Действие гормонов: все предопределено
Гормоны влияют на метаболические процессы в организме разными путями: 1) повышают проницаемость клеточных мембран для разных субстратов; 2) выступают как аллостерические эффекторы ферментных систем; 3) влияют на генетический аппарат клетки и регулируют процессы транскрипции
Гормоны (от греч. hormao – приводить в движение, возбуждать) – биологически активные вещества разной химической природы, которые образуются специализированными клетками желез внутренней секреции, выделяются непосредственно в кровь, лимфу или ликвор и регулируют обмен веществ и физиологические функции организма. В настоящее время известно около 60 биологически активных секретов, которые продуцируются эндокринными железами и имеют гормональную активность.
Эндокринная система и гормоны
К эндокринной системе организма относятся такие железы внутренней секреции как гипофиз, эпифиз, гипоталамус, тимус, паращитовидная, щитовидная, поджелудочная, надпочечниковые и половые железы.
Синтез гормонов
Установлено, что гормоны синтезируются не только специализированными клетками эндокринных желез, но и некоторыми органами и тканями – печенью, почками, слизистыми оболочками желудка и кишечника. Известны также тканевые гормоны – гистамин, серотонин, ацетилхолин. Синтезируются гормоны как неактивные предшественники, которые в зависимости от потребности превращаются в активные формы
Особенности гормонов
Гормонам присущи некоторые особенности: строгая специфичность, высокая биологическая активность, дистанционность и кратковременность действия. В большинстве гормоны (кроме гормона роста) не имеют видовой специфичности.
Характер действия гормонов
Диапазон гормонального действия очень широкий – от транспорта веществ и ионов через мембраны клеток до транскрипции генома. В организме нет ни единой физиологической функции, которая не находилась бы в сфере гормонального действия. По характеру действия гормоны разделяют на пусковые (тропные факторы, гормоны центральной нервной системы) и исполнительные (гормоны периферических желез).
Центральная нервная система – «контролирующий орган» над гормонами
В организме действие гормонов контролируется центральной нервной системой. Поток информации про состояние внутренней и внешней среды поступает в центральную нервную систему, где вырабатываются регуляторные сигналы (нервные и гуморальные), которые передаются к периферическим органам. Оба потока (нервный и гуморальный) объединяются на уровне гипоталамуса
Получение гормонов
Получают гормоны путем химического синтеза, методом генной инженерии и выделяют из эндокринных органов животных.
Классификация гормонов
Наиболее часто гормоны классифицируют по химической природе. Различают несколько групп гормонов: гормоны белковой природы – простые белки (инсулин, пролактин, гормон роста) и сложные белки – гликопротеиды (фолатропин, лютропин, тиротропин); гормоны пептидной природы (глюкагон, кальцитонин, соматостатин, вазопрессин, окситоцин); гормоны – производные аминокислот (адреналин, норадреналин, тироксин); гормоны липоидной природы – стероидные гормоны (кортикостероиды, андрогены, эстрогены), простагландины; парагормоны, тканевые гормоны (гастрин, секретин, гепарин).
Механизм действия гормонов
Гормоны влияют на метаболические процессы в организме разными путями: 1) повышают проницаемость клеточных мембран для разных субстратов; 2) выступают как аллостерические эффекторы ферментных систем; 3) влияют на генетический аппарат клетки и регулируют процессы транскрипции. В соответствии с этим различают мембранный, мембранно-цитоплазматический (локальный) и цитозольный (прямой) механизмы действия гормонов. Механизмы действия гормонов белковой и стероидной природы разные. Рецепторы гормонов белковой природы находятся на поверхности цитоплазматической мембраны, а стероидной – в цитоплазме. Поэтому для первых характерны мембранный и мембранно-цитоплазматический механизм действия, а для вторых – цитозольный.
При связывании гормонов белковой и пептидной природы с рецепторами происходит активация мембранно-связанного фермента аденилатциклазы, который обеспечивает превращение АТФ на 3,5-цАМФ. При участии 3,5-цАМФ происходит изменение активности протеинкиназ, которые катализируют фосфорилирование некоторых белков, что влияет на функциональную активность ферментов. При этих условиях цАМФ выступает как посредник передачи гормонального сигнала в клетку. Гормоны стероидной природы легко проникают в клетку, где образуется комплекс гормон/рецептор, который после активации проникает в ядро, связывается с соответствующими участками хроматина и регулирует транскрипцию определенных генов и синтез соответствующих соединений.
Учение о гормонах выделено в самостоятельную науку - эндокринологию. Современная эндокринология изучает химическую структуру гормонов, образующихся в железах внутренней секреции, зависимость между структурой и функцией гормонов, механизмы действия, физиологию и патологию эндокринной системы. Учреждены специализированные научно-исследовательские институты, лаборатории, научные журналы, созываются международные конференции, симпозиумы и конгрессы, посвященные проблемам эндокринологии. Эндокринология в наши дни превратилась в одну из самых бурно развивающихся разделов биологической науки. Она имеет свои цели и задачи, специфические методологические подходы и методы исследования.
Гормоны относятся к биологически активным веществам, определяющим в известной степени состояние физиологических функций целостного организма, макро- и микроструктуру органов и тканей и скорость протекания биохимических процессов. Таким образом, гормоны - вещества органической природы, вырабатывающиеся в специализированных клетках желез внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции.
Одной из удивительных особенностей живых организмов является их способность сохранять постоянство гомеостаза при помощи механизмов саморегуляции, в осуществлении (координации) которых одно из главных мест принадлежит гормонам. У высших животных координированное протекание всех биологических процессов не только в целостном организме, но и в микропространстве отдельной клетки и даже в отдельном субклеточном образовании (митохондрии, микросомы) определяется нейрогуморальными механизмами, сложившимися в процессе эволюции. При помощи этих механизмов организм воспринимает разнообразные воздействия внешней и внутренней среды, тонко регулируя интенсивность процессов обмена. В регуляции этих процессов, в осуществлении последовательности протекания множества реакций гормоны занимают промежуточное место между нервной системой и действием ферментов, а, как известно, регуляция обмена веществ реализуется путем изменения скорости ферментативных реакций. Скорость химических реакций зависит в свою очередь от каталитической активности ферментов. Гормоны вызывают либо быструю (срочную) реакцию, повышая активность предобразованных в тканях ферментов, либо, что более вероятно, например для стероидных гормонов, медленную реакцию, связанную с синтезом ферментов de novo. Сейчас получены доказательства, что стероидные гормоны оказывают влияние на генетический аппарат клетки, вызывая синтез соответствующей мРНК, которая, поступив в рибосому, служит матрицей для синтеза молекулы фермента (см. Биосинтез белка). Предполагается, что и другие гормоны (белковой природы) опосредованно через фосфорилирование негистоновых белков могут оказывать влияние на гены, контролируя тем самым скорость синтеза соответствующих ферментов. Таким образом, любые нарушения синтеза или распада гормонов, вызванные разнообразными причинными факторами, включая заболевания эндокринных желез (состояния гипо- или гиперфункции), приводят к изменению нормального синтеза ферментов и соответственно к нарушению метаболизма.
Зарождение науки об эндокринных железах и о гормонах относится к 1849 г., когда Аддисон впервые описал так называемую бронзовую болезнь, связанную с поражением надпочечников и сопровождающуюся специфической пигментацией кожных покровов. Клод Бернар ввел понятие о железах внутренней секреции, т. е. органах, выделяющих свой секрет непосредственно в кровь, поскольку они не имеют выводных протоков. Позже Броун-Секар показал, что недостаточность желез внутренней секреции приводит к развитию болезней и что экстракты из этих желез дают хороший лечебный эффект при их недостаточной функции. В настоящее время имеются бесспорные доказательства, что почти все заболевания желез внутренней секреции (тиреотоксикоз, сахарный диабет и др.) развиваются как результат нарушения молекулярных механизмов регуляции процессов обмена, вызванных недостаточным или, наоборот, избыточным синтезом соответствующих гормонов в организме человека.
Термин "гормон" (от греч. hormao - возбуждаю, побуждаю) был введен в 1905 г. Бейлисом и Старлингом при изучении гормона секретина, вырабатывающегося в двенадцатиперстной кишке и стимулирующего выработку сока поджелудочной железы и отделение желчи. К настоящему времени открыто более 60 различных веществ, наделенных гормональной активностью, синтезирующихся в железах внутренней секреции и регулирующих процессы обмена веществ. Специфические особенности биологического действия гормонов можно выразить тремя положениями:
- гормоны оказывают биологическое действие в ничтожно малых концентрациях от (10-9 до 10-12 г);
- действие гормонов в целостном организме определяется в известной степени контролирующим влиянием центральной нервной системы;
- железы внутренней секреции и продуцируемые имя гормоны составляют единую систему, тесно связанную при помощи механизмов прямой и обратной связи.
Показано, что под влиянием разнообразных внешних и внутренних раздражителей возникают импульсы в специализированных образованиях, называемых рецепторами, весьма чувствительных к минимальным раздражениям. Импульсы затем поступают в ЦНС, оттуда - в гипоталамус, где синтезируются первые биологически активные гормональные вещества, обладающие "дистантным" действием и называемые рилизинг-факторами. Особенностью рилизинг-факторов является то, что они не поступают в общий ток крови, а через портальную систему сосудов достигают специфических клеток гипофиза, оказывая стимулирующее (или тормозящее) действие на биосинтез и выделение тропных гормонов гипофиза, которые с током крови приносятся в соответствующую эндокринную железу, стимулируя выработку необходимого гормона. Этот гормон затем оказывает действие на органы и ткани, вызывая соответствующие химические и физиологические ответные реакции целостного организма. Наименее изучен последний этап этой своеобразной дуги, в частности действие гормонов на химию тканей. Вероятнее всего, это действие осуществляется через так называемые гормональные рецепторы, под которыми понимаются химические структуры соответствующих тканей-мишеней, содержащие высокоспецифические места для связывания гормональных соединений; результатом подобного связывания является инициация рецепторами специфических биохимических реакций, обеспечивающих реализацию конечного эффекта соответствующего гормона.
Как теперь установлено, рецепторы гормонов белковой и пептидной природы расположены на наружной поверхности клетки (на плазматической мембране), в то время как рецепторы гормонов стероидной природы локализованы в цитоплазме и ядре. Общим признаком всех рецепторов независимо от локализации является наличие строгого пространственного и структурного соответствия рецептора со специфическим гормоном. Помимо прямой связи, в эндокринной системе существует и обратная связь. В частности, повышенное количество тироксина (гормон щитовидной железы) рефлекторно вызывает торможение синтеза соответствующего рилизинг-фактора в гипоталамусе, что приводит к прекращению образования тиреотропина в гипофизе и соответственно восстановлению физиологического уровня концентрации тироксина в организме.
НОМЕНКЛАТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРМОНОВ
Несмотря на то что химическая природа почти всех известных гормонов выяснена в деталях (включая первичную структуру белковых и пептидных гормонов), до настоящего времени не разработаны общие принципы их номенклатуры. Поскольку химические наименования многих гормонов, основанные на их точной химической структуре, были бы очень громоздкими, более распространены общеупотребительные (так называемые рабочие) названия гормонов. Принятая номенклатура указывает на источник происхождения гормона (например, инсулин от лат. insula - островок) или отражает его функцию (например, пролактин, вазопрессин). Для некоторых гормонов гипофиза (в частности, для лютеинизирующего и фолликулостимулирующего гормонов), а также для всех гипоталамических факторов (гормонов) созданы недостающие или новые рабочие названия (см. ниже).
Аналогичное положение существует и в отношении классификации гормонов. Во-первых, гормоны классифицируют в зависимости от их природного источника, в соответствии с которым различают гормоны гипоталамуса, гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, поджелудочной железы, половых желез, зобной железы и др. Однако подобная анатомическая классификация недостаточно совершенна, поскольку некоторые гормоны или синтезируются не в тех железах внутренней секреции, из которых они секретируют в кровь (например, гормоны задней доли гипофиза, вазопрессин и окситоцин, синтезируются в гипоталамусе, откуда переносятся в заднюю долю гипофиза), или синтезируются и в других железах (например, частичный синтез половых гормонов в надпочечниках, синтез простагландинов не только в предстательной железе, но и в других органах) и т. д. С учетом этих обстоятельств были предприняты попытки создания классификации гормонов, основанной на их химической природе. Наиболее приемлемой следует, очевидно, признать классификацию, представленную в монографии под редакцией Н. А. Юлаева. В соответствии с этой классафикацией все известные гормоны можно разделить на пять групп.
Гормоны - вещества органической природы, вырабатывающиеся в специализированных клетках желез внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции.
Специфические особенности биологического действия гормонов :
а) гормоны проявляют свое биологическое действие в ничтожно малых концентрациях (от 10~ 6 до 10 ~ 12 М);
б) гормональный эффект реализуется через белковые рецепторы и внутриклеточные вторичные посредники (мессенджеры);
в) гормоны в то же время осуществляют свое действие путем увеличения скорости синтеза ферментов de novo или изменения скорости ферментативного катализа;
г) действие гормонов в целостном организме определяется в известной степени контролирующим влиянием ЦНС;
д) железы внутренней секреции и продуцируемые ими гормоны составляют единую систему, тесно связанную при помощи механизмов прямой и обратной связей.
Современная классификация гормонов основана на их химической природе.
1. Пептидные и белковые гормоны включают от 3 до 250 и более аминокислотных остатков Это гормоны гипоталамуса и гипофиза (тироли-берин, соматолиберин, соматостатин, гормон роста, кортикотропин, тире-отропин и др), а также гормоны поджелудочной железы (инсулин, глюкагон). Пептидные гормоны после их синтеза включаются в секреторные гранулы. Гормон освобождается в кровь путем слияния гранулы с плазматической мембраной клетки (экзоцитоз).
2. Гормоны - производные аминокислот в основном представлены производными аминокислоты тирозина. Это низкомолекулярные соединения адреналин и норадреналин, синтезирующиеся в мозговом веществе надпочечников, и гормоны щитовидной железы (тироксин и его производные). Гормоны 1-й и 2-й групп хорошо растворимы в воде.
3. Гормоны стероидной природы - группа соединений, родственных по происхождению и структуре: все они образуются из холестерина. Это гормоны коркового вещества надпочечников (кортикостероиды), половые гормоны (эстрогены и андрогены), гормональная форма витамина D. Стероидные гормоны - липофильные вещества, легко проникающие через клеточные мембраны. Поэтому они не накапливаются в клетках, и повышение их концентрации в крови определяется увеличением скорости синтеза.
Основными стероидными гормонами являются кортизол (регуляция обмена углеводов и аминокислот), альдостерон (регуляция водно-солевого обмена), тестостерон, эстрадиол и прогестерон (регуляция репродуктивных функций).
4. Эйкозаноиды - гормоноподобные вещества, оказывающие местное действие. Они являются производными полиненасыщенной жирной кислоты (арахидоновой), представлены тремя подклассами соединений: простагландины, тромбоксаны и лейкотриены. Эти нерастворимые в воде и нестабильные соединения оказывают свое действие на клетки, находящиеся вблизи их места синтеза. Они вызывают сокращение гладких мышц и сужение кровеносных сосудов или, наоборот, - расслабление гладких мышц и расширение сосудов, подавление агрегации тромбоцитов или стимулирование их агрегации в области повреждения сосуда. Эйкозаноиды действуют на клетки-мишени через специфические мембранные рецепторы.
По биологическим функциям гормонов выделяют следующие группы:
1. Регулирующие обмен углеводов, жиров, аминокислот: инсулин, глюкагон, адреналин, глюкокортикостероиды (кортизол).
2. Регулирующие водно-солевой обмен: минералокортикостероиды (альдостерон), антидиуретический гормон (вазопрессин).
3. Регулирующие обмен кальция и фосфатов: паратгормон, кальцитонин, кальцитриол (производное витамина D 4).
4. Регулирующие обмен веществ, связанный с репродуктивной функцией (половые гормоны): эстрадиол, прогестерон, тестостерон.
5. Регулирующие функции эндокринных желез (тропные гормоны): кортикотропин, тиротропин, гонадотропин.
IV. Гормоны.
Гормоны - специфические вещества, которые вырабатываются в организме и регулируют его развитие и функцианирование. В переводе с греческого – гормоны- означают двигаю, возбуждаю. Гормоны образуются специальными органами – железами внутренней секреции (или эндокринными железами) .Эти органы названы так потому, что продукты их работы не выделяются во внешнюю среду (как, например, у потовых или пищеварительных желез) , а “ подхватываются “ током крови и разносятся по всему организму. “Истинные” гормоны (в отличии от местных регуляторных веществ) выделяются в кровь и действуют практически на все органы, в том числе значительно удаленные от места образования гормона.
Биологически активные вещества, образующиеся в других, отличных от желез внутренней секреции, органах и тканях, принято называть “ парагормонами”, “гистогормонами”, “биогенными стимуляторами” . На участие этях веществ в регуляции функций организма впервые указал русский физиолог В.Я. Данилевский (в 1899г. На 7- м съезде общества русских врачей в память Н.И.Пирогова). Термин “гормоны” впервые был применен У. Бейлиссом и Э. Старлингом в 1902г. По отношению к специфическому продукту секреции слизистой оболочки верхней части кишечника – т.н. секретину , стимулируюшему отделение сока поджелудочной железы. Однако секретин следует отнести к гистогормонам.
Биологически активные продукты обмена веществ образуются и в растениях, но относить эти вещества к “гормонам” совершенно не правильно.
Беспозвоночные животные не имеют сформировавшейся эндокринной системы (т.е. функционально взаимлсвязанных желез внутренней секреции). Так, у насекомоядных обнаружены лишь отдельные железистые образования, в которых повидимому, и происходит выработка гормональных веществ (напр. вызывающих линьку, окукливание и пр.) У кольчатых червей существует только зачаток адреналовой системы в форме хромафинных клеток, а у переходных форм от безпозвоночных к позвоночным – асцидий
(оболочников) – имеются гомологи гипофиза и щитовидной железы. Эндокринная система со специфическими физиологическими функциями достигает полного развития лишь у позвоночных животных и человека.
У высших позвоночных животных и человека эндокринная система начинает функционироватьна довольно на ранних этапах зародышевого развития. У человека напр. , гормон щитовидной и поджелудочной желез, отдельные гормоны гипофиза обнаружены уже на 3-4-м месяце у эмбриона.
Первоначально термином “гормон” обозначали химические вещества, которые секретируются железами внутренней секреции в лимфатические или кровеносные сосуды, циркулируют в крови и оказывают действие на различные органы и ткани, находящиеся на значительном расстоянии от места их образования. Оказалось, однако, что некоторые из этих веществ (например, норадреналин), циркулируя в крови как гормоны, выполняют функцию нейропередатчика (нейротрансмиттера), тогда как другие (соматостатин) являются и гормонами, и нейропередатчиками. Кроме того, отдельные химические вещества секретируются эндокринными железами или клетками в виде прогормонов и только на периферии превращаются в биологически активные гормоны (тестостерон, тироксин, ангиотензиноген и др.).
Гормоны , в широком смысле слова, являются биологически активными веществами и носителями специфической информации, с помощью которой осуществляется связь между различными клетками и тканями, что необходимо для регуляции многочисленных функций организма. Информация, содержащаяся в гормонах, достигает своего адресата благодаря наличию рецепторов, которые переводят ее в пострецепторное действие (влияние), сопровождающееся определенным биологическим эффектом.
2.Варианты действия гормонов.
В настоящее время различают следующие варианты действия гормонов:
1) гормональное, или гемокринное, т.е. действие на значительном удалении от места образования;
2) изокринное, или местное, когда химическое вещество, синтезированное в одной клетке, оказывает действие на клетку, расположенную в тесном контакте с первой, и высвобождение этого вещества осуществляется в межтканевую жидкость и кровь;
3) нейрокринное, или нейроэндокринное (синаптическое и несинаптическое), действие, когда гормон, высвобождаясь из нервных окончаний, выполняет функцию нейротрансмиттера или нейромодулятора, т.е. вещества, изменяющего (обычно усиливающего) действие нейротрансмиттера;
4) паракринное - разновидность изокринного действия, но при этом гормон, образующийся в одной клетке, поступает в межклеточную жидкость и влияет на ряд клеток, расположенных в непосредственной близости;
5) юкстакринное – разновидность паракринного действия, когда гормон не попадает в межклеточную жидкость, а сигнал передается через плазматическую мембрану рядом расположенной другой клетки;
6) аутокринное действие, когда высвобождающийся из клетки гормон оказывает влияние на ту же клетку, изменяя ее функциональную активность;
7) солинокринное действие, когда гормон из одной клетки поступает в просвет протока и достигает таким образом другой клетки, оказывая на нее специфическое воздействие (например, некоторые желудочно-кишечные гормоны).
Синтез белковых гормонов, как и других белков, находится под генетическим контролем, и типичные клетки млекопитающих экспрессируют гены, которые кодируют от 5000 до 10 000 различных белков, а некоторые высокодифференцированные клетки – до 50 000 белков. Любой синтез белка начинается с транспозиции сегментов ДНК, затем транскрипции, посттранскрипционного процессинга, трансляции, посттрансляционного процессинга и модификации. Многие полипептидные гормоны синтезируются в форме больших предшественников-прогормонов (проинсулин, проглюкагон, проопиомеланокортин и др.). Конверсия прогормонов в гормоны осуществляется в аппарате Гольджи.
3.Классификация гормонов по химической природе.
По химической природе гормоны делятся на белковые, стероидные (или липидные) и производные аминокислот.
Белковые гормоны подразделяют на пептидные: АКТГ, соматотропный (СТГ), меланоцитостимулирующий (МСГ), пролактин, паратгормон, кальцитонин, инсулин, глюкагон, и протеидные – глюкопротеиды: тиротропный (ТТГ), фолликулостимулирующий (ФСГ), лютеинизирующий (ЛГ), тироглобулин. Гипофизотропные гормоны и гормоны желудочно-кишечного тракта принадлежат к олигопептидам, или малым пептидам.
К стероидным (липидным) гормонам относятся кортикостерон, кортизол, альдостерон, прогестерон, эстрадиол, эстриол, тестостерон, которые секретируются корой надпочечника и половыми железами. К этой группе можно отнести и стеролы витамина D – кальцитриол. Производные арахидоновой кислоты являются, как уже указывалось, простагландинами и относятся к группе эйкозаноидов.
Адреналин и норадреналин, синтезируемые в мозговом слое надпочечника и других хромаффинных клетках, а также тироидные гормоны являются производными аминокислоты тирозина. Белковые гормоны гидрофильны и могут переноситься кровью как в свободном, так и в частично связанном с белками крови состоянии. Стероидные и тироидные гормоны липофильны (гидрофобны), отличаются небольшой растворимостью, основное их количество циркулирует в крови в связанном с белками состоянии.
Термин «гормон» (от греч. hormaō возбуждаю, побуждаю) был впервые предложен Э.Старлингом в 1905 г. применительно к секретину, образующемуся в клетках двенадцатиперстной кишки и воздействующему на функции поджелудочной железы.
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.
Гормоны отличаются от других сигнальных молекул относительной стабильностью в организме, что лежит в основе их дистантного действия.
Динамика выработки гормонов
Гормоны циркулируют в крови в очень низких концентрациях (10 -7 -10 -12 моль/л). Однако эти величины сильно варьируют. Концентрация гормонов подвержена периодическим колебаниям , цикл или ритм которых может зависеть от времени дня, месяца, времени года или менструального цикла. В качестве примера можно привести околосуточный (циркадианный) ритм кортизола. Многие гормоны поступают в кровь импульсами и нерегулярно. Поэтому концентрация гормонов может меняться эпизодически , т.е. пульсировать . Концентрация других гормонов изменяется в зависимости от внешних факторов. Выброс гормонов является ответом на внешнее воздействие или на изменение внутреннего состояния организма.
Нейро-эндокринная регуляция синтеза гормонов
Импульсы, поступающие из внешней или внутренней среды, воспринимаются специализированными рецепторами и поступают в ЦНС, а оттуда в гипоталамус, где синтезируются биологически активные гормональные вещества (рилизинг-гормоны) – либерины и статины . Гормоны гипоталамуса не поступают в общий кровоток, а через портальную систему сосудов достигают специфических клеток гипофиза и стимулируют (либерины) или ингибируют (статины) выделение тропных гормонов гипофиза. Тропные гормоны гипофиза током крови приносятся в соответствующую периферическую эндокринную железу, стимулируя выработку гормона. Это трансгипофизарный путь регуляции секреции гормона. Выделяют также парагипофизарный путь : импульсы из ЦНС активируют секрецию гормонов периферическими эндокринными железами. Характерен для секреции катехоламинов в мозговом веществе надпочечников (адреналин), гипоталамических рилизинг-гормонов, гормонов нейрогипофиза и мелатонина эпифиза.
Гормон периферической эндокринной железы оказывает действие на органы и ткани-мишени и ингибирует синтез гормонов гипоталамуса или гипофиза (длинная петля обратной связи ). Гормон гипофиза также может ингибировать выработку гормона гипоталамуса (короткая петля обратной связи ). Кроме того, метаболиты или субстраты влияют на секрецию гормонов. Например, увеличение концентрации глюкозы в крови вызывает высвобождение инсулина, который усиливает потребление и утилизацию глюкозы в тканях; в результате уровень глюкозы возвращается к норме, что снижает секрецию инсулина. Регуляция уровня гормонов может осуществляться и по механизму положительной обратной связи.
Ткань-мишень (орган-мишень) – это ткань (орган), в которой гормон вызывает специфическую биохимическую или физиологическую реакции за счет связывания с клетками-мишенями. Клетки-мишени содержат специальные структуры – рецепторы , настроенные на специфическое связывание с определенным гормоном. Энергия взаимодействия сигнальной молекулы с рецептором обеспечивает конформационный переход рецептора в активное состояние, сопровождающийся прямыми или опосредованными изменениями активности определенных ферментов, ионных каналов и/или транскрипционных факторов.
Как правило, чем ниже концентрация сигнальной молекулы, тем выше ее сродство к рецептору.
В клетках может быть несколько рецепторов к сигнальным молекулам. Так в гепатоцитах найдены рецепторы инсулина, глюкагона, соматотропина, вазопрессина, пролактина, эстрогенов, тестостерона, глюкокортикоидов, а также ряда цитокинов, ростовых факторов, простагландинов и др. Такая регуляция в норме обеспечивает координацию функций клетки как структурной единицы, так и ее место в многоклеточном организме. Тканевая специфичность эффектов сигнальных молекул реализуется за счет существования нескольких рецепторов для одной и той же сигнальной молекулы.
Классификация гормонов
Гормоны классифицируются в зависимости от места их природного синтеза – гормоны гипоталамуса, гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, поджелудочной железы, половых желез и др.
Гормоны могут быть классифицированы по месту синтеза и месту действия на 3 группы:
1) эндокринные гормоны (Greek endon – внутри, krinein – высвобождать) – синтезируются эндокринными железами и транспортируются кровью к клеткам-мишеням;
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 (катехоламины и тироидные гормоны – производные тирозина, мелатонин – производное триптофана);
3) стероидные гормоны (кортикостероиды и половые гормоны, которые являются производными холестерина);
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).
Для транспорта липофильных гормонов требуются белки-переносчики, гидрофильные гормоны транспортируются самостоятельно . Транспортные белки создают резерв гормонов в крови, так как в связанном виде гормоны не подвергаются метаболизму и экскреции. Биологическая активность присуща только свободной форме гормона. Пептидные и белковые гормоны не имеют специальных транспортных белков в плазме крови, и поэтому период полужизни в крови намного меньше (секунды или минуты), чем у стероидных гормонов (часы).
Растворимость определяет механизм действия гормона.
По механизму действия гормоны классифицируются на 3 группы:
1. Гормоны, не проникающие в клетку и имеющие рецепторы на поверхности мембран. Действие этих гормонов на клетку осуществляется через вторичных посредников , образующихся в клетке после связывание 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. Комплекс лиганд-рецептор 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.
Неэндокринные клетки способны продуцировать сигнальные молекулы (чаще для паракринной регуляции):
Эйкозаноиды (простагландины, тромбоксаны, лейкотриены, простациклины);
Разные семейства факторов роста (EGF – эпидермальный фактор роста, FGF – фактор роста фибробластов, PDGF – фактор роста из тромбоцитов, TGFβ – трансформирующий фактор β, NGF – фактор роста нервов);
Цитокины – регуляторы воспаления и гемопоэза (интерлейкины, интерфероны, хемокины).
Другие эндокринные железы (по А.Н,Смирнову, 2006). У рыб обнаружены дополнительные эндокринные железы: урофиз, расположенный у хвостового отдела позвоночника и секретирующий уротензин , контролирующий осморегуляцию, и тельца Станниуса, расположенные вдоль почек и секретирующие гипокальцин, регулирующий обмен кальция и водно-солевой обмен.
Высшие беспозвоночные имеют развитую эндокринную систему. У личинок насекомых она включает нейросекреторные клетки, кардиальные тела (связаны с головным ганглием нервами), прилежащие тела (связаны нервами с кардиальными телами) и проторакальные железы. Прилежащие тела секретируют ювенильные гормоны, стимулирующие рост и тормозящие линьку и метаморфоз у личинок и регулирующие гаметогенез у взрослых особей. Проторакальные железы секретируют физиологические антагонисты ювенильных гормонов – экдизоны , являющиеся инициаторами линьки и метаморфоза. Кардиальные тела служат нейрохемальным органом, т.е. местом хранения и высвобождения нейрогормонов, образующихся в головном мозге. Одним из таких гормонов является проторакотропный гормон – формальный аналог рилизинг-гормонов позвоночных.
