Гормони

Відео: Введення в ендокринну систему

За хімічною природою гормони поділяються на такі групи: білково-пептидні, похідні амінокислот і стероїдні гормони. Перша група - це гормони гіпоталамуса і гіпофіза, підшлункової та паращитовидної залоз і гормон щитовидної залози кальцитонін. Деякі гормони, наприклад фолікулостимулюючий і тиреотропний, являють собою глікопротеїди - пептидні ланцюжка, "прикрашені" вуглеводами. Пептидні і білкові гормони зазвичай діють на внутрішньоклітинні процеси через специфічні рецептори, розташовані на поверхневій мембрані клітин-мішеней. Гормонів мають білкову або полипептидную природу називають Тропіних, так як вони надають спрямоване стимулюючу дію на процеси росту і обміну речовин організму і на функцію периферичних ендокринних залоз. Расс отрим деяких гормонів білково-пептидної природи.

Відео: Таємничий світ гормонів 2014

Тиреотропного гормону (тиреотропин) являє собою складний білок глюкопротеідамі з молекулярною вагою близько 10000. Він стимулює функцію щитовидної залози, активує ферменти протеази і тим сприяє розпаду тиреоглобуліну в щитовидній залозі. В результаті протеолізу звільняються гормони щитовидної залози - тироксин і трііодтіронін, які надходять в кров і з нею до відповідних органів і тканин. Тиреотропін сприяє накопиченню йоду в щитовидній залозі, при цьому в ній збільшується число клітин і активується їх діяльність.
Тиреотропін виділяться гіпофізом безперервно в невеликих кількостях. Виділення його регулюється нейросекреторну речовинами гіпоталамуса.
Фолікулостимулюючий гормон забезпечує розвиток фолікул в яєчниках і сперматогенез в сім`яниках. Являє собою білок глюкопротеідамі з молекулярною вагою 67000.
Похідні амінокислот - це аміни, які синтезуються в мозковому шарі надниркових залоз (адреналін і норадреналін) і в епіфізі (мелатонін), а також іодсодержащіе гормони щитовидної залози трііодтіронін і тироксин (тетрайодтиронин), з амінокислоти тирозину, яка, в свою чергу, синтезується з незамінною амінокислоти фенілаланіну. До них відносяться гормони мозкового шару надниркових залоз норадреналін і адреналін, і гормони щитовидної залози - трііодтіронін і тироксин.
Біохімічне вивчення щитовидної залози почалося з відкриття змісту в ній значної кількості йоду (Бауман, 1896). Освальдом (1901) був виявлений іодсодержащій білок тиреоглобулін. У 1919р. Кендалл при гідролізі тиреоглобуліну виділив кріссталіческое речовина, що містить близько 60% йоду. Цю амінокислоту він назвав тироксином (тетрайодтиронин). Утворений в щитовидній залозі тиреоглобулін не надходить в кров як такої. Він піддається спочатку ферментативному розщепленню, отримані при цьому іодсодержащіе тироксину і є продуктами, які виділяються в кров. У тканинах організму тироксину зазнають хімічні перетворення, які утворюються при цьому продукти, очевидно, і надають свою дію на ферментативні системи, що локалізуються в мітохондріях. Було знайдено, що тироксин розподіляється в клітинах наступним чином: в клітинному ядрі - 47 мг /%, в мітохондріях - 34 мг /%, микросомах - 43мг /% і цитоплазмі - 163 мг /%.
Гормони щитовидної залози є похідними тіроніна. У 1927р. Харрінгтон і Барджер встановили структуру тироксину, який можна вважати як похідне L - тіроніна. Тіроніна в організмі утворюється з амінокислоти L - тирозину. 199
Крім тироксину, в щитовидній залозі і плазмі крові є інше, подібний до нього з`єднання - трііодтіронін.

Корковий і мозковий шар наднирників ссавців секретують гормони, різні як за хімічною природою, так і за фізіологічною дією.
Гормоном мозкового шару є адреналін. Адреналін - це продукт окислення і декарбоксилювання амінокислоти тирозину. Крім адреналіну, мозковий шар надниркових залоз виробляє також норадреналін, що відрізняється від адреналіну відсутністю в його молекулі метильної групи:
Адреналін і норадреналін виробляються різними клітинами мозкового шару. Біосинтез адреналіну починається з окислення фенілаланіну, який перетворюється в тірозін- тирозин під впливом ферменту ДОФА - оксидази перетворюється в 3,4-дегідрооксіфенілаланін (ДОФА). Останній декарбоксилируется, і утворюється амін, і з нього норадреналін. Адреналін виникає вже як продукт метилювання норадреналіну.
Третя група якраз і відповідає за легковажну репутацію, яку гормони придбали в народі: це стероїдні гормони, які синтезуються в корі надниркових залоз і в статевих залозах. Поглянувши на їх загальну формулу, легко здогадатися, що їх біосинтетичний попередник - холестерин. Стероїди відрізняються за кількістю атомів вуглецю в молекулі: С21 - гормони кори надниркових залоз і прогестерон, С19 - чоловічі статеві гормони (андрогени і тестостерон), С18 - жіночі статеві гормони (естроген). Багато гормонів є членами родин з подібною структурою, що відбиває процес молекулярної еволюції. Стероїдні гормони розчиняються в жирах і легко проникають через клітинні мембрани. Їх рецептори знаходяться в цитоплазмі або ядрі клітин-мішеней.
В даний час з кори надниркових залоз виділено в чистому вигляді кілька десятків стероїдів. Багато з них біологічно неактивні, крім таких, як альдостерол, гідрокортизон, кортизон, кортикостероид, 11- дегідрокортікостерон, 11- дезоксикортикостерон, 17-окси-11-дезоксикортикостерон і 19- оксікортікостерон і деякі інші. Стероїди мають широке застосування в лікувальній практиці. Багато з них синтезовані і застосовуються при лікуванні хвороб крові, ревматизму, бронхіальної астми та ін.
В даний час вважають, що з перерахованих вище кортикостероїдів надниркові залози в основному секретують 17- оксікортікостерон, кортикостерон і альдостерон. Всі вони мають тетрациклічні структуру циклопентанпергідрофенантрену. Структурна основа такого циклічного типу з`єднання характерна і для багатьох інших з`єднань типу стероїдів (холестерин, жовчні кислоти, провітамін Д, статеві гормони). Багато з таких стероїдів містять 21 атом вуглецю і можуть розглядатися як похідні прегнана або його ізомери - аллопрегнана.
Стероїди кори надниркових залоз розрізняються наявністю або відсутністю карбоксильних і гідроксильних груп, а також подвійних зв`язків між четвертим і п`ятим атомами вуглецю.
Кортизол (гідрокортизон) найбільш активний з природних глюкопротеидов, регулює вуглеводний, білковий і жировий обмін, викликає розпад лімфоїдної тканини і пригнічення синтезу сполучної тканини.
Кортикостерон не містить гідроксильної групи у сімнадцятого атома вуглецю, і дія його відрізняється від дії гідрокортизону. Він не володіє антизапальною дією, майже не діє на лімфоїдну тканину і не ефективний при захворюваннях, при яких з успіхом використовується гідрокортизон. У різних видів тварин секретується неоднакова кількість цих гормонів.
До стероїдних гормонів також відносяться статеві гормони. Це стероїди андрогенної (чоловічі) і естрогенної (жіночі) природи.
З природних андрогенних гормонів найбільш ефективними є тестостерон і андростерон. Андростерон - це кортикостероид, так як у сімнадцятого атома вуглецю знаходиться кетогруппу. Тестостерон є просто стероїдів. Він за своєю будовою близький до поліциклічнівуглеводні андростану. Андрогени відрізняються від кортикостероїдів, що містять двадцять один атом вуглецю, відсутністю бічного ланцюга у сімнадцятого атома вуглецю.
Тестостерон відрізняється від андростан тим, що має подвійний зв`язок в положенні чотири і п`ять, кетогруппу в положенні три і гідроксильну групу в положенні сімнадцять. В організмі він розщеплюється, і в ході його розпаду поряд з іншими метаболітами утворюється андростерон.
Чоловічі статеві гормони є анаболічними гормонами, вони стимулюють синтез і накопичення білка в м`язах, найбільш виражені ці зміни в молодому віці. У андростерона проявляється тільки статевий дію, але немає анаболічного.
Андрогени є синергистами (підсилюють дію) деяких інших гормонів (наприклад, кортикостероїдів, гормону росту і інших). У медичній практиці, тваринництві при імпотенції і проявах недостатності чоловічих статевих залоз застосовується препарат метилтестостерон. Він відрізняється від тестостерону тим, що містить метильную групу у сімнадцятого атома вуглецю. Штучно синтезований метілтестостеронв кілька разів активніше природного тестостерону.
Жіночі статеві гормони, або естрогени, утворюються в фолікулах яєчників, в жовтому тілі і під час вагітності в плаценті. Вони є похідними естрана, складаються з вісімнадцяти атомів вуглецю і відрізняються від ціклопентанопергідрофенантрена тим, що містять тільки одну метильную групу тринадцятого атома вуглецю. Властивостями жіночих статевих гормонів - викликання тічки у тварин і розростання слизової оболонки матки - мають кілька похідних естрана. Найбільш ефективними з них є: естрадіол, естрон (Фолікул) і естріол (яєчник жінки секретує приблизно 1 мг естрадіолу за добу).

2. Механізм дії гормонів. Роль ціклазной системи в механізмі дії гормонів

По механізму дії гормони ділять на два основні типи. Перший - це білкові і пептидні гормони, катехоламіни і гормоноіди. Їх молекула, підійшовши до клетке- мішені, з`єднується з молекулами білкових рецепторів зовнішньої плазматичної мембрани, потім за допомогою медіаторів (ц АМФ, ц ГМФ, простагландинів, Са2 +) впливає на ферментні системи клітини-мішені і на обмін речовин в ній. До гормонів другого типу відносять стероїдні та частина тиреоїдних гормонів. Їх молекула легко проникає в глиб клітини мішені через пори мембрани- взаємодіє з молекулами глікопротеїдних рецепторів, локалізованих в цитоплазмі, мітохондріях на ядерній мембрані, надаючи вплив на весь клітинний метаболізм, і в першу чергу процеси транскрипції.
Механізми дії гормонів на клітини-мішені.
Залежно від будови гормону існують два види зв`язку. Якщо молекула гормону ліпофільних, (наприклад, стероїдні гормони), то вона може проникати через ліпідний шар зовнішньої мембрани клітин-мішеней. Якщо молекула має великі розміри або є полярною, то її проникнення всередину клітини неможливо. Тому для ліпофільних гормонів рецептори знаходяться всередині клітин-мішеней, а для гідрофільних - рецептори знаходяться в зовнішній мембрані.
Для отримання клітинної відповіді на гормональний сигнал в разі гідрофільних молекул діє внутрішньоклітинний механізм передачі сигналу. Це відбувається за участю речовин, яких називають другими посередниками. Молекули гормонів дуже різноманітні за формою, а "другі посередники" - немає.
Надійність передачі сигналу забезпечує дуже високу спорідненість гормону до свого білку-рецептора.
Що таке посередники, які беруть участь у внутрішньоклітинної передачі гуморальних сигналів?
Це циклічні нуклеотиди (цАМФ і цГМФ), інозітолтріфосфат, кальцій-зв`язуючий білок - кальмодулін, іони кальцію, ферменти, що беруть участь в синтезі циклічних нуклеотидів, а також протеїнкінази - ферменти фосфорилювання білків. Всі ці речовини беруть участь в регуляції активності окремих ферментних систем в клітинах-мішенях.
Розберемо більш детально механізми дії гормонів і внутрішньоклітинних посередників.

Існує два основні методи передачі сигналу в клітини-мішені від сигнальних молекул з мембранним механізмом дії:
аденілатціклазную (або гуанілатціклазная) системи;
фосфоінозитидного механізм.
Перш ніж з`ясувати роль ціклазной системи в механізмі дії гормонів, розглянемо визначення цієї системи. Система ціклазной - це система, що складається з містяться в клітці аденозінціклофосфата, аденілатциклази і фосфодіестерази, яка регулює проникність клітинних мембран, бере участь в регуляції багатьох обмінних процесів живої клітини, опосередковує дію деяких гормонів. Тобто роль ціклазной системи полягає в тому, що вони є другими посередниками в механізмі дії гормонів.
Система «аденилатциклаза - цАМФ». Мембрани фермент аденилатциклаза може перебувати в двох формах - активованої і неактивованої. Активація аденілатциклази відбувається під впливом гормон-рецепторного комплексу, утворення якого призводить до зв`язування гуанілова нуклеотиду (ГТФ) з особливим регуляторним стимулюючим білком (GS-білок), після чого GS-білок викликає приєднання магнію до аденілатциклази і її активацію. Так діють активізують аденілатциклазу гормони глюкагон, тиреотропин, паратирин, вазопресин, гонадотропін та ін. Деякі гормони, навпаки, пригнічують аденілатциклазу (соматостатин, ангіотензин-П та ін.).
Під впливом аденілатциклази з АТФ синтезується цАМФ, викликає активацію протеїнкінази в цитоплазмі клітини, що забезпечують фосфорилювання численних внутрішньоклітинних білків. Це змінює проникність мембран, тобто викликає типові для гормону метаболічні і, відповідно, функціональні зрушення. Внутрішньоклітинні ефекти цАМФ проявляються також у впливі на процеси проліферації, диференціювання, на доступність мембранних рецепторних білків молекулам гормонів.
Система «гуанілатциклазу - цГМФ». Активація мембранної гуанілатциклази відбувається не під безпосереднім впливом гормон-рецепторного комплексу, а опосередковано через іонізований кальцій і оксидантного системи мембран. Так реалізують свої ефекти натрийуретический гормон передсердь - атріопептід, тканинної гормон судинної стінки. У більшості тканин біохімічні та фізіологічні ефекти цАМФ і цГМФ протилежні. Прикладами можуть служити стимуляція скорочень серця під впливом цАМФ і гальмування їх цГМФ, стимуляція скорочень гладких м`язів кишечника цГМФ і придушення цАМФ.
Крім аденілатціклазной або гуанілатціклазной систем існує також механізм передачі інформації всередині клітини-мішені за участю іонів кальцію і інозітолтріфосфат.
Інозітолтріфосфат - це речовина, яка є похідним складного липида - інозітфосфатіда. Воно утворюється в результаті дії спеціального ферменту - фосфоліпази "С", який активується в результаті конформаційних змін внутрішньоклітинного домену мембранного білка-рецептора.
Цей фермент гідролізує фосфоефірную зв`язок в молекулі фосфатидил-інозитол-4,5-бісфосфат і в результаті утворюються діацілгліцерін і інозітолтріфосфат.
Відомо, що освіта діацілгліцерін і інозітолтріфосфат призводить до збільшення концентрації іонізованого кальцію всередині клітини. Це призводить до активації багатьох кальцій-залежних білків усередині клітини, в тому числі активуються різні протеїнкінази. І тут, як і при активації аденілатціклазной системи, однією з стадій передачі сигналу всередині клітини є фосфорилювання білків, яке в призводить до фізіологічного відповіді клітини на дію гормону.
В роботі фосфоінозитидного механізму передачі сигналів в клітці-мішені бере участь спеціальний кальцій-зв`язуючий білок - кальмодулін. Це низькомолекулярний білок (17 кДа), на 30% складається з негативно заряджених амінокислот (Гли, Асп) і тому здатний активно зв`язувати Са + 2. Одна молекула кальмодулина має 4 кальцій-зв`язуючі ділянки. Після взаємодії з Са + 2 відбуваються конформаційні зміни молекули кальмодулина і комплекс "Са + 2-кальмодулін" стає здатним регулювати активність (аллостеріческого пригнічувати або активувати) багато ферментів - аденилатциклазу, фосфодіестеразу, Са + 2, Мg + 2-АТФазу і різні протеїнкінази.
У різних клітинах при впливі комплексу "Са + 2-кальмодулін" на ізоферменти одного і того ж ферменту (наприклад, на аденілатциклазу різного типу) в одних випадках спостерігається активація, а в інших - інгібування реакції освіти цАМФ. Такі різні ефекти відбуваються тому, що аллостерічеськіє центри ізоферментів можуть включати в себе різні радикали амінокислот і їх реакція на дію комплексу Са + 2-кальмодулін буде відрізнятися.
Таким чином, в ролі "друге посередників" для передачі сигналів від гормонів в клітинах-мішенях можуть бути:
циклічні нуклеотиди (ц-АМФ і ц-ГМФ);
іони Са;
комплекс "Са-кальмодулін";
діацілгліцерін;
інозітолтріфосфат.
Механізми передачі інформації від гормонів всередині клітин-мішеней за допомогою перерахованих посередників мають загальні риси:
одним з етапів передачі сигналу є фосфорилювання білків;
припинення активації відбувається в результаті спеціальних механізмів, ініційованих самими учасниками процесів, - існують механізми негативного зворотного зв`язку.
Гормони є основними гуморальними регуляторами фізіологічних функцій організму, і в даний час добре відомі їхні властивості, процеси біосинтезу і механізми дії. Гормони є високоспеціфічнимі речовинами по відношенню до клітин-мішеней і володіють дуже високою біологічною активністю.

Читайте наукові публікації на тему життя на Землі, тому що дані, одержувані вченими з цієї галузі науки вкрай необхідні в житті людини.