Транспорт веществ через мембрану

Различают пассивный и активный транспорт.

Пассивный транспорт – осуществляется транспорт веществ по градиенту концентрации, т.е. из области большей концентрации в область меньшей концентрации без затраты энергии.

Различают простую и облегченную диффузию. Простой диффузией транспортируются кислород, углекислый газ, вода стероидные, тиреоидные гормоны, жирорастворимые витамины.

Облегченная диффузия – транспорт веществ с помощью белковых каналов. Таким путем транспортируется глюкоза из крови в мозг, печень, жировую ткань, мышцы.

Транспорт одного вещества в одном направлении называется унипортом, например транспорт глюкозы. Транспорт двух веществ в одном направлении называется симпортом, например транспорт ионов водорода и пирувата в митохондрии. Транспорт двух веществ в противоположных направлениях называется антипорт, например перенос ионов хлора из эритроцитов, а гидрокарбонатных ионов в эритроциты.

Активный транспорт – осуществляется транспорт веществ против градиента концентрации, т.е. из области меньшей концентрации в область большей концентрации с затратой энергии.

Различают первично-активный и вторично-активный транспорт. Например, первично-активный транспортом натрий удаляется из клетки, а калий входит в клетку; этому транспорту способствует фермент Na-К-АТФаза, который активируется в присутствии АТФ. Н-К-АТФаза транспортирует ионы водорода в полость желудка для образования соляной кислоты, при этом калий идет в клетку желудка. Са-АТФаза транспортирует ионы кальция из цитоплазмы в эндоплазматический ретикулум, что важно для расслабления клетки после сокращения, при этом для расслабления клетки необходимы ионы магния. Этот факт используется в медицине при применении магния сульфата для купирования судорожных приступов, в результате чего под действием препарата кальций удаляется из цитоплазмы, происходит расслабление, приступ купируется.

Вторично-активный транспорт – одно вещество идет по градиенту концентрации и тянет за собой другое вещество против градиента концентрации. Например, транспорт глюкозы из полости кишечника или почечных канальцев в клетку кишечника или почечных канальцев. Сначала в клетку кишечника идет ион натрия по градиенту концентрации и тянет за собой молекулу глюкозы. Далее натрий удаляется из клетки кишечника в полость с помощью Na-К-АТФазы – такой транспорт относится к симпорту. Таким образом, всасывание глюкозы в кишечнике или почечных канальцах зависит от концентрации натрия в полости кишечника или почечных канальцев. Есль концентрация натрия снижена в полости кишечника или почечных канальцах, то перенос глюкозы в кровь снижается.

Пример антипорта – после сокращения кальций удаляется из клетки, а натрий входит в клетку. Далее натрий удаляется из клетки с помощью Na-К-АТФазы.

Эндоцитоз

Транспорт крупных молекул в клетку невозможен вышеописанными путями. Перенос крупных молекул в клетки осуществляется с помощью эндоцитоза. Например, сложные комплексы липопротеинов низкой плотности переносятся в клетки путем эндоцитоза. При этом сначала липопротеины взаимодействуют с рецепторами на поверхности клетки. Затем мембрана прогибается внутрь клетки в области взаимодействия липопротеинов с рецепторами, и постепенно липопротеины погружаются в клетку – эндоцитоз.

Экзоцитоз

Многие клетки секретируют сложные вещества в кровь, полость внутренних органов, межклеточное пространство. Например, железы внутренней секреции секретируют в кровь гормоны, железы внешней секреции секретируют в полость органов пищеварительного тракта ферменты, клетки фибробласты секретируют в межклеточное пространство белки соединительной ткани – коллаген. Клетки поджелудочной железы содержат пузырьки с гормоном инсулином. При повышении концентрации глюкозы в крови под действием кальция происходит выброс инсулина в кровь из клеток поджелудочной железы – экзоцитоз.

Перекисное окисление липидов

Перекисное окисление липидов (ПОЛ) – процесс окисления липидов под действием активных радикалов и токсических веществ. Активными радикалами и токсическими веществами являются:

- супероксид-анион – активный радикал, образуется при присоединении к кислороду электронов. Это может происходить в митохондриях, микросомах, гемоглобине

- супероксид-анион превращается в токсическое вещество перекись водорода

- перекись водорода присоединяет электроны и протоны и образует гидроксид-анион – ОН- и гидроксильный радикал – ОН

Роль перекисного окисления липидов:

- участие в разрушении старых и синтезе новых фосфолипидов, что способствует обновлению мембран

- синтез стероидов

- обезвреживание токсических веществ

Активные радикалы атакуют полиненасыщенные жирные кислоты в составе фосфолипидов, отрывают от них электроны. При этом жирные кислоты сами становятся активными радикалами, которые могут атаковать другие жирные кислоты. Происходит цепная реакция. Эта реакция может прерываться при взаимодействии двух активных радикалов, при этом образуются пероксиды и гидроперекиси липидов. Кроме того, активность радикалов находится под контролем антиоксидантной системы (АОС). Аос представлена ферментативным и неферментативным звеном. Ферменты антиоксидантной системы:

- супероксиддисмутаза – содержит медь, участвует в обезвреживании супероксид-аниона, в результате образуется перекись водорода

- каталаза – разлагает перекись водорода на воду и кислород

- пероксидаза – разлагает перекись водорода и пероксиды липидов. В составе пероксидазы находится восстановленный глутатион, который при разложении перекиси водорода и пероксидов липидов окисляется

- глутатионредуктаза – восстанавливает окисленный глутатион.

Неферментативное звено антиоксидантной системы представлено витаминами – витамины С, Е, А. Витамин Е взаимодействует с активными радикалами, при этом радикалы снижают свою активность, а витамин Е окисляется. Восстановление витамина Е происходит при помощи аскорбиновой кислоты.

В норме существует баланс между ПОЛ и АОС. При сдвиге этого равновесия в сторону ПОЛ на фоне снижения активности АОС развиваются патологии.

Гормоны

Гормоны – биологически активные вещества, которые образуются в железах внутренней секреции, выделяются в кровь при действии различных стимулов и способствуют при этом изменению обмена веществ в клетке-мишени. Клетки-мишени – это клетки, на которые действует гормон.

По химической природе гормоны делятся на:

- белковые гормоны – состоят из аминокислот, белковые гормоны могут являться гликопротеинами. К ним относятся гормоны гипоталамуса, гипофиза, поджелудочной железы

- стероидные гормоны – образуются из холестерола. К ним относятся гормоны коры надпочечников, половые гормоны

- производные аминокислоты тирозина. К ним относятся гормоны щитовидной железы и мозгового слоя надпочечников.

Гормоны гипоталамуса

Относятся гормоны белковой природы. Гормоны гипоталамуса регулируют секрецию и синтез гормонов гипофиза, т.е. клетки-мишени для гормонов гипоталамуса – это клетки гипофиза.

- кортиколиберин – стимулирует секрецию и синтез адренокортикотропного гормона в передней доле гипофиза

- тиреолиберин – стимулирует секрецию и синтез тиреотропного гормона в передней доле гипофиза

- гонадолиберин – стимулирует секрецию и синтез гонадотропинов в передней доле гипофиза

- соматолиберин – стимулирует секрецию и синтез соматотропина в передней доле гипофиза

- меланолиберин – стимулирует секрецию и синтез меланоцитстимулирующего гормона в передней доле гипофиза

- соматостатин – снижает секрецию и синтез соматотропина в передней доле гипофиза

- меланостатин – снижает секрецию и синтез меланоцитстимулирующего гормона в передней доле гипофиза

Гормоны гипофиза

Имеют белковую природу. В передней доле гипофиза вырабатываются

- адренокортикотропный гормон – АКТГ. Орган-мишень – кора надпочечников. Под действием АКТГ происходит секреция и синтез стероидных гормонов в коре надпочечников – кортизола, альдостерона, кортикостерона.

- соматотропный гормон – соматотропин. Влияет на все клетки организма, где усиливает биосинтез белка, ДНК, РНК, гликогена, вызывает распад глюкозы и липидов в тканях с целью получения энергии. Такие биохимические эффекты гормона приводят к ростовым процессам.

- тиреотропин – органы-мишени клетки щитовидной железы. Способствует секреции и синтезу в щитовидной железе тироксина (тетрайодтиронина) – Т4 и трийодтиронина – Т3.

- гонадотропины – фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) и лютеинизирующий гормон (ЛГ). Воздействуют на яичники, матку у женщин и семенники у мужчин. При этом в половых железах вырабатываются стероидные гормоны – эстрогены, прогестерон, тестостерон.

- пролактин – основные клетки-мишени молочные железы, где пролактин обеспечивает лактацию. Кроме того, пролактин способствует созреванию желтого тела в яичнике, стимулирует созревание сперматозоидов, синтез и секрецию тестостерона. Вызывает повышение глюкозы в крови.

- липотропин – действует на жировую ткань, где вызывает распад жиров.

- меланотропин – гормон промежуточной доли гипофиза. Клетки-мишени – пигментные клетки кожи. Вызывает синтез пигментов.

Гормоны задней доли гипофиза

- вазопрессин – антидиуретический гормон. Образуется в гипоталамусе, откуда с помощью белка нейрофизина перемещается в заднюю долю гипофиза, где запасается. Его органы-мишени – дистальные почечные канальцы и сосуды. В дистальных почечных канальцах вазопрессин вызывает реабсорбцию воды. Сосуды под действием вазопрессина сужаются.

- окситоцин - образуется в гипоталамусе, откуда с помощью белка нейрофизина перемещается в заднюю долю гипофиза, где запасается. Его органы-мишени – гладкие мышцы внутренних органов, например, матки и сосуды. Под действием окситоцина происходит сокращение гладкомышечного слоя внутренних органов и сосудов.

Гормоны поджелудочной железы

Инсулин - гормон белковой природы. Вырабатывается β-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы. Инсулин образуется в ответ на повышение концентрации глюкозы в крови.

Органы-мишени мышцы, жировая ткань. Способствует проникновению аминокислот из крови в клетки, обладает анаболическим действием, усиливая синтез белка; способствует проникновению глюкозы из крови в клетки мышц и жировой ткани, при этом снижается уровень глюкозы в крови. Инсулин способствует синтезу липидов в жировой ткани из углеводных источников. Инсулин вырабатывается в ответ на повышение концентрации глюкозы в крови.

Глюкагон – гормон белковой природы, вырабатывается в α-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы. Глюкагон синтезируется в поджелудочной железе в ответ на стресс, физическую работу, голодание, заболевания, связанные с усилением распада веществ, т.к. возникает угроза снижения концентрации глюкозы в крови.

Органы-мишени мышцы, печень. В печени происходит распад гликогена до глюкозы, которая поступает в кровь, где ее концентрация повышается. Далее эта глюкоза поступает в жизненноважные органы – мозг, сердце, почки, а также мышцы с целью получения энергии.

В мышцах также происходит распад гликогена до глюкозо-6-фосфата под действием глюкагона, однако, глюкозо-6-фосфат не проникает в кровь.

Гормоны надпочечников

Гормоны коры надпочечников – гормоны стероидной природы, образуются из холестерола.

Кортизол - органы-мишени печень, мышцы. Кортизол синтезируется в коре надпочечников в ответ на стресс, физическую работу, голодание, заболевания, связанные с усилением распада веществ, т.к. возникает угроза снижения концентрации глюкозы в крови. При этом сначала возникает импульс в ЦНС в ответ на гипогликемию. Из ЦНС импульс идет в гипоталамус, где происходит секреция и синтез кортиколиберина. Под действием кортиколиберина в передней доле гипофиза происходит секреция и синтез АКТГ, АКТГ воздействует на кору надпочечников, где происходит секреция и синтез кортизола. Кортизол переносится в кровь и подходит к мышцам и печени, где вызывает соответствующие эффекты. Способствует распаду белков мышц до аминокислот, которые далее переносятся в кровь и в печень. В печени под действием кортизола из аминокислот образуется глюкоза в процессе глюконеогенеза. Образованная глюкоза выносится в кровь, при этом уровень глюкозы в крови повышается. Далее эта глюкоза поступает в жизненноважные органы – мозг, сердце, почки, а также мышцы с целью получения энергии.

Альдостерон – органы-мишени дистальные почечные канальцы. Способствует всасыванию натрия в дистальных почечных канальцах в кровь, при этом всасывается вода и хлор, а калий выводится из организма. Поэтому альдостерон вырабатывается в ответ на снижение натрия в крови, например, при обезвоживании, связанном с кровотечениями, обильным потоотделением. На фоне обезвоживания возникает гиповолемия – снижение объема циркулирующей крови и артериального давления. При снижении концентрации натрия в крови происходит возбуждение в ЦНС, импульс далее поступает в гипоталамус, где происходит секреция и синтез кортиколиберина, который способствует выработке АКТГ в передней доле гипофиза. АКТГ действует на кору надпочечников, где происходит секреция и синтез альдостерона. Альдостерон через кровь поступает к клеткам дистальных почечных канальцев, где происходит всасывание натрия, хлора, воды и выведения калия. В результате в крови повышается уровень натрия, воды, и увеличивается артериальное давление.

Гормоны мозгового слоя надпочечников

Адреналин - производное аминокислоты тирозина. Адреналин синтезируется в мозговом слое надпочечников в ответ на стресс, физическую работу, голодание, заболевания, связанные с усилением распада веществ, т.к. возникает угроза снижения концентрации глюкозы в крови. При этом сначала возникает импульс в ЦНС в ответ на гипогликемию. Далее импульс идет на мозговой слой надпочечников, где происходит секреция и синтез адреналина. Органы-мишени для адреналина мышцы, печень. В печени происходит распад гликогена до глюкозы, которая поступает в кровь, где ее концентрация повышается. Далее эта глюкоза поступает в жизненноважные органы – мозг, сердце, почки, а также мышцы с целью получения энергии.

В мышцах также происходит распад гликогена до глюкозо-6-фосфата под действием глюкагона, однако, глюкозо-6-фосфат не проникает в кровь.

Норадреналин - производное аминокислоты тирозина. Норадреналин действует также, как адреналин. Только его эффекты менее выражены.

Гормоны щитовидной железы

Тироксин – тетраийодтиронин – Т4 и трийодтиронин – Т3 – производные аминокислоты тирозина. Источником тирозина является белок тиреоглобулин. Вырабатываются в клетках щитовидной железы. Воздействуют на все органы. Способствуют в физиологических концентрациях синтезу белка, отвечают за усвоение кислорода на дыхательной цепи, т.е. участвуют в синтезе энергии. В целом регулируют процессы распада и синтеза веществ – основной обмен. Секреция и синтез гормонов щитовидной железы находится под контролем тиреолиберина гипоталамуса и тиреотропина гипофиза.

Гормоны половых желез

Являются гормонами стероидной природы, образуются из холестерола.

Тестостерон – образуется в половых железах мужчин и коре надпочечников у женщин. Способствует развитию половых признаков, регулирует функцию размножения, стимулирует синтез белков в мышцах, вызывая их рост.

Эстрогены - эстрон, эстрадиол, эстриол – образуются в женских половых железах и коре надпочечников у мужчин. В первую фазу цикла стимулируют процессы синтеза веществ в эндометрии матки, в результате эндометрий разрастается, утолщается, богат питательными веществами. Также усиливают процессы синтеза веществ в молочных железах.

Прогестерон - во вторую фазу цикла поддерживает процессы синтеза в эндометрии, способствует имплантации плодного яйца, снижает тонус миометрия, поддерживая беременность.

Секреция и синтез эстрогенов и прогестерона находится под контролем фолликулостимулирующего (ФСГ) и лютеинизирующего гормонов (ЛГ). При этом ФСГ участвует в созревании фолликула и овуляции, а ЛГ поддерживает секрецию и синтез прогестерона в желтом теле яичника, которое образуется после овуляции.

Регуляция секреции и синтеза гормонов

Гормоны гипоталамуса способствуют секреции и синтезу гормонов гипофиза. Гормоны гипофиза способствуют секреции и синтезу гормонов в периферических железах внутренней секреции. Такой тип регуляции называется - прямые положительные связи. Гормоны периферических желез внутренней секреции снижают секрецию и синтез гормонов гипоталамуса и гипофиза – отрицательные обратные связи.