Гормоны — это биологически активные вещества, которые синтезируются в малых количествах в специализированнных клетках эндокринной системы и через циркулирующие жидкости (например, кровь) доставляются к клеткам-мишеням, где оказывают свое регулирующее действие. 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 …

Гормоны оказывают влияние на клетки-мишени. Клетки-мишени — это клетки, которые специфически взаимодействуют с гормонами с помощью специальных белков-рецепторов. Эти белки-рецепторы располагаются на наружной мембране клетки, или в цитоплазме, или на ядерной мембране и на других органеллах клетки. Биохимические механизмы передачи сигнала от гормона в клетку-мишень. Любой белок-рецептор состоит, минимум из двух доменов (участков), которые обеспечивают …

Строение гормонов бывает разным. В настоящее время описано и выделено около 160 различных гормонов из разных многоклеточных организмов. По химическому строению гормоны можно классифицировать по трем классам: белково-пептидные гормоны; производные аминокислот; стероидные гормоны. К первому классу относятся гормоны гипоталамуса и гипофиза (в этих железах синтезируются пептиды и некоторые белки), а также гормоны поджелудочной и паращитовидной …

Эндокринная система — совокупность желез внутренней секреции и некоторых специализированных эндокринных клеток в составе тканей, для которых эндокринная функция не является единственной (например, поджелудочная железа обладает не только эндокринной, но и экзокринной функциями). Любой гормон является одним из ее участников и управляет определенными метаболическими реакциями. При этом внутри эндокринной системы существуют уровни регуляции — одни …

Белково-пептидные гормоны. В процессе образования белковых и пептидных гормонов в клетках эндокринных желез происходит образование полипептида, не обладающего гормональной активностью. Но такая молекула в своем составе имеет фрагмент(ы), содержащий(е) аминокислотную последовательность данного гормона. Такая белковая молекула называется пре-про-гормоном и имеет в своем составе (обычно на N-конце) структуру, которая называется лидерной или сигнальной последовательностью (пре-). Эта …

Транспорт гормонов определяется их растворимостью. Гормоны, имеющие гидрофильную природу (например, белково-пептидные гормоны) обычно транспортируются кровью в свободном виде. Стероидные гормоны, йодсодержащие гормоны щитовидной железы транспортируются в виде комплексов с белками плазмы крови. Это могут быть специфические транспортные белки (транспортные низкомолекулярные глобулины, тироксинсвязывающий белок; транспортирующий кортикостероиды белок транскортин) и неспецифический транспорт (альбумины). Уже говорилось о том, …

Белково-пептидные гормоны подвергаются протеолизу, распадаются до отдельных аминокислот. Эти аминокислоты вступают дальше в реакции дезаминирования, декарбоксилирования, трансаминирования и распадаются до до конечных продуктов: NH3, CO2 и Н2О. Гормоны подвергаются окислительному дезаминированию и дальнейшему окислению до СО2 и Н2О. Стероидные гормоны распадаются иначе. В организме нет ферментных систем, которые обеспечивали бы их распад. В основном происходит …

Это биологически активные вещества, которые синтезируются в малых количествах в специализированнных клетках эндокринной системы и через циркулирующие жидкости (например, кровь) доставляются к клеткам-мишеням, где оказывают свое регулирующее действие.

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).

Механизмы действия гормонов

Гормоны оказывают влияние на клетки-мишени.

Клетки-мишени - это клетки, которые специфически взаимодействуют с гормонами с помощью специальных белков-рецепторов. Эти белки-рецепторы располагаются на наружной мембране клетки, или в цитоплазме, или на ядерной мембране и на других органеллах клетки.

Биохимические механизмы передачи сигнала от гормона в клетку-мишень.

Любой белок-рецептор состоит, минимум из двух доменов (участков), которые обеспечивают выполнение двух функций:

узнавание гормона;
преобразование и передачу полученного сигнала в клетку.

Каким образом белок-рецептор узнает ту молекулу гормона, с которой он может взаимодействовать?

Один из доменов белка-рецептора имеет в своем составе участок, комплементарный какой-то части сигнальной молекулы. Процесс связывания рецептора с сигнальной молекулой похож на процесс образования фермент-субстратного комплекса и может определяется величиной константы сродства.

Большинство рецепторов изучены недостаточно, потому что их выделение и очистка очень сложные, а содержание каждого вида рецепторов в клетках очень низкое. Но известно, что гормоны взаимодействуют со своими рецепторами физико-химическим путем. Между молекулой гормона и рецептором формируются электростатические и гидрофобные взаимодействия. При связывании рецептора с гормоном происходят конформационные изменения белка-рецептора и комплекс сигнальной молекулы с белком-рецептором активируется. В активном состоянии он может вызывать специфические внутриклеточные реакции в ответ на принятый сигнал. Если нарушен синтез или способность белков-рецепторов связываться с сигнальными молекулами, возникают заболевания - эндокринные нарушения.

Есть три типа таких заболеваний.

Связанные с недостаточностью синтеза белков-рецепторов.
Связанные с изменением структуры рецептора - генетических дефекты.
Связанные с блокированием белков-рецепторов антителами.

Механизмы действия гормонов на клетки-мишени. В зависимости от строения гормона существуют два типа взаимодействия. Если молекула гормона липофильна, (например, стероидные гормоны), то она может проникать через липидный слой наружной мембраны клеток-мишеней. Если молекула имеет большие размеры или является полярной, то ее проникновение внутрь клетки невозможно. Поэтому для липофильных гормонов рецепторы находятся внутри клеток-мишеней, а для гидрофильных - рецепторы находятся в наружной мембране.

Для получения клеточного ответа на гормональный сигнал в случае гидрофильных молекул действует внутриклеточный механизм передачи сигнала. Это происходит с участием веществ, которых называют вторыми посредниками. Молекулы гормонов очень разнообразны по форме, а "вторые посредники" - нет.

Надежность передачи сигнала обеспечивает очень высокое сродство гормона к своему белку-рецептору.

Что такое посредники, которые участвуют во внутриклеточной передаче гуморальных сигналов?

Это циклические нуклеотиды (цАМФ и цГМФ), инозитолтрифосфат, кальций-связывающий белок - кальмодулин, ионы кальция, ферменты, участвующие в синтезе циклических нуклеотидов, а также протеинкиназы - ферменты фосфорилирования белков. Все эти вещества участвуют в регуляции активности отдельных ферментных систем в клетках-мишенях.

Разберем более подробно механизмы действия гормонов и внутриклеточных посредников.

Существует два главных способа передачи сигнала в клетки-мишени от сигнальных молекул с мембранным механизмом действия:

аденилатциклазная (или гуанилатциклазная) системы;
фосфоинозитидный механизм.

Аденилатциклазная система.

Основные компоненты: мембранный белок-рецептор, G-белок, фермент аденилатциклаза, гуанозинтрифосфат, протеинкиназы.

Кроме того, для нормального функционирования аденилатциклазной системы, требуется АТФ.

Белок-рецептор, G-белок, рядом с которым располагаются ГТФ и фермент (аденилатциклаза) встроены в мембрану клетки.

До момента действия гормона эти компоненты находятся в диссоциированнном состоянии, а после образования комплекса сигнальной молекулы с белком-рецептором происходят изменения конформации G-белка. В результате одна из субъединиц G-белка приобретает способность связываться с ГТФ.

Комплекс "G-белок-ГТФ" активирует аденилатциклазу. Аденилатциклаза начинает активно превращать молекулы АТФ в ц-АМФ.

ц-АМФ обладает способностью активировать особые ферменты - протеинкиназы, которые катализируют реакции фосфорилирования различных белков с участием АТФ. При этом в состав белковых молекул включаются остатки фосфорной кислоты. Главным результатом этого процесса фосфорилирования является изменение активности фосфорилированного белка. В различных типах клеток фосфорилированию в результате активации аденилат-циклазной системы подвергаются белки с разной функциональной активностью. Например, это могут быть ферменты, ядерные белки, мембранные белки. В результате реакции фосфорилирования белки могут становятся функционально активными или неактивными.

Такие процессы будут приводить к изменениям скорости биохимических процессов в клетке-мишени.

Активация аденилатциклазной систтемы длится очень короткое время, потому что G-белок после связывания с аденилатциклазой начинает проявлять ГТФ-азную активность. После гидролиза ГТФ G-белок восстанавливает свою конформацию и перестает активировать аденилатциклазу. В результате прекращается реакция образования цАМФ.

Кроме участников аденилатциклазной системы в некоторых клетках-мишенях имеются белки-рецепторы, связанные с G-белками, которые приводят к торможению аденилатциклазы. При этом комплекс "GTP-G-белок" ингибирует аденилатциклазу.

Когда останавливается образование цАМФ, реакции фосфорилирования в клетке прекращаются не сразу: пока продолжают существовать молекулы цАМФ - будет продолжаться и процесс активации протеинкиназ. Для того, чтобы прекратить действие цАМФ, в клетках существует специальный фермент - фосфодиэстераза, который катализирует реакцию гидролиза 3",5"-цикло-АМФ до АМФ.

Некоторые вещества, обладающие ингибирующим действием на фосфодиэстеразу, (например, алкалоиды кофеин, теофиллин), способствуют сохранению и увеличению концентрации цикло-АМФ в клетке. Под действием этих веществ в организме продолжительность активации аденилатциклазной системы становится больше, т. е. усиливается действие гормона.

Кроме аденилатциклазной или гуанилатциклазной систем существует также механизм передачи информации внутри клетки-мишени с участием ионов кальция и инозитолтрифосфата.

Инозитолтрифосфат - это вещество, которое является производным сложного липида - инозитфосфатида. Оно образуется в результате действия специального фермента - фосфолипазы "С", который активируется в результате конформационных изменений внутриклеточного домена мембранного белка-рецептора.

Этот фермент гидролизует фосфоэфирную связь в молекуле фосфатидил-инозитол-4,5-бисфосфата и в результате образуются диацилглицерин и инозитолтрифосфат.

Известно, что образование диацилглицерина и инозитолтрифосфата приводит к увеличению концентрации ионизированного кальция внутри клетки. Это приводит к активации многих кальций-зависимых белков внутри клетки, в том числе активируются различные протеинкиназы. И здесь, как и при активации аденилатциклазной системы, одной из стадий передачи сигнала внутри клетки является фосфорилирование белков, которое в приводит к физиологическому ответу клетки на действие гормона.

В работе фосфоинозитидного механизма передачи сигналов в клетке-мишени принимает участие специальный кальций-связывающий белок - кальмодулин. Это низкомолекулярный белок (17 кДа), на 30 % состоящий из отрицательно заряженных аминокислот (Глу, Асп) и поэтому способный активно связывать Са+2. Одна молекула кальмодулина имеет 4 кальций-связывающих участка. После взаимодействия с Са+2 происходят конформационные изменения молекулы кальмодулина и комплекс "Са+2-кальмодулин" становится способным регулировать активность (аллостерически угнетать или активировать) многие ферменты - аденилатциклазу, фосфодиэстеразу, Са+2,Мg+2-АТФазу и различные протеинкиназы.

В разных клетках при воздействии комплекса "Са+2-кальмодулин" на изоферменты одного и того же фермента (например, на аденилатциклазу разного типа) в одних случаях наблюдается активация, а в других - ингибирование реакции образования цАМФ. Такие различные эффекты происходят потому, что аллостерические центры изоферментов могут включать в себя различные радикалы аминокислот и их реакция на действие комплекса Са+2-кальмодулин будет отличаться.

Таким образом, в роли "вторых посредников" для передачи сигналов от гормонов в клетках-мишенях могут быть:

циклические нуклеотиды (ц-АМФ и ц-ГМФ);
ионы Са;
комплекс "Са-кальмодулин";
диацилглицерин;
инозитолтрифосфат.

Механизмы передачи информации от гормонов внутри клеток-мишеней с помощью перечисленных посредников имеют общие черты:

одним из этапов передачи сигнала является фосфорилирование белков;
прекращение активации происходит в результате специальных механизмов, инициируемых самими участниками процессов, - существуют механизмы отрицательной обратной связи.

Гормоны являются основными гуморальными регуляторами физиологических функций организма, и в настоящее время хорошо известны их свойства, процессы биосинтеза и механизмы действия.

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 больщом расстоянии от места синтеза.

Гормоны являются высокоспецифичными веществами по отношению к клеткам-мишеням и обладают очень высокой биологической активностью.

Химическая структура гормонов

Строение гормонов бывает разным. В настоящее время описано и выделено около 160 различных гормонов из разных многоклеточных организмов.

По химическому строению гормоны можно классифицировать по трем классам:

белково-пептидные гормоны;
производные аминокислот;
стероидные гормоны.

К первому классу относятся гормоны гипоталамуса и гипофиза (в этих железах синтезируются пептиды и некоторые белки), а также гормоны поджелудочной и паращитовидной желез и один из гормонов щитовидной железы.

Ко второму классу относятся амины, которые синтезируются в мозговом слое надпочечников и в эпифизе, а также иод-содержащие гормоны щитовидной железы.

Третий класс - это стероидные гормоны, которые синтезируются в коре надпочечников и в половых железах. По количеству углеродных атомов стероиды отличаются друг от друга:

С 21 - гормоны коры надпочечников и прогестерон;

С 19 - мужские половые гормоны - андрогены и тестостерон;

С 18 - женские половые гормоны - эстрогены.

Общим для всех стероидов является наличие стеранового ядра.

Механизмы действия эндокринной системы

Эндокринная система - совокупность желез внутренней секреции и некоторых специализированных эндокринных клеток в составе тканей, для которых эндокринная функция не является единственной (например, поджелудочная железа обладает не только эндокринной, но и экзокринной функциями). Любой гормон является одним из ее участников и управляет определенными метаболическими реакциями. При этом внутри эндокринной системы существуют уровни регуляции - одни железы обладают способностью управлять другими.

Общая схема реализации эндокринных функций в организме. Данная схема включает в себя высшие уровни регуляции в эндокринной системе - гипоталамус и гипофиз, вырабатывающие гормоны, которые сами влияют на процессы синтеза и секреции гормонов других эндокринных клеток.

Из этой же схемы видно, что скорость синтеза и секреции гормонов может изменяться также под действием гормонов из других желез или в результате стимуляции негормональными метаболитами.

Мы видим также наличие отрицательных обратных связей (-) - торможение синтеза и(или) секреции после устранения первичного фактора, вызвавшего ускорение продукции гормона.

В результате содержание гормона в крови поддерживается на определенном уровне, который зависит от функционального состояния организма.

Кроме того, организм обычно создает небольшой резерв отдельных гормонов в крови (на представленной схеме этого не видно). Существование такого резерва возможно потому, что в крови многие гормоны находятся в связанном со специальными транспортными белками состоянии. Например, тироксин связан с тироксин-связывающим глобулином, а глюкокортикостероиды - с белком транскортином. Две формы таких гормонов - связанная с транспортными белками и свободная - находятся в крови в состоянии динамического равновесия.

Это значит, что при разрушении свободных форм таких гормонов будет происходить диссоциация связанной формы и концентрация гормона в крови будет поддерживаться на относительно постоянном уровне. Таким образом, комплекс какого-либо гормона с транспортным белком может рассматриваться как резерв этого гормона в организме.

Эффекты, которые наблюдаются в клетках-мишенях под влиянием гормонов. Очень важно, что гормоны не вызывают никаких новых метаболических реакций в клетке-мишени. Они лишь образуют комплекс с белком-рецептором. В результате передачи гормонального сигнала в клетке-мишени происходит включение или выключение клеточных реакций, обеспечивающих клеточный ответ.

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 - как уже было показано на примере аденилатциклазной системы;
изменение проницаемости мембран в клетках-мишенях для отдельных веществ или ионов (например, для Са +2).

Уже было сказано о механизмах узнавания гормонов - гормон взаимодействует с клеткой-мишенью только при наличии специального белка-рецептора. Связывание гормона с рецептором зависит от физико-химических параметров среды - от рН и концентрации различных ионов.

Особое значение имеет количество молекул белка-рецептора на наружной мембране или внутри клетки-мишени. Оно изменяется в зависимости от физиологического состояния организма, при заболеваниях или под влиянием лекарственных средств. А это означает, что при разных условиях и реакция клетки-мишени на действие гормона будет различной.

Разные гормоны обладают различными физико-химическими свойствами и от этого зависит местонахождение рецепторов для определенных гормонов.

Принято различать два механизма взаимодействия гормонов с клетками-мишенями:

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.

Гормоны обладающие мембранным механизмом действия:

все белковые и пептидные гормоны, а также амины (адреналин, норадреналин).

Внутриклеточным механизмом действия обладают:

стероидные гормоны и производные аминокислот - тироксин и трийодтиронин.

Передача гормонального сигнала на клеточные структуры происходит по одному из механизмов. Например, через аденилатциклазную систему или с участием Са +2 и фосфоинозитидов. Это справедливо для всех гормонов с мембранным механизмом действия. Но стероидные гормоны с внутриклеточным механизмом действия, которые обычно регулируют скорость биосинтеза белков и имеют рецептор на поверхности ядра клетки-мишени, не нуждаются в дополнительных посредниках в клетке.

Особенности строения белков-рецепторов для стероидов. Наиболее изученным является рецептор для гормонов коры надпочечников - глюкокортикостероидов (ГКС).

В этом белке имеется три функциональных участка:

для связывания с гормоном (С-концевой);
для связывания с ДНК (центральный);
антигенный участок, одновременно способный модулировать функцию промотора в процессе транскрипции (N-концевой).

Функции каждого участка такого рецептора ясны из их названий очевидно, что такое строение рецептора для стероидов позволяет им влиять на скорость транскрипции в клетке. Это подтверждается тем, что под действием стероидных гормонов избирательно стимулируется (или тормозится) биосинтез некоторых белков в клетке. В этом случае наблюдается ускорение (или замедление) образования мРНК. В результате изменяется количество синтезируемых молекул определенных белков (часто - ферментов) и меняется скорость метаболических процессов.

Биосинтез и секреция гормонов различного строения

Белково-пептидные гормоны. В процессе образования белковых и пептидных гормонов в клетках эндокринных желез происходит образование полипептида, не обладающего гормональной активностью. Но такая молекула в своем составе имеет фрагмент(ы), содержащий(е) аминокислотную последовательность данного гормона. Такая белковая молекула называется пре-про-гормоном и имеет в своем составе (обычно на N-конце) структуру, которая называется лидерной или сигнальной последовательностью (пре-). Эта структура представлена гидрофобными радикалами и нужна для прохождения этой молекулы от рибосом через липидные слои мембран внутрь цистерн эндоплазматического ретикулума (ЭПР). При этом, во время перехода молекулы через мембрану в результате ограниченного протеолиза лидерная (пре-) последовательность отщепляется и внутри ЭПР оказывается прогормон. Затем через систему ЭПР прогормон транспортируется в комплекс Гольджи и здесь заканчивается созревание гормона. Вновь в результате гидролиза под действием специфических протеиназ отщепляется оставшийся (N-концевой) фрагмент (про-участок). Образованная молекула гормона, обладающая специфической биологической активностью поступает в секреторные пузырьки и накапливается до момента секреции.

При синтезе гормонов из числа сложных белков гликопротеинов (например, фолликулостимулирующего (ФСГ) или тиреотропного (ТТГ) гормонов гипофиза) в процессе созревания происходит включение углеводного компонента в структуру гормона.

Может происходить и внерибосомальный синтез. Так синтезируется трипептид тиролиберин (гормон гипоталамуса).

Производные аминокислот. Из тирозина синтезируются гормоны мозгового слоя надпочечников адреналин и норадреналин, а также йодсодержащие гормоны щитовидной железы. В ходе синтеза адреналина и норадреналина тирозин подвергается гидроксилированию, декарбоксилированию и метилированию с участием активной формы аминокислоты метионина.

В щитовидной железе происходит синтез йодсодержащих гормонов трийодтиронина и тироксина (тетрайодтиронина). В ходе синтеза происходит йодирование фенольной группы тирозина. Особый интерес представляет метаболизм иода в щитовидной железе. Молекула гликопротеина тиреоглобулина (ТГ) имеет молекулярную массу более 650 кДа. При этом в составе молекулы ТГ около 10 % массы - углеводы и до 1 % - йод. Это зависит от количества иода в пище. В полипептиде ТГ - 115 остатков тирозина, которые иодируются окисленным с помощью специального фермента - тиреопероксидазы - йодом. Эта реакция называется органификацией йода и происходит в фолликулах щитовидной железы. В результате из остатков тирозина образуются моно- и ди-иодтирозин. Из них примерно 30 % остатков в результате конденсации могутпревратитьться в три- и тетра- иодтиронины. Конденсация и иодирование идут с участием одного и того же фермента - тиреопероксидазы. Дальнейшее созревание гормонов щитовидной железы происходит в железистых клетках - ТГ поглощается клетками путем эндоцитоза и образуется вторичная лизосома в результате слияния лизосомы с поглощенным белком ТГ.

Протеолитические ферменты лизосом обеспечивают гидролиз ТГ и образование Т 3 и Т 4 , которые выделяются во внеклеточное пространство. А моно- и дииодтирозин деиодируются с помощью специального фермента деиодиназы и иод повторно может подвергаться органификации. Для синтеза тиреоидных гормонов характерным является механизм торможения секреции по типу отрицательной обратной связи (Т 3 и Т 4 угнетают выделение ТТГ).

Стероидные гормоны. Стероидные гормоны синтезируются из холестерина (27 углеродных атомов), а холестерин синтезируется из ацетил-КоА.

Холестерин превращается в стероидные гормоны в результате следующих реакций:

отщепление бокового радикала;
образование дополнительных боковых радикалов в результате реакции гидроксилирования с помощью специальных ферментов монооксигеназ (гидроксилаз) - чаще всего в 11-м, 17-м, и 21-м положениях (иногда в 18-м). На первом этапе синтеза стероидных гормонов сначала образуются предшественники (прегненолон и прогестерон), а затем другие гормоны (кортизол, альдостерон, половые гормоны). Из кортикостероидов могут образоваться альдостерон, минералокортикоиды.

Секреция гормонов. Регулируется со стороны ЦНС. Синтезированные гормоны накапливаются в секреторных гранулах. Под действием нервных импульсов или под влиянием сигналов из других эндокринных желез (тропные гормоны) в результате экзоцитоза происходит дегрануляция и выход гормона в кровь.

Механизмы регуляции в целом были представлены в схеме механизма реализации эндокринной функции.

Транспорт гормонов

Уже говорилось о том, что концентрация гормонов в кровяном русле очень низка. И может меняться в соответствии с физиологическим состоянием организма. При снижении содержания отдельных гормонов развивается состояние, характеризуемое как гипофункция соответствующей железы. И, наоборот, повышение содержания гормона - это гиперфункция.

Постоянство концентрации гормонов в крови обеспечивается также процессами катаболизма гормонов.

Катаболизм гормонов

Гормоны подвергаются окислительному дезаминированию и дальнейшему окислению до СО 2 и Н 2 О. Стероидные гормоны распадаются иначе. В организме нет ферментных систем, которые обеспечивали бы их распад.

В основном происходит модификация боковых радикалов. Вводятся дополнительные гидроксильные группы. Гормоны становятся более гидрофильными. Образуются молекулы, представляющие собой структуру стерана, у которого в 17-м положении находится кетогруппа. В таком виде продукты катаболизма стероидных половых гормонов выводятся с мочой и называются 17-кетостероиды. Определение их количества в моче и крови показывает содержание в организме половых гормонов.

Биохимия гормонов, их химический состав и функции настолько сложны, что составили отдельную отрасль биологической химии, сложившейся, как наука, в начале прошлого столетия.

Важность изучения механизма воздействия гормонов

Практически все гормоны участвуют в естественном метаболизме человеческого организма, выполняя при этом сигнальные и регуляторные функции, в любых его процессах.

Механизм, с помощью которого биологически активные химические вещества, вырабатываемые в клетках одних органов тела, влияют, посредством химических реакций, на деятельность других клеток и органов настолько же сложен, насколько и до сих пор не изучен. Непосредственное на жизнедеятельность человеческого организма неоспорима, но знаний о них пока недостаточно, чтобы в должной мере ими управлять.

Структура уже изученных гормонов показала, что они обладают общими свойствами, как и другие сигнальные молекулы, и служат источником передачи информации. Почему некоторые из них собраны в отдельные железы, притом, что другие циркулируют по организму, почему одна железа вырабатывает несколько видов различных биологически активных веществ, какие именно химические вещества оказывают влияние на запуск сложного механизма цепной реакции, еще предстоит изучать.

В тот момент, когда человечество научится управлять, с достоверной точностью, деятельностью гормонов в отдельном организме, откроется новая страница в его науке, и истории.

Эндокринная система человеческого организма

Только в середине прошлого столетия были открыты гормоны и витамины, и изучены реакции, которые обеспечивают клеткам энергетический потенциал. Деятельность эндокринной системы, которая их синтезирует, и регулирует поставляемость к необходимым зонам воздействия посредством циркулирующих жидкостей, распространяется по всему организму человека.

Биология, изучающая гландулярный аппарат, осуществляет общее изучение структуры, но, для того, чтобы исследовать весь механизм взаимодействия, включая свободно транспортируемые компоненты деятельности эндокринных желез, потребовались совместные усилия двух наук, на грани которых появилась биохимия. Изучение деятельности гормонов имеет огромное значение, потому что занимает важнейшее место в работе организма, и осуществлении его жизненных функций.

В процессе жизнедеятельности эндокринная система:

обеспечивает координацию органов и структур;
участвует практически во всех химических процессах;
стабилизирует деятельность относительно условий внешней среды;
контролирует развитие и рост;
отвечает за половую дифференциацию;
превалирующе влияет на репродуктивную функцию;
выступает одним из генераторов человеческой энергии;
формирует психоэмоциональные реакции и поведение.

Все это обеспечивает сложная по структуре система, состоящая из гландулярного аппарата, и диффузной части в виде эндокринных клеток, рассеянных по организму. Воздействие на рецептор определенного раздражителя приводит к сигналу, посылаемому центральной нервной системой в , продуцирующий соответствующий посыл в гипофиз.

Передает команду тропным гормонам, которые выделяет для этой цели, и рассылает их в другие железы. Те, в свою очередь, вырабатывают собственных агентов, выбрасывая их в кровь, где происходит химическая реакция от взаимодействия с определенными клетками.

Многообразие и вариабельность обеспечиваемых функций, и провоцируемых реакций, заставляет эндокринную систему вырабатывать значительный ассортимент химически и биологически активных веществ абсолютно различного типа воздействия, которые, для простоты их осознания, описываются под общим собирательным термином гормоны.

Виды гормонов и их функции

Перечисление всех вырабатываемых человеческим организмом невозможно, хотя бы потому, что не все из них еще выявлены и изучены. Однако, и известных человеку веществ достаточно для очень длинного списка. Передняя доля гипофиза продуцирует:

гормон роста (соматропин);
меланин, отвечающий за красящий пигмент;
тиреотропный гормон, регулирующий деятельность щитовидной железы;
пролактин, который отвечает за деятельность грудных желез и лактацию.

Лютеинизирующий и фолликулостимулирующий стимулируют половые железы, и поэтому отнесены к гонадотропинам. Задняя доля гипофиза вырабатывает:

, поддерживающий в норме кровеносные сосуды;
окситоцин, вызывающий тонус матки.

У многих гормонов основная функция не является единственной, и они обеспечивают дополнительно некоторые процессы.

Щитовидная железа вырабатывает:

тиреоидиные гормоны, отвечающие за синтез белка и распад питательных веществ. Обмен углеводов, и стимуляция естественного метаболизма осуществляется с их участием и взаимодействием с другими химическими соединениями;
кальцитонин, который ранее ошибочно считали продуктом деятельности паращитовидных желез, тоже вырабатывается в щитовидной железе, и отвечает за уровень кальция, а его гипервыработка, или недостаток, могут стать причиной серьезных патологий.

Другие гормонопродуцирующие органы

Мозговой слой надпочечников вырабатывает адреналин, обеспечивающий реакцию организма на опасность, и, соответственно, выживаемость самого организма. Это далеко не единственная функция адреналина, если рассматривать его взаимодействие в химических реакциях с другими биологически активными веществами.

Которые вырабатывает кора надпочечников, еще более многообразны:

глюкокортикоиды влияют на обмен веществ и иммунную деятельность;
минералокортикоиды поддерживают солевой баланс;
андрогены и эстрогены выступают в роли половых стероидов.

Вырабатывают также семенники, а яичники вырабатывают эстрогены и прогестерон. Они готовят матку к оплодотворению.

Поджелудочная железа вырабатывает инсулин и глюкагон, несущие ответственность за уровень глюкозы в крови, осуществляют регуляцию посредством химических реакций.

Желудочно-кишечные гормоны – , холецистокинин, секретин и панкреозимин являются ответом слизистой ЖКТ на специфическую стимуляцию, и обеспечивают переваривание пищи. Нервные клетки синтезируют группу нейрогормонов, представляющих собой гормоноподобные вещества. Это химические соединения, которые стимулируют, или подавляют деятельность других клеток.

Структура некоторых из них изучена относительно хорошо, и применяется для регуляции секреторных механизмов, в виде готовых лекарственных средств. Многие гормоны удалось с этой целью синтезировать, однако, это все еще непаханое поле для научной деятельности, творческих экспериментов, и будущих монографий исследователей.

Несомненно, что дальнейшее исследование биохимических взаимодействий, и деятельности эндокринных желез, принесет значительную пользу для излечения многих наследственных заболеваний и патологий.

Классификация гормонов

На сегодняшний день науке известно более ста видов различных гормонов, и их многообразие служит серьезным препятствием для сколько-нибудь обоснованной номенклатурной классификации. Четыре распространенные гормональные типологии составлены по различным классифицирующим признакам, и ни одна не дает достаточно полного представления.

Наиболее распространена классификация по месту синтезирования, которая относит активные вещества к продуцирующей железе. Несмотря на то, что это очень удобно людям, не имеющим к биохимии гормонов, как к науке, никакого отношения, место выработки не вполне дает представление о строении и характере биологического компонента эндокринной системы.

Классификация по химическому строению еще более запутывает дело, потому что условно делит гормоны на:

стероиды;
белково-пептидные вещества;
производные жирных кислот;
производные аминокислот.

Но это условное деление, потому что одинаковые химические соединения выполняют различные биологические функции, и это затрудняет понимание механизма взаимодействий.

Функциональная классификация делит гормоны на:

эффекторные (действующие на одиночную мишень);
тропные, отвечающие за выработку эффекторных;
рилизинг-гормоны, которые продуцируют синтез тропных и других гипофизарных гормонов.

Основной классификацией, которой можно руководствоваться в понимании биохимии гормонов, является их подразделение по биологическим функциям:

липидный, углеводный и аминокислотный обмен;
кальциево-фосфатный обмен;
метаболический обмен в гормонопродуцирующих клетках;
контроль и обеспечение деятельности репродуцирующей функции.

Химический состав биологических веществ, условно соотнесенных в терминологическую группу под общим название гормоны, отличается своеобразием строения, которое обусловлено выполняемыми функциями.

Структурное строение и биосинтез

Строение гормонов – тема довольно общая, потому что многие из них образуются специализированными клетками, и синтезируются в различных железах эндокринной системы. Структура отдельного гормона обусловлена как химическими веществами в нее входящими, так и качественным производным реакций, в которые вступает каждый отдельно взятый реагент.

Большинство эндокринных желез вырабатывает по нескольку химически и биологически активных веществ, каждое из которых имеет индивидуальное строение, и соответствующие этому обустройству функциональные обязанности. Дефекты в структуре гормона могут быть причиной системных, или наследственных заболеваний, и нарушать осуществление метаболизма, деятельность их рецепторов, деструктурировать механизм передачи сигнала в эффект-мишени.

По химическому строению гормоны делятся на 3 основные большие группы:

белково-пептидные;
смешанные, не относящиеся к первым двум.

Структура белковых гормонов состоит из аминокислот, которые связаны пептидными связями, а полипептидными называются те, что состоят из менее чем 75 аминокислот. Те из них, что содержат углеводные остатки, носят собственное название – гликопротеины.

Несмотря на сходную структуру, белковые гормоны продуцируются различными железами и ничего общего по месту воздействия, или его механизму, и даже по размерам, и строению молекул не имеют. К белковым относятся:

рилизинг-гормоны;
обменные;
тканевые;
гипофизарные.

Структура большинства белковых гормонов на сегодняшний день расшифрована, и продуцируется в виде синтетических, используемых для лечебных мероприятий средств.

Стероиды образуются только в надпочечниках (коре), и половых железах, и содержат циклопентанпергидрофенантреновое ядро. Все стероиды являются производными холестерина, и самыми известными их представителями являются кортикостероиды.

Многие стероиды также синтезированы в научных лабораториях. Третья группа, в некоторых источниках именуемая амины, практически не поддается каким-либо обобщающим характеристикам, потому что содержит и пептидные группы, и химических посредников, вроде окиси азота, и длинноцепочечные жирные кислоты, и производные аминов. Химический состав смешанной группы, безусловно, нельзя свести только к аминам, потому что в нее условно внесены многие химические производные.

Механизм действия и его особенности

Выполняемые гормонами функции, настолько многообразны, что их сложно даже сложно представить непосвященному воображению:

пролиферативные процессы, которые они регулируют в совмещенных и чувствительных к ним тканях;
развитие вторичных половых признаков;
действие сократительных мускулов;
интенсивность метаболического обмена, его ход;
адаптация, посредством химических реакций сразу в нескольких системах, к меняющимся условиям внешней среды;
психоэмоциональное возбуждение и действие определенных органов.

Все это осуществляется посредством определенных механизмов взаимодействия. Их механизмы взаимодействия, несмотря на разное химическое строение биологически и химически активных веществ, имеют некоторые сходные особенности.

Гормоны, биохимия которых направлена на осуществление нескольких десятков видов реакций, взаимодействуют с мишенями в клеточном ядре, или после присоединения к клеточной мембране. Эффект взаимодействия обеспечивается только в том случае, если гормон соединился с рецептором, и привел в действие его механизм. В некоторых исследованиях рецептор сравнивается с замком, ключом которого и является гормон.

Только тесное взаимодействие, поворот ключа, открывает закрытый, до поры до времени, замок. Немаловажным в этом примере является и соответствие гормона рецептору.

Механизм взаимодействия гормонов и других структур

Активность синтеза, дерепрессии, трансляции и транскрипции, обусловливает интенсивность обмена веществ. Действие гормонов на процессы, в которые вовлекаются ферменты, подтверждается, или блокируется цитостатиками, имеющимися в клетке.

Информационная РНК выполняет роль второго посредника, в обеспечении ферментативной активности. Будучи производными эндокринных желез, которые выделяются в кровь, они достигают очень низкой концентрации в циркулирующей жидкости, и только наличие специфических рецепторов позволяет мишени улавливать направленный к ней активатор.

Современные исследования позволили установить наличие специализированных активных веществ, которые отвечают за синтез и репродукцию гормонов, необходимых организму, а участие гормонов и нейрогормонов, действующих через нервные ткани для передачи нервных импульсов, происходит через разные механизмы.

Гормоны взаимодействуют с моторной концевой пластинкой, в то время, как нейрогормоны проходят транспортными путями ЦНС, или через портальную систему гипофиза.

Гормональный механизм взаимодействия обусловлен не только химическим строением активного вещества, но и способом его транспортировки, транспортными путями и местом, где гормон синтезируется.

Механизм действия является четкой системой осуществления контакта и влияния на клеточную мембрану, или ядро, обусловленной биохимическими реакциями и информацией, заложенной на генетическом уровне.

Несмотря на существенную разницу в строении гормонов, механизме передачи, и собственно, рецептора, некоторые общие моменты в этом процессе несомненно наличествуют. Фосфорилирование белков является несомненным участником передачи сигнала. Активация, и ее прекращение происходит с помощью специальных механизмов регуляции, в которых имеется несомненный момент отрицательной обратной связи.

Гормоны – гуморальные регуляторы функций организма, причем основных его специфических функций, и их задачей является поддержание его физиологического равновесия, с помощью специальных химических и биохимических реакций.

Биохимические механизмы передачи сигнала и воздействия на клетку-мишень

Белок-рецептор, имеет на одном из своих доменов, участок, который по своему составу комплементарен составляющей сигнальной молекулы. Определяющим в процессе взаимодействия становится момент, когда часть сигнальной молекулы подтверждена в относительном тождестве, и сопровождается моментом, схожим с образованием фермент-субстратного сообщества.

Механизм этой реакции изучен недостаточно хорошо, равно, как и большинство рецепторов. Биохимии гормонов известно лишь, что в момент установления комплементарности между рецептором, и частью сигнальной молекулы, устанавливаются гидрофобные и электростатические взаимодействия.

В момент, когда белок-рецептор связывается с комплексом сигнальной молекулы, происходит биохимическая реакция, которая и запускает весь механизм, внутриклеточные реакции, иногда весьма специфического свойства.

Практически все эндокринные нарушения базируются на утрате способности клеточного рецептора распознавать сигнал, или осуществлять стыковку с сигнальными молекулами. Причиной таких нарушений могут быть как генетические изменения, так и выработка организмом специфических антител, или недостаточность синтеза рецепторов.

Если стыковка все же благополучно состоялась, то начинается процесс взаимодействия, который, в изученном на сегодняшний день формате, дифференцируется по двум типам:

липофильному (рецептор находится внутри клетки-мишени);
гидрофильному (месторасположение рецептора в наружной мембране).

Какой механизм передачи избирается в конкретном случае, зависит от способности молекулы гормона проникать через липидный слой клетки-мишени, или, если ее величина этого не позволяет, или она полярна, осуществлять связь снаружи. В клетке находятся вещества-посредники, которые обеспечивают передачу сигнала и регулируют активность ферментных групп внутри мишени.

На сегодня известно об участии в механизме урегулирования циклических нуклеотидов, инозитолтрифосфата, протеинкиназы, кальмодулина (белка, связывающего кальций), ионов кальция, и некоторых ферментов, участвующих в фосфорилировании белков.

Биологическая роль гормонов в организме

Гормоны играют огромную роль в обеспечении жизнедеятельности человеческого организма. Об этом свидетельствует тот факт, что нарушение выработки определенного гормона эндокринными железами, способно привести к появлению у человека серьезных патологий как врожденных, так и приобретенных.

Избыток, или недостаточная выработка гормона в человеческом теле нарушает нормальный, физиологический процесс его жизни, и создают конкретное ухудшение физического, или психоэмоционального состояния. Дисфункция паращитовидной железы создает проблемы с опорно-двигательным аппаратом, влияет на костную систему, нарушает работу печени и почек.

В отличном от нормы количестве приводит к психическим расстройствам, кальцинации стенок сосудов, или даже внутренних органов. Головные боли, мышечные судороги, учащение ритма сердца – все это последствия сбоя в работе только одной из эндокринных желез. Ненормальная выработка гормонов коры надпочечников:

лишает человека возможности подготовиться к стрессовому состоянию;
нарушает обмен углеводов;
приводит к патологической беременности, негативным ее протеканиям, выкидышам;
половому бесплодию.

регулируют процесс пищеварения;
выработку инсулина;
активируют процесс расщепления жиров;
повышают уровень глюкозы в крови.

Гипофиз влияет на образование , лютеинизирующего гормона, влияющего на репродуктивную функцию, отвечает за нормальное развитие человеческого организма во все его периоды.

Все виды обмена, рост и развитие, репродуктивная функция, генетическая информация, формирование плода во внутриутробном развитии, процесс овуляции и зачатия, гомеостаз, адаптация к внешней среде – вот только некоторые из процессов, обеспечение механизма которых возложено на гормоны.

Внешние и общие симптомы гормонального сбоя

Биохимия гормонов – наука, выделенная в самостоятельное изучение, и это обусловлено той важной ролью, которую гормоны играют в организме. Ее невозможно переоценить, потому что от нормального гормонального фона зависит и жизненный цикл, и работоспособность, и психоэмоциональное состояние. Неполадки с воспроизводством гормонов легко диагностируются даже без проведения специальных анализов, потому что человека начинают сопровождать:

головные боли;
нарушения нормального, полноценного сна;
циклические, или спонтанные перепады настроения;
необоснованная агрессия и перманентная раздражительность;
приступы внезапной паники и страха.

Все это прямое следствие нарушения гормональной выработки, и эти тревожные симптомы служат сигналом для обращения к врачу. Выработка, и биохимия гомонов – сложные процессы, которые зависят от многих составляющих, в том числе, и от наследственных факторов. Изучение этих процессов способно оказать значительную помощь современной медицине, поэтому биохимии гормонов и уделяется такое пристальное внимание.

Доказано, что число человеческих гормонов даже больше, чем сто с лишним, изученных на сегодняшний день, а механизмы рецепторной связи и нейрогуморальные реакции все еще требуют самого пристального изучения.

Только после расшифровки анализов специалист может приступать к лечению гормональных нарушений, и регулировать деятельность человеческого организма с помощью гормональных препаратов, разработать и синтезировать которые в огромной степени позволила биохимия гормонов, наука, созданная на грани биологии, химии и медицины, и являющаяся одним из самых перспективных биохимических направлений на сегодняшний день.

Дальнейшее ее развитие может привести к предотвращению старения, препятствованию появления генетических уродств, излечению раковых опухолей, решению многих глобальных проблем человеческого здоровья.

Лекция № 13 РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ. БИОХИМИЯ ГОРМОНОВ. 1 МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ ЧЕРЕЗ ц. АМФ и ц. ГМФ

Цель: Ознакомить с общими свойствами гормонов, первым механизмам действия гормонов, посредниками передачи действия гормонов внутри клетки

План: 1. Общие свойства гормонов 2. Первый механизм через ц. АМФ 3. Первый механизм через ц. ГМФ

Гормоны - это биологически активные вещества, образующиеся в железистых клетках, выделяющиеся в кровь или лимфу и регулирующие обмен веществ.

Ведущим звеном в адаптации организма является ЦНС и гипоталамо – гипофизарная система. ЦНС в ответ на раздражение посылает в гипоталамус и другие ткани в том числе на железы внутренней секреции, нервные импульсы в виде изменения концентрации ионов и медиаторов.

Гипоталамус выделяет особые вещества – нейросекретины или рилизинг- факторы двух видов: 1 Либерины, ускоряющие выделение тропных гипофизом 2: Статины угнетающие их выделение.

ГИПОТАЛАМУС окситоцин, вазопрессин АДЕНОГИПОФИЗ СТГ, ТТГ, АКТГ, ФСГ, ЛТГ, пролактин ЭПИФИЗ мелатонин ОКОЛОЩИТОВИД НАЯ ЖЕЛЕЗА паратгормон СЕРДЦЕ: натрий уретический фактор ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА Т 3 , тироксин, кальцитонин ТИМУС тимозин НАДПОЧЕЧНИКИ катехоламиндер, кортикостероидтар, жыныс гормондары ПОЧКИ Эритропоэтин, ренин, простагландин ПИЩЕВАРИТЕЛЬ НЫЙ ТРАКТ Гастрин, секретин ПОДЖЕЛУДОЧНАЯ ЖЕЛЕЗА инсулин, глюкагон ПОЛОВЫЕ ЖЕЛЕЗЫ Эстрадиол, прогестерон, тестостерон, релаксин, ингибин, хорионический гонадотропин Эндокринная система

Классификация гормонов I. Белково-пептидные гормоны 1) Гормоны -простые белки (инсулин, гормон роста, ЛТГ, паратгормон) 2) Гормоны - сложные белки (ТТГ, ФСГ, ЛГ) 3)Гормоны- полипептиды (глюкагон, АКТГ, МСГ, кальцитонин, вазопрессин, окситоцин) Некоторые из перечисленных гормонов образуются из неактивных предшественников - прогормонов (например, инсулин и глюкагон).

II. Стероидные гормоны – производные холестерина (кортикостероиды, половые гормоны: мужские, женские). III. Гормоны – производные аминокислот (тироксин, трийодтиронин, адреналин, норадреналин).

Общие свойства гормонов -строгая специфичность биологического действия; -высокая биологическая активность; секретируемость; - дистантность действия; - гормоны могут находиться в крови, как в свободном, так и в соединенном с определёнными белками состоянии; - кратковременность действия; - все гормоны проявляют свое действие через рецепторы.

Рецепторы гормонов (РЦ) По химической природе рецепторы – это белки, истинные гликопротеиды Ткани, в которых имеются рецепторы для данного гормона называются ткани-мишени (клетки-мишени).

Биологическое действие гормона зависит не только от его содержания в крови, но и от количества и функционального состояния рецепторов, а также от уровня функционирования пострецепторного механизма

Все известные гормоны по механизму действия подразделяются на 3 группы: I) Мембранно-цитозольный механизм гормоны, действующие путем изменения активности внутриклеточных ферментов. Эти гормоны язываются с рецепторами на наружной поверхности мембраны клетки-мишени, внутри клетки не входят и действуют через вторичных посредников (мессенджеров): ц-АМФ, ц-ГМФ, ионы кальция, инозитолтрифосфат.

2. Гормоны, действующие путем изменения скорости синтеза белков и ферментов. (Цитозольный.) Эти гормоны связываются с внутриклеточными рецепторами: цитозольными, ядерными или рецепторами органоидов. К данным гормонам относятся стероидные и тироидные гормоны

3. Гормоны, действующие путем изменения проницаемости плазматической мембраны (мембранный.) К таким гормонам относятся инсулин, СТГ, ЛТГ, АДГ.

1 -й МЕХАНИЗМ Аденилатциклазная система состоит из 3 -х частей: I - узнающая часть, представленная рецептором, расположенным на наружной поверхности клеточной мембраны, . II часть - сопрягающий белок (G-белок). В неактивном виде G-белок связан своей субъединицей с ГДФ.

III часть - каталитическая является ферментом аденилатциклазой аденилатциклаза АТФ Н 4 Р 2 О 7 + ц. АМФ взаимодействует с протеинкиназой А, которая состоит из 4 -х субъединиц: 2 -х регуляторных, 2 -х каталитических.

Протеинкиназа А катализирует перенос от АТФ фосфатной группы на ОН-группы серина и треонина ряда белков и ферментов клетокмишеней, т. е. является серинтреонин-киназой АТФ АДФ Белок белок-Р

Белками, на которые будут переноситься остатки фосфорной кислоты при фосфорилировании с участием протеинкиназы А, могут быть некоторые ферменты (например, фосфорилаза, липаза, гликогенсинтетаза, метилтрансферазы), белки рибосом, ядер, мембран. При фосфорилировании неактивных форм фосфорилазы и липазы наблюдаются конформационные изменения в их молекулах, что ведет к повышению их активности.

Фосфорилирование гликогенсинтетазы, наоборот, тормозит ее активность. Присоединение фосфорной кислоты к белкам рибосом повышает синтез белка.

Если фосфорная кислота присоединяется к ядерным белкам, то связь между белком (гистоном) и ДНК ослабляется, что ведет к усилению транскрипции, а значит и к повышенному синтезу белков. Фосфорилирование белков мембран повышает их проницаемость для ряда веществ, в частности для ионов.

Под действием гормонов, действующих через ц. АМФ, ускоряется: 1. Гликогенолиз путем фосфоролиза, 2. липолиз, 3. синтез белков, 4. транспорт ионов через мембраны, 5. Ингибируется гликогенез

По этому механизму действуют гормоны через гуанилатциклазную систему. Гуанилатциклаза имеет мембраносвязанную и растворимую (цитозольную) формы Мембраносвязанная форма состоит из 3 -х участков: 1 - узнающего (на внешней стороне плазматической мембраны)

2 - го - Трансмембранного 3 -го - Каталитического Мембранносвязанная форма фермента активируется через рецепторы короткими пептидами, например, предсердным натрий-уретическим фактором.

Натрий-уретический фактор синтезируется в предсердии в ответ на повышение объема циркулирующий крови, поступает в почки, активирует в них гуанилатциклазу, что приводит к повышению экскреции натрия и воды

Гладкомышечные клетки также содержат гуанилатциклазную систему через которую осуществляется их расслабление. Действуют через эту систему вазодилятаторы, как эндогенные (оксид азота), так и экзогенные

В эпителиальных клетках кишечника активатором гуанилатциклазы может быть бактериальный эндотоксин, который приводит к замедлению всасывания воды и диареи. Цитозольная форма гуанилатциклазыгемсодержащий фермент

В регуляции его активности участвуют нитровазодилятаторы, активные формы кислорода (оксид азота) продукты ПОЛ Под действием гуанилатциклазы из ГТФ образуется ц. ГМФ Ц-ГМФ действует на протеинкиназу G состоящую из двух субъединиц

ц. ГМФ связывается с регуляторными участками ПК G активируя ее. ПКА и ПК G являются серин- треонинкиназами, и ускоряя фосфорилирование серина и треонина разных белков и ферментов оказывают различное биологическое действие.

1) под действием натрий-уретического фактора усиливается диурез (этот гормон-пептид образуется в предсердиях) 2) под действием бактериальных эндотоксинов развивается диарея

Один и тот же гормон может действовать и через ц. ГМФ и через ц. АМФ. Эффект зависит от того с каким рецептором связывается гормон. Например, адреналин может связываться как с альфа, так и с бетта – рецепторами.

Образование комплекса адреналина с бетта- рецепторами ведет к образованию ц. АМФ. Образование комплекса адреналина с альфа- рецепторами ведет к образованию ц. ГМФ. Эффекты, оказываемые адреналином будут различными.

ПК G повышает активность гликогенситетазы, тормозит агрегацию тромбоцитов, активирует фосфолипазу С, освобождая Са из его депо. Т. о. , по своему действию ц. ГМФ является антагонистом ц. АМФ

3) под действием оксида азота происходит расслабление гладкомышечных клеток сосудов (что используется в медицине, так как ряд нитропрепаратов, таких как нитроглицерин, используются для снятия спазмов сосудов)

Снятие сигнала гормона, действующего через ц. АМФ и ц. ГМФ, происходит следующим образом: 1. гормон быстро разрушается, и, следовательно, разрушается комплекс гормон-рецептор

2. для снятия гормонального сигнала в клетках существует особый фермент фосфодиэстераза, который превращает циклические нуклеотиды в нуклеозидмонофосфаты (адениловую и гуаниловую кислоты соответственно)

Т. Ш. Шарманов, С. М. Плешкова «Метаболические основы питания с курсом общей биохимии» , Алматы, 1998 г. С. Тапбергенов «Медицинская биохимия» , Астана, 2001 г. С. Сеитов «Биохимия» , Алматы, 2001 г. Стр 342 -352, 369 - 562 В. Дж. Маршал «Клиническая биохимия» , 2000 г. Н. Р. Аблаев Биохимия в схемах и рисунках, Алматы 2005 г. Стр 199 -212 Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. Под ред. проф. Е. С. Северина, А. Я. Николаева, М. , 2002 г. Северин Е. С. «Биохимия» 2008, Москва, стр 534 -603 Березов Т. Т. , Коровкин Б. Ф. 2002 «Биологическая химия» , стр 248 -298.

Контрольные вопросы: 1. Общие свойства гормонов 2. Классификация гормонов 3. Посредники действия гормонов первого механизма 4. Роль ц АМФ и ц ГМФ

Лекция № 14 Регуляция обмена веществ Первый механизм действия гормонов через ионы кальция, ДАГ и ИТФ. Второй и третий механизмы действия.

Ознакомить с особенностями действия гормонов через посредники: ионы кальция, ДАГ, ИТФ, действие стероидных гормонов- второй механизм, мембранным механизмом Цель:

Посредники действия гормонов – ионы кальция, ДАГ, ИТФ Второй механизм действия Особенности действия гормонов по третьему механизму. План:

Внутри клетки концентрация ионов кальция ничтожно мала (10¯ 7 моль/л), а снаружи клетки и внутри органоидов выше (10¯ 3 моль/л).

Поступление кальция из внешней среды внутрь клетки осуществляется по кальциевым каналам мембраны. Поток кальция регулируется Са-зависимой АТФазой мембраны, в осуществлении ее функции регулирующую роль могут выполнять инозитолтрифосфат (IP 3) и инсулин.

Внутри клетки ионы Са 2+ депонируются в матриксе митохондрий и эндоплазматическом ретикулуме. Са 2+, поступающий в цитоплазму из внешней среды или из внутриклеточных депо, взаимодействует с Са 2+-зависимой кальмодулинкиназой.

Кальций связывается с регуляторной частью фермента, это кальцийсвязывающий белок – кальмодулин, при этом происходит активация фермента.

Кальмодулин имеет несколько центров (до 4 -х) для связывания с ионами кальция или магния. В покое кальмодулин связан с магнием, при увеличении концентрации кальция в клетке, кальций вытесняет магний.

При значительном увеличении кальция образуется комплекс 4 Са 2+кальмодулин, который активирует гуанилатциклазу и фосфодиэстеразу ц. АМФ.

Действие гормонов через ионы кальция часто сочетается с использованием в качестве посредника производных фосфатидилинозитола. Рецептор в таких случаях находится в комплексе с Gбелком и при взаимодействии рецептора с гормоном (например, ТТГ, пролактин, СТГ)

происходит активация мембраносвязанного фермента фосфолипазы С, которая ускоряет реакцию распада фосфатидилинозитол 4, 5 -дифосфата с образованием ДАГ и инозитол-1, 4, 5 -трифосфата.

ДАГ и инозитолтрифосфат являются вторичными посредниками в действии соответствующих гормонов. ДАГ вызывает активацию протеинкиназы С, которая, в свою очередь, вызывает фосфорилирование белков ядер, тем самым, усиливается пролиферация клеток-мишеней.

Гормоны, действующие путем изменения проницаемости плазматической мембраны (мембранный.) для различных субстратов (аминокислоты, глюкоза, глицерин и др.)

Эти гормоны связываются с рецепторами плазматических мембран и свое действие опосредуют через тирозинкиназно-фосфатазную систему.

При этом происходит изменение активности внутриклеточных ферментов, сопровождающееся активацией белков-транспортеров и ионных каналов. К таким гормонам относятся инсулин, СТГ, ЛТГ, АДГ.

Гормоны СТГ, ЛДГ образуя гормонрецепторный комплекс активируют цитозольную тирозин-киназу, которая действует подобно мембраносвязанной, активируется фосфолипаза С, что ведет к мобилизации Са +2 и активированию протеинкиназы С.

АДГ действуя через ц. АМФ, вызывает перемещение водных каналов (белковаквапоринов), усиливается реабсорбция воды в почках, снижается выделение мочи, т. е АДГ увеличивает проницаемость мембран клетокмишеней для воды.

Т. Ш. Шарманов, С. М. Плешкова «Метаболические основы питания с курсом общей биохимии» , Алматы, 1998 г. С. Тапбергенов «Медицинская биохимия» , Астана, 2001 г. С. Сеитов «Биохимия» , Алматы, 2001 г. Стр 342 -352, 369 - 562 В. Дж. Маршал «Клиническая биохимия» , 2000 г. Н. Р. Аблаев Биохимия в схемах и рисунках, Алматы 2005 г. Стр 199 -212 Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. Под ред. проф. Е. С. Северина, А. Я. Николаева, М. , 2002 г. Северин Е. С. «Биохимия» 2008, Москва, стр 534 -603 Березов Т. Т. , Коровкин Б. Ф. «Биологическая химия» , стр 248298. Литература:

Контрольные вопросы: 1. Роль ц. ГМФ в механизме действия гормонов 2. Роль Са и ИТФ в механизме действия гормонов 3. Второй механизм – изменение скорости синтеза белков- ферментов 4. Третий механизм – изменение механизма проницаемости клеточной мембраны.

Организм человека существует как единое целое благодаря системе внутренних связей, которая обеспечивает передачу информации от одной клетки к другой в одной и той же ткани или между разными тканями. Без этой системы невозможно поддерживать гомеостаз. В передаче информации между клетками в многоклеточных живых организмах, принимают участие три системы: ЦЕНТРАЛЬНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА (ЦНС), ЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА (ЖЕЛЕЗЫ ВНУТРЕННЕЙ СЕКРЕЦИИ) и ИММУННАЯ СИСТЕМА.

Способы передачи информации во всех названных системах - химические. Посредниками при передаче информации могут быть СИГНАЛЬНЫЕ молекулы.

К таким сигнальным молекулам относятся четыре группы веществ: ЭНДОГЕННЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (медиаторы иммунного ответа, факторы роста и др.), НЕЙРОМЕДИАТОРЫ, АНТИТЕЛА (иммуноглобулины) и ГОРМОНЫ.

Б И О Х И М И Я Г О Р М О Н О В

ГОРМОНЫ - это биологически активные вещества, которые синтезируются в малых количествах в специализированнных клетках эндокринной системы и через циркулирующие жидкости (например, кровь) доставляются к клеткам-мишеням, где оказывают свое регулирующее действие.

Гормоны, как и другие сигнальные молекулы, обладают некоторыми общими свойствами.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ГОРМОНОВ.

1) выделяются из вырабатывающих их клеток во внеклеточное пространство;

2) не являются структурными компонентами клеток и не используются как источник энергии.

3) способны специфически взаимодействовать с клетками, имеющими рецепторы для данного гормона.

4) обладают очень высокой биологической активностью - эффективно действуют на клетки в очень низких концентрациях (около 10 -6 - 10 -11 моль/л).

МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ.

Гормоны оказывают влияние на клетки-мишени.

КЛЕТКИ-МИШЕНИ - это клетки, которые специфически взаимодействуют с гормонами с помощью специальных белков-рецепторов. Эти белки-рецепторы располагаются на наружной мембране клетки, или в цитоплазме, или на ядерной мембране и на других органеллах клетки.

БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА ОТ ГОРМОНА В КЛЕТКУ-МИШЕНЬ.

- "узнавание" гормона;

Преобразование и передачу полученного сигнала в клетку.

Каким образом белок-рецептор узнает ту молекулу гормона, с которой он может взаимодействовать?

1. Связанные с недостаточностью синтеза белков-рецепторов.

2. Связанные с изменением структуры рецептора - генетических дефекты.

3. Связанные с блокированием белков-рецепторов антителами.