Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты

Вопрос 26.Какие соединения являются мономерами нуклеиновых кислот?

Ответ.Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) – это биологические полимеры, мономерными звеньями которых являются нуклеотиды.

Нуклеотид – это не индивидуальное соединение, он состоит из нуклеозида и остатка фосфорной кислоты.

Нуклеозид тоже не является индивидуальным соединением, а образуется при взаимодействии углевода (рибозы или дезоксирибозы) и гетероциклического основания.

Вопрос 27. В какой форме углеводы входят в состав нуклеиновых кислот?

Ответ. В состав молекул РНК входит рибоза в циклической фуранозной форме – b-D-рибофураноза, молекулы ДНК содержат 2-дезоксирибозу так же в фуранозной форме – 2-дезокси-b-D-рибофуранозу.

Вопрос 28. Какие гетероциклические основания могут входить в состав нуклеиновых кислот?

Ответ. Нуклеиновые основания – это производные азотсодержащих гетероциклических соединений – пурина (аденин и гуанин) пиримидина: тимин (только в ДНК), урацил (только в РНК) и цитозин:

Вопрос 29. В чём состоит различие структур ДНК и РНК?

Ответ. ДНК и РНК отличаются типом углеводного компонента (в состав РНК входит b-D-рибофураноза, в состав ДНК 2-дезокси-b-D-рибофураноза) и составом пиридиновых оснований (в состав РНК входят урацил и цитозин, в состав ДНК – тимин и цитозин). Кроме того, ДНК существует в форме двойной спирали, состоящей из двух отдельных молекул. Молекулы РНК, в среднем, гораздо короче и преимущественно одноцепочечные.

Вопрос 30. Как определить тип связи между отдельными соединениями и фрагментами, входящими в состав нуклеиновых кислот?

Ответ. Нуклеиновые кислоты представляют собой длинные цепи мономеров – нуклеотидов. Нуклеотид – это сложное соединение, состоящее из нуклеозида и связанного с ним остатка фосфорной кислоты. Нуклеозид, в свою очередь, образуется по реакции между углеводом (рибозой или дезоксирибозой) и гетероциклическим основанием. При этом в реакцию вступает группа –NН– гетероциклического основания и полуацетальный гидроксил углевода. В результате образуется N-гликозидная связь:

Поскольку углевод в нуклеиновых кислотах присутствует в b-D-фуранозной форме, связь называется b-N-гликозидной. Этот тип связи образуют как пиримидиновые, так и пуриновые гетероциклические основания.

Далее спиртовая гидроксильная группа углевода нуклеозида в положении 5’ или 3’ должна прореагировать с фосфорной кислотой по реакции этерификации. При этом образуется сложный эфир, следовательно, связь можно назвать сложноэфирной. Поскольку в образовании сложного эфира участвует фосфорная кислота, ещё одно название связи – фосфоэфирная.

При соединении нуклеотидов между собой ещё раз протекает реакция этерификации между остатком фосфорной кислоты нуклеотида и спиртовой гидроксильной группой углевода в положении 5’ или 3’. Можно сказать, что нуклеотиды связаны между собой 3’,5’-сложноэфирной или фосфодиэфирной связью.

При образовании вторичной структуры (двойной спирали) ДНК между комплементарными гетероциклическими основаниями образуются водородные связи, обеспечивающие существование спиралевидной структуры молекулы.

Вопрос 31.Что такоепервичная структура нуклеиновых кислот?

Ответ. Первичная структура нуклеиновых кислот – нуклеотидный состав и нуклеотидная последовательность, т.е. порядок чередования нуклеотидных звеньев в молекуле нуклеиновой кислоты. Устанавливают нуклеотидный состав, исследуя продукты гидролитического расщепления нуклеиновых кислот.

РНК легко гидролизуются в мягких условиях в щелочной среде до нуклеотидов, которые в свою очередь способны в щелочной среде отщеплять остаток фосфорной кислоты с образованием нуклеозидов. Нуклеозиды в кислой среде гидролизуются до гетероциклических оснований и углеводов.

Химический гидролиз ДНК почти не применяют из-за осложнения его побочными процессами. Более предпочтителен ферментативный гидролиз под действием нуклеаз.

Вопрос 32.Что такоевторичная структура ДНК?

Ответ.Вторичная структура ДНК – это пространственная организация полинуклеотидной цепи. Её модель была предложена в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком. Согласно этой модели, молекула ДНК имеет форму правозакрученнойспирали, образованную двумя полинуклеотидными цепями, закрученными относительно друг друга и вокруг общей оси. Модель ДНК представлена на рисунке 4. Видно, что расстояние между витками (шаг спирали) равно 3,4 нм. На этом участке укладываются 10 нуклеотидных остатков, размер одного нуклеотида составляет 0,34 нм; диаметр биспиральной молекулы равен 1,8 нм.

Рисунок 4. Схематическое изображение двойной спирали ДНК:

а – по Уотсону и Крику (с – остаток дезоксирибозы, р – остаток форсорной кислоты); б – А-форма ДНК; в – В-форма ДНК

Конфигурация двойной спирали ДНК меняется в зависимости от количественного содержания воды и ионной силы раствора. Доказано существование по крайней мере 6 форм ДНК, названных А-, В-, С-, D-, Е- и Z-формами. Конфигурация двух из них в простейшей форме представлена на рис. 4. У А-формы наблюдается некоторое смещение пар оснований от оси молекулы к периферии, что отражается на размерах (2,8 нм – длина одного витка, в котором вместо 10 содержится 11 мононуклеотидов; меняется расстояние между нуклеотидами и др.). Если А- и В-формы представляют собой правозакрученную двойную спираль, то Z-форма (зигзагообразная) ДНК имеет левозакрученную конфигурацию, в которой фосфодиэфирный остов располагается зигзагообразно вдоль оси молекулы. Предполагают, что в А-форме ДНК выполняет роль матрицы в процессе транскрипции (синтез РНК на молекуле ДНК), а в В-форме – роль матрицы в процессе репликации (синтез ДНК на молекуле ДНК).

Остатки нуклеиновых оснований направлены внутрь спирали. Для обеспечения наибольшей устойчивости этой структуры между азотистыми основаниями образуются водородные связи, их должно быть максимально много. Это достигается определенным соответствием в расположении остатков оснований одной спирали по отношению к остаткам другой: тиминовые группы одной спирали располагаются напротив адениновых групп другой спирали (между ними образуются две водородные связи), цитозиновые – напротив гуаниновых (между ними образуются три водородные связи). Эти основания составляют комплементарные пары. Водородные связи образуются между аминогруппой одного основания и карбонильной группой другого, между амидным и иминным атомами азота.

Вопрос 33.Что такоетретичная структура ДНК?

Ответ.В клетках ДНК образует суперспирали, что обеспечивает компактность ее упаковки. ДНК длиной до 4 см располагается в хромосоме размером до 5 нм. Длина ДНК уменьшается в 100 тысяч раз. Третичная структура ДНК эукариот формируется путем взаимодействия с ядерными белками и на определенном этапе клеточного цикла приобретает форму хромосом (рис.5).

Рисунок 5. Схема образования третичной структуры ДНК.

Вопрос 34.Что такоевторичная структура РНК?

Ответ.В отличие от ДНК, молекула рибонуклеиновой кислоты построена из одной полинуклеотидной цепи. Отдельные участки цепи РНК образуют спирализованные петли – «шпильки», за счёт водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями аденин-урацил и гуанин-цитозин (рис. 6). Участки цепи РНК в таких спиральных структурах антипараллельны, но не всегда полностью комплементарны, в них встречаются неспаренные нуклеотидные остатки или даже одноцепочечные петли, не вписывающиеся в двойную спираль. Наличие спирализованных участков характерно для всех типов РНК.

Рисунок 6. Схема образования вторичной структуры РНК:

а – схема образования связей между комплементарными основаниями; б – схема транспортной РНК.

Транспортные РНК содержат четыре спирализованных участка и три (иногда четыре) одноцепочечные петли. При изображении такой структуры на плоскости получается фигура, называемая «клеверным листом».

Вопрос 35.Что такоетретичная структура РНК?

Ответ.Одноцепочечные РНК характеризуются компактной и упорядоченной третичной структурой, возникающей путём взаимодействия спирализованных элементов вторичной структуры. Так, возможно образование дополнительных водородных связей между нуклеотидными остатками, достаточно удалёнными друг от друга, или связей между ОН-группами остатков рибозы и основаниями. Третичная структура РНК стабилизирована ионами двухвалентных металлов, например Mg²⁺, связывающимися не только с фосфатными группами, но и с основаниями.

Вопрос 36.Какое основание комплементарно тимину? Приведите строение этой комплементарной пары и обозначьте водородные связи.

Ответ. Комплементарным тимину основанием является аденин. Между ними образуются две водородные связи.

Вопрос 37.Какое основание комплементарно по отношению к цитозину? Приведите строение этой комплементарной пары и обозначьте водородные связи.

Ответ. Комплементарным цитозину основанием является аденин. Между ними образуются три водородные связи.

Углеводный компонент здесь – рибоза, т.к. в положении 2’присутствует гидроксильная группа. Следовательно, на рисунке представлен фрагмент РНК. Представлена первичная структура (последовательность нуклеотидов в цепи нуклеиновой кислоты). Но верхний нуклеотид содержит в своём составе гетероциклическое основание тимин, и не урацил (присутствует группа –СН₃). Следовательно, в изображении фрагмента РНК присутствует ошибка.

Существуют разные типы РНК, различающиеся по величине молекул, структуре, расположению в клетке и роли в организме. Низкомолекулярные транспортные РНК (тРНК) составляют примерно 10% от всей клеточной РНК. При реализации генетической информации каждая тРНК присоединяет и переносит определенную аминокислоту к рибосомам – месту синтеза белка. Рибосомные РНК (рРНК) составляют до 85% всей РНК клетки. Они входят в состав рибосом и выполняют структурную функцию. Кроме того, рРНК участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит образование пептидных связей между молекулами аминокислот в процессе трансляции (биосинтеза белка). Информационные, или матричные РНК (иРНК) программируют синтез белков клетки, осуществляя непосредственную передачу кода ДНК к месту синтеза белков.

Однако функции РНК в современных клетках не ограничиваются их ролью в трансляции. Так, малые ядерные РНК принимают участие в сплайсинге эукариотических матричных РНК и других процессах.

Помимо того, что молекулы РНК входят в состав некоторых ферментов (например, теломеразы), у отдельных РНК обнаружена собственная ферментативная активность: способность вносить разрывы в другие молекулы РНК или, наоборот, «склеивать» два РНК-фрагмента. Такие РНК называются рибозимами.

Геномы ряда вирусов состоят из РНК, то есть у них она играет роль, которую у высших организмов выполняет ДНК. На основании разнообразия функций РНК в клетке была выдвинута гипотеза, согласно которой РНК – первая молекула, которая была способна к самовоспроизведению в добиологических системах.

Вопрос 39. Фрагмент какого биополимера представлен на рис. 8? Какая структура полимера изображена (первичная, вторичная)? Есть ли ошибки в изображении данного фрагмента? Какова роль данного биополимера в организме? Ответ.Для того, чтобы определить, какой биополимер представлен на рисунке, надо внимательно рассмотреть его строение. На рисунке мы видим фрагмент нуклеиновой кислоты, состоящий из трёх нуклеотидов.

Рисунок 8. Схема биополимера

Углеводный компонент здесь – дезоксирибоза, т.к. в положении 2’отсутствует гидроксильная группа. Следовательно, на рисунке представлен фрагмент ДНК. Представлена первичная структура (последовательность нуклеотидов в цепи нуклеиновой кислоты). Верхний нуклеотид содержит в своём составе гетероциклическое основание тимин (присутствует группа –СН₃). Следовательно, в изображении фрагмента ДНК нет ошибок.

Функция ДНК в клетке – хранение наследственной информации. Функциональной единицей является ген. Ген – определенная последовательность нуклеотидов (500…2000 нуклеотидных единиц) с помощью которых закодирован определенный признак (морфогенез, старение, устойчивость к антибиотикам, половая дифференциация, цвет кожи, глаз).

Структурный ген – закодированный признак. Для его функционирования необходимо 2 регуляторных гена: ген-регулятор и ген-оператор (они могут быть рядом, могут быть удалены). Ген - оператор, ген-регулятор и структурный ген вместе составляют оперон. Оперон – функциональная надструктура генетического аппарата. Сколько признаков, сколько оперонов, например, к структурным генам относится гены, ответственные за синтез белка и если белков – 5 миллионов, то и оперонов – 5 миллионов.

Вопрос 40.Какие видыРНК существуют?

Ответ.Существует несколько видов РНК.

Рибосомные РНК (рРНК) входят в состав рибосом, являются их структурной основой. Целостность их молекул необходима для биосинтеза белков на рибосомах.

Биологическая роль транспортных РНК (тРНК) заключается в присоединении активированных аминокислотных остатков и переносе (транспорте) их на рибосомы, т. е. к месту синтеза полипептидных цепочек.

Информационные, или матричные, РНК (иРНК, мРНК) играют роль матриц при биосинтезе белков в процессе трансляции (считывания нуклеотидного кода и перевода его в последовательность аминокислот в полипептидных цепях белков).

Обсуждается целесообразность выделения в отдельные категории ещё нескольких видов РНК: низкомолекулярных (малых) ядерных, антисмысловых, вирусных.

Малые ядерные РНК (мяРНК) – класс РНК, которые встречаются в ядре эукариотических клеток. Они участвуют в важных процессах, таких как сплайсинг (удаление интронов из незрелой мРНК), регуляции факторов транскрипции или РНК-полимеразы и поддержании целостности теломер.

Антисмысловые РНК – это одноцепочечные РНК, которые комплементарны мРНК. Антисмысловые РНК вводят в клетки для ингибирования трансляции комплементарных мРНК за счет того, что антисмысловые РНК спариваются с мРНК-мишенью и физически препятствуют формированию трансляционного комплекса. Данный эффект поэтому является стехиометрическим.

Вирусные РНК являются составными частями вирусных и фаговых рибонуклеопротеинов, несут всю информацию, необходимую для размножения вируса в клетках хозяина.

ЛИПИДЫ И НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ

БИОРЕГУЛЯТОРЫ

Вопрос 41.К какому классу органических соединений относятся липиды?

Ответ. Липиды (от греч. lipos – жир) – это природные жироподобные вещества, практически нерастворимые в воде, хорошо растворимые в неполярных органических растворителях.

Липиды не относятся к какому-то одному классу органических соединений и не имеют общих структурных особенностей. В большинстве случаев представляют собой сложные эфиры высших жирных кислот с глицерином и другими спиртами (например, сфингозином). В состав липидов также могут входить фосфорная кислота, аминоспирты или углеводы.

Вопрос 42.Являются ли липиды биополимерами?

Ответ. Липиды не являются биополимерами, однако в организме часто бывают связаны с другими биополимерами, например, с белками.

Вопрос 43. Какие функции в организме выполняют липиды?

Ответ. Важнейшие биологические функции липидов.

1. Строительная (структурная) – липиды принимают участие в образовании клеточных мембран. В составе мембран находятся фосфолипиды, гликолипиды, липопротеиды. Липиды также принимают участие в образовании многих биологически важных соединений.

2. Энергетическая – при окислении липидов выделяется большее количество энергии. При расщеплении 1 г жира до СО₂ и Н₂О выделяется 38,9 кДж (9,5 ккал) энергии, что примерно в два раза больше по сравнению с белками и углеводами. Липиды обеспечивают 25…30 % энергии, необходимой организму.

3. Запасающая – высокая калорийность и нерастворимость в воде делают жиры и масла идеальными компонентами для накопления энергии. Это особенно важно для животных, впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные миграции через местность, где нет источников питания. Семена многих растений содержат жир, необходимый для обеспечения энергией прорастающего зародыша.

4. Терморегуляторная – жиры плохо проводят тепло, поэтому подкожный жировой слой теплокровных животных помогает им сохранять тепло.

5. Защитно-механическая – амортизирующие свойства подкожного жира защищают органы, например такие, как почки, от механического повреждения.

6. Каталитическая – связана с жирорастворимыми витаминами (А, D, Е, К), молекулы которых имеют липидную основу. Сами по себе витамины не обладают каталитической активностью, но они входят в состав ферментов, и без них последние не могут выполнять свои функции.

7. Источник метаболической влаги – одним из продуктов окисления жиров является вода. Эта метаболическая влага очень важна для обитателей пустынь. Так, жир, которым заполнен горб верблюда, служит в первую очередь не источником энергии, а источником воды.

8. Защита от обводнения и чрезмерных потерь воды – жировые выделения сальных желез помогают коже и шерсти быть водонепроницаемыми. Восковая кутикула насекомых и растений уменьшает испарение воды, т.к. вода не может пересечь нерастворимый липидный слой.

9. Регуляторная – половые гормоны, тестостерон, прогестерон и кортикостероиды, а также и другие являются производными холестерола. Витамин D, производные холестерола, играют важную роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в пищеварении (эмульгирование жиров), а также и всасывания высших карбоновых кислот.

10. Электрическая изоляция – миелин, выделяемый шванновскими клетками и содержащий 70...75 % липидов, изолирует некоторые нейроны таким образом, что передача импульсов происходит значительно быстрее.

Вопрос 44. В чём состоит отличие омыляемых липидов от неомыляемых?

Ответ. Омыляемые липиды содержат сложноэфирные связи, способные расщепляться в процессе гидролиза. Если гидролиз проводят в щелочной среде, в числе продуктов реакции образуются мыла – соли высших карбоновых кислот. Неомыляемые липиды не содержат сложноэфирных связей и не подвергаются гидролизу.

Вопрос 45. Какие липиды относятся к омыляемым?

Ответ. Омыляемые липиды делят на две группы: простые и сложные. Простые липиды являются сложными эфирами и состоят только из остатков жирных кислот и спиртов (одно-, двух- или трехатомных), к ним относят воски, жиры и церамиды. В состав сложных липидов входят остатки жирных кислот и спиртов с замещенными группами, остатки фосфорной кислоты, моносахаридов. К сложным омыляемым липидам относятся, прежде всего, фосфолипиды, гликолипиды и сфинголипиды.

Вопрос 46. Какие липиды относятся к неомыляемым?

Ответ. Неомыляемые липиды не являются сложными эфирами, поэтому в щелочной среде они не гидролизуются с образованием жирных кислот и не образуют мыла.

Многие из неомыляемых липидов являются:

– низкомолекулярными регуляторами (тромбоксаны, лейкотриены, простагландины, простациклин);

– витаминами (все жирорастворимые витамины);

– гормонами (стероидные половые гормоны, глюкокортикоиды и минералокортикоиды);

– растительными гормонами (гиббереллины, абсцизовая кислота, этилен),

– пигментами (каротин, ликопин);

– пахучими веществами (гераниол, гераниаль, ментол, мирцен);

– феромонами (цитраль, грандизол).

Вопрос 47. Остатки какого спирта входят в состав растительных масел?

Ответ. Растительные масла относятся к простым омыляемым липидам, точнее к жидким жирам. В состав жидких (как и твёрдых) жиров входят остатки трёхатомного спирта глицерина.

Вопрос 48. Остатки каких карбоновых кислот входят в состав растительных масел?

Ответ. В составе растительных масел присутствуют преимущественно эфиры глицерина и высших непредельных карбоновых кислот. Самыми распространёнными являются олеиновая С₁₇Н₃₃СООН, линолевая C₁₇H₃₁COOH и линоленовая C₁₇H₂₉COOH кислоты. Все эти кислоты имеют 18 атомов углерода, в радикале олеиновой кислоты содержится одна двойная связь (ровно посередине молекулы), в радикале линолевой кислоты – две двойные связи, разделённые группой –СН₂–, в радикале линоленовой кислоты присутствуют три двойные связи, разделённые метиленовыми группами (–СН₂–).

Вопрос 49. Остатки каких карбоновых кислот входят в состав твёрдых жиров?

Ответ. В составе твёрдых жиров присутствуют преимущественно эфиры глицерина и высших предельных карбоновых кислот. Самыми распространёнными являются пальмитиновая C₁₅H₃₁COOH и стеариновая С₁₇Н₃₅СООН кислоты:

Вопрос 50. Какую конфигурацию относительно кратной связи имеют ненасыщенные кислоты, входящие в состав природных жиров?

Ответ. В составе растительных масел присутствуют преимущественно остатки высших непредельных карбоновых кислот, содержащих в радикале одну или несколько двойных связей в цис-конфигурации. Углеводородный радикал кислоты в цис-конфигурации имеет изогнутый и укороченный вид, молекулы занимают больший объём, а при образовании кристаллов упаковываются менее плотно, чем транс-изомеры. Отсюда и разница в температурах плавления и агрегатном состоянии кислот. Так, олеиновая кислота при комнатной температуре – жидкая, а её транс-изомер, элаидиновая кислота – твёрдая.

Цис- конфигурация непредельных кислот менее устойчива, чем транс-конфигурация. Это делает пищевые жиры более подверженными катаболизму, они легче перевариваются.

Вопрос 51. Как написать формулу триолеилглицерина?

Ответ. Триолеилглицерин представляет собой сложный эфир глицерина и трёх молекул олеиновой кислоты:

На рисунке жирным шрифтом выделен остаток глицерина.

Вопрос 52. Как написать формулу 1-олеил-2-стеарил-3-пальмитилглицерина?

Ответ. 1-Олеил-2-стеарил-3-пальмитилглицерин представляет собой сложный эфир глицерина и трёх молекул различных кислот: олеиновой, стеариновой и пальмитиновой. Атомы углерода в глицериновом фрагменте нумеруются обычно сверху вниз, значит остаток олеиновой кислоты должен располагаться вверху, ниже – остаток стеариновой кислоты, ещё ниже – пальмитиновой.

Вопрос 53. Какой реагент переводит жидкие жиры в твердые? Приведите схему реакции.

Ответ. В состав триацилглицеринов жидких жиров входят остатки, преимущественно непредельных кислот, в состав твёрдых жиров – остатки, преимущественно предельных кислот. Следовательно, перевести жидкие жиры в твёрдые можно по реакции восстановления действием водорода в присутствии металлического катализатора. Схема реакции на примере триолеилглицерина выглядит следующим образом:

Вопрос 54. Взаимодействием каких реагентов можно получить мыло?

Ответ. Мылами называют соли высших карбоновых кислот. Получить их можно реакцией нейтрализации между высшей карбоновой кислотой и основанием или реакцией щелочного гидролиза (омыления) жиров.

СН₃(СН₂)₇СН=СН(СН₂)₇СООН + NaOH ®

® СН₃(СН₂)₇СН=СН(СН₂)₇СООNa + H₂O

Вопрос 55. Сколько бензольных колец присутствует в молекуле холестерина?

Ответ. Для ответа на вопрос необходимо написать формулу холестерина и внимательно рассмотреть её строение.

Видно, что в состав молекулы холестерина входит три шестичленных кольца, два из которых предельные, одно – непредельное, но нет ни одного ароматического бензольного кольца.

Вопрос 56. Каковы функции холестерина в организме?

Ответ. Рассмотрим основные функции холестерина.

1. Структурная функция. Холестерин является важным компонентом клеточных мембран.

В клеточных и субклеточных мембранах холестерин распределен неравномерно. Более 90 % холестерина клетки содержится в плазматической мембране, в мембранах митохондрий холестерина нет. Содержание холестерина в наружном монослое клеточной мембраны гораздо выше, чем во внутреннем, т.е. холестерин преимущественно сосредоточен на границе с внешней средой. В клеточной мембране холестерин располагается вместе с фосфолипидами и отвечает за пространственную упаковку молекул фосфолипидов. Холестерин вынуждает остатки жирных кислот располагаться более плотно в пространстве и уменьшает их подвижность, повышает микровязкость клеточных мембран.

2. Гормональная функция. Холестерин отвечает за выработку половых гормонов, гормонов надпочечников.

Кортикостероиды (кортикоиды) образуются в корковом веществе надпочечников и регулируют углеводный и солевой обмен. Их боковая цепь у С₁₇ включает два атома углерода в виде гидроксикетонной группировки. Примером служит кортикостерон (рис. 9 а), который действует как антагонист инсулина, повышая содержание глюкозы в крови.

Половые стероидные гормоны синтезируются в основном в половых железах и по биологическому действию подразделяются на андрогены (мужские половые гормоны), эстрогены (женские половые гормоны) и гестагены (гормоны беременности).

Андрогены (рис. 9 б) стимулируют развитие вторичных половых признаков, влияют на эндокринную систему, обладают сильным анаболическим эффектом. Эстрогены (рис. 9 в) контролируют некоторые важные циклы в женском организме, используются при лечении гипертонии и других заболеваний.

		б

Рисунок 9. Строение стероидных гормонов

3. Пищеварительная функция. От 60% до 80% холестерина идёт на образование желчных кислот.

Желчные кислоты эмульгируют пищевые жиры, активируют липазу (фермент, гидролизующий жиры), выполняют роль переносчиков трудно растворимых в воде продуктов гидролиза жира в стенку кишечника. При эмульгировании жир дробится на мелкие частицы, стабилизируется, увеличивается поверхность контактов с растворённой в воде липазой. Стабилизированная эмульсия жира быстрее подвергается гидролизу

4. Участвует в синтезе витамина D. Активная форма витамина D₃ – 1,25-диоксихолекальциферол синтезируется в коже под действием ультрафиолетовых лучей из холестерина, и затем гидроксилируется: в печени и в почках.

Недостаток витамина D в организме человека может привести к развитию серьёзных заболеваний: рахита, остеопороза, рассеянного склероза, сахарного диабета 1-го типа, ревматоидного артрита. Кроме этого недостаток витамина D приводит к быстрой мышечной утомляемости.

Вопрос 57. Что такое гормоны?

Ответ. Гормоны – биологически активные вещества, образующиеся в результате деятельности желез внутренней секреции и принимающие участие в регуляции обмена веществ и физиологических функций в организме.

Гормоны – промежуточное звено между нервной системой и ферментами. Синтезированные в железах внутренней секреции гормоны переносятся током крови к органам-мишеням и там либо повышают каталитическую активность соответствующих ферментов, либо ускоряют их биосинтез.

К общим свойствам гормонов можно отнести:

– строгую специфичность их физиологического действия;

– высокую биологическую активность, ведь гормоны оказывают свое физиологическое действие в чрезвычайно малых дозах;

– дистантный характер действия: клетки-мишени располагаются обычно далеко от места образования гормона;

– пролонгированность действия.

Вопрос 58. Какое влияние на организм оказывают гормоны?

Ответ.Гормоны млекопитающих оказывают следующее влияние на организм:

– стимулируют или ингибируют рост;

– влияют на настроение;

– стимулируют или ингибируют апоптоз;

– стимулируют или ингибируют иммунную систему;

– регулируют метаболизм;

– подготавливают организм к борьбе, бегу и другим активным действиям;

– подготавливают организм к следующему жизненному периоду – половому созреванию, родам и к менопаузе;

– контролируют репродуктивный цикл;

– вызывают чувство голода и насыщения;

– вызывают половое влечение.

Также гормоны регулируют выработку и секрецию других гормонов. Гормоны также поддерживают постоянство внутренней среды организма (гомеостаз).

Вопрос 59. Как классифицирутся гормоны?

Ответ.Гормоны можно классифицировать по месту их синтеза в организме (гормоны гипоталамуса, надпочечников и т.п.). Однако это не всегда удобно, т.к. некоторые из них вырабатываются в одних железах, а секретируются в кровь в других.

Классификация по биологическим функциям условна, поскольку одни и те же гормоны могут выполнять разные функции. Например, адреналин участвует в регуляции обмена жиров и углеводов и, кроме этого, регулирует частоту сердечных сокращений, давление, сокращение гладких мышц. Кортизол стимулирует глюконеогенез и вызывает задержку NaCl.

Существует химическая классификация (по строению молекул гормонов). В соответствии с этой классификацией выделяют:

– белковые (пептидные) гормоны;

– гормоны, являющиеся производными аминокислот;

– стероидные гормоны;

– гормоноподобные вещества (эйкозаноиды).

К белковой и пептидной группам относятся гормоны гипофиза и гипоталамуса, такие как гормон роста, кортикотропин, тиреотропин, тиролиберин, соматолиберин, соматостатин и др. Также к этой группе относятся гормоны поджелудочной железы инсулин и глюкагон.

Группа гормонов, являющихся производными аминокислот (в основном аминокислоты тирозина), включает в себя такие низкомолекулярные соединения, как адреналин и норадреналин, которые вырабатываются в мозговом веществе надпочечников, а также гормоны щитовидной железы (тироксин и его производные). Производными триптофана являются мелатонин, серотонин; гистамин образуется из гистидина.

К группе стероидных относятся жирорастворимые гормоны, вырабатываемые корковым веществом надпочечников: кортикостероиды, половые гормоны, такие как андрогены и эстрогены.

Эйкозаноиды – это гормоноподобные вещества, оказывающие местное воздействие. Они являются производными полиненасыщенной жирной арахидоновой кислоты и делятся на 3 подкласса: тромбоксаны, простагландины и лейкотриены. Эти нестабильные соединения нерастворимы в воде. Они оказывают воздействие на клетки, находящиеся рядом с местом их синтеза.

ВИТАМИНЫ

Вопрос 60.Какие вещества называются витаминами?

Ответ: Витамины – группа низкомолекулярных органических соединений, имеющих разнообразное химическое строение и физико-химические свойства и совершенно необходимых для нормальной жизнедеятельности любого организма. Подробным изучением витаминов занимается наука – витаминология, которая включает основы биохимии, гигиены питания, фармакологии и некоторых других медико-биологических дисциплин.

Если в организм поступает недостаточно витаминов, развивается патологическое состояние – гиповитаминоз, если витамины отсутствуют – авитаминоз, если витамины находятся в избытке – гипервитаминоз.

Данные, свидетельствующие о существовании витаминов, накапливались постепенно. Важность некоторых видов пищи для предотвращения определенных болезней была известна еще в древности. Так, древние египтяне знали, что печень помогает от куриной слепоты. Ныне известно, что куриная слепота может вызываться недостатком витамина А.

В 1747 г. шотландский врач Джеймс Линд, пребывая в длительном плавании, провел своего рода эксперимент на больных матросах. Вводя в их рацион различные кислые продукты, он открыл свойство цитрусовых предотвращать цингу. Джеймс Кук на практике доказал роль растительной пищи в предотвращении цинги, введя в корабельный рацион кислую капусту и цитрусовый сироп. В результате он не потерял от цинги ни одного матроса – неслыханное достижение для того времени. Лимоны и другие цитрусовые стали стандартной добавкой к рациону британских моряков. Это послужило появлением крайне обидной для матросов клички – лимонник.

Русский биолог Николай Лунин (1880 г.) скармливал подопытным мышам по отдельности все известные вещества (элементы), входящие в состав коровьего молока: сахар, белки, жиры, углеводы, соли. Мыши погибли. В то же время мыши, которых кормили молоком, нормально развивались. Лунин сделал вывод, что существует неизвестное вещество, в небольших количествах необходимое для жизни живого организма.