Витамин B6, адермин, пиридоксол
Входит в состав коферментов (ферментов), участвующих в обмене аминокислот. Недостаток B6 ведет к нарушению обмена белков в организме.
Свойствами витамина B6 обладают пиридоксол, пиридоксаль, пиридоксамин, общее название пиридоксин.
Пиридоксин Пиридоксаль Пиридоксамин
(пиридоксол)
Пиридоксин (пиридоксол) – это спирт, белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде и этаноле, устойчив к кислотам и щелочам, легко разлагается под действием света. Этим витамином богаты корма: рисовые отруби, зародыши пшеницы, бобы, дрожжи и т.д. Витамин B6 синтезируется в желудочно-кишечном тракте микрофлорой.
Витамин B6, его производные фосфопиридоксаль и фосфопиридоксамин принимают участие в реакциях трансаминирования и декарбоксилирования. Фосфопиридоксаль участвует в реакции переноса серы с метионина, в образовании адреналина, норадреналина, серотонина, гистамина, в обмене триптофана и тирозина.
Витамин B12, кобаламин, антианемический
Витамин B12- кобальтсодержащий витамин, синтезируется кишечной микрофлорой; недостаток его у животных отмечают при низком содержании кобальта в кормах (акобальтоз, гипокобальтоз), что связано с местностью. Например, Нечерноземье Российской Федерации, Республике Татарстан и другие зоны характеризуются низким содержанием кобальта.
Витамин B12 – совокупность соединений, образованных системой порфириновых колец, в центре находится атом кобальта:
Витамин В12 (кобаламин)
Витамин В12 темно-красного света. Биологическая роль до конца не изучена. Хорошо известно положительное влияние на кроветворение (при злокачественной анемии). Является кофактором ферментов, участвует в биосинтезе метионина, является переносчиком метальных групп.
Фолиевая кислота
Выделена из зеленых листьев (лат. folium – лист) состоитиз остатка птеридина, парааминобензойной и глутаминовой кислот:
Синтезируется в кишечнике: животные обычно получают в достаточном количестве. Принимают участие в метаболизме метальных, оксиметильных, формильных и других функциональных остатков: участвует в синтезе креатина, метионина, гистидина, серина, азотистых основаниях, холина. Реакции происходят с участием витамина В12.
Витамин С (аскорбиновая кислота)
Синтезируется в печени (у млекопитающих и птиц) из моносахаридов. В обычных условиях авитаминоза у животных нет, может возникнуть при стрессовых состояниях.
Авитаминоз (цинга) – проявляется кровоточивостью десен, слизистых оболочек, мышц, что связано с нарушением биосинтеза коллагена, проколлагена, эластина. Основным источником являются зеленые растения. Витамин С синтезируется микрофлорой пищеварительного тракта.
Аскорбиновая кислота – γ-лактон кетогулоновой кислоты. Это ненасыщенное соединение, кислый характер связан с наличием двух енольных гидроксилов. Она способна к обратимому окислению (дегидрированию) с образованием дегидроаскорбиновой кислоты.
L – аскорбиновая кисл L – дегидроаскорбиновая
кислота
В качестве окислительно-восстановительной системы она катализирует многие реакции тканевого обмена веществ (участие в биологическом окислении, восстановление дисульфидной связи в белках до сульфгидрильных групп). Имеет функциональные связи с другими витаминами (A, E, B1, B2, В!2).
Биотин, витамин H
Молекула биотина (bios – жизнь, греч.) состоит из имидазолового (А) и тиофенового (В) колец, составляющих гетероциклическую часть молекулы, а боковая цепь представлена валериановой кислотой.
Витамин H
Роль биотина в организме была установлена при изучении причин отравления куриным белком (авидином). Оказалось, что авидин связывает биотин и препятствует его всасыванию в кровь. Синтезируется в желудочно-кишечном тракте, поступает с кормами. Практически наблюдается недостаточность биотина у цыплят, индюшат.
Биотин является коферментом карбоксилаз, катализирующих реакции:
а) карбоксилирования:
RH + HCO3- + ATP R- COOH + ADP + H3PO4
б) реакции транскарбоксилирования:
R1-COOH+ R2H R1H +R2-COOH
Эти реакции имеют важное значение в организме при синтезе высших жирных кислот, белков, пуриновых нуклеотидов и т.д.
Инозит
Это шестиатомный спирт (циклический).
Растительные и животные корма содержат достаточно много инозита. В зерне, отходах зерна он находится в форме кальциевой соли гексафосфорного эфира инозита (фитина). Синтезируется в организме животных.
Отмечают липотропное действие, он предупреждает ожирение печени (у кур-несушек). Используется для синтеза фосфолипидов (инозитфосфатидов).
Холин
Аминоэтиловый спирт, содержащий у атома азота три метальные группы.
Необходим в организме для жирового обмена и передачи нервного возбуждения. К витаминам относится условно. У кур-несушек при клеточном содержании отмечают недостаток холина, в результате чего наблюдается ожирение печени, снижение яйценоскости.
В растениях содержится в виде фосфолипидов. Холин при взаимодействии с уксусном кислотой образует ацетилхолин -медиатор нервных импульсов.
ГОРМОНЫ
Постоянство внутренней среды организма (гомеостаз) поддерживается специальными регуляторными механизмами. Их можно разделить на три уровня:
1. Внутриклеточные механизмы регуляции. Сигналами для изменения состояния клетки служат вещества, образующиеся в самой клетке или поступающие извне. Эта регуляция осуществляется:
а) путем изменения активности ферментов (ингибирования,
активирования).
б) путем изменения количества ферментов (индукция или репрессия ферментов, синтеза или распада их).
в) путем изменения трансмембранного переноса веществ.
2. Регуляция с участием эндокринной системы. Она представлена железами внутренней секреции, синтезирующей гормоны – химические сигналы. Гормоны поступают в кровь в ответ на специфический импульс. Этим стимулом может быть нервный импульс или изменение концентрации определенного вещества в крови (например, снижение концентрации глюкозы). Гормон транспортируется с кровью к клеткам-мишеням.
3 .Третий уровень регуляции осуществляется нервной системой.
Сейчас различают свыше 100 различных веществ, имеющих гормональную активность и регулирующие процессы обмена веществ.
Особенности биологического действия гормонов заключаются в том, что они действуют в малых концентрациях (10'9-10-12 моль/л).
Действие гормонов определяется контролирующим влиянием нервной системы. Гормоны влияют на функцию клеток и тканей, расположенных далеко от места их образования, они обладают высокой избирательностью.
По механизму действия гормоны делят на две группы. Первая группа гормонов включает пептиды и адреналин. Их рецепторы находятся на наружной поверхности мембраны, гормон внутрь клетки не проникает – соединяется с клеточными Рецепторами – вторичным посредником для них является ц-АМФ. Во вторую группу входят гормоны тироксин и стероидные гормоны. Рецепторы этих гормонов находятся в цитозоле клетки. Гормон проникает в клетку, соединяется с рецептором и вместе с ним проникает в ядро, затем влияет на транскрипцию, то есть действует на гены, (см. рис. 6.1.).
Рис. 6.1. Механизм действия гормонов.
I-ая группа: рецепторы гормонов расположены на наружной поверхности клеточной мембраны; гормон внутрь клетки не проникает. Гормоны передают сигнал посредством ц-АМФ; через ц-АМФ включается система регуляции обмена, например мобилизации гликогена.
II-ая группа: гормоны проникают в клетку, соединяются с рецептором в цитозоле и проникают в ядро, где влияют на активность гена в хромосоме.
К железам внутренней секреции относятся: гипоталамус, гипофиз, щитовидная железа, паращитовидная железа, поджелудочная железа, надпочечники, половые железы. Кроме того, синтезируются гормоны и гормоноподобные вещества местного действия (гистамин, гастрин, секретин и т.д.).
Гипоталамус– место непосредственного взаимодействия высших отделов центральной нервной системы и эндокринной системы, где синтезируются пептиды-либерины – стимуляторы образования гормонов гипофиза и статины – ингибиторы образования гормонов. К гормонам гипоталамуса относятся тиреолиберин – циклический трипептид, состоящий из остатков глутаминовой кислоты, гистидина и пролина; люлиберин – пептид состоящий из остатков 10 аминокислот; соматостатин – пептид из 14 аминокислотных остатков; меланолиберин, пептид из остатков 6 аминокислот; меланостатин (меланотропинингибирующий фактор) – пептид из 4 аминокислотных остатков; кортиколиберин – депо гормонов вазопрессина и окситоцина. Указанные гормоны синтезируются в нервных окончаниях гипоталамуса в очень малых количествах и оказывает свое действие на функцию гипофиза.
Гормоны гипофиза
Гипофиз расположен в турецком седле основной (клиновидной) кости черепа. Состоит из трех долей: передней, средней, задней. Передняя и средняя доли – аденогипофиз, эпителиальные; задняя доля – нейрогипофиз, состоит из нейроглии. В гипофизе вырабатывается 6 гормонов, которые регулируют работу других желез внутренней секреции. Гипофиз, совместно с гипоталамусом, где вырабатываются нейрогормоны, обеспечивает нейрогуморальную регуляцию метаболизма и адаптации организма к изменениям внутренней и внешней среды.
1. Тиреотропный гормон (ТТГ)– гликопротеид с Мм. 28000 Да, регулирует функцию щитовидной железы: способствует поглощению йода клетками щитовидной железы, стимулирует синтез тиреоидных гормонов. Между гормонами щитовидной железы и ТТГ существует обратная связь.
2. Фолликулостимулирующий гормон (ФСГ)гликопротеид с М.м. 34000 Да, стимулирует рост фолликулов в яичнике у самок, способствует сперматогенезу у самцов.
3. Лютеинизирующий гормон (ЛГ)гликопротеид с М.м. 32000 Да, стимулирует у самок секрецию эстрогена и прогестерона яичниками, а у самцов – секрецию андрогенов. Секреция ФСГ и ЛГ контролируется гипоталамусом.
4. Пролактин(лютеотропный гормон) – белок с М.м. 25000 Да, активизирует образование молока в молочной железе, совместно с другими гормонами обеспечивает развитие молочной железы и нормальную лактацию.
5. Гормон роста(соматотропный гормон – СТГ) – белок с M.м.22000 Да. СТГ стимулирует рост молодых животных путем ускорения синтеза белков. Недостаток этого гормона приводит к карликовому росту. В случае гиперфункции, избыточного образования этого гормона, наблюдается гигантизм. При высоком содержании гормона роста в зрелом возрасте развивается акромегалия – непропорциональное развитие отдельных частей тела. Гормон роста производится методом генной инженерии в больших количествах (300 тонн в год) и применяется в животноводстве для стимуляции роста при откорме и стимуляции молокоотдачи у коров.
6. Адренокортикотропный гормон, АКТГполипептид, состоящий из 39 аминокислотных остатков с Мм 4500 Да. Первичная структура полипептида изучена у всех видов животных. АКТГ стимулирует биосинтез гормонов коры надпочечников, снижает содержание холестерина в организме, мобилизует защитные силы организма при стрессах, инфекциях, токсикозах. Применяется в животноводстве при недостаточной деятельности коры надпочечников, лечение подагры, аллергии и т.д.
Меланоцитостимулирующий гормон (МСГ)– полипептид, состоящий из 13-22 аминокислотных остатков, стимулирует синтез меланина и вызывает потемнение волосяного покрова у животных или кожи у человека. Повышенная пигментация кожи у беременных обусловлена избыточным синтезом МСГ.
Выделены и расшифрованы первичные структуры двух типов гормонов: α- и β-меланоцитстимулирующие гормоны (α-МСГ и β-МСГ). Оказалось, что у всех исследованных животных α-МСГ состоит из 13 аминокислот, расположенных в одинаковой последовательности: СН3-СО-NH-Cер-Тир-Сер-Мет-Глу-Гис-Фен-Арг-Трп-Гли-Лиз-
-Про-Вал-СО-NН2
Гормоны задней доли гипофиза(нейрогипофиза). Его гормоны синтезируются в гипоталамусе, затем по нервным волокнам переносятся в нейрогипофиз. Нейрогипофиз выделяет 2 гормона: вазопрессин (антидиуретический) и окситоцин – низкомолекулярные полипептиды из 9 аминокислотных остатков. Основное действие вазопрессина – всасывание воды в дистальных почечных канальцах, он вызывает сужение капилляров – повышает кровяное давление.
Окситоцин– вызывает сокращение гладкой мускулатуры (стенки матки) во время родов. Структура этих гормонов имеет следующий вид:
Поджелудочная железа
α и β- клетки островков (лат. insula – остров) Лангерганса вырабатывают, соответственно, глюкагон и инсулин – гормоны противоположного действия.
Инсулинбыл первым белком, первичная структура которого раскрыта в 1953 году Сэнджером, а в 1963 году синтезирован, в т.ч. у нас в стране. Инсулин – простой белок с М.м. 6000 Да, молекула содержит 51 аминокислотный остаток, построена из двух пептидных цепей. Пептидные цепи соединены между собой двумя дисульфидными связями. Цепь А-глициновая имеет 21 аминокислотный остаток, а цепь В-фенилаланиновая – 30 аминокислотных остатков. Инсулин синтезируется в виде предшественников (проинсулин, состоит из 84 аминокислотных остатков), избирательное выщепление С-пептида (33 аминокислотных остатка) приводит к образованию инсулина.
Инсулин влияет на сахарный обмен. Чем больше сахара в крови, тем больше инсулина; стимулирует процесс превращения глюкозы в гликоген в мышцах и печени и образование жира из углеводов. Ускоряет окисление глюкозы в мышцах и других тканях.
Недостаток инсулина в организме приводит к развитию сахарного диабета: когда концентрация инсулина падает ниже определенного уровня, содержание глюкозы в крови возрастает из-за подавления механизмов поглощения ее из крови и утилизации в тканях, при этом наблюдается выделение сахара с мочой. При недостатке инсулина усиливается окисление жиров, что ведет к образованию кетоновых тел (в избыточном количестве) ацетоуксусной кислоты, ацетона, β-оксимасляной кислоты.
Инсулин для лечебных целей получают из тканей животных или же с помощью методов генной инженерии. Этот гормон широко применяется при сахарном диабете.
Глюкагон– повышает содержание глюкозы в крови путем стимуляции гликогенолиза в печени, действуя при этом как антагонист инсулина.
Глюкагон – одноцепочечный полипептид, состоящий из 29 аминокислотных остатков, М.м. 4200 Да. Глюкагон вызывает Ускорение распада гликогена и торможение его синтеза, результатом является гликогенолиз – распад гликогена до глюкозы в печени. Кроме того, он способствует образованию глюкозы из промежуточных продуктов обмена белков и жиров (глюконеогенез).
Гормоны щитовидной железы
Щитовидная железа находится в области гортани, состоит из 2-х долей, вес у крупного рогатого скота – 20 г, овец – 5 г, свиней – 12-30 г. В щитовидной железе вырабатываются гормоны тироксин и трийодтиронин – йодсодержащие производные тирозина.
Фолликулы щитовидной железы заполнены белком (коллоидом), содержащим йодтиреоглобулин – высокомолекулярный гликопротеид. Его молекулярная масса 670000 Да, константа седиментации 195 S, содержит 0,5-1,0 % йода, 8-10% углевода гетерополисахарида. При гидролизе йодтиреоглобулина выделяется L-тироксин. Его можно рассматривать как производное L-тиронина -3,5, 3 ,5 -тетрайодтиронина:
| L-тиронин (Т) | L-тироксин, Т4 (3,5,3',5',-тетра- йодтиронин) | 3,5,3'-L-трийод- тиронин (Т3) | L-3,3-дийод- тиронин (Т2) |
Кроме тироксина имеется небольшое количество трийодтиронина, биологическая активность которого в 5-10 раз больше тироксина. Моно- и дийодтирозин – содержатся в небольших количествах и обладают слабой гормональной активностью. Биосинтез гормонов щитовидной железы хорошо изучен с помощью меченого йода J131. Из щитовидной железы они поступают в кровь, причем различают в крови связанный с белками и свободный гормоны. Разрушение их происходит в печени и почках.
Биосинтез тиреоидных гормонов регулируется, главным образом, тиреотропным гормоном передней доли гипофиза.
Действие тиреоидных гормонов – многообразное, они влияют на рост, развитие организма, дифференцировку клеток, уровень метаболизма в тканях. Они повышают поглощение кислорода и теплопродукцию, усиливают обмен углеводов, белков, жиров.
Гипофункция щитовидной железыведет к глубоким нарушениям обмена веществ, снижает основной обмен, снижается температура тела. Недостаток гормона в период развития ведет к замедлению роста, повреждению центральной нервной системы, к кретинизму.
Атрофия в зрелом возрасте ведет к микседеме(слизистый отек) с понижением обмена, отложением жира и задержкой воды в организме. Явление гипофункции щитовидной железы может быть и как следствие недостаточного содержания йода в кормах.
Гипофункция щитовидной железы, связанная с недостаточным содержанием йода в кормах, воде отмечается в эндемических по йоду местностях Российской Федерации – Марийской, Мордовской, Удмуртской, Татарской Республиках. Характеризуется увеличением щитовидной железы (особенно у новорожденных), мертворождаемостью, рождением молодняка без шерсти, снижением продуктивности животных. Для лечения и профилактики применяется йодированная соль.
Гиперфункция щитовидной железы– гипертериоидизм -характеризуется резким повышением основного обмена, у человека развивается заболевание – базедова болезнь (тахикардия, пучеглазие, зоб), развивается общее истощение организма, а также психические расстройства
Тиреокальцитонин(кальцитонин) – гормон щитовидной железы синтезируется в особых клетках, так называемых парафолликулярных или С-клетках, представляет собой пептид из 32 аминокислотных остатков, вызывает задержку кальция в костной ткани. Способствует переходу кальция из крови в костную ткань, поддерживает постоянный уровень в крови не только кальция, но и фосфора.
Гормон паращитовидных желез– паратгормон, по химической природе является белком с Мм 9000 Да, состоит из 84 аминокислотных остатков, регулирует обмен кальция и фосфора, мобилизует кальций из костей, является антагонистом кальцитонина по отношению к кальцию.
Удаление околощитовидных желез вызывает у животных титанические судороги на фоне резкого падения концентрации кальция в плазме крови. Введение солей кальция предупреждает гибель животных.
Гормоны надпочечников
Надпочечники состоят из двух самостоятельных структур: мозговой слой – эктодермального происхождения; корковое вещество – образуется из мезодермы.
Гормоны мозгового слоя надпочечников – катехоламины: норадреналин и адреналин. По строению они напоминают аминокислоту тирозин, от которого они отличаются наличием дополнительных ОН-групп в кольце у β-углеродного атома боковой цепи и отсутствием карбоксильной группы. Сейчас установлено, что гормоны мозгового вещества надпочечников синтезируются из тирозина. Тирозин подвергается в процессе обмена реакциям гидроксилирования, декарбоксилирования и метилирования с участием соответствующих ферментов.
Тирозин Дофамин Норадреналин Адреналин
В плазме крови оба гормона находятся как в свободном состоянии, так и в связанном (с сульфатом или глюкуроновой кислотой) состоянии. Имеется также адреналин в связанном с белками состоянии. В небольшом количестве оба гормона откладываются в виде соли АТФ в нервных окончаниях, освобождаясь в ответ на их раздражение. Катехоламины обладают сильным биологическим действием: вызывают сужение сосудов, повышение кровяного давления. Влияют на обмен углеводов – адреналин вызывает резкое повышение уровня сахара в крови, что связано с ускорением распада гликогена в печени и мышцах, т.е. процессом гликогенолиза.
Адреналин и норадреналин быстро разрушаются в организме и с мочой выделяются в виде неактивных продуктов (метаболитов). Дофамин – важнейший нейромедиатор, накапливается в двигательных центрах головного мозга, играет роль в управлении мышцами, недостаточность дофамина приводит к скованности движения и тремору (дрожь).