клетки островков, они атакуются антителами и разрушаются, в результате не вырабатывается инсулин (табл.1). . 39 Таблица1. Два типа СД ПРИЗНАК 1. Роль наследственности 2. Возраст 3. Зависимость инсулина 1ТИП Умеренная от Дети и юноши (<25 лет) Есть 2 ТИП Высокая Пожилые(> 40 лет) Нет. Инсулинорезистентность (снижение рецепторов и СТС) 4. Антитела к βклеткам Есть Нет 5. Локализация процесса 6. Масса тела 7. Патология жирового обмена 8. Кетоацидоз, диабетическая кома 9. Лечение В поджелудочной железе Исхудание Выражена В других тканях Нередко Редко Инсулин Диета, производные сульфонилмочевины, метформин Ожирение Слабая При СД нарушены все главные обменные процессы. Нарушение окислительных процессов связано с торможением ЦТК и ДЦ, в результате возникает дефицит энергии, приводящий к снижению работоспособности и снижению игровой активности у детей. Так как ткани имеют дефицит АТФ. то стимулируется центр голода, развивается гиперфагия (повышенный аппетит) и в то же время больные диабетом I типа худеют. Дефицит АТФ приводит к снижению синтезов, в том числе белков, и пролиферации клеток, отвечающих за иммунитет. Нарушения углеводного обмена при СД связаны с тем, что снижается поступление глюкозы в клетки из крови и все пути её использования. Снижается гликолиз, окисление глюкозы, синтез гликогена, пентозофосфатный путь, синтез жиров из глюкозы. Наоборот, увеличивается мобилизация гликогена, глюконеогенез. Это вызывает гипергликемию (глюкозы много в крови и мало в тканях – “голод среди изобилия”). Из-за нарушения ПФП возникает дефицит НАДФН. Это способствует помутнению хрусталика (катаракта). Вместе с дефицитом АТФ недостаток НАДФН приводит к нарушению синтеза нуклеиновых кислот, белков и в результате снижению процессов репарации, снижению иммунитета. Если уровень глюкозы превысит почечный порог ( 9 ммоль/л), возникает глюкозурия. Последствия глюкозурии: за глюкозой в мочу поступает вода, возникает полиурия. При потерях воды возникает дегидратация (обезвоживание), больные испытывают сильную жажду, и пьют много воды. Такой симптом называется полидипсия. Нарушения белкового обмена связаны не только с дефицитом АТФ, но и с тем, что инсулин как анаболический гормон увеличивает синтез и замедляет распад белка, увеличивает пролиферацию. В результате снижения иммунитета больные СД чаще погибают 40 Рис. 17. Патогенез основных симптомов СД от инфекций, у них плохо заживают раны, плохо срастаются переломы. Нарушения липидного обмена по-разному проявляются в отношении обмена жиров (рис. 17. ). Больные диабетом I типа худеют. У них происходит усиленный распад жиров и окисление жирных кислот. В результате образуется очень много ацетил-КоА, идущего на синтез холестерина и кетоновых тел. Холестерин и атерогенные ЛПНП повышены в крови у больных при обоих типах СД. У всех больных СД более ранний и более тяжёлый атеросклероз и сердечнососудистая патология. Накопление кетоновых тел в крови может приводить к диабетической (кето-ацидотической) коме. Такая кома чаще встречается при диабете I типа. Острое осложнение СД – диабетическая кома, возникает при накоплении кетоновых тел (ацетона, -кетобутирата, -гидроксибутирата) до 35 ммоль/л. Возникает метаболический ацидоз, мышечная слабость, тошнота, рвота. Спасает введение инсулина и коррекция кислотно-щелочного равновесия. Гипогликемическая кома – чаще всего возникает при передозировке инсулина, или пропуске приёма пищи. Причиной гипогликемической комы может быть лечение у больных СД инфекций сульфаниламидами или другими препаратами, снижающими уровень глюкозы. Необходимо внутривенное введение 40% раствора глюкозы. Гиперосмолярная кома (встречается очень редко) характеризуется очень высокой гипергликемией до 55 ммоль/л, приводящей к повышению осмотического давления крови, в результате чего происходит дегидратация клеток и развивается крайняя степень обезвоживания. Кома встречается у больных старшего возраста, её развитию способствуют инфекции, панкреатит, инсульт, инфаркт. Лечение комы – введение инсулина и инфузионная терапия. Гликемию следует снижать медленно (примерно на 5 ммоль/час). Отдаленные последствия при СД связаны с гликозилированием белков. Гликозилированный гемоглобин (HbA1c) плохо переносит кислород, возникает гипоксия. 41 Гликозилируются липопротеины и их рецепторы, что повышает риск развития атеросклероза. Гликозилирование коллагена сосудов приводит к развитию микро- и макроангиопатий. Примерами микроангиопатий являются: повреждение капилляров в сетчатке (ретинопатия), что может быть самой частой причиной необратимой слепоты, повреждение почечной капиллярной сети (нефропатия), приводит к почечной недостаточности. При тяжелой почечной недостаточности глюкоза исчезает из мочи и это очень плохой прогностический признак. Гликозилирование вегетативных, двигательных и чувствительных нервов вызывает нейропатии. Нейропатии вместе с макроангиопатиями приводят к нарушению питания (трофики) ног, снижению чувствительности (развивается диабетическая стопа). Последующее присоединение инфекции приводит к развитию трофических язв, в тяжелых случаях – к гангрене. Ангиопатии и нейропатии возникают не только из-за гликозилирования белков, но и как последствия накопления в клетках сорбитола. У здоровых людей сорбитоловый путь метаболизма глюкозы с участием альдегидоредуктаз очень незначителен. При СД из-за невозможности окисления глюкозы этот путь активируется, накапливается сорбитол, возникают осмотические нарушения. Диагностика СД. Массовый и наиболее простой метод – определение глюкозы в моче тест-полосками (по окрашиванию). Если глюкоза обнаружена в моче, следует назначить обязательно определение глюкозы крови. Более точно можно диагностировать СД, определяя гликозилированные белки. Например, определение гликозилированного гемоглобина позволяет судить о длительности гипергликемии и эффективности терапии. У здоровых людей концентрация гликозилированного гемоглобина не превышает 6,5%. В трудных случаях диагностики СД определяют толерантность к глюкозе методом сахарной нагрузки и построения сахарных кривых. Практически у всех больных с СД повышены холестерин, ЛПНП, сиаловые кислоты, кетоновые тела, остаточный азот, свободные жирные кислоты. 2.7. КАТЕХОЛАМИНЫ И ЙОДТИРОНИНЫ Катехоламины КА синтезируются из тирозина. Адреналин у человека синтезируется в мозговом веществе надпочечников. После синтеза депонируется в хромаффинных гранулах. При поступлении нервного импульса адреналин выбрасывается в кровь и действует как дистантный (циркулирующий) гормон. ДА синтезируется в синапсах базальных ядер головного мозга и в периферических тканях (в ЖКТ и почках). Норадреналин (НА) – в стволе мозга и симпатических нейронах, после синтеза они депонируются в везикулах. Под влиянием нервного импульса НА и ДА выделяются (освобождаются) в синапс. Синапс это место функционального контакта между нейронами. Последующая судьба КА может быть различной. 1. КА связываются со своими рецепторами на клетках-мишенях и вызывают эффекты. 2. КА связываются с 2-рецепторами пресинаптических нейронов и вызывают аутоингибирование. Это отрицательная обратная связь, через которую прекращается синтез КА. 3. КА кровью переносятся к органам, в клетках которых, они метаболизируются и инактивируются ферментами. Главные ферменты метаболизма – КОМТ (катехол-О42 метилтрансфераза) и МАО (моноаминооксидаза). КОМТ – цитозольный фермент, использующий S-аденозилметионин, его активность максимальна в печени. МАО локализованы во внешней мембране митохондрий, имеется два изофермента. МАО А дезаминирует серотонин, ДА, НА и А. МАО В дезаминирует только ДА. МАО наиболее активны в почках, печени и кишечнике. Конечные метаболиты КА образуют сульфатные конъюгаты и выводятся с мочой. Рис. 18. Освобождение КА, их действие и инактивация Часть КА инактивируется путем обратного захвата нервными окончаниями пресинаптических нейронов (но не хромаффинными клетками). Метаболизм и обратный захват важны для прекращения действия КА, но обратный захват сохраняет КА для повторного использования(рис. 18). 5. Небольшая часть КА из синапса диффундирует в плазму (дистантное действие). Все 5 процессов могут быть мишенями для лекарственного воздействия. Так, например, в патогенезе депрессии имеет значение снижение уровня норадреналина или серотонина в синапсах. Для лечения депрессий назначают ингибиторы МАО А, которые улучшают настроение, психомоторную активность. При использовании этих лекарств необходимо исключить из пищи продукты, богатые аминами – сыр, копчёности, кофе, пиво, а также учитывать совместимость с другими лекарствами. Ингибиторы обратного захвата могут быть: неспецифическими – амитриптилин и селективными (для серотонина – флуоксетин, для норадреналина – ребоксетин). Эти лекарства можно применять и при других синдромах: навязчивых состояниях, панике, посттравматическом стрессе, социальных фобиях, булимии. Дофамин – связывается с D-рецепторами клеток мишеней. D1-рецепторы сопряжены с системойGs-белок АЦ цАМФ ПК А фосфорилированный белок эффект. D2рецепторы сопряжены с G-ингибиторными белками в системах цАМФ, и Са2+, что приводит к ингибированию АЦ и Са2+каналов, а также к открытию К+-каналов. Дофамин – нейротрансмиттер, дистантный и локальный гормон. Он стимулирует двигательную активность, противодействует эффектам глутамата и ацетилхолина. 4. 43 При паркинсонизме происходит гибель нейронов черного вещества и стриатума, в результате снижения количества ДА возникает медлительность, скованная походка, тремор, отсутствие мимики. Симптоматическое лечение – введение диоксифенилаланина (он проходит ГЭБ) и агонистов ДА-рецепторов (современное лечение – введение нейротрофических факторов роста и генотерапия). Через D2-рецепторы ДА снижает секрецию пролактина. Пролактин у женщин тормозит менструальный цикл, способствует образованию молока, у мужчин увеличивает количество рецепторов к андрогенам; также ДА влияет на поведенческие реакции – чувство материнства и отцовства. Дефицит ДА вызывает избыток пролактина и, как следствие, синдром аменореи-галактореи у женщин, гинекомастии и импотенции у мужчин. Лечение – D2-агонисты (бромокриптин, каберголин). ДА важен для исследовательской и творческой активности, внимания, обучения, памяти, эмоционального поведения. Избыточная чувствительность D2,3-R имеет место в патогенезе шизофрении. Это самое частое психическое заболевание. Протекает по-разному – бред, инакомыслие и т.д. Блокаторы этих рецепторов (сульпирид) дают антипсихотический эффект. ДА-рецепторы играют критическую роль в механизмах эмоционального вознаграждения, имеют отношение к действию психостимуляторов (кокаин, амфетамин), а вторично к действию никотина, алкоголя, наркотиков. ДА как периферический пара- и аутокринный гормон на 50% образуется в ЖКТ. ДА угнетает перистальтику, в избытке вызывает тошноту, рвоту. Снимают эти эффекты периферические D2-блокаторы. Также ДА образуется в проксимальных канальцах почек, где увеличивает почечный кровоток, клубочковую фильтрацию, экскрецию натрия и воды, снижает синтез альдостерона, действие ангиотензина и антидиуретического гормона. В сосудах ДА действует в зависимости от дозы: малые дозы снижают, а большие повышают АД. Для клиники важно, что простое увеличение дозы превращает вазодилатирующий эффект в вазоконстрикторный. А и НА реализуют функции симпатико-адреналовой системы. Эта система включает 3 отдела: центральный – НА (головной мозг), периферический – НА (симпатические нервы), гормональный – А (мозговое вещество надпочечников) и выполняет 3 функции: 1. Гомеостатическая – сохранение гомеостаза (АД, глюкоза и т.д.) при умеренной нагрузке, гипоксии, голоде, охлаждении. 2. Аварийная – неотложная (при травмах, шоке, отрицательных эмоциях). Эта функция обеспечивает быструю перестройку метаболизма, освобождение других гормонов стресса, особенно ГКС, паратирина. 3. Адаптационно-трофическая функция обеспечивает оптимальный режим работы всех систем, иногда полезно сопротивление факторам среды (резистентность), иногда уступка среде (толерантность). Норадреналин головного мозга активирует вегетативные центры ствола мозга и гипоталамуса, стимулирует синтез и секрецию гормонов мозгового вещества и коры надпочечников. Стимулирует внимание, запоминание и высшие функции мозга – поведение, мышление, эмоции (гнев, ярость, агрессивность – отсюда «гормон волк», бодрость, бдительность, психологическая мобилизация). Другие эмоции связаны с адреналином – страх, уныние, тревога («гормон заяц»). А и НА действуют на все виды обмена во всех клетках – это гормоны универсального действия. Увеличивают потребление кислорода, стимулируют дыхательную цепь, синтез АТФ, теплопродукцию, вызывают распад гликогена до глюкозы в печени и до лактата в 44 мышцах, глюконеогенез. Они стимулируют распад жира, синтез кетоновых тел и ХС. Все метаболические эффекты поставляют энергию для активности головного мозга, сердца, легких, мышц. Тяжелый стресс приводит к централизации кровообращения: кровоток усиливается в головном мозге, сердце за счёт вазоконстрикции в коже, брюшной полости, лимфоидной ткани. Умеренный выброс КА полезен и необходим, это их защитное действие, патологические последствия вызывает избыток гормонов стресса, который является фактором риска атеросклероза, ИБС, депрессии, онкологических заболеваний. Эффекты НА и А реализуются через адренорецепторы –1, 2, 1, 2 , в жировой ткани – через 3 (табл. 2). Разные типы клеток содержат разные рецепторы. Набор рецепторов на клетках может меняться в зависимости от фазы их жизненного цикла. Количество адренорецепторов меняется при разных функциональных состояниях и болезнях. Например, перед родами в матке увеличивается количество 1- и снижается количество 2-АР, количество 1-рецепторов увеличивается при гипертиреозе и снижается при сердечной недостаточности. Таблица 2. Рецептороселективные эффекты катехоламинов α1 α2 β1 β2 МЕХАНИЗМЫ ↑ИФ3 →↑ Са ↑ДАГ →↑ПКС 2+ 1. Сокращение гладких мышц: сужение сосудов, сокращение матки, спазмы бронхов и уретры 2. Гликогенолиз в печени 3. ↑ потребления кислорода 4. Ремоделирование сосудов и сердца ↓цАМФ, ↓Са ↑ цАМФ +открытие К каналов ЭФФЕКТЫ 1. ↓освобождения 1. Учащение НА и других сердцебиений нейротрансмиттеров 2. ↑ липолиза ( и 2. ↓тонуса черезβ2-АР) головного мозга, 3. ↑ потребления О2 седация 4. Гипертрофия 3. Анестезия, миокарда аналгезия 5. ↑ внутриглазного 4. ↓АД,ЧСС давления 5. Снижение внутриглазного давления 6. ↓секреции и моторики ЖКТ 7. ↓потребления кислорода, гипотермия 8. ↓липолиза 9. ↓секреции КА, ИН, ренина, АДГ 10. ↑ устойчивости к экстремальным факторам 2+, 45 ↑ цАМФ 1. Расслабление гладких мышц бронхов, матки и ЖКТ, расширение сосудов 2. Гликогенолиз в мышцах и печени 3. Глюконеогенез 4. Na+/Н+обмен 5. Освобождение ИН, ГГ, ренина 6. ↓ воспаления Адренорецепторы сопряжены с системами вторых посредников. Через 1-рецепторы происходит увеличение ИФ3 и Са2+, ДАГ и ПК С; через 2 – снижение цАМФ, Са2+, открытие К+-каналов. Через 1- и 2-адренорецепторы повышается цАМФ. Через разные адренорецепторы возникают разные клеточные эффекты. Иногда эти эффекты противоположны, например, через 1-R происходит сокращение гладких мышц сосудов, бронхов, матки, уретры, а через 2-R – расслабление гладких мышц этих органов. В других случаях, эффекты совпадают. Так, например, гликогенолиз в печени ускоряется и через 1 и через 2- адренорецепторы. Рецептороселективные эффекты необходимо знать, потому что в медицине широко применяются лекарственные препараты, избирательно стимулирующие или блокирующие разные адренорецепторы. Адреналин и норадреналин применяют в медицине ограничено, так как они не избирательны (адреналин действует на все четыре типа адренорецепторов, НА – на три) и вызывают побочные эффекты, кроме того, они очень быстро метаболизируются и инактивируются. Назначают А и НА как лекарства: сосудосуживающие в каплях для носа, для более длительного действия анестетика и уменьшения кровотечения в стоматологии, улучшения работы сердца при шоке. Селективные агонисты и антагонисты лучше действуют в меньших дозах и дают меньше побочных эффектов. Селективные 1-агонисты (мезатон, мидодрин) назначают при резком падении АД. 1-антагонисты (празозин) и -блокаторы (метопролол) используют для лечения гипертонической болезни, хронической сердечной недостаточности, аритмий, для снятия сердечных жалоб при гипертиреозе. Они могут снизить ремодулирование сосудов и миокарда и риск внезапной смерти. Агонисты 2рецепторов (клонидин) можно использовать для снятия гипертонического криза, но не для систематического использования, так как возможно развитие синдрома отмены; 1блокаторы используют при лечении доброкачественной гипертрофии простаты. 2агонисты (сальбутамол) применяют для расширения бронхов при снятии приступов бронхиальной астмы, а также в акушерстве для предупреждения преждевременных родов (гинипрал). Йодтиронины ЙТ синтезируются в фолликулах щитовидной железы в составе белка тиреоглобулина. Для синтеза необходим йод, суточная потребность в йоде составляет 150 мкг. Синтез состоит из нескольких этапов: 1)транспорт иодида в клетки, в котором участвует специальный транспортный белок, сопряженный с Na+,K+ATФазой 2) окисление I в I+ с участием тиреопероксидазы и Н2О2 в качестве окислителя 3) йодирование остатков тирозина в молекуле тиреоглобулина 4) поступление йодтиреоглобулина в фолликулярную клетку, где ферменты лизосом освобождают Т3 и Т4 (тироксин). Т3 вырабатывается в 10 раз меньше, но его активность в 3–4 раза выше. Часть Т3 образуется из Т4 в печени путем дейодирования. Большая часть ЙТ в крови находится в комплексе с тироксинсвязывающим белком. Это депо гормонов, так как биологически активна несвязанная форма ЙТ. Регуляция синтеза и секреции ЙТ осуществляется системой гипоталамус – гипофиз – щитовидная железа. Секреция тиролиберина из гипоталамуса и тиреотропина (ТТГ) из гипофиза контролируется через отрицательную обратную связь 46 йодтиронинами. В клинике определение уровня ТТГ более чувствительный показатель функции щитовидной железы, чем определение йодтиронинов. Уровень этого гормона повышается при первичном гипотиреозе и снижается при гипертиреозе. Йодтиронины – липофильные гормоны, они действуют через внутриядерные рецепторы. Гормон-рецепторный комплекс это транскрипционный фактор, взаимодействующий с определёнными участками ДНК, в результате регулируется экспрессия генов. Физиологические концентрации ЙТ ускоряют синтез белков, а высокие концентрации ускоряют катаболизм белков. ЙТ увеличивают потребление кислорода, теплопродукцию, катаболизм углеводов, влияют на обмен гетерополисахаридов (увеличивают синтез хондроитинсульфатов и снижают синтез гиалуроновой кислоты), усиливают липолиз и эффекты катехоламинов в сердце. Нарушение работы щитовидной железы это гипер- или гипотиреоз. Первичный гипертиреоз – патология в щитовидной железе, вторичный – в гипофизе, третичный в гипоталамусе. Гиперфункция щитовидной железы (гипертиреоз) проявляется в двух основных формах: диффузный токсический зоб (базедова болезнь) и аутоиммунный тиреоидит. Гипертиреоз характеризуется симптомами: повышенный аппетит при одновременном снижении массы тела, мышечная слабость, потливость, непереносимость жары, повышение температуры, тахикардия, экзофтальм. Лечение: хирургическое лечение показано при больших размерах зоба. Радиоактивный йод (131I) назначают при отсутствии противопоказаний (молодой возраст, беременность, болезни крови). Для терапевтического лечения назначают антитиреоидные препараты (мерказолил) в сочетании с симптоматическим лечением (1блокаторы, седативные препараты и др.). Гипотиреоз может быть результатом эндемического зоба. Эндемический зоб появляется из-за недостаточного поступления йода в организм. Гипотиреоз может возникать в результате врожденных дефектов ферментов, участвующих в синтезе ЙТ. Симптомы гипотиреоза: снижение температуры, толерантности к холоду, увеличение массы тела, запоры, повышенная утомляемость, сонливость, брадикардия. У детей-школьников недостаток ЙТ приводит к задержке роста, полового созревания, ухудшает успеваемость. При тяжелых формах гипотиреоза развивается микседема (слизистый отёк), обусловленная избыточным накоплением гиалуроновой кислоты и воды в тканях. Если дефицит ЙТ начинается во внутриутробном периоде, то он проявляется с самого раннего детства выраженной физической и психической отсталостью. Больные имеют малый рост с непропорциональным развитием отдельных частей тела, нарушение координации движений, умственную недостаточность (кретинизм). Лечение гипотиреоза – заместительная терапия йодтиронинами. Для профилактики эндемического зоба назначают препараты йода, йодированные продукты питания 2.8. СТЕРОИДНЫЕ ГОРМОНЫ И ЭЙКОЗАНОИДЫ Стероиды Все стероидные гормоны синтезируются из холестерина. При этом происходит укорочение или удаление боковой цепи, а также реакции гидроксилирования с использованием восстановителей (НАДФН+Н+, аскорбат). В процессе стероидогенеза первым синтезируется прогестерон – гормон жёлтого тела. В коре надпочечников и в половых железах прогестерон является предшественником 47 андрогенов. Андрогены – андростендион образуется в сетчатой зоне надпочечников и у мужчин и у женщин. Тестостерон образуется в половых железах мужчин. У женщин тестостерон является промежуточным метаболитом при синтезе эстрогенов. Из эстрогенов наиболее активен эстрадиол (рис. 19). Рис. 19. Синтез стероидных гормонов Стероидные гормоны кровью транспортируются в комплексе со специфическими транспортными белками. Основной механизм действия стероидов через рецепторы гиалоплазмы – это гормонозависимые транскрипционные факторы. Комплекс гормонрецептор поступает в ядро, связывается с регуляторными участками ДНК, изменяя экспрессию генов. Андрогены сетчатой зоны. Сетчатая зона коры надпочечников находится на границе с мозговым веществом (рис. 20). Рис. 20. Надпочечник и его гормоны 48 Андрогены сетчатой зоны имеют отношение к формированию агрессивного, доминантного поведения, вызывают анаболические эффекты, особенно в мышцах. Их биохимическая функция состоит в увеличении синтеза нуклеиновых кислот и белков в тканях. Они способствуют заживлению ран. На основе андрогенов получены синтетические анаболические стероиды (ретаболил, нераболил), у которых снижено андрогенное действие и более выражены анаболические эффекты, например у тестостерона соотношение анаболической и андрогенной активности 1:1, а у современных анаболических стероидов 20:1. Их назначают после тяжелых травм, операций, тяжёлых ожогов, при инфаркте миокарда на стадии репарации, при язвенной болезни, истощении. Анаболические стероиды являются допинговыми препаратами, использование которых в спорте запрещено, их длительный приём может вызывать повреждение печени, ССС, изъязвления слизистых, импотенцию. Регуляция работы пучковой и сетчатой зоны. Пучковая зона (в меньшей степени сетчатая) контролируется системой гипоталамус – гипофиз – кора надпочечников. В гипоталамусе вырабатывается кортиколиберин. Кортиколиберин вырабатывается в ответ на стрессовые факторы: травма, инфекция, кровотечение, гипогликемия и др. Кортиколиберин ваденогипофизе вызывает образование и секрецию в кровь кортикотропина (АКТГ). Кортикотропин действует на пучковую и в меньшей степени на сетчатую зоны коры надпочечников. В пучковой зоне вырабатываются глюкокортикостероиды. ГКС (кортизол) по механизму отрицательной обратной связи тормозит секрецию АКТГ гипофизом и кортиколиберина гипоталамусом. Глюкокортикостероиды– это гормоны широкого действия, влияют на все виды обменов: углеводный, липидный, белковый, минеральный, процессы воспаления и иммунитета и т.д. ГКС индуцируют синтез ключевых ферментов глюконеогенеза и повышают уровень глюкозы крови. Глюкоза крови повышается и потому, что снижается утилизация глюкозы (гликолиз, пентозофосфатный путь, синтез гликогена).ГКС увеличивают катаболизм белков (аминокислоты нужны для глюконеогенеза), индуцируют синтез аминотрансфераз, индуцируют синтез белков острой фазы при любом воспалении. В легких ГКС индуцируют синтез сурфактанта. Для предупреждения респираторного дистресссиндрома (особенно у недоношенных детей) применяют ГКС как индукторы синтеза сурфактанта. В липидном обмене ГКС увеличивают липолиз в конечностях, а синтез жира – на лице, шее и туловище. Слабее, чем минералокортикоиды влияют на минеральный обмен (увеличивают реабсорбцию натрия и воды). Оказывают пермессивное действие на катехоламины и глюкагон, т.е. оптимизируют их эффекты, снижают освобождение гистамина, репрессируют синтез эйкозаноидов, цитокинов, NO●, молекул клеточной адгезии, репрессируют синтез проопиомеланокортина. ГКС, как и катехоламины, повышают работоспособность мышц, стимулируют секрецию желудочного и кишечного соков, увеличивают прочность и снижают проницаемость сосудов. Это очень важно при стрессе, так как катехоламины при их избытке или длительном действии повреждают стенки мелких сосудов, способствуют переходу шока в необратимую фазу. ГКС увеличивают устойчивость к стрессу, обладают противошоковым и антитоксическим действием. Очень важный для медицины эффект ГКС – их сильное и генерализованное противовоспалительное действие. Этот эффект обусловлен: снижением синтеза и увеличением катаболизма белков в лимфоидной ткани, снижением освобождения гистамина и кининов, репрессией синтеза эйкозаноидов, цитокинов, NO●, молекул клеточной 49 адгезии, провоспалительных транскрипционных факторов, снижением миграции и активности макрофагов, натуральных киллеров (лимфоцитов врожденного иммунитета, обладающих цитотоксичностью «без предварительной подготовки»), тучных клеток. ГКС вызывают апоптоз лимфоцитов и макрофагов, но снижают апоптоз других клеток. ГКС назначают при лечении бронхиальной астмы, ревматизма, для подавления иммунитета при пересадке органов, при тяжёлых аллергических и аутоиммунных заболеваниях. Обычно применяют синтетические агонисты рецепторов ГКС (преднизолон, дексаметазон, флютиказон). Они эффективнее кортизола, так как труднее метаболизируются и почти не влияют на водно-солевой обмен, т.е. меньше побочных эффектов. Необходимо помнить, что ГКС очень сильные лекарства и лёгкое воспаление лечить ими не рекомендуется. Для этого существуют другие противовоспалительные средства (НПВП – нестероидные противовоспалительные препараты). Кроме того, всегда, если возможно, ГКС следует применять локально (в мазях, ингаляциях, вводить не в кровь, а в полость сустава). Длительное лечение большими дозами, а не по строгим схемам, может вызывать осложнения: изъязвления слизистой ЖКТ, так как увеличивается секреция соляной кислоты, снижается синтез простагландинов с цитопротекторным действием. Изза снижения иммунитета происходит генерализация некоторых заболеваний (туберкулёз). Появляются симптомы кушингизма. Синдром Кушинга (болезнь Иценко-Кушинга, гиперкортицизм) – это эндокринное заболевание, которое может возникать при опухолях гипоталамуса, гипофиза, надпочечников или при нарушениях отрицательной обратной связи. Клинические проявления: снижение толерантности к глюкозе, гипергликемия, гипертония, мышечная слабость, истончение кожи. Возникает специфическое ожирение, с отложением жира на лице, шее, животе. Может появиться гирсутизм – рост волос по мужскому типу у женщин. Чаще всего причиной гипофункции коры надпочечников является подавление звена гипофиз – надпочечник глюкокортикостероидами, назначаемыми в терапевтических целях. Гипокортицизм возникает в результате резкой отмены ГКС или не назначения увеличенных доз стероидов во время стресса при операции, инфекции, травме. Болезнь Аддисона (бронзовая болезнь) возникает при туберкулёзе надпочечников, аутоиммунном повреждении, кровоизлиянии в надпочечник. При гипокортицизме увеличивается пигментация кожи изза усиленной продукции проопиомеланокортина, снижается давление, появляется слабость, утомляемость, непереносимость стресса. В крови снижается уровень глюкозы, натрия. Отменять ГКС необходимо, постепенно снижая дозу, так как восстановление секреции собственных гормонов происходит очень медленно. Метаболиты стероидных гормонов. Метаболизм стероидов происходит в печени, образовавшиеся конъюгаты выводятся с мочой. Метаболиты андрогенов – 17-кетостероиды у женщин отражают работу сетчатой зоны, у мужчин на 1/3 – сетчатой зоны, на 2/3 – семенников. Метаболиты ГКС – 17-оксикортикостероиды, по их количеству судят об активности пучковой зоны. Определение 17-кетостероидов и 17-оксикортикостероидов в крови и моче помогает в диагностике эндокринных и некоторых других заболеваний. Эйкозаноиды Главным субстратом для синтеза эйкозаноидов у человека является арахидоновая кислота (20:4, 6), которая может поступать с пищей или отщепляться от глицерофосфолипида под действием мембранной фосфолипазы А2. Из арахидоновой или других кислот (эйкозапентаеновой, 20:5,3) синтезируются ПГ (простагландины), 50 простациклины, тромбоксаны, лейкотриены. Они различаются по структуре, основному месту синтеза, эффектам. Циклооксигеназы начинают синтез циклических эйкозаноидов – простагландинов, простациклинов, тромбоксанов. В начале синтезируются простагландины G2, превращающиеся в ПГ Н2. Из них образуются простаноиды. Наиболее устойчивыми и активными являются: ПГЕ2, ПГI2, ТХА2, ПГF2. ПГЕ2 и ПГF2 синтезируются во всех тканях, простациклин I2 – в сосудах, легких, ТХ – в тромбоцитах. Известно, что в организме имеются два типа циклооксигеназ – ЦОГ1 и ЦОГ2. ЦОГ1 конститутивный фермент, синтезирующийся с постоянной скоростью во всех клетках организма. ЦОГ1 участвует в образовании эйкозаноидов, выполняющих обычные регуляторные функции, обладающих цитопротекторным (защитным) действием. ЦОГ2 синтезируется только в клетках, участвующих в воспалении. Синтез ЦОГ2 индуцируется при воспалении цитокинами и другими факторами (в10 – 1000 раз). ЦОГ1 индуцируется при воспалении очень слабо ( в 2 раза). В медицине широко используются противовоспалительные лекарства, тормозящие синтез эйкозаноидов на разных этапах. Это ГКС, ингибирующие фосфолипазу А2 и ЦОГ2. Нестероидные противовоспалительные средства (НПВП) аспирин, пироксикам и другие являются ингибиторами ЦОГ1. Большой интерес представляет поиск селективных ингибиторов ЦОГ2 (целекоксиб). Некоторые НПВП (сулиды, этодолак) снижают воспаление и замедляют прогрессирование рака. Длительный приём НПВП может вызывать повреждения слизистой ЖКТ, нефропатии, подавляя синтез цитопротекторных простагландинов. Есть противовоспалительные лекарства – ингибиторы липоксигеназы и циклооксигеназы (ликофелон), препараты действующие на лейкотриеновую систему (ингибиторы 5-липоксигеназы, блокаторы рецепторов лейкотриенов). Почти все эйкозаноиды действуют по паракринному или аутокринному механизму. Дистантным действием обладают некоторые тромбоксаны, вызывая свои эффекты через вторые посредники. Например, ПГЕ2 и ПГI2 действуют через цАМФ, а ТХ и ПГF2 действуют через Са2+. Эффекты простаноидов подразделяются на сосудистые и внесосудистые. Все простагландины обладают провоспалительным действием, являются медиаторами воспаления на разных этапах этого процесса. Они участвуют в повышении температуры, возникновении отёка и боли. Противовоспалительное действие ГКС связано и со снижением синтеза эйкозаноидов (репрессия фосфолипазы А2 и циклооксигеназ). НПВП – ингибиторы циклооксигеназ, назначают как обезболивающие и снижающие температуру. Разные группы простаноидов имеют противоположные эффекты на гладкие мышцы. ПГЕ2 расслабляют гладкие мышцы бронхов, кишечника, матки, а ПГF2 сокращают. ПГЕ2 имеет цитопротекторное действие, стимулируя выработку слизи в желудке и снижая секрецию соляной кислоты.. ПГF2 участвует в рассасывании жёлтого тела. На сосуды влияют простаноиды: ПГI2 , в меньшей степени ПГЕ2 , расширяют сосуды, вызывают дезагрегацию тромбоцитов, в результате улучшают кровоснабжение, снижают артериальное давление. К поздним эффектам этих гормонов относится уменьшение пролиферации гладких мышц. Эффекты на сосуды ТХА2 и в меньшей степени ПГF2 противоположны. В норме должен существовать баланс этих двух групп простаноидов. Избыток ПГ первой группы может вызывать увеличение кровоточивости, гипотонию. 51 Избыточное образование ПГ второй группы это высокий риск гипертонии, атеросклероза, инфаркта миокарда и др. Структурные аналоги простагландинов используются в медицине. В акушерскогинекологической практике применяют ПГF2 (динопрост) для стимуляции сократительной деятельности матки в любые сроки беременности и для аборта (в комплексе с антагонистами прогестерона – пристонами). ПГЕ (вазопростан) улучшает микроциркуляцию в периферических сосудах, тормозит агрегацию тромбоцитов, назначают его при ангиопатиях. ПГЕ (мизопростол) показан для профилактики язвенной болезни при использовании НПВП. Липоксигеназы участвуют в синтезе линейных нециклических эйкозаноидов – лейкотриенов. Из промежуточного лейкотриена А4 в разных клетках образуются два класса активных лейкотриенов: 1. В4, 2. С4 и D4. Лейкотриены образуются лейкоцитами, в меньшей степени другими клетками (макрофаги, тромбоциты). Все лейкотриены обладают провоспалительным действием, увеличивают проницаемость сосудов. Лейкотриены В4 влияют на поведение лейкоцитов в очаге воспаления. Они вызывают эмиграцию (выход из сосудов в ткани), хемотаксис (движение клеток по направлению к очагу воспаления) лейкоцитов. Под воздействием этих лейкотриенов происходит активация лейкоцитов, препятствующая генерализации воспаления. Лейкотриены В4 вызывают гиперчувствительность замедленного типа. Гиперчувствительность (аллергия) это чрезмерно сильная или необычная иммунная реакция. Возникает при повторном контакте с антигеном, преимущественно через клеточные механизмы через несколько суток. Такая реакция возникает при контактных дерматитах (экзема), при отторжении трансплантата, при аутоиммунном тиреоидите. Лейкотриены С4–D4 вызывают сокращение гладких мышц сосудов, бронхов, а также их пролиферацию. Они вызывают гиперчувствительность немедленного типа, реакции начинаются в более короткие сроки, преимущественно через гуморальные механизмы. В первую очередь это анафилаксия («защита наоборот») с крапивницей, бронхоспазмом, отёком и т.д. Блокаторы рецепторов этих лейкотриенов назначают для лечения бронхиальной астмы. Лейкотриены этой группы участвуют в патогенезе шока, ИБС, повреждении слизистой желудка. «Аспириновая («нестероидная»)» астма может возникать при лечении аспирином или другими НПВП из-за ингибирования ЦОГ, при избыточной активации липоксигеназы. Арахидоновая или эйкозопентаеновая кислоты включаются в единственный оставшийся путь образования лейкотриенов. Образовавшиеся лейкотриены С4–D4 вызывают бронхоспазм. Пациентам с наследственной недостаточностью ЦОГ, бронхиальной астмой эти препараты не назначают. Аспирин не рекомендуют использовать для курсового лечения воспалительных заболеваний. Малые дозы аспирина снижают синтез тромбоксанов (но не простациклинов), их назначают для профилактики тромбозов, инсультов и инфарктов. 52 2.9.ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ Выбрать один правильный ответ 16. ЭФФЕКТОМ ИНСУЛИНАНА УГЛЕВОДНЫЙ ОБМЕН ЯВЛЯЕТСЯ 1) торможение синтеза гликогена 2) торможение гликолиза 3) усиление глюконеогенеза 4) торможение распада гликогена 17. ПРИЧИНАМИ АНГИОПАТИЙ И НЕЙРОПАТИЙ ДИАБЕТОМ ЯВЛЯЮТСЯ 1) гликозилирование белков 2) липидирование белков 3) карбоксилирование белков 4) уменьшение сорбитола 18. ГИПОГЛИКЕМИЧЕСКАЯ КОМА РАЗВИВАЕТСЯ ПРИ 1) дефиците инсулина 2) дефиците катехоламинов 3) избытке инсулина 4) избытке глюкокортикостероидов 19. В СИНТЕЗЕ ПРОСТАНОИДОВ УЧАСТВУЕТ ФЕРМЕНТ 1) циклооксигеназа 2) липоксигеназа 3) моноаминооксидаза 4) тирозингидроксилаза 20. ПРИ ПАРКИНСОНИЗМЕ НАБЛЮДАЕТСЯ ДЕФИЦИТ 1) ГКС 2) дофамина 3) лептина 4) лейкотриенов 21. К КАТЕХОЛАМИНАМ ОТНОСЯТ 1)диоксифенилаланин 2) гистамин 3) дофамин 4) мелатонин 22. ВТОРЫМИ ПОСРЕДНИКАМИ ЯВЛЯЮТСЯ 1) цАМФ 2)Mg2+ 3) фосфоинозитид 4) аланин 53 У БОЛЬНЫХ САХАРНЫМ 23. К ВОЗБУЖДАЮЩИМ МЕДИАТОРАМ ОТНОСЯТ 1) глицин 2) глутамат 3) ГАМК 4) метионин 24. ПРОНИКНОВЕНИЕ В ЯДРО НЕОБХОДИМО ДЛЯ ДЕЙСТВИЯ 1) инсулина 2) опиоидов 3) йодтиронинов 4) лептина 25. ВОЗБУЖДАЮЩИЕ НЕЙРОТРАНСМИТТЕРЫ ОТКРЫТИЕ КАНАЛОВ 1) натриевых 2) калиевых 3) хлоридных РЕАЛИЗУЮТ ЭФФЕКТЫ ЧЕРЕЗ 26. ВЫБРАТЬ ПРАВИЛЬНОЕ СУЖДЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНО ЦИКЛООКСИГЕНАЗЫ1 1) синтезируется воспалительными клетками 2) синтезируется всеми клетками 3) характерна очень сильная индукция при воспалении 4) при использовании ингибиторов ЦОГ1 возможно снижение прогрессирования рака 27. ДЛЯ ГИПОТИРЕОЗА ХАРАКТЕРНО 1) тахикардия 2) увеличение теплопродукции 3) снижение массы тела 4) отечность (микседема) 28. ФАКТОРЫ РОСТА КЛЕТОК РЕГУЛИРУЮТ ПРОЦЕССЫ 1) образования вторых посредников 2) образования кининов 3) репарации ДНК 4) пролиферации всех клеток 29. ОСЛОЖНЕНИЕМ ЯВЛЯЕТСЯ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРИЕМА АНАБОЛИЧЕСКИХ 1) снижение массы тела 2) поражение печени 3) повышение возбудимости 4) брадикардия 30. КОРТИКОТРОПИН УВЕЛИЧИВАЕТ СЕКРЕЦИЮ ГОРМОНОВ В 1) гипоталамусе 2) пучковой зоне коры надпочечников 3) клубочковой зоне коры надпочечников 54 СТЕРОИДОВ 3. ВОДНОМИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН И ЕГО РЕГУЛЯЦИЯ В организме человека преобладают неорганические вещества – у взрослого 55 % от веса тела составляет вода и 5% – минеральные вещества. Исключительно большое значение для поддержания гомеостаза имеют вода и ионы. Активность ферментов, чувствительность рецепторов, электрохимический потенциал на мембранах клетки зависят от водноэлектролитного окружения. Вода в организме человека подразделяется на внутриклеточную (70%) и внеклеточную (30%). Примерно 6% воды находится в крови, 25% в межклеточном матриксе. Количество зависит от возраста: у эмбриона 95%, новорожденного до 80%. С возрастом количество воды снижается, у мужчин содержание воды больше, чем у женщин. Распределение ионов. В организме поддерживается постоянство состава внутриклеточной и внеклеточной жидкостей. Главные внутриклеточные катионы это К + и Mg2+, а внеклеточные – Na+ и Са2+. В межклеточной жидкости и в плазме крови преобладают анионы Сl и HCO3, а в клетке главный анион – НРО4. Существует теория о том, что внутриклеточная жидкость по ионному составу близка древнему океану, а внеклеточная жидкость соответствует современному океану. 3.1. ИОННЫЕ КАНАЛЫ И ТРАНСПОРТНЫЕ АТФАЗЫ Ионные каналы и транспортные АТФазы – это мембранные белки, с помощью которых осуществляется трансмембранный перенос веществ. Через узкий канал могут проходить ионы определенного размера. В клетках наиболее часто встречаются каналы для Na+,Ca2+ , K+, Cl. Они бывают потенциал-управляемые – открываются в ответ на изменение потенциала и лиганд-управляемые – открываются лигандами, например гормонами. Если канал открыт, ионы перемещаются по градиенту концентрации – пассивный транспорт. Если канал закрыт, то он не пропускает ионы. Транспортные АТФазы (ионные насосы) осуществляют активный транспорт неорганических ионов с затратами энергии. На плазматической мембране клеток человека имеется несколько транспортных АТФаз: Н+,К+-АТФаза слизистой оболочки желудка, Na+, K+-АТФаза в плазматической мембране клеток, Ca2+-АТФазы. Na+, K+-АТФаза катализирует АТФ-зависимый перенос в клетку 2-х ионов К+, а из клетки 3-х ионов Na+. Так как выкачивается три положительно заряженных иона, а закачивается два, то на мембране внутри клетки возникает отрицательный заряд. Ca2-АТФаза – переносит ионы кальция против градиента концентрации в ретикулуме и плазматической мембране. Na+,Ca2+-обменник на плазматической мембране это пример активного антипорта в результате которого два иона натрия по градиенту переносятся в клетку, а один ион кальция против градиента выходит из клетки. Активность разных каналов может изменяться под воздействием метаболитов, токсинов, лекарственных веществ. В медицине широко используются лекарства, действующие на ионные каналы и транспортные АТФазы. Например, антагонисты натриевых каналов используются как: 1) антиконвульсанты (противосудорожные фенитоин), 2) антиаритмики (пропафенон), 3) местные анастетики (лидокаин). 55 Агонисты калиевых каналов применяют для снятия мышечных спазмов (спазмолитики – периферические вазодилататоры – диазоксид). Они расширяют сосуды, улучшают кровоток, снижают артериальное давление. Назначаются при ИБС. Антагонисты калиевых каналов используются в качестве противоаритмических средств (амиодарон). Антагонисты АТФ-зависимых калиевых каналов в поджелудочной железе назначают для лечения СД II типа. Это пероральные гипогликемические средства (гликлазид, гликвидон, глибенкламид). Сердечные гликозиды ингибируют Na+,K+-АТФазу, которая из клетки откачивает Na+, а закачивает K+. В результате действия сердечных гликозидов (строфантин, дигоксин) содержание ионов калия внутри кардиомиоцитов снижается, а ионов натрия повышается – это увеличивает возбудимость миокарда. Избыток ионов натрия обменивается на ионы кальция, а кальций увеличивает сократимость миокарда. То есть сердце работает лучше, повышается его тонус. Лекарства с таким эффектом называются кардиотоники. Кардиотоники улучшают кровоснабжение тканей, увеличивают диурез. Неизбежный результат действия таких лекарств – дефицит К+ в миокарде, который обязательно необходимо восполнять. 3.2. АНТИДИУРЕТИЧЕСКИЙ ГОРМОН В НОРМЕ И ПРИ ПАТОЛОГИИ Антидиуретический гормон (АДГ) или вазопрессин это олигопептид, состоящий из 9 аминокислот. АДГ синтезируется в гипоталамусе при высоком осмотическом давлении в виде прогормона, по аксонам нейронов переносится в нейрогипофиз. Во время транспорта происходит процессинг, и зрелый гормон накапливается в задней доле гипофиза (рис.2 1). Рис. 21. Эффекты антидиуретического гормона 56 АДГ выбрасывается в кровь при поступлении соответствующего сигнала. Стимулом для секреции АДГ служит повышение концентрации Na+. Причины: недостаточное потребление воды, сильное потоотделение, приём большого количества соли. АДГ секретируется при падении кровяного давления, снижении объема циркулирующей крови, тошноте, рвоте, операциях на ЖКТ. Кровью АДГ переносится к почечным канальцам и связывается с V2-рецепторами. Эти рецепторы вазопрессина сопряжены с системой цАМФ. Активируется ПК А, она фосфорилирует белки, стимулирующие экспрессию генов мембранного белка аквапорина. Аквапорин встраивается в мембрану клетки, обращенную в просвет канальца и образует поры, проницаемые для воды (водные каналы). Вода диффундирует во внеклеточное пространство, возвращается в кровоток, выведение воды уменьшается (антидиурез). При этом осмотическое давление крови снижается и через осморецепторы гипоталамуса замыкается отрицательная обратная связь, синтез АДГ прекращается. В мембранах гладкомышечных клеток сосудов находятся V1-рецепторы. АДГ через V1- рецепторы активирует фосфолипазу С, она гидролизует ФИФ 2 до ИФ3 и ДАГ. ИФ3 вызывает освобождение Сa2+ и в результате происходит сужение сосудов. Сосудосуживающий эффект проявляется только при высоких концентрациях вазопрессина. Повышенная концентрация вазопрессина может вызывать пролиферацию сосудов и повышение АД. Кроме того, вазопрессин может вызывать агрегацию тромбоцитов. Несахарный диабет возникает при отсутствии эффектов АДГ. Причинами возникновения несахарного диабета могут быть генетические дефекты синтеза V2-рецептора, прогормона в гипоталамусе, дефекты процессинга и транспорта, в результате которых возникают эндокринные заболевания гипоталамуса и/или гипофиза. Провоцировать несахарный диабет могут механическая или электрическая травма головы, опухоли, ишемия. Препараты лития, фториды, некоторые наркотики являются блокаторами рецепторов АДГ и вызывают симптомы несахарного диабета. Основной симптом несахарного диабета полиурия до 10–20 л в сутки мочи низкой плотности – 1,010 (норма 1,020), в моче отсутствует глюкоза и кетоновые тела. У детей несахарный диабет может начинаться с энуреза. Алкоголь снижает секрецию АДГ и вызывает полиурию. Для лечения несахарного диабета и энуреза используются агонисты V2-рецепторов (десмопрессин) в виде капель в нос. 3.3. РЕНИН-АНГИОТЕНЗИН-АЛЬДОСТЕРОНОВАЯ СИСТЕМА Начальное звено этой системы – ренин, который образуется в особых клетках юкстагломерулярного аппарата почки. Секрецию ренина стимулируют уменьшение объёма циркулирующей крови, снижение кровяного давления, 2агонисты, простагландины Е2, I2, ионы калия. Повышение активности ренина в крови вызывает образование ангиотензина I – это пептид из 10 аминокислот, который отщепляется от ангиотензиногена. Ангиотензин I при действии АПФ в легких и в плазме крови переходит в ангиотензин II. Он вызывает синтез в клубочковой зоне коры надпочечников гормона альдостерона. Альдостерон поступает в кровь, переносится к почке и действует через свои рецепторы на дистальные канальцы мозгового вещества почки. Суммарный биологический эффект альдостерона – задержка Na+, Cl и воды. В результате восстанавливается объём жидкости, циркулирующей в 57 кровеносной системе, в том числе увеличивается почечный кровоток. Это замыкает отрицательную обратную связь и синтез ренина прекращается. Помимо этого, альдостерон вызывает потерю с мочой Mg2+, K+, H+. В норме эта система участвует в поддержании объёма циркулирующей крови (ОЦК) и регуляции артериального давления (рис.22). Избыток альдостерона – альдостеронизм, бывает первичным и вторичным. Первичный альдостеронизм может быть вызван гипертрофией клубочковой зоны надпочечников, эндокринной патологией, опухолью (альдостеронома). Рис. 22. Ренин-ангиотензин-альдостеровая система Вторичный альдостеронизм наблюдается при заболеваниях печени(альдостерон не обезвреживается и не выводится) или при заболеваниях ССС, в результате которых ухудшается кровоснабжение почки. Результат одинаковый – гипертензия, а при хроническом процессе альдостерон вызывает пролиферацию, гипертрофию и фиброз сосудов и миокарда (ремоделирование), что ведет к хронической сердечной недостаточности, для лечения которой назначают блокаторы рецепторов альдостерона. Например, спиронолактон, эплеренон, способствующие выведению натрия и воды и сберегающие калий. Гипоальдостеронизм – недостаток альдостерона, возникает при некоторых заболеваниях. Причинами первичного гипоальдостеронизма могут быть туберкулез, аутоиммунное воспаление надпочечников, метастазы опухолей, резкая отмена стероидов. Как правило, это недостаточность всей коры надпочечников. Острая недостаточность может быть вызвана некрозом клубочковой зоны, кровоизлиянием или острой инфекцией. У детей может наблюдаться молниеносная форма при многих инфекционных заболеваниях (грипп, менингит), когда ребёнок может умереть за одни сутки . При недостаточности клубочковой зоны снижается реабсорбция натрия, воды, падает объём циркулирующей плазмы; увеличивается реабсорбция К+, Н+. В результате резко снижается АД, нарушается 58 электролитный баланс и кислотно-щелочное равновесие, состояние опасно для жизни. Лечение: внутривенное введение солевых растворов и агонисты альдостерона (флудрокортизон). Ключевое звено в РААС – это ангиотензин II, который: действует на клубочковую зону и увеличивает секрецию альдостерона, действует на почку и вызывает задержку Na+, Cl и воды, действует на симпатические нейроны и вызывает освобождение норадреналина, мощного вазоконстриктора, вызывает вазоконстрикцию – суживает сосуды (в десятки раз активнее норадреналина). стимулирует солевой аппетит и жажду. Таким образом, эта система приводит АД к норме при его снижении. Избыток ангиотензина II влияет на сердце, так же как и избыток КА и тромбоксанов, вызывает гипертрофию и фиброз миокарда, способствует гипертонии и хронической сердечной недостаточности. При повышении АД начинают работать в основном три гормона: НУП, дофамин, адреномедуллин. Их эффекты противоположны эффектам альдостерона и АТ II. НУП вызывают экскрецию Na+, Cl, H2O, вазодилатацию, увеличивают проницаемость сосудов и снижают образование ренина. Адреномедуллин действует так же, как НУП, вызывая экскрецию Na+, Cl, H2O, вазодилатацию. Дофамин синтезируется проксимальными канальцами почек, действует как паракринный гормон. Его эффекты: экскреция Na+ и Н2О. Дофамин снижает синтез альдостерона, действие ангиотензина II и альдостерона, вызывает вазодилатацию и увеличение почечного кровотока. В совокупности эти эффекты приводят к снижению АД. Величина артериального давления зависит от многих факторов: работы сердца, тонуса периферических сосудов и их эластичности, а также от ОЦК и электролитного состава, вязкости циркулирующей крови. Всё это контролируется нервной и гуморальной системой. Гипертоническая болезнь в процессе хронизации и стабилизации связана с поздними (ядерными) эффектами гормонов. При этом возникают ремоделирование сосудов, их гипертрофия и пролиферация, фиброз сосудов и миокарда. В настоящее время эффективными гипотензивными лекарствами являются ингибиторы вазопептидаз, АПФ и нейтральной эндопептидазы. Нейтральная эндопептидаза участвует в разрушении брадикинина, НУП, адреномедуллина. Все три пептида являются вазодилататорами, снижают АД. Например, ингибиторы АПФ (периндо-, эналоприл) снижают АД, уменьшая образование АТ II и задерживая распад брадикинина. Открыты ингибиторы нейтральной эндопептидазы (омапатрилат), являющиеся одновременно ингибиторами АПФ и нейтральной эндопептидазы. Они не только снижают образование АТ II, но и предотвращают распад гормонов, снижающих АД – адреномедуллина, НУП, брадикинина. Ингибиторы АПФ не полностью выключают РААС. Более полного выключения этой системы можно достигнуть блокаторами рецепторов ангиотензина II (лозартан, эпросартан). 3.4. ОБМЕН КАЛЬЦИЯ И ФОСФАТА Кальций самый распространенный минерал в теле человека. Метаболические функции кальция связаны со всеми обменными процессами: углеводным, липидным, 59 азотистым, обменом гормонов и нейротрансмиттеров. Кальций участвует в функциях любых клеток. Главное депо кальция – кости. Если недостаточно кальция в крови, то организм черпает его из костей. Фосфат (ортофосфат, пирофосфат) и кальций в обменных процессах часто связаны между собой. Фосфат является составной частью нуклеиновых кислот, нуклеотидов, коферментов, фосфолипидов. Фосфат имеет большое значение как буфер. Протеинкиназы и липидкиназы фосфорилируют белки и липиды, меняя их активность. Активация гексоз, глицерина, креатина путем присоединения фосфата от АТФ – необходимый этап метаболизма этих веществ. Концентрация ионов кальция в плазме и межклеточной жидкости составляет 10 3 М, а в цитозоле в состоянии покоя 10 7М. Таким образом, имеется концентрационный градиент, который регулируется с помощью нескольких механизмов, в том числе и многими гормонами. Имеется внутриклеточное депо ионов кальция, это ретикулум. В нем концентрация ионов кальция составляет 3·10 –5 М. После проведения сигнала с помощью ионов кальция, в течение нескольких секунд он откачивается из цитозоля с участием Са 2+ АТФаз. Кроме того, существует обмен ионами кальция между цитозолем и ядром, между цитозолем и митохондриями. Ингибиторы (блокаторы) медленных кальциевых каналов используют как лекарства при гипертонической болезни, ИБС, нарушениях мозгового кровообращения. Это гипотензивные, вазодилататоры, антиаритмики, антиагрегаторы (фелои нитрен-, амлодипин). В регуляции концентрации кальция и фосфата в крови участвуют 3 гормона: кальцитриол, паратирин, кальцитонин. У человека витамин D3 может образоваться в коже из холестерина под действием ультрафиолета, а также витамины D2и D3он получает с пищей. Витамины D в большом количестве содержатся в печени и жире глубоководных рыб (палтус, тунец). Процесс образования витамина D в коже снижается с возрастом, при кахексии, при гиперкератозе изза недостатка витамина А. Витамины попадают в кровь, там связываются с транспортным белком и переносятся в печень. В печени происходит гидроксилирование по С 25 и образуется 25-ОН D – кальцидиол. Кальцидиол кровью переносится в почки, где повторно гидроксилируется митохондриальной 1-гидроксилазой по С1 и превращается в 1,25-(ОН)2 витамин D или кальцитриол. Нарушение переваривания и всасывания липидов (стеаторея) приводят к вторичному гиповитаминозу D. При заболеваниях печени, желчевыводящих путей, хронической почечной недостаточности нарушается гидроксилирование, что способствует возникновению дефицита активных форм витамина. Главные органы-мишени кальцитриола: кишечник, почка, кость. В клетках кишечника кальцитриол увеличивает проницаемость для кальция и фосфата, обеспечивает транспорт кальция в митохондрии, индуцирует синтез кальций-связывающего белка. В почках кальцитриол усиливает реабсорбцию кальция и фосфата в дистальных канальцах. В костях кальцитриол активирует остеокласты, обеспечивает минерализацию молодой кости, отложение солей кальция во вновь сформированный органический матрикс костной ткани. Кальцитриол способствует поддерживанию тонуса мышц, нормальному иммунитету, снижает воспаление (образуется в макрофагах). Снижает пролиферацию и увеличивает дифференцировку некоторых клеток. Недостаток витамина D у детей вызывает рахит. При рахите из-за нехватки активного витамина D понижается всасывание кальция и его освобождение из костей. Гипокальциемия 60 может вызывать вторичный гиперпаратиреоз. Кальций вымывается из костей, фосфат теряется с мочой, минерализация кости становится невозможной, формируется рахитическая структура костей. Размягчаются кости черепа, уплощается затылок, возникают утолщения эпифизов длинных трубчатых костей и «рахитические чётки» на грудных концах рёбер. У ребёнка, начинающего ходить, происходят искривления нижних конечностей, плоскостопие, нарушается формирование позвоночника. Для профилактики и лечения рахита детям в регионах с недостатком солнечного света назначают препараты витамина D и УФЛ. Витамин-D-зависимый наследственный рахит – заболевание, при котором имеется дефект почечной 1-гидроксилазы. Заболевание проявляется задержкой физического развития, имеются рахитические изменения скелета, гипокальцифосфатемия. Лечение – альфакальцидол (оксидевит – 1-ОН-D), кальцитриол, то есть активные формы витамина. Патология почек вызывает симптомы рахита у детей и остеопороза у взрослых. Коррекция нарушений проводится теми же препаратами. Третья форма рахита – дефект рецепторов кальцитриола не поддаётся лечению вышеназванными препаратами. Если рост костей в длину к моменту развития гиповитаминоза уже завершён, формируется остеомаляция. Часто поражает пожилых, особенно лежачих больных, остеомаляция возможна у беременных и кормящих женщин. При остеомаляции остеоид вырабатывается, но не минерализуется. При остеопорозе снижается и образование остеоида и его минерализация. Паратирин (ПТГ) синтезируется паращитовидными железами. Секретируется в кровь при снижении уровня кальция в плазме крови. Паратирин активирует гидроксилирование витамина D в печени, и кальцидиола в почках и таким образом участвует в образовании кальцитриола. Основные органы-мишени паратирина – кости и почки. В костях паратирин вызывает активацию остеокластов и освобождение кальция из костей. В почках увеличивает реабсорбцию кальция и экскрецию фосфата. Гиперпаратиреоз характеризуется гиперкальциемией, увеличением риска переломов, кальциноза сосудов, камней в почках. Гипопаратиреоз сопровождается гипокальциемией. Могут наблюдаться мышечная слабость, плохая свертываемость крови, нарушения зрения, судороги, патология сердечнососудистой системы. Кальцитонин синтезируется С-клетками щитовидной и паращитовидных желез. Секрецию кальцитонина вызывает повышение уровня кальция в крови. У женщин вырабатывается меньше, чем у мужчин. Скорость секреции кальцитонина у женщин зависит от уровня эстрогенов, при их недостатке снижается. Кальцитонин тормозит активность остеокластов и, следовательно, поступление кальция и фосфата в кровь, в результате увеличивает прочность костей. В почках кальцитонин подавляет реабсорбцию кальция и фосфата в кровь. Так кальцитонин понижает уровень кальция и фосфата крови. Нарушение фосфорнокальциевого обмена, приводящее к остеопорозу, наблюдается при многих заболеваниях и состояниях. Например, сложные переломы, с длительной иммобилизацией, ситуации, способствующие длительной гипокинезии. Кроме того, почечная недостаточность, климакс у женщин, алкоголизм, эндокринные патологии: избыточное образование паратирина, глюкокортикостероидов (длительное лечение ими), избыток йодтиронинов приводят к остеопорозу. Терапия проводится препаратами кальция в сочетании с гормонами. Кальцитонин лосося (миокальцик) в 30–40 раз активнее кальцитонина человека. Бисфосфонаты – это синтетические органические аналоги молекулы пирофосфата, обладающие большей стабильностью и устойчивостью к энзиматическому 61 гидролизу остеокластами. Бисфосфонаты предназначены для лечения различных заболеваний костной системы и нарушений метаболизма кальция. Могут применяться парентерально. 3.5.ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ Выбрать один правильный ответ 31. ПРИЧИНОЙ НЕСАХАРНОГО ДИАБЕТА ЯВЛЯЕТСЯ ДЕФИЦИТ 1) антидиуретического гормона 2) ангиотензинаII 3) натрийуретического фактора 4) альдостерона 32. В АКТИВАЦИИ ВИТАМИНА D УЧАСТВУЮТ 1) сердце 2) почки 3) тонкий кишечник 4) лёгкие 33. АНТАГОНИСТЫ Са2+КАНАЛОВ МОГУТ ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ КАК 1) вазодилататоры и гипотензивные 2) противосудорожные 3) местные анестетики 4) гипертензивные 34. УРОВЕНЬ КАЛЬЦИЯ И ФОСФАТОВ В КРОВИ СНИЖАЕТ ГОРМОН 1) паратирин 2) кальцитонин 3) кальцитриол 4) ГКС 35. В РЕГУЛЯЦИИ ФОСФОРНО-КАЛЬЦИЕВОГО ОБМЕНА УЧАСТВУЕТ 1) паратирин 2) вазопрессин 3) альдостерон 4) ГКС 36. ПРИЧИНОЙ РАХИТА У ДЕТЕЙ МОЖЕТ БЫТЬ 1) дефицит кальцитонина 2) нарушение активации витамина D 3) избыток рецепторов кальцитриола 4) дефицит рецепторов кальцитонина 37. СЕРДЕЧНЫЕ ГЛИКОЗИДЫ КАК ИНГИБИТОРЫNa+,K+ -АТФАЗЫ 1) препятствуют выходу Na+ из клетки (кардиомиоциты) 62 2)выкачивают Са2+из клетки 3)загоняют K+ в клетку 4) загоняют в клетки Cl38. МЕСТОМ СИНТЕЗА АНТИДИУРЕТИЧЕСКОГО ГОРМОНА ЯВЛЯЕТСЯ 1) гипоталамус 2) щитовидная железа 3) аденогипофиз 4) надпочечники 39. ТОЛЬКО ВОДНЫЙ ОБМЕН РЕГУЛИРУЕТ ГОРМОН 1) альдостерон 2) ангиотензин 3) НУП 4) АДГ 40. В ОБРАЗОВАНИИ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ ОБКЛАДОЧНЫМИ ЖЕЛУДКА УЧАСТВУЕТ 1) H+/K+антипорт 2) Na+/H+антипорт 3) Na+/K+антипорт 4) Na+, Са2+ -обменник КЛЕТКАМИ 41. ПРИЧИНОЙ НЕСАХАРНОГО ДИАБЕТА ЯВЛЯЕТСЯ 1) уменьшение образования АДГ при патологии гипоталамуса и/или гипофиза 2) увеличение выработки АДГ 3) уменьшение образования инсулина 4) увеличение образования инсулина 42. АНГИОТЕНЗИН II 1) вызывает расширение сосудов (вазодилатацию) 2) ингибирует секрецию симпатическими нейронами НА и вазоконстрикцию 3) в почечных канальцах вызывает экскрецию Na+, Cl, H2O 4) стимулирует секрецию альдостерона 43. ПРОИЗВОДНЫЕ СУЛЬФАНИЛМОЧЕВИНЫ, ГЛЮКОЗЫ, ЯВЛЯЮТСЯАНТАГОНИСТАМИ 1) Na+-каналов 2) К+-каналов 3) Cl-каналов 4) Са2+-каналов ПОНИЖАЮЩИЕ УРОВЕНЬ 44. ВСАСЫВАНИЕ ГЛЮКОЗЫ И АМИНОКИСЛОТ В КИШЕЧНИКЕ ПРОИСХОДИТ В СИМПОРТЕ С 1) Na+ 2) K+ 3) Сa2+ 4) Cl 45. ПОКАЗАНИЯ ДЛЯ РЕГИДРАТАЦИОННОЙ ТЕРАПИИ 1) сахарный диабет 2) несахарный диабет 63 3) обессоливание и обезвоживание при профузных поносах 4. РОЛЬ ПЕЧЕНИ В ПИГМЕНТНОМ ОБМЕНЕ. ЖЕЛТУХИ Эритроциты живут около 120 дней. Стареющие эритроциты улавливаются клетками РЭС – ретикулоэндотелиальной системы (селезенки, купферовскими клетками печени), в которых начинается распад гемоглобина. Сначала из гемоглобина образуется вердоглобин, затем биливердин (пигмент желтого цвета), который восстанавливается до билирубина. БР, образованный в клетках РЭС, называют свободным (неконъюгированным с глюкуроновой кислотой), его же называют непрямым. Он гидрофобен и высоко токсичен. Выходя в кровь, он связывается с альбуминами и в таком комплексе доставляется в печень. В клетках печени – гепатоцитах БР связывается с глюкуроновой кислотой, образуя растворимый в воде связанный или прямой БР. Часть прямого БР из гепатоцитов выводится в кровяное русло, а большая часть активным транспортом выводится в желчные капилляры и попадает с током желчи в тонкий кишечник. В кишечнике от связанного БР отщепляется глюкуроновая кислота и он снова становится свободным. Ферменты кишечной микрофлоры восстанавливают БР до бесцветного стеркобилиногена, который, окисляясь, превращается в стеркобилин – пигмент коричневого цвета, выводимый с калом. Часть стеркобилиногена всасывается по геморроидальным венам, попадает в почки и, окисляясь, выводится с мочой в виде стеркобилина мочи (уробилина). Таким образом, в норме в крови присутствует и свободный (из клеток РЭС), и связанный (из гепатоцитов) БР. Концентрация общего БР в норме составляет 1,7–20 мкмоль/л, из них 25% приходится на связанный БР и 75% – на свободный. В норме в моче и кале присутствует стеркобилин, БР в моче нет, т.к. в крови преобладает сводный, гидрофобный БР, который не может выделяться с мочой. Повышение концентрации БР в крови называется гипербилирубинемией. При достижении определенной концентрации он диффундирует в ткани, окрашивая их в желтый цвет. Пожелтение тканей из-за отложения в них БР называют желтухой. Клинически желтуха может не проявляться до тех пор, пока концентрация БР не станет выше 50 мкмоль/л. По механизму развития различают три вида желтух. Гемолитическая желтуха (надпеченочная) – результат интенсивного гемолиза эритроцитов (резус-конфликт, переливание несовместимых групп крови, отравление гемолитическими ядами, укус змеи). Хотя способность печени образовывать связанный БР и выделять его в желчь в 3–4 раза превышает их образование в физиологических условиях, изза усиленного гемолиза свободного БР образуется так много, что он не успевает весь захватываться гепатоцитами и остается в крови. Поэтому один из главных признаков этой желтухи – повышение содержания в крови свободного БР. Это позволяет легко отличить гемолитическую желтуху от механической и печеночной желтух. По сравнению с нормой в печени образуется больше связанного БР и большее количество его выделяется в кишечник, что ведет к усиленному образованию и выделению с мочой и калом стеркобилина и более интенсивному их окрашиванию. В моче БР отсутствует, т.к. в крови накапливается гидрофобный свободный БР, который не фильтруется в мочу. Свободный БР легко преодолевает ГЭБ, поражает головной мозг, вызывая энцефалопатию. 64 Рис. 23.Патогенез желтух Механическая, или обтурационная желтуха (подпеченочная) развивается при нарушении оттока желчи в двенадцатиперстную кишку (при желчно-каменной болезни, опухоли желчного пузыря, головки поджелудочной железы). При полной закупорке общего желчного протока связанный БР в составе желчи не поступает в кишечник, поэтому продуктов его катаболизма – стеркобилинов в моче и кале нет( рис. 23). Кал обесцвечен. Так как экскреция связанного БР в желчь нарушена, происходит его выделение в кровь, поэтому в крови повышено содержание связанного БР. Этот растворимый БР экскретируется с мочой, придавая ей насыщенный оранжевокоричневый цвет. В сыворотке крови у больных повышена активность ферментов эпителия желчевыводящих путей – щелочной фосфатазы и -глутамилтрансферазы. Печеночная желтуха обусловлена повреждением гепатоцитов, например, при вирусных гепатитах. Пораженные гепатоциты хуже захватывают свободный БР из крови и хуже экскретируют его в желчь против градиента концентрации. Поэтому при этой желтухе в крови повышается содержание как свободного, так и связанного БР, но прирост связанного более значителен. Поскольку экскреция желчи в кишечник нарушена, БР в кишечник поступает меньше, чем в норме, поэтому количество образующегося стеркобилиногена 65 также снижено. Кал может быть гипохоличным, т.е. менее окрашенным. Моча, наоборот, имеет более интенсивную окраску за счет присутствия там не только стеркобилина, но связанного БР, который хорошо растворим в воде и экскретируется с мочой. В сыворотке крови больных повышена активность ЛДГ5, АлАТ АсАТ. У новорожденных бывает либо физиологическая, либо патологическая желтуха. Причины физиологической: эритроциты плода живут не 120 дней, а 80. У новорожденного ребёнка усилен гемолиз эритроцитов, следовательно, образуется больше гемоглобина и билирубина. Связывание и удаление билирубина замедлены из-за возрастной незрелости печени (отсутствуют некоторые белки и ферменты). Физиологическая желтуха неопасна, быстро проходит (7 дней). Патологическая желтуха новорожденных чаще всего бывает гемолитической, длится более 7-ми дней. Возникает у резус-положительного плода и резусотрицательной матери, в тяжелых случаях может вызвать смерть плода. Кроме того, патологическая желтуха может быть связана с нарушением захвата билирубина гепатоцитами (синдром Жильбера), нарушением конъюгации с УДФ-глюкуроновой кислотой – наследственный дефект глюкуронилтрансфераз (синдром Криглера-Найяра) или с нарушением экскреции связанного билирубина в желчь (синдром Дабина-Джонсона). 4.1.ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ Выбрать один правильный ответ 46. ПРИ ПЕЧЕНОЧНОЙ ЖЕЛТУХЕ НАБЛЮДАЕТСЯ 1) смешанная гипербилирубинемия 2) снижение активности ЛДГ5 3) увеличение стеркобилина в кале 4) отсутствие билирубина в моче 47. ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЖЕЛТУХЕ НАБЛЮДАЕТСЯ 1) повышение свободного билирубина в крови 2) отсутствие билирубина в моче 3) наличие стеркобилина в кале 4)повышение активности γ-глутамилтрансферазы и щелочной фосфатазы 48. ДЛЯ ГЕМОЛИТИЧЕСКОЙ ЖЕЛТУХИ ХАРАКТЕРНО 1) повышение свободного билирубина в крови 2) выделение с мочой билирубина 3) отсутствие стеркобилина в кале 4) отсутствие стеркобилина в моче 49. УВЕЛИЧЕНИЕ АКТИВНОСТИ В КРОВИ ЛДГ5, АлАТ > АсАТ ХАРАКТЕРНО ДЛЯ ЖЕЛТУХИ 1) печеночной 2) гемолитической 3) механической 4) новорожденных 66 50. СВЯЗАННЫЙ БИЛИРУБИН ОБРАЗУЕТСЯ В ПЕЧЕНИ ПУТЁМ КОНЪЮГАЦИИ С 1) глюкуроновой кислотой 2) гиалуроновой кислотой 3) глюконовой кислотой 4) щавелевой кислотой 51. СТЕРКОБИЛИН В КАЛЕ ОТСУТСТВУЕТ ПРИ ЖЕЛТУХЕ 1) гемолитической 2) печеночной 3) механической 4) новорожденных 52. ПРИЧИНОЙ ГЕМОЛИТИЧЕСКОЙ ЖЕЛТУХИ МОЖЕТ БЫТЬ 1) укус змеи 2) вирусный гепатит 3) опухоль головки поджелудочной железы 4) цирроз печени 53. В НОРМЕ СООТНОШЕНИЕ СВОБОДНОГО И СВЯЗАННОГО БИЛИРУБИНА В КРОВИ СОСТАВЛЯЕТ 1) 3:1 2) 1:1 3) 3:2 4) 2:3 54. ЗАХВАТ СВОБОДНОГО СИНДРОМЕ БИЛИРУБИНА ГЕПАТОЦИТАМИ НАРУШЕН 1) Жильбера 2) Криглера-Найяра 3) Дабина-Джонсона 4) Ротора 55. У НОВОРОЖДЕННЫХ ПРИ РЕЗУС-КОНФЛИКТЕ РАЗВИВАЕТЯ ЖЕЛТУХА 1) гемолитическая 2) паренхиматозная 3) механическая 56. ПРИЧИНОЙ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ЖЕЛТУХИ ЯВЛЯЕТСЯ 1) незрелость глюкуронилтрансферазы в печени плода 2)незрелость АлАТ в печени плода 3) отсутствие десатуразы 4) дефицит альбуминов 57. ОБРАЗОВАНИЕ СВОБОДНОГО БИЛИРУБИНА ПРОИСХОДИТ В 1) гепатоцитах 2) клетках ретикулоэндотелиальной системы 3) тромбоцитах 4) эритроцитах 67 ПРИ 58.СРЕДНЯЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ ЭРИТРОЦИТОВ СОСТАВЛЯЕТ В ДНЯХ 1) 30 2) 80 3) 120 4) 160 59. В НОРМЕ С МОЧОЙ ВЫДЕЛЯЕТСЯ ПИГМЕНТ 1) билирубин 2) стеркобилин 3) стеркобилиноген 60. ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ СВОБОДНОГО БИЛИРУБИНА ПРОИСХОДИТ В 1) печени 2) поджелудочной железе 3) надпочечниках 4) сердце 5. ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ Фармацевтическая биохимия изучает биохимические аспекты фармацевтических наук, в частности, фармакодинамики и фармакокинетики. Эти науки занимаются исследованием взаимодействия организма и лекарства. Фармакокинетика изучает действие организма на лекарство в процессе его поступления, распределения, метаболизма (биотрансформации) и выведения. Фармакодинамика, напротив, изучает все стороны действия лекарства на организм. Это важно для понимания того, как меняются определенные функции организма при ответе на действие лекарства. Фармакодинамика изучает характер, силу, длительность фармакологических эффектов и биохимические механизмы действия лекарств. Биохимические аспекты фармакодинамики изучает биохимическая фармакология. 5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЛЕКАРСТВ Фармакология использует несколько классификаций лекарств. По физиологическим системам: лекарства, влияющие на периферическую нервную систему центральную нервную систему органы дыхания сердечнососудистую систему и т.д. Классификация по фармакологическому действию: обезболивающие противовоспалительные сосудорасширяющие и т.д. Классификация по терапевтическому использованию: противодиабетические гипотензивные иммуносупрессоры и т.д. 68 Такая классификация удобна для практических врачей. Но для дальнейшего развития фармакологии есть необходимость в классификации лекарств по биохимическим механизмам действия: «Фармакология ещё не является биохимией, но всё больше становится ею» (Sutherland). По биохимической классификации все лекарства делятся на 6 классов. 1. Действующие на сигнал-трансдукторные системы Мишенями лекарств являются различные белки сигнал-трансдукторных систем 1.1.Рецепторактивные. Лиганды рецепторов – агонисты и антагонисты, например, дексаметазон агонист рецепторов ГКС (противовоспалительное и антиаллергическое средство), сартаны –антагонисты рецепторов ангиотензина II (при гипертонической болезни). 1.2. Изменяющие функцию ионных каналов. Антагонисты Na+-каналов – фенитоин (применяются при эпилепсии), антагонисты K+-каналов – глибенкламид (при сахарном диабете), агонисты К+-каналов – диазоксид назначаются как вазодилататоры. При ишемии головного мозга и сердца используются антагонисты Са2+-каналов – амлодипин. 1.3. Действующие на мембранные G-белки. Мембранные Gs-белки активируются фторидами – NaF, витафтор, фторлак, назначают для профилактики кариеса. Ингибиторы малого Gбелка Ras состатины применяют для лечения рака. 1.4. Модуляторы ферментов, образующих вторые посредники. К ним относится нитросорбид – в организме образует NO., который активирует гиалоплазматическую растворимую гуанилилциклазу и в результате увеличивается коронарный кровоток (стенокардия, ИБС). Диметоксивиридин – ингибитор фосфолипазы D, в эксперименте противоопухолевый препарат. 1.5. Модуляторы ферментов, метаболизирующих вторые посредники. В медицине используются ингибиторы цАМФ-фосфодиэстеразы, например противовоспалительное средство ролипрам. Ингибитор цГМФ-фосфодиэстеразы силденафил назначают для лечения эректильной дисфункции. 1.6. Действующие на рецепторы вторых посредников: протеинкиназы, кальмодулин и др. Форболы являются аналогами ДАГ и активируют ПК С, они промоторы образования опухолей в эксперименте. Тинибы назначают как противоопухолевые препараты. Они являются антагонистами ЭФР. Бриостатины – ингибиторы ПК С – прерывают передачу сигнала, применяют при злокачественном росте и воспалении. Рапамицин–ингибитор протеинкиназы р70S6 (белка рибосом) – назначают для подавления иммунитета. 1.7. Модуляторы протеинфосфатаз. Иммунодепрессант циклоспорин А – ингибитор Са2+-зависимой протеинфосфатазы ядерных факторов, снижает образование интерлейкинов и интерферонов. 1.8. Модуляторы передачи сигналов в ядро. Сигналы в ядро передаются специфическими белковыми факторами. Они меняют матричные синтезы и, в результате, функции клеток. Циклоспорин ингибирует ядерный фактор NFAT и нарушает активацию и пролиферацию лимфоцитов. Глиотоксин ингибирует ядерный фактор NFkB. Этот фактор опосредует действие цитокинов и обладает противовоспалительным и антиастматическим действием. Другие компоненты СТС также могут быть мишенями лекарств. Это второй класс лекарств. 69 2. Действующие на другие компоненты плазматической мембраны 2.1. Модуляторы ферментов. Это широко применяемые в медицине ингибиторы + + Na ,K -АТФазы – сердечные гликозиды, например, строфантин, высокоэффективные противоязвенные лекарства – ингибиторы H+,K+-АТФазы обкладочных клеток слизистой желудка типа омепразола. 2.2. Модуляторы транспортных белков. Антидепрессивное действие некоторых лекарств связано с ингибированием обратного захвата нейронами серотонина, например, флуоксетин. В настоящее время ограничено (только в руки врача) для местной анестезии роговицы, при конъюнктивитах применяют кокаин, ингибитор транспорта дофамина. Пробенецид–ингибитор транспорта гидрофобных анионов, снижает реабсорбцию мочевой кислоты, используется для лечения подагры. 2.3. Модуляторы мембран. Местный анестетик и антиаритмик лидокаин является антагонистом Na+-каналов и меняет свойства мембраны – повышает поверхностное натяжение фосфолипидов мембран. 3. Действующие внутриклеточно 3.1. Модуляторы ферментов. Трозолы назначают, например, при раке молочной железы. Они являются ингибиторами фермента ароматазы, который участвует в синтезе эстрогенов из андрогенов сетчатой зоны коры надпочечников. Другой пример – это хорошо известные ингибиторы ферментов метаболизма пуринов, например, ингибитор ксантиноксидазы аллопуринол для лечения подагры. 3.2. Модуляторы транспортных систем. Ингибитор адениннуклеотидтранслоказы митохондрий карбоксиатрактилозид в эксперименте используется для изучения окислительного фосфорилирования. Ингибитор освобождения Са2+ из ретикулума дантролен – это миорелаксант. 3.3. Модуляторы структурных белков, ингибиторы тубулина, актина, интегрина. Ингибитор тубулина таксол используют как противораковое средство. Ингибиторы актина, интегрина снижают воспаление. 3.4. Взаимодействующие с нуклеиновыми кислотами. В химиотерапии злокачественных процессов применяют алкилятор нуклеиновых кислот мелфалан. Блокатор матричной активности ДНК – противоопухолевый антибиотик доксорубицин. Антисмысловые олигонуклеотиды (антисенстерапия) – это наиболее перспективные лекарства для лечения рака, атеросклероза, рестеноза артерий и др. 3.5. Модуляторы белковых факторов, регуляторов матричных синтезов. Лекарственные вещества могут действовать на белковые факторы, регулирующие матричные синтезы. ГКС связываются с ядерными рецепторными белками. Дифтерийный токсин химически пришивают к факторам роста клеток. Их вводят в опухоли и дифтерийный токсин ингибирует трансляцию на уровне транслоказы – ЭФ2 (2й фактор элонгации). 3.6. Субстраты. В качестве лекарства издавна используют глюкозу, как источник энергии, аминокислоты, рибоксин как пластический материал для синтезов. 3.7. Неорганические вещества. Это около 20 макро- и микроэлементов, которые назначают в качестве пищевых добавок или монотерапии при выявленной недостаточности, например, CaCl2, Se. 4. Генотерапия. Генотерапия – это новое направление в лечении ряда наследственных и мультифакторных заболеваний. Генотерапия это «пересадка» нормальных генов, которые должны заменить дефектные, мутировавшие гены. Такая терапия уже применяется при 70 лечении некоторых наследственных, злокачественных, сердечно-сосудистых и других заболеваниях. 5. Действующие внеклеточно. Лекарства этого класса действуют на внеклеточные мишени. 5.1.На молекулы и ионы. Это могут быть молекулы или ионы межклеточных жидкостей и секретов. К препаратам этого класса относится стрептокиназа, применяемая для лизиса тромбов, фестал, препарат компенсирующий дефицит пищеварительных ферментов. Пеницилламин – комплексон, связывающий ионы Cu, Hg, Pb, Fe, применяется при отравлениях, болезни Вильсона-Коновалова. Бисфосфонаты, связывающие фосфаты кальция, являются высокоэффективными препаратами при лечении остеопороза. 5.2. На физико-химические параметры. К лекарствам этой группы относятся препараты, изменяющие рН – NaHCO3, изменяющие осмотическое давление – плазмозамещающие, противошоковые препараты полиглюкин, маннит. Изменяет растворимость холестериновых камней хенофальк, его назначают для терапевтического лечения желчно-каменной болезни. 6. Действующие на инвазивные агенты. Противовирусные препараты ганцикловир – ингибитор синтеза вирусной ДНК, азидотимидин – ингибитор обратной транскриптазы ВИЧ, индинавир – ингибитор протеазы ВИЧ. Противобактериальные препараты ингибируют все виды матричных синтезов бактерий, это антибиотики и сульфаниламиды. Антибиотики могут нарушать синтез клеточной стенки бактерий. Сульфаниламиды являются ингибиторами синтеза фолата у бактерий. На грибы действует, например, амфотерицин, который нарушает структуру и увеличивает проницаемость плазматической мембраны грибов. Простейшие, такие как возбудители малярии, уничтожаются препаратом хингамин. При заболеваниях – трихомоноз, лямблиоз, лейшманиоз назначают метронидазол. Противоглистные (антигельминтные) препараты имеют разные механизмы действия, например, противонематодозный пиперазин вызывает паралич мускулатуры. 5.2. БИОХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФАРМАКОКИНЕТИКИ Фармакокинетика изучает поступление лекарств в организм, его распределение, метаболизм (биотрансформацию), выведение. Пути поступления: 1. Энтеральный, через пищеварительный тракт (per os, под язык, ректальный). 2. Парентеральный, минуя пищеварительный тракт (подкожный, внутримышечный, внутривенный, внутриартериальный, внутрибрюшинный, ингаляционный и др.) Самый распространенный путь поступления лекарств – пероральный, он прост, удобен и не требует стерильности. Всасывание, транспорт через мембрану осуществляется несколькими путями. 1. Диффузия пассивная, по градиенту (Н2О, глюкоза, О2) облегченная, с участием белкапереносчика (органические кислоты) 2. Активный транспорт, против градиента, требует энергии – АТФ, Н+, Na+для всасывания ионов, аминокислот, моносахаридов. 3. Пиноцитоз или эндоцитоз.Этот механизм важен для крупных молекул. Они окружаются участком клеточной мембраны, при этом образуется пузырек – везикула. 71 На всасывание влияют М, заряд, полярность. Через липидный барьер мембраны хорошо всасываются малые гидрофобные молекулы, хуже всасываются полярные и особенно плохо – заряженные молекулы. В желудке лучше всасываются кислоты, так как кислая среда снижает диссоциацию. Поэтому, например, если больной принимает антациды (бикарбонат, щелочные минеральные воды), то некоторые препараты не будут всасываться в желудке (барбитураты). Гидрофобные лекарства всасываются легче. Жирорастворимые витамины, эйконол, эссенциале всасываются при участии желчи, поэтому эти лекарства нужно принимать во время еды, желательно включающей жиры или после еды. Такие препараты нельзя назначать вместе с секвестрантами. Например, холестирамин сорбирует желчные кислоты и будет нарушать всасывание этих препаратов, то есть лучше провести отдельные курсы. Секвестранты, кроме того, нарушают всасывание тиреоидных гормонов, тетрациклинов и т.д. Перорально не принимают пептиды, белки (протеолиз), катехоламины – в кишечнике и печени высокоактивны МАО. При поступлении лекарств через рот, они всасываются медленнее, инактивируются в печени, поэтому дозировка всегда выше по сравнению с парентеральным введением. Парентеральный путь введения лекарств необходим, когда требуется более быстрое действие. Для парентерального пути введения лекарства используют его растворимые формы. Обычно в кровь вводят не свободные основания или кислоты, а их соли. Например, катехоламины гидротартраты, гистамин дихлоргидрат, эритромицин фосфат, левомицетин сукцинат. Эуфиллин – это растворимая форма теофиллина (кислота 80% + 1,2 этилендиамин). Для длительного действия лекарства используют плохо растворимые вещества. Известно, что фталазол плохо всасывается из ЖКТ и поэтому дольше действует на патогенные бактерии. С этой же целью применяют таблетки с микрокапсулами (сустак – часть препарата всасывается быстро, часть медленно), полимерные пленки с тринитролонгом приклеивают на слизистую рта во время приступа стенокардии. Для длительного действия создают инъекционные депо (бициллин, инсулинультралонг). Обычно это суспензии, из которых лекарства всасываются медленно. Применяются имплантанты – а) мембранные резервуары с контрацептивами на 0,5–1 год, б) осмотические и механические насосы – помпы для стабильного непрерывного поступления инсулина. Скорость всасывания зависит от пути введения лекарства. Самый быстрый – внутривенный – секунды, внутрибрюшинный ~ 5 минут, внутримышечный ~ 15–20 минут, подкожный ~20–30 минут. Для удлинения действия лекарств подкожно иногда вводят масляные растворы. Внутриартериальный способ введения применяют, когда требуется создать высокую концентрацию препарата только в одном органе. Менее распространенные способы введения лекарств – ингаляции с помощью аэрозолей, например противоастматические, противоаллергические средства действуют быстро. Иногда используется интраназальный путь (вдыхают через нос), например адиурекрин при несахарном диабете, энурезе. Существует накожный путь для введения липофильных лекарств (метилсалицилат, нитроглицерин). Для улучшения всасывания лекарств, применяемых наружно, добавляют димексид. Для более быстрого действия существует сублингвальный путь введения, например, нитроглицерин при стенокардии, нифедипин при гипертоническом кризе. Ректальный путь – свечи, назначают для всасывания, минуя ферменты ЖКТ, с использованием меньшей дозы, например у детей. Применяется при 72 невозможности использования лекарств через рот (тошнота, рвота, спазм), или для предотвращения повреждения слизистой желудка (индометацин). Распределение лекарств в организме. Распределение включает следующие этапы: 1. транспорт к клеткам, 2. проникновение в клетки, 3. избирательное накопление. Транспорт. Гидрофильные лекарства транспортируются быстро в свободном виде. Гидрофобные лекарства транспортируются в комплексе с белками, из которых постепенно освобождаются. Белки, в первую очередь альбумины, связывают многие лекарства. При этом способность связываться с альбуминами у разных лекарств различная. Для большинства лекарств связанная форма составляет ~ 50%, а, например, у дигитоксина, диазепама, пропранолола она составляет до 98%. Некоторые лекарства способны вытеснять другие лекарства из их комплексов с альбуминами. Например, аспирин вытесняет антикоагулянты, в результате может вызывать кровотечения. Некоторые лекарства могут вызывать желтуху, так как конкурируют с билирубином за альбумин. Это, например, в больших дозах антибиотики, салицилаты. При гипоальбуминемиях доза многих лекарств должна быть снижена. Гипоальбуминемией сопровождается цирроз печени, ожоги, тяжелая почечная недостаточность и т.д. Кроме альбуминов лекарства могут связываться с другими белками крови – липопротеинами, гликопротеинами. Проникновение в клетки. Лекарства из внеклеточной жидкости в клетки могут попасть, только преодолев мембранные барьеры. Хорошо проникают липофильные препараты. Для полярных или заряженных лекарств созданы липосомы. При вариациях фосфолипидного состава липосом можно добиться относительной избирательности для разных органов. Гидрофильные лекарства (глюкоза, аминокислоты, Na+, Ca2+ и некоторые синтетические противораковые) проникают либо активным транспортом, либо по каналам. Некоторые препараты проникают путем эндоцитоза. Например, Fe2+ в составе белка трансферрина соединяется с рецепторами, и этот комплекс погружается в клетку. Проникновению лекарств в клетки препятствуют различные барьеры. Многие лекарства не попадают в головной мозг из-за гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). Но есть области, где ГЭБ отсутствует или очень слаб. Это гипоталамус, задний гипофиз и эпифиз, участок продолговатого мозга area postrema – «свободный порт». Некоторые лекарства проходят ГЭБ, но плохо, например, заряженные молекулы. Хорошо проникают через ГЭБ: лекарства с третичным азотом (атропин); производные аминокислот (ДОФА, 5ОНтриптофан); антибиотик стрептомицин, сульфаниламид – сульфопиридазин (их следует назначать для лечения внутричерепных инфекций); тормозящие ЦНС (барбитураты, бензодиазепины, морфин). Следует учитывать, что ГЭБ становится более проницаемым при воспалении мозговых оболочек. ГЭБ ниже у плода и маленьких детей. Плацента является барьером для полярных заряженных лекарств, но не для: обезболивающих, стероидов, пенициллина, спиронолактона, этанола. Избирательное накопление. Для ряда веществ известна избирательность (неравномерность) накопления. Так, например, концентрация аминазина в головном мозге в 80 раз выше, чем в крови. Йод избирательно накапливается в щитовидной железе, мышьяк в волосах и ногтях, кальций, стронций, радий, тяжелые металлы, тетрациклины – в костях. 73 Поэтому, например, тетрациклины с осторожностью назначают детям, когда идет формирование костей. 5.3. МЕТАБОЛИЗМ (БИОТРАСФОРМАЦИЯ) ЛЕКАРСТВ И ДРУГИХ КСЕНОБИОТИКОВ Лекарства можно разделить на 2 группы биогенные и синтетические. Биогенные – глюкоза, аминокислоты (глицин, метионин, карнитин, ГАМК), инсулин, АТФ, рибоксин, ферменты, коферменты, витамины. Синтетические – это большинство антимикробных, антивирусных, противоопухолевых лекарств. Синтетические лекарства – это ксенобиотики (КСБ). Ксенобиотики поступают из окружающей среды, они не используются для построения тканей и не используются в качестве источника энергии В организме человека есть универсальная, эволюционно сложившаяся система метаболизма эндогенных веществ и КСБ. Метаболизм приводит в большинстве случаев к снижению их активности –дезактивации (например, серотонин дезактивируется МАО), которую в случае токсичных веществ (токсификантов) называют детоксикацией. Однако в некоторых случаях метаболиты ксенобиотиков становятся, наоборот, более активными (активация) и даже более токсичными (токсификация), например, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) превращаются в активные канцерогены. Активируются в организме и некоторые лекарства (например, дофамин), и тогда их предшественники это пролекарства (ДОФА). В результате метаболизма возможна модификация основного эффекта лекарства. Кодеин – лекарство против кашля, в результате деметилирования превращается в морфин – сильное обезболивающее. В метаболизме КСБ участвуют около 30 ферментов. Различают 3 фазы: 1. Модификация, создающая или освобождающая функциональные группы: – OH, NH2COOH, SH и другие. 2. Конъюгация – присоединение других групп или молекул. Наиболее часто метаболизм происходит именно в такой последовательности, но при наличии в молекуле КСБ функциональных групп он может сразу же подвергнуться конъюгации. Обычно обе фазы, особенно при совместном действии, приводят к увеличению гидрофильности и снижению активности и токсичности молекулы. 3. Связывание и выведение самих КСБ и их метаболитов из клетки, а затем – из организма (например, ингаляционные наркотики могут сразу выводиться в виде газов лёгкими). Первая фаза метаболизма КСБ (модификация) В этой фазе наиболее важной является локализованная в основном в мембранах эндоплазматической сети (ЭПС) система цитохрома Р450, называемая также микросомальной системой метаболизма или монооксигеназной системой. Её основные функции – образование в молекуле гидрофильных функциональных групп с детоксикацией десятков тысяч веществ. Важными достоинствами системы являются локализация и высокая мощность на главных путях поступления КСБ в организм – пищевом (печень и желудочнокишечный тракт) и дыхательном (лёгкие), а также многообразие путей метаболизма: гидроксилирование (бензол, фенол, ПАУ, барбитураты), эпоксидирование (ПАУ), окисление 74 по сере (аминазин) и азоту (аминазин, никотин), восстановление нитрогрупп (нитробензол, левомицетин) и др. Участвуют две нефосфорилирующие дыхательные цепи – НАДН-зависимая и НАДФН-зависимая. НАДФН-зависимая цепь является ведущей, особенно для гидроксилирования: в ней выше скорость реакций и строго доказано биологическое значение. Указанные реакции превращают, например, фенол в менее опасный пирокатехин: С6Н5ОН + НАДФН+Н++ О2 С6Н4(ОН)2 + НАДФ+ + Н2О Однако этой системе присущи серьёзные ограничения и недостатки: слабость или отсутствие во многих жизненно важных органах (сердце, головной мозг); меньшая защита организма при других путях проникновения (слизистые, раны, инъекции); токсификация некоторых веществ. Так, система цитохрома Р450 превращает хлороформ в боевое отравляющее вещество фосген (СНСl3→ Cl2C=O), что объясняет высокую токсичность хлороформа. Популярное обезболивающее и жаропонижающее лекарство парацетамол превращается в метаболит, в больших дозах повреждающий печень и почки. Поэтому нужна осторожность в применении парацетамола при заболеваниях этих органов. ПАУ бенз(а)пирен – проканцероген, а истинным канцерогеном он становится после токсификации системой цитохрома Р450. Существуют вне микросомальные реакции I фазы: Метаболизм этанола алкоголь- и альдегиддегидрогеназами в гиалоплазме и в митохондриях Окисление оксидазами пуринов (ксантиноксидаза), аминов (монои диаминоксидазы). В медицине применяют ингибиторы МАО для лечения депрессий, но врачу необходимо помнить и предупреждать больного о том, что во время приёма ингибиторов МАО нельзя употреблять в пищу продукты, содержащие биогенные амины, в частности, тирамин (бобовые, пиво, сыр "чеддер"). Это опасно развитием гипертонического криза и смертельным исходом. Гидролиз пептидазами белков и пептидов (инсулин нельзя вводить per os), эстеразами сложных эфиров (липиды, аспирин, лидокаин), гликозидазами углеводов и сердечных гликозидов. При гидролизе освобождаются ранее ковалентно связанные группы СООН, NH2 и ОН. Эти ферменты чаще локализованы в гиалоплазме и лизосомах, а моноаминоксидазы – в митохондриях. Вторая фаза (конъюгация) Основные функции этой фазы те же, что и первой: увеличение гидрофильности и снижение токсичности КСБ. Важные ферменты второй фазы относятся к классу трансфераз. наиболее активны глутатионтрансферазы (ГТ), метаболизирующие тысячи КСБ. Основная реакция конъюгация с восстановленным глутатионом (GSH). При этом ГТ ковалентно связывается с сильным электрофилом, в результате чего ГТ повреждается, но организм освобождается от опасного электрофила. При дальнейшем метаболизме глутатионовые конъюгаты переходят в меркаптуровые кислоты или меркаптаны. Кроме того, ГТ восстанавливают органические гидроперекиси в спирты и изомеризуют некоторые стероиды и простагландины. 75 В ЭПС УДФ-глюкуронилтрансферазы присоединяют остаток глюкуроновой кислоты, а гиалоплазматические сульфотрансферазы – сульфат. Эти ферменты метаболизируют фенол, морфин, левомицетин, парацетамол, зидовудин (лекарство против СПИДа), пероральные контрацептивы и др. Ацетилтрансферазы метаболизируют путём присоединения ацетила от ацетил-КоА к N (сульфаниламиды), или к О (некоторые канцерогены). Мембранные и гиалоплазматические метилтрансферазы метилируют с участием SAM ОН-, NH2- и SH-группы и метаболизируют, например, пиридин, тиоурацил, кокаин. Ко второй фазе относят и некоторые другие ферменты. Эпоксидгидроксилаза (эпоксидгидратаза) присоединяет воду к эпоксидам (бензола, бенз(а)пирена и др.), что превращает их в диолы (это второй путь обезвреживания эпоксидов). Недостатки системы конъюгации: Функционирование всех ферментов второй фазы ограничивается тем, что они метаболизируют только те вещества, которые имеют функциональные группы. Именно поэтому эти ферменты чаще включаются после образования или освобождения функциональных групп ферментами первой фазы, то есть во второй фазе метаболизма КСБ. (Система не действует на бензол, ПАУ). Однако трансферазы имеют важные достоинства: они есть во всех клетках, функционируют при любых путях поступления КСБ в организм; осуществляют или завершают детоксикацию, а иногда исправляют ошибки первой фазы. Так, они обезвреживают токсичные метаболиты ПАУ (канцерогены), хлороформа (фосген), парацетамола. Все эти ферменты играют важную роль в эндогенном метаболизме. Например: 1. Система цитохрома Р450 участвует в метаболизме холестерина с образованием желчных кислот и стероидных гормонов, в активации витамина Д и в перекисном окислении липидов (ПОЛ); 2. Глутатионтрансферазы в обезвреживании продуктов ПОЛ и пероксидов ДНК и в метаболизме эйкозаноидов (простаноидов и лейкотриенов, например, лейкотриенов А4 и С4; 3. УДФ-глюкуронилтрансферазы – в обезвреживании свободного билирубина (переводе его в связанный), метаболизме желчных кислот, некоторых гликозаминогликанов и гликолипидов; 4. Ацетилтрансферазы – в метаболизме гексозаминов, нейраминовой кислоты, в синтезе ацетилхолина и мелатонина; 5. Метилтрансферазы – в синтезе креатина, холина, мелатонина, обмене катехоламинов, метилировании ДНК; 6. Эпоксидгидролазы – в переводе лейкотриена А4 в В4. Метаболизм КСБ происходит в разных частях клетки (митохондрии, лизосомы), но наиболее активные системы находятся в ЭПС и гиалоплазме. Связывание, транспорт и выведение ксенобиотиков В плазме крови огромное количество как эндогенных (жирные кислоты, свободный билирубин), так и экзогенных веществ (сульфаниламиды, антибиотики, противосвёртывающие лекарства) связываются и транспортируются альбуминами. 76 (Некоторые вещества, например, жирорастворимые витамины, анаболические стероиды транспортируются липопротеинами). В клетках, особенно печени, многие КСБ (ПАУ, канцерогены, антибиотики) связываются глутатионтрансферазами (лигандинами). Очень важный механизм выведения из клеток гидрофобных ксенобиотиков – функционирование Ргликопротеина (Р-ГП), который встроен в плазматическую мембрану клеток. Он, являясь транспортной АТФазой, работает как «помпа», откачивая из клетки гидрофобные вещества. Металлы (Pb, Hg, Cd, Zn, Pt и другие – тиоловые яды) связываются SH-группами GSH (быстродействующий механизм) и белка металлотионеина, очень богатого остатками цистеина (медленнодействующий механизм). Связанные КСБ неактивны, постепенно они освобождаются, метаболизируются и выводятся. Гидрофильные вещества выводятся из гепатоцитов и других клеток в плазму крови диффузией или активным транспортом, а далее попадают в почки, где происходит фильтрация всех свободных веществ и ионов в клубочках (почечный эпителий, как и эпителий слизистой тонкой кишки, проницаем, в отличие от эпителия мочевого пузыря и желудка). Из лекарств почками выводятся салицилаты, производные атропина, морфина. Это «кооператив печень – почки». Гидрофобные вещества печень выбрасывает в желчь, далее в кишечник и затем они удаляются с калом. Эпителий жёлчных ходов с зазорами, через которые в желчь идут вещества с молекулярной массой более 300: – это гидрофобные анионы (конъюгаты билирубина, билигност) и катионы (новокаинамид, этабромид), неионизированные вещества (сердечные гликозиды) и металлы (Mn, Ca, Hg, Cu, Ag, Zn – часто в комплексе с GSH), затем они выводятся с калом. Это «кооператив печень – кишечник». Транспорт гидрофобных лекарств осуществляет также Р-гликопротеин. Его функция – с затратой АТФ, связывать и удалять из клетки гидрофобные молекулы (ГФБ), в том числе многие противораковые лекарства. 5.4. ИНДУКЦИЯ ЗАЩИТНЫХ СИСТЕМ. Есть данные, что ещё в древности на Востоке царь Митридат использовал яды как средства решения своих политических проблем. Поэтому, опасаясь острого отравления, он систематически принимал небольшие дозы ядов (это делали правители и в средние века и позднее). Другими словами: длительное поступление токсических органических веществ и металлов снижает их острую токсичность. Это "эффект Митридата", который основан на индукции определённых защитных систем. Последствия индукции: чем длительнее применяют лекарство, тем больше синтезируется ферментов и белков, метаболизирующих эти лекарства. Для продолжения лечения нужно увеличивать дозу, так как возникает «привыкание». Фенобарбитал индуцирует систему цитохрома Р450, глутатион и УДФглюкуронилтрансферазы и эпоксидгидролазы; дибунол (бутилокситолуол) и бутилоксианизол индуцируют эти же трансферазы и ферменты синтеза глутатиона; металлы вызывают накопление глутатиона и металлотионеинов; противораковые лекарства и другие гидрофобные вещества индуцируют Ргликопротеин и синтез глутатиона. 77 В то же время, индуцирующее действие фенобарбитала оказалось полезным для предупреждения и лечения патологической желтухи новорожденных. Курсовое введение фенобарбитала (зиксорина, фенобарбитал угнетает мозг, а зиксорин лишён этого недостатка) женщине перед родами у новорожденных увеличивает связывание и, следовательно, обезвреживание свободного билирубина (он токсичен для головного мозга). Это важно при наследственном дефекте этой системы (энзимопатия по глюкуронилтрансферазе – болезнь Криглера-Найяра, при этом происходит поражение мозга) или гемолитической желтухе (резус-конфликт). Индуцирующее действие барбитуратов оказалось полезным при передозировке антикоагулянтов. Известно, что при химиотерапии злокачественных процессов начальная эффективность лекарства часто постепенно падает, более того, развивается множественная лекарственная устойчивость (МЛУ), то есть устойчивость не только к этому средству, но и целому ряду других. МЛУ вызывает рецидив опухоли, появление метастазов. Для развития МЛУ характерен высокий уровень РГП. МЛУ ограничивает эффективность противораковых средств (антибиотиков, алкиляторов). Основными механизмами МЛУ являются амплификация или увеличение экспрессии генов РГП, а также индукция глутатионтрансферазы, металлотионеинов, амплификация гена фолатредуктазы. Интенсивно исследуют, как преодолеть эту устойчивость. Поэтому лекарства, ингибирующие Ргликопротеин или его индукцию и ферменты синтеза глутатиона, перспективны для повышения эффективности химиотерапии. 5.5.ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ Выбрать один правильный ответ 61. НАИБОЛЕЕ ЯВЛЯЮТСЯ РАСПРОСТРАНЕННЫМИ ФЕРМЕНТАМИ 1) глутатионтрансферазы 2) глюкуронилтрансферазы 3) ацетилтрансферазы 4) метилтрансферазы 62. ХОРОШО ВСАСЫВАЮТСЯ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНЫ МОЛЕКУЛЫ 1)гидрофобные 2) полярные 3) с положительным зарядом 4) с отрицательным зарядом 63. ЭФФЕКТ ХИМИОТЕРАПИИ УВЕЛИЧИВАЮТ 1) активаторы Р-гликопротеина 2) фенобарбитал 3) ингибиторы Р-гликопротеина 4) металлотионеины 78 В КОНЪЮГАЦИИ 64. В ОСНОВЕ РАЗВИТИЯ МНОЖЕСТВЕННОЙ ЛЕКАРСТВЕННОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЛЕЖИТ 1) амплификация гена Р-ГП 2) индукция системы ЦХ Р450 3) индукция ацетилтрансферазы 4) нарушения транспорта лекарственного препарата в клетку 65. ДЛИТЕЛЬНЫЙ ПРИЕМ ФЕНОБАРБИТАЛА ЕГО СНОТВОРНОЕ ДЕЙСТВИЕ 1) снижает 2) не изменяет 3) повышает 66. КСЕНОБИОТИКОМ ЯВЛЯЕТСЯ 1) инсулин 2) соматотропный гормон 3) глюкоза 4) ингибитор ксантиноксидазы 67. «СВОБОДНЫЙ ПОРТ» (AREA POSTREMA) ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ УЧАСТОК 1) продолговатого мозга 2) эпифиза 3) гипоталамуса 4) нейрогипофиза 68. ПРОЛЕКАРСТВАМИ НАЗЫВАЮТСЯ 1)вещества, служащие сырьем при химическом синтезе лекарств 2)вещества, превращающиеся в организме в активные молекулы с фармакологическим действием 3) вещества животного происхождения, служащие исходным материалом при производстве лекарств 4) вещества растительного происхождения 69. ДОСТОИНСТВАМИ СИСТЕМЫ ЦИТОХРОМА Р450 ЯВЛЯЮТСЯ 1) меньшая защита при проникновении ксенобиотиков(лекарств) через инъекции, слизистые, кожу 2) отсутствие или слабость в некоторых органах (сердце, мозг) 3) токсификация(хлороформ→фосген, проканцерогены→канцерогены) 4) многообразие процессов метаболизма и широкая субстратная специфичность ферментов 70. В ОБЕЗВРЕЖИВАНИИ И ВЫВЕДЕНИИ ИЗ ОРГАНИЗМА ГИДРОФИЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ЗАЩИТУ ОСУЩЕСТВЛЯЕТ «КООПЕРАТИВ» 1)«печень – кишечник» 2)«печень – почки» 3)«печень сердце» 4)«печень – легкие» 79 71. ПАРЕНТЕРАЛЬНЫМ ПУТЕМ ПОСТУПЛЕНИЯ ЛЕКАРСТВ ЯВЛЯЕТСЯ 1) рer os 2) ректальный 3) ингаляция 4) сублингвальный (под язык) 72. ЭНДОГЕННЫМИ МЕТАБОЛИТАМИ ЯВЛЯЮТСЯ 1) синтетические лекарства 2) глюкоза, коферменты 3) вещества бытовой химии 4) продукты хозяйственной деятельности человека 73. СИСТЕМА ЦИТОХРОМА Р450 ПРАКТИЧЕСКИ ОТСУТСТВУЕТ 1) в легких 2) в сердце 3) в печени 4) в кишечнике 74. НАЗОВИТЕ ПУТЬ ВЫВЕДЕНИЯ КСЕНОБИОТИКА ИЗ КЛЕТКИ 1) пассивная диффузия 2) активный транспорт 3) экзоцитоз 4) эндоцитоз и пиноцитоз 75. САМАЯ БОЛЬШАЯ ГРУППА ЛЕКАРСТВ ДЕЙСТВУЕТ 1) на сигнал-трансдукторные системы 2) внутриклеточно 3) внеклеточно 4) на инвазивные агенты 76. ВСЕ СТОРОНЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛЕКАРСТВА НА ОРГАНИЗМ ИЗУЧАЕТ 1)фармакология 2)фармакокинетика 3)фармакодинамика 4)фармакогнозия 77. АНТИСЕНС-ТЕРАПИЯ ПЕРСПЕКТИВНА ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ 1) рака 2) сердечнососудистых заболеваний 3) авитаминозов 4) гипергормонозов 80 ЭТАЛОНЫ ОТВЕТОВ К ТЕСТОВЫМ ЗАДАНИЯМ 1–1 9–1 17 – 1 25 – 1 33 – 1 41 – 1 49 – 1 57 – 2 65 1 73 2 2–4 10 –4 18 – 3 26 – 2 34 – 2 42 – 4 50 – 1 58 – 3 66 –4 74 2 3–1 11 – 1 19 – 1 27 – 4 35 – 1 43 – 2 51 –3 59 – 2 67 1 75 1 4–1 12 – 2 20 – 2 28 – 4 36 – 2 44 – 1 52 – 1 60 – 1 68 2 76 3 5–1 13 – 1 21 – 3 29 – 2 37 – 1 45 – 3 53 – 1 61 1 69 4 77 1 81 6–4 14 – 3 22 – 1 30 – 2 38 – 1 46 – 1 54 – 1 62 1 70 2 7–3 15 – 2 23 – 2 31 – 1 39 – 4 47 – 4 55 – 1 63 3 71 3 8–2 16 – 4 24 – 3 32 – 2 40 – 1 48 – 1 56 – 1 64 1 72 2 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Основная литература 1. Биохимия : учебник / Т. Л. Алейникова, Л. В. Авдеев, Л. Е. Андрианова [и др.] ; под ред. Е.С. Северина – М.:, ГЭОТАР-Медиа. 2009. – 768 с. 2. Северин, Е. С. Биохимия с упражнениями и задачами : учебник / Е. С. Северин.– М. : ГЭОТАР-Медиа, 2010. 384 с. 3. Комов, В. П.Биохимия : учебник / В. П. Комов. – М. : Дрофа, 2006. – 638 с. 4. Патологическая биохимия /под редакцией А.Д. Таганович – М: Издательство БИНОМ, 2013. – 448с. Дополнительная литература 1. Коничев, А. С. Биохимия и молекулярная биология : словарь терминов / А. С. Коничев, Г. А. Севостьянова. – М. : Дрофа, 2008. – 359 с. 2. Никулин, Б. А. Пособие по клинической биохимии : учеб.пособие / Б. А. Никулин. – М. : ГЭОТАР-Медиа, 2007. – 256 с. 82 Учебное издание Егорова Ирина Эдуардовна Суслова Вера Ильинична Бахтаирова Вера Ильинична БИОХИМИЯ. КРАТКИЙ КУРС Часть II Учебное пособие для студентов 83