Гормоны

Что такое гормоны

ГормоныБолее сложные регулирующие системы организма содержат особые вещества — гормоны. Само название указывает на смысл их функций — эти вещества предназначены для поддержания гармонии в химических отношениях различных биологических механизмов.

В настоящее время химия гормонов представляет собой развитую ветвь биохимии. Изучено действие и частично структура большего числа гормонов, стандартизированы методы их получения, определены единицы действия. В последние годы ряд гормонов получен путем как биохимического (с использованием микробных ферментов), так и чисто химического синтеза (синтез тестостерона).

Рис. Связи между гипоталамусом, гипофизом и железами, в которых образуются гормоны (по Чо-Хао-Ли).

Количество гормонов в организме невелико. Ежедневная потребность человека в гормонах выражается следующими числами: гормон щитовидной железы —0,3 мг, инсулин — 1,5мг, глюкокортикоиды — 20 мг и т. д. Нормальный организм за сутки и производит столько или немного больше этих регулирующих соединений. Запас может понадобиться при резком изменении режима жизнедеятельности организма. Общая концентрация гормонов в тканях зависит не только от их синтеза, но и от сложных отношений между гормонами, ферментами и ингибиторами ферментов. Гормоны осуществляют свою регулирующую функцию следующими путями (по Берзину).

Гормоны изменяют проницаемость поверхностей клеток, мембран митохондрий, ядра и т. д.; это приводит к усиленному выделению или, наоборот, поступлению в клетку определенных соединений и изменению режима реакций. Так, например, благодаря действию кортикостероидного гормона — альдостерона — внутри клетки повышена концентрация ионов калия. Если альдостерона недостаточно, то концентрация ионов калия и осмотическое давление падают. При этом у человека может развиться тяжелое заболевание (болезнь Аддисона), сопровождающееся адинамией.

Гормоны воздействуют на скорость ферментативных процессов, на поступление в кровь самих ферментов. Стероидный гормон— кортикотрипин повышает активность фермента фосфорилазы; продукты, получающиеся из гормона щитовидной железы, влияют на ход окислительного фосфорилирования и т.д. Гормоны могут стимулировать или тормозить работу нервной системы. Им принадлежит важная роль в процессах деления клеток. Гормоны влияют на синтез ферментов (и коферментов), а это, как мы уже отмечали, представляет собой одно из наиболее надежных средств быстрого регулирования химических реакций в клетках.

Гормоны образуются в железах внутренней секреции. Выделения этих желез поступают непосредственно в кровь.

Функции и состав гормонов у животных самых разнообразных видов одинаковы — гормональная регуляция является в известном смысле универсальной. Гормоны синтезируются в гипофизе, щитовидной железе, коре надпочечников, половых железах, поджелудочной железе, паращитовидных железах, а также и в слизистой оболочке кишечника.

Гипофиз среди них занимает особое место. Эта железа связана большим числом нервных волокон с подбугровой областью, или гипоталамусом. Гипоталамус, по-видимому, контролирует деятельность гипофиза. Работа обеих желез регулируется центральной нервной системой.

Общее управление гормональным хозяйством осуществляется гипоталамусом. Приказы от гипоталамуса идут к гипофизу. Гипофиз (рис.) производит множество гормонов, называемых тропинами (тиреотропин, гонадотропин и др.). Они воздействуют на железы внутренней секреции. Железы выделяют другие гормоны, и уже они регулируют работу отдельных ферментных систем. Гормоны, выделяемые железами внутренней секреции, воздействуют и на гипофиз: таким путем организуется обратная связь; избыток того или иного гормона может быть устранен после получения гипофизом сигнала о том, что гормона накопилось слишком много.

Гипофиз состоит из трех долей: передней, средней (межуточной) и задней. Каждая часть производит особые гормоны.

Гормоны оказывают свое действие постоянно, но некоторые их производные (гормоноиды) выделяются органами в большем или меньшем количестве для стимулирования определенных процессов в связи с быстрым изменением режима работы органа.

Так, например, экстрактивные вещества пищи вызывают выделение из слизистой оболочки желудка особого вещества — гастрина, обладающего сокогонным действием и стимулирующим образование соляной кислоты; в кишечнике функционирует вещество энтерокрецин, усиливающее выделение кишечного сока.

Гормоны позвоночных делят на три группы: близкие к тирозину, пептидные и стероидные.

К первой группе относятся гормоны мозгового слоя надпочечников, в частности адреналин:

Адреналин

Это вещество повышает кровяное давление и усиливает гликогенолиз.

Представителями этой же группы являются и стимуляторы основного обмена — гормоны щитовидной железы. Из ткани этой железы получено белковое вещество, содержащее йод, — тиреоглобулин. Щитовидная железа задерживает йод, попадающий в кровь из веществ пищи, и играет поэтому по отношению к нему роль своеобразного депо.

Тиреоглобулин содержит иодированное производное аминокислоты тиронина — иод-тиронин; известны производные, содержащие один, два, три и четыре атома иода на одну молекулу тиронина. Тетраиодтиронин называют также тироксином. В тиреоглобулине содержатся производные, имеющие два, три и четыре атома иода. Больше всего в тиреоглобулине диподтиронина, а тироксина примерно в четыре раза больше, чем трийодтиронина.

Тироксин (тетраиодтиронин) построен сравнительно просто:

Тироксин (тетраиодтиронин)

Тиреоглобулин содержит, кроме того, иодированные производные тирозина и углеводы (галактозу, маннозу, а также клюкозамин), т. е. является глюкопротеидом. Молекулярная масса этого белка очень высока — 600 000; молекула его состоит из десяти пептидных цепей и включает около 600 аминокислот. Молекулы тиреоглабулина склонны образовывать крупные скопления — агрегаты, молекулярная масса которых доходит до 17 000 000.

Под влиянием ферментов тироксин и трийодтиронин поступают в кровь и действуют уже в качестве гормонов. Действие гормонов щитовидной железы заключается в ускорении окисления пищевых веществ и увеличении потреблении кислорода. Это приводит к энергичному расходованию запаса гликогена печени и ускорению общего темпа жизненных процессов.

Гормоны, для молекул которых характерно пептидное строение, весьма разнообразны. Сюда относятся гормоны гипофиза (передней, межуточной и задней долей), поджелудочной железы, слизистых оболочек желудка и кишечника: окситоцин, вазопрессин, различные гликопротеины, среди которых имеется, между прочим, и гормон тиреотропин. Назначение его — стимулировать работу щитовидной железы. Таким образом, гормональные регуляторы оказываются связанными п друг с другом: гипофиз регулирует деятельность щитовидной железы, а щитовидная железа своими гормонами контролирует основной обмен в организме.

Пептидные гормоны представляют собой белковые соединения: их молекулы состоят из пептидной цепочки, которая может быть открытой или замкнутой (циклической).

К гормонам с открытой цепью относится инсулин; представителями гормонов с циклической структурой могут служить окситоцин и вазопрессин. Эти последние гормоны удалось синтезировать.

Инсулин регулирует содержание сахара в крови. В настоящее время лишь немногие белки изучены так подробно, как инсулин. Установлена точная последовательность аминокислотных остатков в этом белке и выяснено, что молекула инсулина состоит из двух полипептидных цепей, содержащих дисульфидные мостики из двух остатков цистина:

Строение инсулина

Буквы G и Р обозначают полипептидные цепи. Их состав представлен на рисунке . Инсулин активно связывает ионы цинка, имеющиеся в поджелудочной железе, а ионы цинка способствуют объединению — агрегации молекул инсулина.

Гормоны задней доли гипофиза окситоцин и вазопрессин являются вместе с тем и простейшими белками. Окситоцин вызывает сокращение мускулатуры матки; вазопрессин поддерживает водное равновесие в организме, регулирует осмотическое давление плазмы крови, повышает кровяное давление. Оба они являются октапептидами циклического строения.

Формулы этих белков (гипофиз человека):

Окситоцин

Здесь символ S—S обозначает цистин.

Окситоцин получен синтетически Р. Буассонном, И. Рудингером и Л. Веллюзом; вазопрессин синтезировали В. дю-Виньо с сотрудниками. Опыт показал, что синтетические препараты обладают точно таким же физиологическим действием, как и естественные. Синтез этих гормонов был крупным успехом химии белков.

Функции стероидных гормонов необычайно разнообразны. Их влияние обнаруживается практически во всех биохимических системах организма. Стероидные гормоны включаются в клеточные мембраны, изменяя их проницаемость, способствуют разделению цепей ДНК в процессе образования РНК (транскрипции), повышают активность ферментов, участвующих в синтезе белка, регулируют перенос аминокислот т-РНК и т. д.

К стероидным гормонам относятся соединения, имеющие фенольный или кетонный характер и стимулирующие развитие женских (эстрон, эстрадиол, эстриол) и мужских (тестостерон) вторичных половых признаков. К этой же группе принадлежат и гормоны, контролирующие обмен углеводов и белков (кортизол и др.), а также обмен электролитов и воды (альдостерон).

В основе структуры стероидных гормонов лежит своеобразное сочетание шестичленного и пятичленного циклов.

Строение молекулы инсулина

Рис. 2. Строение молекулы инсулина.

Две полипептидные цепи связаны дисульфидными группами.

Молекулы стероидов имеют чаще всего форму кресла и изогнуты так, что циклогексановые кольца лежат в различных плоскостях; изменения конформации, введение заместителей или двойных связен в каркас стероидной молекулы сильно сказываются на се биологической активности.

Гормоны образуются в клетках из вещества, многие из которых уже знакомы нам; так, эстероидные гормоны получаются из пировиноградной кислоты и ацетил-КоА, причем в качестве промежуточного вещества образуется углеводород — сквален:

[(СН3)2=С=СН-СН=СН-С(СН3)=СН-СН=СН-С(СН3)=СН-СН=]2.

Из длинной цепочки атомов этого углеводорода, содержащей активные сопряженные π-связи, клетка синтезирует различные циклические молекулы стероидных гормонов.

Детали хода биологического синтеза многих гормонов до сих пор не выяснены и часто представляются загадочными. Изучая работу регуляторов, с помощью которых организм поддерживает согласованную деятельность клеток, можно заметить, что гормональная регуляция приспособлена для управления на расстоянии. Гормоны выделяются железами внутренней секреции, разносятся током крови по всем органам и действуют на те системы ферментов или на те виды клеток, которые соответствуют данным гормонам. Нервная система играет важную роль в работе гормонов, но сама по себе выполняет ответственнейшие функции регулирования. Различие в регулировании с помощью гормонов (гуморальный тип регулирования) и посредством нервных импульсов в том, что гормоны действуют там, где не требуется особой быстроты в смене режима работы клеток, но необходимо продолжительное влияние, нервная система включается для быстрой передачи сигналов. Часто встречается и комбинированное нервно-гуморальное регулирование.

Хорошим примером регулирования в организме служит система, обеспечивающая поддержание концентрации сахара в крови на постоянном уровне. Дело в том, что снижение или чрезмерное повышение концентрации сахара (глюкозы) влечет за собой тяжелые последствия для организма — гипо- или гипергликемический шок.

В кровь сахар попадает отчасти в результате всасывания углеводов в кишечнике, отчасти за счет образования его из белков и жиров пищи. Сахар может попасть в кровь и как продукт распада гликогена, запасы которого имеются в печени.

Расходуется сахар прежде всего в мышечной ткани, где он служит источником энергии для производства механической (мышечной) работы, клетки других органов также потребляют его для покрытия своих энергетических затрат. Кроме того, сахар выводится из организма почками.

Все эти процессы и требуется сбалансировать.

Гормоны инсулин и тироксин усиливают окисление глюкозы, а гормоны, относящиеся к глюкокортикоидам, тормозят этот процесс. Накопление гликогена в печени, т. е. удаление сахара из крови и перевод его в резерв, ускоряется инсулином и глюкокортикоидами. Образование жиров из сахаров также, конечно, находится под «присмотром». По-видимому, этотпроцесс регулируется гормонами надпочечников, т.е. стероидными гормонами. Весь механизм в целом работает следующим образом: гипофиз, производящий гормоны (тропины), действует па железы внутренней секреции и побуждает их в свою очередь образовывать гормоны инсулин, тироксин, кортикостеронды. Под влиянием этих гормонов находится работа печени, мышц, почек. В результате их деятельности уровень сахара в крови достигает определенного значения.

Особые рецепторы (слабо изученные) в тканях сигнализируют о том, что уровень сахара нормален. Если обнаруживается отклонение, то сигнал, полученный гипофизом, вызывает соответствующий приказ отгипофиза к железам внутренней секреции: выработка гормонов сокращается или увеличивается и уровень сахара приводится в норму.

Статья на тему Гормоны

Leave a Comment