Гормоны: биологическая роль, классификация, механизм действия 1
Гормоны – это биологически активные вещества, синтезируемые эндокринными железами, выделяемые ими в кровь или лимфу и регулирующие внутриклеточный метаболизм. Гормональная регуляция биологических процессов есть высшая форма гуморальной регуляции. Гормоны обладают специфичностью и воздействуют только на те клетки-мишени, которые обладают специальными рецепторами белковой или липопротеиновой природы, реагирующими с данным гормоном. 2
Гормоны — вещества органической природы, которые 1) вырабатываются в специализированных клетках желез внутренней секреции, 2) поступают в кровь или лимфу и 3) взаимодействуют с клетками-мишенями, оказывая влияние на обмен веществ и физиологические функции. Гормоны участвуют в поддержании гомеостаза внутренней среды организма, занимают промежуточное положение между нервной системой и действием ферментов, которые непосредственно регулируют скорость метаболизма. Гормоны вызывают либо быструю (срочную) ответную реакцию, повышая активность имеющихся ферментов, либо медленную реакцию, связанную с синтезом ферментов de novo.
Нейроэндокринная регуляция синтеза и секреции гормонов. Клетки-мишени содержат специальные структуры — рецепторы, настроенные на специфическое связывание с определенным гормоном. Энергия взаимодействия сигнальной молекулы с рецептором обеспечивает конформациониый переход рецептора в активное состояние, сопровождающийся прямыми или опосредованными изменениями активности определенных ферментов, ионных каналов и/или транскрипционных факторов.
Классификация гормонов Гормоны могут быть классифицированы по месту синтеза и месту действия на 3 группы: 1) эндокринные гормоны (греч. endon — внутри, krinein — высвобождать) — синтезируются эндокринными железами и транспортируются кровью к клеткаммишеням; 2) паракринные гормоны — синтезируются вблизи места их действия; 3) аутокринные гормоны — действуют на те же клетки, которые их синтезируют. По химической структуре гормоны классифицируются на: 1) пептиды и белки, которые синтезируются в виде больших предшественников и затем подвергаются процессингу и секреции; 2) производные аминокислот (катсхоламины и тироидные гормоны — производные тирозина, мелатонин — производное триптофана); 3) стероидные гормоны (кортикостсроиды и половые гормоны, которые являются производными холестерола); 4) производные жирных кислот (эйкозаноиды); 5) газы (оксид азота). По растворимости гормоны классифицируются на: 1) гидрофильные (пептиды, белки, катехоламины); 2) липофильные (стероиды и тироидные гормоны).
Растворимость определяет механизм действия гормона их делят на 3 группы: 1. Гормоны, не проникающие в клетку и имеющие рецепторы на поверхности мембран. Действие этих гормонов на клетку осуществляется через вторичные посредники, образующиеся в клетке после связывания гормона с рецептором. К этим гормонам относятся гидрофильные гормоны — белково-пептидной природы и катехоламины. 2. Гормоны, проникающие в клетку (липофильные гормоны). Свободный гормон легко проходит сквозь плазматическую мембрану любой клетки и, попадая в клетку-мишень, связывается с рецепторами, локализованными в цитоплазме или ядре клетки. Комплекслигандрецептор рассматривается как внутриклеточный посредник действия гормонов этой группы. К этой группе гормонов относят стероидные и тироидные гормоны. 3. Гормоны смешанного действия. Рецепторы расположены на поверхности клеток. После связывание гормона с рецептором комплекс проникает внутрь клетки и оказывает эффект. К этой группе гормонов относится инсулин.
Свойства рецепторов: 1) по строению являются гликопротеинами; 2) обладают высоким сродством (10 -11 – 10 -9 моль/л) к гормону; 3) характеризуются высокой специфичностью связывания гормона; 4) отличаются насыщаемостью при физиологических концентрациях гормона (гиперболический закон связывания); 5) характеризуются обратимостью связывания (гормон и рецептор связываются за счет сил гидрофобного и электростатического взаимодействия); 6) обладают способностью к транcдукции сигнала.
Механизм действия гормонов Гормоны регулируют метаболизм клеток-мишеней через изменение активности ферментных систем: • • путем изменения проницаемости плазматических мембран; • 10 путем изменения индукции ферментов; путем изменения количества ц-АМФ.
Регуляция скорости синтеза белков. Такое действие оказывают стероидные и тиреоидные гормоны; они проникают в клетку и взаимодействуют со специфическими рецепторами. Гормонрецепторный комплекс проникает в ядро, связывается с хроматином и увеличивает скорость синтеза белков на уровне генов (рис. 51). Активные гены усиливают синтез определенной РНК, которая выходит из ядра, поступает к рибосомам и запускает синтез новых белков, которые могут быть структурными или сократительными белками мышц и других тканей, а также ферментами или гормонами. В этом состоит их анаболическое действие. Однако скорость белкового синтеза в клетках — относительно медленный процесс, так как требует большого количества энергии и пластического материала. Поэтому такие гормоны не могут осуществлять быстрый контроль процессов метаболизма. Основная их функция сводится к регуляции процессов роста, развития и дифференцировки клеток организма. В организме спортсменов стероидные гормоны усиливают протекание процессов восстановления и долговременной биохимической адаптации. Они способствуют наращиванию мышечной массы и увеличивают силовые качества у человека.
Регуляция активности ферментов. Отдельные белково-пептидные гормоны, а также адреналин и норадреналин не проникают внутрь клеток. Они регулируют обмен веществ, активность многих внутриклеточных ферментов опосредовано через вторичные передатчики, в качестве которых могут выступать циклические нуклеотиды (ц. АМФ, ц. ГМФ), ионы кальция, диацилглицерол, инозитол, специфические белки и другие вещества. Гормоны связываются со специфическими рецепторами на поверхностной мембране клетки и активируют расположенный с внутренней стороны мембраны G-белок. Этот белок активирует или подавляет активность фермента аденилатциклазы. Аденилатциклаза катализирует синтез циклического АМФ из АТФ (рис. 52). Действие ц. АМФ ("вторичный передатчик") внутри клетки реализуется через другой фермент — протеинкиназу (ПК), которая при отсутствии ц. АМФ не активна. Далее ц. АМФ-активируемая протеинкиназа катализирует перекос остатков фосфорной кислоты от АТФ на молекулы различных белков внутри клетки. Фосфорилированию могут подвергаться ферменты расщепления жиров, углеводов, других систем организма. В таком случае усиливается синтез АТФ в клетке, увеличивается количество ферментов белкового синтеза, изменяется функциональная активность клетки. Циклический АМФ расщепляется ферментом фосфодиэстеразой, в результате чего прекращается действие гормона.
Механизм регуляции через вторичные посредники очень эффективен, так как значительно усиливает гормональный сигнал и обеспечивает быстрый биологический ответ клетки на повышение концентрации гормонов в крови. Аденилатциклазная система во многом определяет включение срочных механизмов перестройки внутриклеточного обмена при различных воздействиях, в том числе при физических нагрузках, и участвует в обеспечении срочной биохимической адаптации. С ростом тренированности организма совершенствуется аденилатциклазная система передачи гормональных сигналов в скелетных мышцах, что проявляется в повышении чувствительности у фермента аденилатциклазы к гормонам. Это позволяет осуществлять более тонкую регуляцию внутриклеточного обмена веществ при незначительных изменениях уровня гормонов в крови. Гормональный сигнал может передаваться с помощью гуанилатциклазной системы, которая синтезирует внутриклеточный передатчик ц. ГМФ из ГТФ. Противоположные эффекты одного и того же гормона могут обеспечиваться разными передатчиками — ц. АМФ или ц. ГМФ. Действие гормонов на внутриклеточные процессы может осуществляться ионами кальция (Са 2+). При взаимодействии гормона с рецептором активизируются системы транспорта ионов Са 2+ через мембрану. Кальций поступает в цитоплазму клеток из внешней среды или из внутриклеточных депо. Он связывается с Са 2+-зависимыми белками, одним из которых является кальмодулин. Комплекс Са 2+—кальмодулин повышает активность разных внутриклеточных ферментов, что ведет к изменению биохимических процессов и физиологических функций.
Регуляция проницаемости мембран. Отдельные гормоны и нейромедиаторы изменяют проницаемость мембран клетки для целого ряда веществ-метаболитов. Примером может служить инсулин, который, связываясь с рецептором на плазматической мембране, резко увеличивает проницаемость глюкозы, аминокислот, отдельных ионов через мембраны и усиливает поступление их внутрь клетки. Молекулярные основы такого влияния до конца не изучены. Тем не менее усиленное поступление отдельных веществ в клетку влияет на биохимические процессы, а перераспределение ионов на мембране влияет на электрический потенциал клетки и ее сократительную функцию.
Гормоны гипоталамуса являются относительно простыми по структуре олигопептидами. К ним относятся: кортиколиберин, тиролиберин, люлилиберин, фоллиберин, соматостатин, пролакстатин, пролактолиберин, меланолиберин, меланостатин. 18
Гормоны гипофиза Гипофиз синтезирует тропные и эффекторые гормоны Тропные гормоны: • АКТГ (адренокортикотропный гормон) – пептид, регулирующий биосинтез и секрецию гормонов коры надпочечников; • ТТГ (тиреотропный гормон) – гликопротеид, регулирующий биосинтез и секрецию гормонов щитовидной железы; • ФСГ (фолликулостимулирующий гормон), ЛГ (лютеинизирующий гормон) – гликопротеиды, регулирующие биосинтез и секрецию гормонов половых желез. 19
Гормоны гипофиза Гипофиз синтезирует тропные и эффекторые гормоны Эффекторные гормоны • АДГ (антидиуретический гормон, вазопрессин) – простой пептид, регулирующий водный обмен, уменьшает мочеотделение. • Окситоцин – простой пептид, вызывающий сокращение матки во время родов и активное выделение молока молочными железами. • Меланостимулирующий гормон – простой пептид, регулирующий сезонное окрашивание кожи, шерсти. • Пролактин – простой белок, регулирующий выделение молока молочными железами при кормлении. • Гормон роста (соматотропный ) – простой белок, регулирующий рост тела в длину, усиливает процессы анаболизма. 20
Гормоны поджелудочной железы инсулин (белок из 51 аминокислотного остатка) и глюкагон (одноцепочечный полипептид из 29 аминокислотных остатков) не находятся под контролем гормонов гипофиза. Секреция гормонов регулируется содержанием глюкозы в крови. 21
Гормоны щитовидной железы Тиреоидные гормоны Тироксин и трийодтиронин являются производными аминокислотами тирозина и содержат в своем составе 4 и 3 атома йода соответственно. Тиреоидные гормоны регулируют активность ферментных систем обмена углеводов и липоидов, синтеза белка, интенсивность транспорта субстратов и кофакторов, биоэнергетические процессы. 22
Гормоны коры надпочечников Секреция гормонов коры надпочечников регулируется адренокортикотропным гормоном (АКТГ) гипофиза. Из коры надпочечников выделено 46 соединений стероидной природы, производных циклопентапергидрофенантрена. Они подразделяются на 3 функциональные группы – глюкокортикоиды, минералокортикоиды и половые гормоны. 23
Гормоны мозгового вещества надпочечников Гормоны мозгового вещества надпочечников – адреналин и норадреналин (катехоламины). 24
Гормоны половых желез Мужские половые гормоны (андрогены) образуются в семенниках, женские половые гормоны (эстрогены, прогестины) продуцируются преимущественно в яичниках. Половые гормоны являются производными циклопентапергидрофенантрена. 25
Гормоны паращитовидной железы Паращитовидные железы секретируют 2 гормона (паратгормон и кальцитонин), которые вместе с витамином Д обеспечивают регуляцию кальциевого обмена. 26
Роль гормонов в мышечной деятельности При физических нагрузках наблюдается изменение функций многих эндокринных желез, особенно тех, которые участвуют в формировании общей адаптации организма к воздействию стресса. Величина и направленность изменения функций отдельных эндокринных желез зависит от интенсивности, длительности физических нагрузок, а также степени тренированности организма. При кратковременных однократных физических нагрузках секреторная функция многих желез усиливается. В кровь поступает большее количество гормонов, что стимулирует процессы энергообразования и физическую работоспособность организма. При длительной физической работе секреция гормонов снижается. Возможно истощение функций эндокринных желез, что сопровождается снижением физической работоспособности и развитием утомления. Систематическая мышечная деятельность усиливает потенциальные возможности эндокринных желез, вызывает увеличение запасов гормонов, хотя уровень отдельных гормонов (тироксина, инсулина) в крови в состоянии покоя понижен. Однако под воздействием физических нагрузок в тренированном организме происходит усиление секреции гормонов и регулируемых ими процессов. При этом совершенствуются механизмы передачи действия гормонов, а также наблюдается увеличение количества вторичного передатчика — ц. АМФ в мышцах, повышение чувствительности ферментов к передатчику либо рецепторов к гормонам, что способствует проявлению высокой физической работоспособности организма. 27
Направленность изменения концентрации отдельных гормонов в крови при мышечной деятельности и их участие в приспособительных реакциях представлены в табл. 13 (t — повышение, I — снижение после интенсивных физических нагрузок). Видно, что одни гормоны усиливают мобилизацию и утилизацию (использование) углеводов и жиров, а это поддерживает нормальный уровень АТФ в клетках и улучшает приспособление организма к мышечной деятельности. Другие гормоны участвуют в поддержании водного баланса в организме, предотвращая его обезвоживание, третьи — усиливают процессы адаптивного биосинтеза структурных белков и ферментов, обеспечивают процессы восстановления и адаптации организма к физическим нагрузкам. Высокая физическая работоспособность и спортивный результат определяются согласованной работой всех эндокринных желез — так называемым гормональным ансамблем. Нарушение функций какой-либо железы приводит к нарушению эффективности обменных процессов, что не позволяет спортсмену достичь высокого спортивного результата. Только правильно организованный тренировочный процесс позволяет улучшить функциональные возможности эндокринной системы, дает возможность избегать стадий истощения этой системы при больших физических нагрузках.
Направленность изменения концентрации гормонов в крови при мышечной деятельности
Скачать презентацию Гормоны биологическая роль классификация механизм действия 1
Лекция 4.Гормоны.ppt