Вопросы и задачи

1. Значение концентрации гормона. В нормальных условиях скорость секреции адреналина () мозговым слоем надпочечников человека такова, что концентрация этого гормона в крови поддерживается на уровне . Для того чтобы оценить, что означает эта концентрация, рассчитайте, каков должен быть диаметр (в метрах) бассейна глубиной 2 м, чтобы при растворении в нем 1 г (около 1 чайной ложки) адреналина концентрация адреналина оказалась равной его физиологической концентрации в крови.

2. Регумция уровня гормонов в крови. Время жизни большинства гормонов в крови сравнительно невелико. Так, если ввести животному радиоактивно меченный инсулин, то половина введенного гормона исчезнет из крови в течение 30 мин. Почему важна относительно быстрая инактивация циркулирующих гормонов? Как может обеспечиваться постоянство уровня гормона в крови в нормальных условиях, если учитывать его быструю инактивацию? Какими путями организм осуществляет быстрые изменения концентрации циркулирующих гормонов в организме?

3. Сравнение водорастворимых и жирорастворимых гормонов. На основании физических свойств гормоны разделяют на две группы: 1) хорошо растворимые в воде, но плохо растворимые в липидах, например адреналин, и 2) плохо растворимые в воде, но хорошо растворимые в липидах, например стероиды. В качестве регуляторов клеточной активности большинство водорастворимых гормонов отличается тем, что не проникает внутрь клеток-мишеней; жирорастворимые гормоны, напротив, проникают в клетки-мишени и в конечном итоге воздействуют на ядро. Какова основа корреляции между растворимостью, локализацией рецепторов и механизмом действия гормонов указанных двух групп?

4. Опыты с гормонами на бесклеточных системах. В 50-х годах Эрл Сэзерленд и его коллеги провели свои пионерские опыты по выяснению механизма действия адреналина и глюкагона. В свете современных представлений о механизме действия гормонов (см. текст) объясните полученные ими приведенные ниже данные. Идентифицируйте компоненты и дайте оценку их результатов.

а) Добавление адреналина к гомогенату или препарату разрушенных клеток здоровой печени приводило к увеличению активности гликоген-фосфорилазы. Однако если гомогенат предварительно центрифугировали при высокой скорости и затем к прозрачной надосадочной жидкости добавляли адреналин или глюкагон, то увеличения фосфорилазной активности не наблюдалось.

б) Если фракцию мембран, осажденных при центрифугировании гомогената печени, отделяли и обрабатывали адреналином, то наблюдалось образование нового вещества. Это вещество' было выделено и очищено. В отличие от адреналина при добавлении к надосадочной фракции гомогената оно активировало гликоген-фосфорилазу.

в) Вещество, образующееся в мембранной фракции, было термостабильным, т. е. тепловая обработка не лишала его способности активировать фосфорилазу. (Подсказка: могло ли это иметь место, если бы вещество было белком?) Указанное вещество было идентичным соединению, образующемуся при обработке чистого АТР гидроксидом бария.

5. Сравнение действия дибутирил-сАМР и сАМР на интактные клетки. Физиологическое действие адреналина в принципе должно было бы воспроизводиться при добавлении сАМР к клеткам-мишеням. В действительности же добавление сАМР к интактным клеткам-мишеням вызывает всего лишь минимальный физиологический ответ. Почему? Однако ожидаемые физиологические реакции легко получить, если добавить сходное в структурном отношении производное - дибутирил-сАМР.

Объясните, в чем причина различий ответа клеток на эти два соединения. Дибутирил-сАМР широко используется в качестве аналога при исследовании функций сАМР.

6. Влияние холерного токсина на аденилат-циклазу. Грамотрицательная бактерия Vibrio cholerae вырабатывает белок-холерный токсин (мол. масса 90000), вызывающий характерные симптомы холеры, а именно потерю организмом больших количеств воды и ионов вследствие продолжительной обессиливающей диарреи. Если не восполнять эти потери, то происходит тяжелое обезвоживание организма; без лечения болезнь часто приводит к смерти. Попавший в кишечник человека холерный токсин прочно связывается со специфическими участками на плазматической мембране эпителиальных клеток, выстилающих тонкий кишечник, и тем самым вызывает продолжительную (измеряемую часами и днями) активацию аденилатциклазы. Каким образом холерный токсин влияет на содержание сАМР в клетках кишечника? Основываясь на приведенных выше фактах, что можно сказать о функции сАМР в клетках слизистой кишечника в нормальных условиях? Предложите возможный способ лечения холеры.

7. Сопоставление метаболизма в мышцах и печени при реакции организма на сигнал «борьба или бегство». В ситуации «борьба или бегство» выделение адреналина стимулирует распад гликогена в печени, сердце и скелетных мышцах. Продуктом распада гликогена в печени является глюкоза. В скелетных же мышцах гликоген расщепляется в ходе гликолиза.

а) Почему конечные продукты расщепления гликогена в этих двух тканях оказываются разными?

б) Какие преимущества для организма, находящегося в критической ситуации, создает наличие этих специфических путей распада гликогена?

8. Избыточная секреция инсулина: гиперин-сулинизм. При некоторых видах злокачественных опухолей поджелудочной железы происходит избыточный синтез инсулина В-клетками. У больных при этом наблюдаются следующие симптомы: дрожь, слабость и утомляемость, потливость и постоянное чувство голода. Если болезнь затягивается, может происходить нарушение мозговой деятельности. Как влияет избыточная секреция инсулина на обмен углеводов, аминокислот и липидов в печени? Почему развиваются описанные симптомы? Объясните, почему с течением времени это состояние приводит к нарушениям мозговой деятельности.

9. Термогенез, обусловленный тиреоидными гормонами. Гормоны щитовидной железы участвуют в регуляции скорости основного обмена (базального метаболизма). При введении избытка тироксина в печень животного возрастают скорость потребления и выработка тепла (термогенез), но концентрация АТР в ткани остается на уровне нормы. Были предложены разные объяснения термогеиного действия тироксина. Одио из них состоит в том, что избыток тиреоидного гормона вызывает разобщение окислительного фосфорилирования в митохондриях. Каким образом, исходя из этого объяснения, можно понять приведенные выше наблюдения? Согласно другому объяснению, термогенез обусловлен повышением скорости использования АТР в стимулируемых тироксином тканях. Считаете ли вы такое объяснение правильным? Почему?

10. Овариэктомия при лечении рака молочной железы. Овариэктомия, т. е. удаление яичников, служит одним из средств лечения рака груди. Объясните, какова биохимическая основа такого лечения. В качестве дополнительного способа лечения этого заболевания женщинам вводят мужские половые гормоны, что приводит к торможению физиологических реакций на собственные половые гормоны организма.

11. Синтез эндорфинов в надпочечниках. Помимо катехоламинов в мозговом слое надпочечников вырабатываются также некоторые эндорфины, иногда называемые «собственными опиатами мозга». Попытайтесь объяснить, почему эндорфины синтезируются и в мозгу, и в мозговом слое надпочечников?

12. Функция прогормонов. Какие преимущества создает синтез гормонов в виде прогормонов и препрогормонов?

13. Действие аминофиллина. Больным с приступом астмы наряду с адреналином часто вводят аминофиллин-пуриновое производное, сходное с теофиллином из чая. Какова цель и в чем биохимическая основа применения этих препаратов?

14. Кальмодулин. Если кальмодулин, выделенный из мышц моллюсков, добавить к фосфодиэстеразе, выделенной из печени крысы, то это не отразится на скорости медленного гидролитического превращения сАМР в АМР. Однако добавление к этой системе ионов приводит к значительному повышению активности фосфодиэстеразы. Какую биохимическую информацию несут эти наблюдения?