Гормоны
Термин «гормоны» (греч. Hormao – побуждаю, возбуждаю, поощряю) был предложен Е. Н. Стардинг в 1905 г. для обозначения химических соединений, вырабатываемых железами внутренней секреции и оказывающих глубокое влияние на процессы обмена веществ и функционирование органов и тканей.
Гормоны - это биологически активные вещества, которые синтезируются в малых количествах в специализированнных клетках эндокринной системы и через циркулирующие жидкости (например, кровь) доставляются к клеткаммишеням, где оказывают свое регулирующее действие.
Физиологическое действие гормонов направлено на: 1) обеспечение гуморальной, т. е. осуществляемой через кровь, регуляции биологических процессов; 2) поддержание целостности и постоянства внутренней среды, гармоничного взаимодействия между клеточными компонентами тела; 3) регуляцию процессов роста, созревания и репродукции.
Эндокринные железы: 1)Эпифиз (шишковидная железа). Находится между полушариями мозга. Активно функционирует до 12 -14 лет, сдерживая половое созревание. Вырабатывает серотонин и мелатонин. У взрослого человека регулирует суточный и годовой ритм, работу сетчатки. 2)Щитовидная железа состоит из двух долей и перешейка. Регулирует обмен веществ, развитие организма. Гормоны, вырабатываемые в щитовидной железе, богаты йодом. Кроме йодосодержащих гормонов, в щитовидной железе вырабатывается тирокальцитонин. Он снижает уровень кальция в крови, обеспечивая поступление кальция в костную ткань. Также в околощитовидных железах вырабатывается паратгормон, повышающий уровень кальция в крови. 3)Надпочечники. В мозговом слое надпочечников вырабатывается адреналин. В корковом слое вырабатываются минералкротикоиды, альдостерон, глюкокортикоиды, половые стероиды. 4)Вилочковая железа (тимус) также состоит из коркового и мозгового вещества. В корковом вырабатывается гормон тимозин. 5)Поджелудочная железа на 3% состоит из островков Лангерганса, составляющих эндокринную часть. Там синтезируется соматостатин, глюкогон, инсулин. 6)Половые железы. В стенках семенников вырабатывается тестостерон, под влиянием которого идет развитие по мужскому типу. В яичниках синтезируются эстрогены. 7)Гипофиз - центральная эндокринная железа. Он отвечает за работу почти всех эндокринных желез.
Клетки-мишени- это клетки, которые специфически взаимодействуют с гормонами с помощью специальных белков-рецепторов. Эти белкирецепторы располагаются на наружной мембране клетки, или в цитоплазме, или на ядерной мембране и на других органеллах клетки.
Гормоны, как и другие сигнальные молекулы, обладают некоторыми общими свойствами. выделяются из вырабатывающих их клеток во внеклеточное пространство; не являются структурными компонентами клеток и не используются как источник энергии; способны специфически взаимодействовать с клетками, имеющими рецепторы для данного гормона; обладают очень высокой биологической активностью - эффективно действуют на клетки в очень низких концентрациях (около 10 -6 -10 -11 моль/л).
"вторыми посредниками" для передачи сигналов от гормонов в клетках-мишенях могут быть: • циклические нуклеотиды (ц-АМФ – аденозинмонофосфорная кислота); • ионы Са; • комплекс "Са-кальмодулин"; • диацилглицерин; • инозитолтрифосфат.
Признаки, по которым гормоны отличаются от других сигнальных молекул следующие. • Синтез гормонов происходит в особых клетках эндокринной системы. При этом синтез гормонов является основной функцией эндокринных клеток. • Гормоны секретируются в кровь, чаще в венозную, иногда в лимфу. Другие сигнальные молекулы могут достигать клеток-мишеней без секреции в циркулирующие жидкости. • Телекринный эффект (или дистантное действие) - гормоны действуют на клетки-мишени на большом расстоянии от места синтеза.
При этом в клетке-мишени могут наблюдаются следующие основные эффекты: • изменение скорости биосинтеза отдельных белков (в том числе белков-ферментов); • изменение активности уже существующих ферментов (например, в результате фосфорилирования) • изменение проницаемости мембран в клетках -мишенях для отдельных веществ или ионов (например, для Са+2).
Принято различать два механизма взаимодействия гормонов с клеткамимишенями: • мембранный механизм - когда гормон связывается с рецептором на поверхности наружной мембраны клетки-мишени; • внутриклеточный механизм - когда рецептор для гормона находится внутри клетки, т. е. в цитоплазме или на внутриклеточных мембранах.
Группа 1 Группа 2 Химическая природа Полипептиды Белки Катехоламины Стероиды Йодтиронины Растворимость Гидрофильные Липофильные Транспортные белки Не имеются Имеются Период полужизни в плазме крови Короткий (минуты) Продолжительный (часы и дни) Рецептор На плазматической мембране Внутриклеточный Медиатор Аденилатциклазная система, Ca 2+, метаболиты сложных фосфоинозитидов и др. Гормон-рецепторный комплекс
По химическому строению гормоны можно классифицировать по трем классам: • белково-пептидные гормоны; • производные аминокислот; • стероидные гормоны.
Белково-пептидные гормоны Механизм действия пептидных гормонов (не проникающих через клеточные мембраны) на внутриклеточные процессы через вторичных посредников (ц-АМФ, G-белок и др. ); ПК – протеинкиназа (фосфотрансфераза); АЦ – аденилатциклаза. Пептидные гормоны взаимодействуют с рецепторами клеточных мембран, не проникая внутрь клеток. При этом возникает сигнал, который запускает определенную последовательность реакций, характерных для биологического действия данного гормона.
Схема гормональной регуляции активности фосфорилазы в животной клетке. (Киназа – специфический фермент – фосфотрансфераза, Ф – фосфат)
Гормоны гипоталамуса 1. Тиролиберин (Пиро-Глу–Гис–Про–NH 2): Тиролиберин представлен трипептидом, состоящим из пироглутаминовой (циклической) кислоты, гистидина и пролинамида, соединенных пептидными связями. В отличие от классических пептидов он не содержит свободных NH 2 - и СООНгрупп у N- и С-концевых аминокислот.
2. Гонадолиберин является декапептидом, состоящим из 10 аминокислот в последовательности: Пиро-Глу–Гис–Трп–Сер–Тир–Гли–Лей– Арг–Про–Гли-NН 2 Концевая С-аминокислота представлена глицинамидом.
3. Соматостатин является циклическим тетрадекапептидом (состоит из 14 аминокислотных остатков) :
4. Соматолиберин недавно выделен из природных источников. Он представлен 44 аминокислотными остатками с полностью раскрытой последовательностью. Биологической активностью соматолиберина наделен, кроме того, химически синтезированный декапептид. Н-Вал–Гис–Лей–Сер–Ала–Глу–Глн–Лиз–Глу– Ала-ОН. Этот декапептид стимулирует синтез и секрецию гормона роста гипофиза соматотропина.
Меланолиберин, химическая структура которого аналогична структуре открытого кольца гормона окситоцина (без трипептидной боковой цепи), имеет следующее строение: Н-Цис–Тир–Иле–Глн–Асн–Цис-ОН.
6. Меланостатин (меланотропинингибирующий фактор) представлен или трипептидом: Пиро. Глу–Лей–Гли-NН 2, или пентапептидом со следующей последовательностью: Пиро-Глу–Гис–Фен–Aрг–Гли–NН 2.
Гормоны гипофиза Из задней доли гипофиза
Из промежуточных долей гипофиза Меланотропины синтезируются и секретируются в кровь промежуточной долей гипофиза. Выделены и расшифрованы первичные структуры двух типов гормонов – α- и β-меланоцитстимулирующие гормоны (α-МСГ и β-МСГ). Оказалось, что у всех обследованных животных α-МСГ состоит из 13 остатков аминокислот, расположенных в одинаковой последовательности: СН 3 -СО-NH-Сер–Тир–Сер–Мет–Глу–Гис–Фен–Арг– Трп–Гли–Лиз–Про–Вал-СО-NН 2
Состав и структура β-МСГ оказались более сложными. У большинства животных молекула β-МСГ состоит из 18 остатков аминокислот; кроме того, имеются видовые различия, касающиеся природы аминокислоты в положениях 2, 6 и 16 полипептидной цепи гормона. β-МСГ, выделенный из промежуточной доли гипофиза человека, оказался 22 -членным пептидом, удлиненным на 4 аминокислотных остатка с N-конца: Н-Ала–Глу–Лиз–Асп–Глу–Гли–Про–Тир– Aрг–Мет–Глу–Гис–Фен– –Арг–Трп–Гли–Сер– Про–Лиз–Асп-ОН
Физиологическая роль меланотропинов заключается в стимулировании меланиногенеза у млекопитающих и увеличении количества пигментных клеток (меланоцитов) в кожных покровах земноводных. Возможно также влияние МСГ на окраску меха и секреторную функцию сальных желез у животных.
Из передней доли гипофиза Гормон роста (Соматотропный гормон, СТГ, гормон роста, соматотропин) Пролактин (Лактотропный гормон, пролактин, лютеотропный гормон) считается одним из наиболее «древних» гормонов гипофиза, поскольку его удается обнаружить в гипофизе низших наземных животных, у которых отсутствуют молочные железы. Помимо основного действия (стимуляция развития молочных желез и лактации), пролактин имеет важное биологическое значение – стимулирует рост внутренних органов.
гормоны поджелудочной железы Инсулин Различают две формы инсулина: 1) свободную, вступающую во взаимодействие с антителами, полученными к кристаллическому инсулину, и стимулирующую усвоение глюкозы мышечной и жировой тканями; 2) связанную, не реагирующую с антителами и активную только в отношении жировой ткани. Молекулярная масса связанного инсулина от 60000 до 100000. Различают, кроме того, так называемую форму А инсулина, отличающуюся от двух предыдущих рядом физико-химических и биологических свойств, занимающую промежуточное положение и появляющуюся в ответ на быструю, срочную потребность организма в инсулине.
Самым интересным свойством рецептора инсулина, отличным от всех других рецепторов гормонов белковой и пептидной природы, является его способность аутофосфорилирования, т. е. когда рецептор наделен сам протеинкиназной (тирозинкиназной) активностью.
Глюкагон Н–Гис–Сер–Глн–Гли–Тре–Фен–Тре–Сер– Асп–Тир–Сер–Лиз–Тир–Лей– –Асп–Сер –Aрг–Ала–Глн–Асп–Фен–Вал–Глн– Трп–Лей–Мет–Асн–Тре–ОН
гормоны паращитовидной железы (паратгормоны) Выяснено, что паратгормон участвует в регуляции концентрации катионов кальция и связанных с ними анионов фосфорной кислоты в крови. Ионы кальция оказались факторами, незаменимыми другими катионами для ряда жизненно важных физиологических процессов: мышечное сокращение, нервно-мышечное возбуждение, свертывание крови, проницаемость клеточных мембран, активность ряда ферментов и т. д.
Производные аминокислот Гормоны мозгового слоя надпочечников
Йод-содержащие гормоны щитовидной железы КАЛЬЦЬТОНИН
Химическая природа гормонов фолликулярной части щитовидной железы выяснена в деталях сравнительно давно. Считается установленным, что все йодсодержащие гормоны, отличающиеся друг от друга содержанием йода, являются производными L-тиронина, который синтезируется в организме из аминокислоты L-тирозина.
Гормоны 2 группы Стероидные гормоны • С 21 - гормоны коры надпочечников и прогестерон; • С 19 - мужские половые гормоны - андрогены и тестостерон; • С 18 - женские половые гормоны - эстрогены.
Гормоны коры надпочечников В зависимости от характера биологического эффекта гормоны коркового вещества надпочечников условно делят на 1. глюкокортикоиды (кортикостероиды, оказывающие влияние на обмен углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот) К ним относятся кортикостерон, кортизон, гидрокортизон (кортизол), 11 дезоксикортизол и 11 -дегидрокортикостерон 2. минералокортикоиды (кортикостероиды, оказывающие преимущественное влияние на обмен солей и воды). К ним относят дезоксикортикостерон и альдостерон.
Считают, что в этом процессе участвуют как кислые белки хроматина, так и непосредственно ДНК. В настоящее время разработана концепция о существовании в организме определенной последовательности механизма кортикостероидной регуляции обмена веществ: ГОРМОН –> ГЕН –> БЕЛОК (ФЕРМЕНТ).
Биосинтез прегненолона – предшественника стероидных гормонов. R обозначает кольцевые структуры (А, В, С) холестерола.
Глюкокортикоиды оказывают разностороннее влияние на обмен веществ в разных тканях. В мышечной, лимфатической, соединительной и жировой тканях глюкокортикоиды, проявляя катаболическое действие, вызывают снижение проницаемости клеточных мембран и соответственно торможение поглощения глюкозы и аминокислот; в то же время в печени оказывают противоположное действие.
Минералокортикоиды (дезоксикортикостерон и альдостерон) регулируют главным образом обмен натрия, калия, хлора и воды; они способствуют удержанию ионов натрия и хлора в организме и выведению с мочой ионов калия. По-видимому, происходит обратное всасывание ионов натрия и хлора в канальцах почек в обмен на выведение других продуктов обмена, в частности мочевины. Альдостерон получил свое название на основании наличия в его молекуле альдегидной группы у 13 -го углеродного атома вместо метильной группы, как у всех остальных кортикостероидов. Альдостерон – наиболее активный минералокортикоид среди других кортикостероидов; в частности, он в 50– 100 раз активнее дезоксикортикостерона по влиянию на минеральный обмен.
Женские половые гормоны В настоящее время открыты 2 группы женских половых гормонов, различающихся своей химической структурой и биологической функцией: эстрогены (главный представитель – эстрадиол) и прогестины (главный представитель – прогестерон). Приводим химическое строение основных женских половых гормонов
Мужские половые гормоны
