Связь между строением, физико-химическими свойствами и биологической активностью БАВ. Молекулярные мишени действия БАВ.

 

Среди многих миллионов видов молекул, составляющих био­химическую среду организма, имеются многие тысячи, выпол­няющие информационную роль. Даже если не рассматривать те вещества, которые организм выделяет в окружающую среду, сообщая о себе другим живым существам: соплеменникам, врагам и Жертвам, — огромное разнообразие молекул может быть отнесено к различным классам биологически активных веществ (сокращенно— БАВ), циркулирующих в жидких средах организма и передающих ту или иную информацию от центра к периферии, от одной клетки к другой, либо от периферии к центру. Несмотря на разнообразие состава и химического строения, все эти молекулы так или иначе влияют непосредственно на обменные процессы осуществляемые конкретными клетками организма. Наиболее важными для физиологической регуляции БАВ являются медиаторы, гормоны, ферменты и витамины. Медиаторы — это вещества небелковой природы, имеющие сравнительно простое строение и небольшой молекулярный вес. Они выделяются окончаниями нервных клеток под влиянием поступившего туда очередного нервного импульса (из специальных пузырьков, в которых они скапливаются в промежутках между нервными, импульсами). Деполяризация мембраны нервного волокна приводит к разрыву созревшего пузырька, и капли медиатора поступают в синаптическую щель. Синапс — это место соединения двух нерв ных волокон или нервного волокна с клеткой другой ткани. Хотя по нервному волокну сигнал передается в электрическом виде в отличие от обычных металлических проводов нервные волокна нельзя просто механически между собой соединить: импульс та­ким образом передаваться не может, поскольку оболочка нервного волокна не проводник, а изолятор. В этом смысле нервное волокно больше похоже не на провод, а на кабель, окруженный слоем электроизолятора. Вот почему нужен химический посредник. Эту роль как раз и выполняет молекула медиатора. Оказавшись в синаптической щели, медиатор воздействует на постсинаптическую мембрану, приводя к местному изменению ее поляризации, и таким образом зарождается электрический импульс в той клетке, на которую нужно передать возбуждение. Чаще всего в организме человека в качестве медиаторов выступают молекулы ацетилхолина, адреналина, норадреналина, дофамина и гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). Как только действие медиатора на постсинапти­ческую мембрану завершилось, молекула медиатора разрушается с помощью специальных ферментов, постоянно присутствующих в этом месте соединения клеток, — таким образом предотвраща­ется перевозбуждение постсинаптической мембраны и соответ­ственно клеток, на которые оказывается информационное воз­действие. Именно по этой причине один импульс, дошедший до пресинаптической мембраны, порождает единственный импульс в постсинаптической мембране. Истощение запасов медиатора в пресинаптической мембране может иногда служить причиной на­рушения проведения нервного импульса.
Для того чтобы выполнить свою информационную роль, БАВ должно быть доставлено от места своего синтеза до места своего действия. В случае с медиаторами и ферментами эти места обычно разделены промежутками в несколько микрон, тогда как гормо­ны должны преодолевать порой значительные расстояния, иног­да измеряемые метрами (особенно у крупных животных), прежде чем они окажутся в зоне своего действия. В большинстве случаев протоки желез, синтезирующих гормоны, а именно гормоны и составляют большую часть информационных БАВ дистантного дей­ствия, открываются в кровяное русло. С током крови молекулы гормонов разносятся по всему телу, но действие оказывают лишь на те клетки, которые для этого предназначены. Гормоны гипофиза в большинстве случаев являются тропными и их действие направлено на ткань других желез внутренней сек­реции. Гормоны щитовидной железы, надпочечников и других же­лез доставляются с током крови к тем органам, на которые они должны оказать свое действие. Существует еще один класс БАВ, вырабатываемых нежелези­стыми клетками большинства органов. Иногда их называют ткане­выми гормонами, хотя в отличие от настоящих гормонов они выделяются не в кровяное русло, а в межклеточную жидкость. Эти БАВ передают соседним клеткам и тканям информацию о состоянии тех клеток, где они синтезированы. Такой взаимный обмен информацией между клетками и тканями позволяет им согласовывать метаболическую активность и поддерживать гомео­патическое единство организма.

Различные БАВ по-разному воздействуют на клетки и ткани организма, причем это во многом зависит от химической приро­ды их молекул. Гормоны из группы тиреоидов, например, легко проникают через клеточную мембрану и направляются непосред­ственно в клеточное ядро, где включаются в регуляцию активно­сти генов. Стероидные гормоны также проникают внутрь клетки, но не самостоятельно, а благодаря взаимодействию с мембран­ными рецепторами, которые позволяют этим жироподобным ве­ществам проникнуть через липопротеиновые слои клеточной мем­браны. Катехоламины внутрь клетки не проникают, а химически связываются с мембранными рецепторами, и механизм их действия обусловлен сложными процессами, рассмотренными выше при описании воздействия адреналина на клетки печени. Многие гормоны представляют собой очень крупные пептидные и белковые молекулы, которые не могут проникнуть внутрь клетки. Они прикрепляются к клеточным мембранам, изменяя их проницаемость и другие свойства, и таким образом влияют на внутриклеточный метаболизм. Витамины в большинстве случаев представляют собой молекулы небольшого размера, которые успешно проникают через клеточную оболочку и непосредственно встраиваются во внутриклеточные биохимические процессы. Ферменты, циркулирующие в крови или выделяемые в межклеточную жидкость, как правило, там и оказывают свое каталитическое действие — они, как и мно­гие другие гормоны, не способны проникать внутрь клеток. Вооб­ще клеточная мембрана обладает избирательной проницаемостью, вход для крупных молекул внутрь клетки затруднен либо вовсе исключен. Поэтому БАВ, имеющие крупные молекулярные раз­меры, прикрепляются к внешней поверхности мембран и тем са­мым оказывают воздействие на клетку. Другие БАВ, молекулы которых способны проникать в клетку, могут принимать участие в биохимических процессах, идущих внутри клетки, и непосред­ственно влиять на скорость их протекания или направление, на­пример, за счет активации побочных циклов реакций или за счет изменения активности тех или иных участков генома. Судьба молекул БАВ в организме Поскольку все БАВ — органические молекулы, каждая из них имеет определенный срок жизни, после которого она должна быть утилизирована. Речь не идет о том, что кто-то в организме специально отслеживает возраст каждой молекулы и отдает рас­поряжение: все, срок вышел — под нож! Разумеется, это про­цесс стохастический (случайный) и статистический (вероятно­стный). Однако в итоге получается, что все крупные информа­ционные макромолекулы существуют от нескольких минут до нескольких часов, молекулы промежуточного размера могут со­хранять свою целостность в течение суток, а мелкие молекулы сохраняются иногда несколько суток. Это справедливо не только Для молекул БАВ, такова судьба всех молекул, из которых со­стоит живое вещество: наш организм постоянно обновляется, в нем непрерывно идут процессы синтеза (анаболизма) одних молекул и распада (катаболизма) других. Непрерывно обновля­ются также и все без исключения клетки нашего организма. До недавнего времени считалось, что нервные клетки не восстанавливаются, не регенерируют и не обновляются. В последние годы получены убедительные доказательства того, что это совсем не так, даже нервные клетки постоянно обновляются, не говоря обо всех остальных. В этой связи судьба молекул БАВ в организме не кажется исключительной. Быстрее всего распадаются молекулы медиаторов, о чем уже говорилось выше. Продукты распада молекул БАВ могут включаться в дальнейшие метаболические превращения, они сами обладают информационной значимостью, но могут и выводиться из организма — чаще всего с мочой. Также с выводятся иногда и некоторые некрупные молекулы БАВ концентрация которых в крови оказывается повышенной. По причине для определения уровня некоторых гормонов в организме нередко исследуют не только кровь, но и мочу. Некоторые гормоны способны проникать даже в слюну и так выделяться организма. Это позволяет следить за их содержанием по там биохимического анализа слюны. Понятие о клетках (органах)-мишенях Гормональная регуляция физиологических процессов была бы невозможной, если бы выработанные эндокринными железами гормоны одинаково воздействовали на все ткани, с которыми соприкасается содержащая их кровь. Поэтому в ходе миллионов лет эволюции выработались специальные приспособления, обес­печивающие «прицельность» попадания гормонов именно на те клетки, состояние которых они призваны регулировать. Эти клет­ки и состоящие из них органы называют «мишенями», поскольку именно на их поверхности должны прикрепляться молекулы гор­монов. Для этого на мембранах клеток-мишеней формируются специальные активные места (рецепторы), механически и хими­чески приспособленные к тому, чтобы прочно соединиться с мо­лекулой гормона и удерживать ее до тех пор, пока в этом будет нужда. Если такие рецепторы не сформированы, то гормон не может прикрепиться к мембране и никакого действия на метабо­лизм клетки оказать не в состоянии. Таким образом, гормональ­ная регуляция функций требует активного участия в этом процес­се с обеих сторон. Железа и должна вырабатывать необходимое количество молекул гормона, а ткань должна подготовиться к тому, чтобы эти молекулы принять. Формирование рецепторов для при­крепления гормонов происходит под управлением генетического аппарата клетки. Сам по себе этот аппарат также может менять свою работу под влиянием других гормонов. В результате получается, что гуморальная регуляция функций — это сложнейший процесс, в организацию которого включены самые разнообраз­ные химические, механические, генетические и молекулярные механизмы.

 

 

Общие принципы и составные части биохимического эксперимента. Место аналитических процедур в биохимических исследованиях. Стадии проведения биохимического анализа. Возможные источники артефактов на разных стадиях биохимического эксперимента.

Основные этапы проведения б/х эксперимента:

1.Выбор цели эксперимента

Выбор задачи, что необходимо узнать: качественный или количественный, для чего, кто будет её использовать, на сколько точными будут результаты, стоимость анализа.

2.Анализ знаний по проблеме

БД по методикам, статьям

3.Выбор объекта и аналитической задачи

Основной объект – экспериментальные данные

Одномерные данные (одно число)

Многомерные (одномерные данные – набор из нескольких измерений к относительно к одному и тому же образцу)

Двухмодальные данные

Трехмодальные данные

Основная задача – извлечение из научных данных необходимой информации

4.Выбор адекватного аналитического метода

Необходимо учесть: тип пробы, размер пробы, требуемую чувствительность, требуемую селективность, допустимость аппаратуры, необходимость привлечения других специалистов, скорость и стоимость проведения анализа.

Требования, предъявляемые к методу:

Правильность – параметр, характеризующий близость экспериментальных данных и истинных значений измеряемой величины.

Воспроизводимость – отражает случайные ошибки измерения, показыв. Степень разброса повторных определений.

5. Выбор методики

6. Выбор способа отбора и подготовки проб

Получение представительной пробы

Генеральная проба -> лабораторная проба -> анализируемая проба

Подготовка пробы к анализу:

1)Измерение кол-ва анализируемой пробы

m- аналитические весы с погрешностью 0, 1 мг

2)отбор нескольких параллельных проб

3)создание определенных условий среды

4)определенная проба подготовка с использованием специальных реагентов

5)проведение контрольных опытов(все компоненты пробы, кроме определяемого вещества проходят через те же стадии анализа, полученные результаты вычитаются из результатов реальных образцов)

6.Планирование хода эксперимента:

-Адаптация метода к условиям лаборатории: закупка оборудования, закупка реактивов и расходных метериалов.

-Разработка рабочего протокола

-Разработка способов оценки эффективности аналитического эксперимента

-Учесть возможные загрязнения

7.Подготовка к эксперименту

Приготовление растворов, реагентов и стандартов. Оценка качества исходных образцов, предварительная калибровка, контроль правильности работы оборудования

8.Выполнение аналитического эксперимента

9.Анализ экспериментальных данных

-Оценка объективности данных

-Статистический анализ

-Оценка достоверности результатов

10.Формирование выводов и оценка успешности(составление отчета)

 

⇐ Предыдущая25262728293031323334Следующая ⇒

Поделиться: