3.2.1. Гормоны и их аналоги

Подобно нервной системе эндокринная система держит в сво­ем ведении все трофические процессы и функции организма в те­чение всего онтогенеза, начиная с зиготы и кончая последним мо­ментом жизни животного. Ее влияние осуществляется путем изменения количественных соотношений гормонов. До момента становления организма гормоны способствуют реализации за­программированных специфических морфообразований и их дифференциации, а затем роль гормонов сводится к поддержанию морфологических структур и их функций. Наиболее ярким приме­ром участия гормонов в морфогенезе является развитие репродук­тивной системы под влиянием половых гормонов млекопитающих и человека.

Установлено, что недостаток тироксина в раннем онтогенезе приводит к нарушению дифференциации тканей, особенно серь­езно нарушается развитие ЦНС. Выраженные изменения при ги­потиреозе наблюдаются в коре больших полушарий. Морфогенетические процессы подконтрольны большой группе гормонов. До беременности все метаболические, функциональные и даже мор­фологические изменения координируют фолликул остимулирую-щий и астральные гормоны, а в период беременности — лютеинизирующий гормон и прогестерон при участии астрального гормо­на плаценты.

В нейронах головного мозга синтезируются морфиноподобные вещества, которые, по-видимому, имеют прямое отношение к со­отношению процессов возбуждения и торможения, памяти, сна и бодрствования. Таким образом, в регуляции обменных процессов в головном мозге участвуют как дистатные, так и локальные, внут-ринейронные гормоны (цитогормоны).

Большая роль принадлежит гормонам в регуляции обмена бел­ков, жиров, углеводов и минеральных веществ. К регуляции обще­го обмена веществ имеют отношение многие гормоны, но преиму­щественно интенсивность превращения питательных веществ в энергию через систему окислительно-восстановительных реакций регулируется тироксином и трийодтиронином.

Обмен углеводов также регулируется многими гормонами, но преимущественно инсулином, глюкокортикоидами (кортизол, гидрокортизон и кортизон), адреналином и глюкагоном. Под влиянием инсулина и глюкокортикоидов усиливается процесс биосинтеза гликогена за счет гликогенеза и гликонеогенеза с отложе­нием и накоплением его в печени и мышцах, а адреналин и глю-кагон, наоборот, способствуют превращению гликогена в глюкозу с последующим ее окислением и образованием энергии и конеч­ных соединений с одновременным уменьшением запаса гликогена в мышцах и печени.

Ведущая регулирующая роль в белковом обмене принадлежит эстрогенам, андрогенам, глюкокортикоидам и тироксину. Под влиянием первых трех групп гормонов интенсифицируется био­синтез нуклеиновых кислот, а также функциональных и пласти­ческих белков, а под действием тироксина активизируется превра­щение аминокислот и белков в биологическую энергию. Подтвер­ждением этого являются тестикулэктомия, тиреоэктомия, овариоэктомия и адреналэктомия. После кастрации у животных прояв­ляется склонность к отложению жира, а при удалении надпочеч­ников снижается содержание (3-глобулиновой фракции белков крови и уменьшается масса мускулатуры.

К регуляции липидного обмена в высокоорганизованных орга­низмах имеют отношение глюкокортикостероиды, андрогены, эстрогены, тироксин и некоторые гипофизарные гормоны, сущ­ность действия которых сводится к поддержанию количества ли-пидов в организме в определенных пределах через усиление ката­литической (от греч. katalysis — разрушение, изменение скорости химических реакций) активности ферментов, обеспечивающих распад жиров в энергообразовательных целях.

Минеральный обмен в организме высокоорганизованных жи­вотных регулируется гормонами коры надпочечников — минерал окортикостероид ами (альдостерон), оксикортикостероидами, кальцитонином, паратгормоном, гормонами пищеварительной системы, вазопрессином и др., а также витамином D.

Регуляция гормонообразования и секреции гормонов осуще­ствляется по принципу положительной и отрицательной обратной связи. Например, если уровень воды в тканях организма снижает­ся до уровня ниже физиологического, срабатывают механизмы положительной обратной связи, в результате чего интенсифици­руется биосинтез альдостерона и вазопрессина, что приводит к уменьшению фильтрации крови через почки и усилению реаб-сорбции ионов натрия и воды в извитых канальцах, а в отноше­нии 17-оксикортикостероидов осуществляется отрицательная обратная связь. В результате развившейся жажды организм при­нимает очередную дозу воды, что приводит к поднятию ее уров­ня в тканях выше физиологической границы. В этом случае сра­батывает тот же механизм, но по принципу отрицательной об­ратной связи, поэтому в значительной степени уменьшается син­тез вазопрессина в гипоталамусе и альдостерона в коре надпочечников, но биосинтез 17-оксикортикостероидов усили­вается, что понижает реабсорбцию воды в извитых канальцах по­чек и повышает диурез.

По такому же принципу регулируется содержание гормонов и других компонентов внутренней среды организма. Аналогичных биокибернетических процессов с обязательным участием гормо­нов ежеминутно протекает чрезвычайно много.

Деятельность пищеварительной системы регулируется гормо­нами, биосинтез которых осуществляется в основном железистой частью желудка и кишечника. К ним относятся гастрин, секре­тин, панкреозимин, холецистокинин и др. Экспериментально Установлено, что моторная, эвакуаторная, секреторная, экскре­торная и другие функции желудочно-кишечного канала регули­руются как нервным, так и гуморальным путем. Биосинтез и сек­реция гормонов пищеварительной системы в основном регулируются нервной системой. Действие же гормонов преимуще­ственно локальное.

До недавнего времени считали, что иммунобиологические ре­акции не регулируются гормонами, однако теперь это представле­ние опровергнуто. Многочисленными экспериментальными ис­следованиями установлено, что в становлении, развитии, форми­ровании, регуляции и поддержании клеточного иммунобиологи­ческого статуса организма на всех этапах его онтогенеза многие гормоны имеют большое, но полярное значение.

Определено, что гормоны белково-пептидной структуры (либе-рины, соматотропин, тиреотропин, гонадотропин, пролактин, ти­роксин, трийодтиронин, тимотин, кальцитонин, паратгормон и др.) стимулируют пролиферацию, дифференцировку, миграцию и созревание иммунокомпетентных клеток лимфоидной ткани и ан-тителообразовательные процессы, тогда как другая часть гормо­нов, преимущественно стероидной структуры (кортикостероиды, адрогены, прогестерон, эстрогены и др.), обладает антипролифе-рирующими, антидифференцирующими, а также противоантите-лообразующими эффектами. Это естественный, закономерный процесс, противостояние двух факторов: стимулирующего и суп-рапрессирующего, чем и обеспечивается регуляция всего комп­лекса иммунобиологической защиты организма в норме и патоло­гии.

В организме человека и животных непрерывно протекают два противоположных, но взаимосвязанных процесса: анаболичес­кий (созидательный) и катаболический (разрушительный). Оба они невозможны без участия ферментов. Гормоны же регулиру­ют биосинтез ферментов на всех биохимических уровнях реали­зации генетической информации от ДНК (гена) до распада фер­мента.

Основными регуляторами и интеграторами жизнедеятельности высокоорганизованных животных и человека являются нервная и эндокринная системы, получившие объединенное название «нейроэндокринная». Под контролем этой в биологическом отноше­нии единой системы находятся все внутриклеточные биохимичес­кие процессы (а таких более 10 000). Нейромедиаторы (трансмит­теры) и гормоны являются ведущими регуляторами внутриклеточ­ного метаболизма. Весь комплекс нейромедиаторов и гормонов свое регулирующее воздействие на внутриклеточный метаболизм опосредуют через многочисленные по структуре макромолекулы (рецепторы), локализованные в различных клеточных структурах, начиная от плазматической мембраны и кончая белками-гистона-ми нуклеиновых кислот (рис. 33).

По химической структуре гормоны подразделяются на 3 груп­пы: белково-пептидные, стероидные и аминокислотные. По-ви­димому, их химическая структура в определенной степени и оп­ределяет механизм действия.

Молекулы гормонов белково-пептидной структуры (либерины, статины, все гипофизарные гормоны, паратгормон, кальцитонин, глюкагон и др.) взаимодействуют с рецепторами, расположенны­ми в цитоплазматической мембране, выступая над внешней ее по­верхностью. В результате взаимодействия образуется комплекс гормон—рецептор, осуществляющий генерирование стимула, ко­торый передается белку, связывающему ГТФ и превращающему его в ГДФ. В дальнейшем стимул передается аденилатциклазе, ко­торая одним концом заканчивается на внутренней поверхности плазматической мембраны. Аденилатциклаза превращает не­сколько молекул АТФ, расположенных у внутренней поверхности плазматической мембраны, в такое же количество циклического аденазинмонофосфата (цАМФ) или ГТФ в цГМФ. Молекулы вто­ричных посредников (цАМФ, цГМФ, Са₂-кальмодулин) взаимо­действуют с молекулами неактивной протеинкиназы, превращая ее в активную в каталитическом отношении форму. Активная форма протеинкиназы осуществляет фосфорилирование и дефос-форилирование белков-ферментов, осуществляющих комплекс биохимических превращений анаболической и катаболической направленности (рис. 34).

Гормоны стероидной структуры (кортикостероидов, эстроге­нов и их синтетических аналогов), обладающие липофильными свойствами, преодолевают плазматическую мембрану и поступают в цитозоль, где также взаимодействуют с цитоплазматическим ре­цептором, образуя комплекс рецептор—гормон. Образованный комплекс из цитоплазмы через ядерную оболочку проникает в ка-риозоль с последующим распадом комплекса и взаимодействием активированной молекулы гормона с рецепторными белками — гистонами. Молекула рецептора, отделившись от гормона, через ядерную оболочку проникает в цитозоль (рис. 35).

Второе взаимодействие стероидного гормона с генно-актив-ным белком (рецептором) осуществляется в функции индуктора определенных геномов, вызывая их экспрессию. В итоге активи­зируется репликация ДНК и усиливается функция структурных генов, обеспечивая повышение транскрипции иРНК.

Увеличение числа молекул иРНК в цитоплазме усиливает трансляционные процессы в эндоплазматическом ретикулуме на рибосомах с неизбежным усилением биосинтеза белков, необхо­димых для клетки и на экспорт.

Гормон тироксин подобно стероидным гормонам преодолевает барьер плазматической мембраны и поступает в цитозоль. В цито-золи взаимодействует с комплементарным рецептором и образует комплекс гормон—рецептор. В результате взаимодействия с ци­топлазматическим рецептором от молекулы тироксина отщепля­ется один атом йода и превращается в более активное соединение трииодтиронин. Из цитозоли молекулы трийодтиронина прони­кают в каризоль, где подобно стероидным гормонам взаимодей­ствуют с генно-активными белками-рецепторами, выполняя фун­кцию индуктора (дерепрессора). Как и при стероидных гормонах, активизируется репликация ДНК, а также ее транскрипционная

функция. Усиление биосинтеза иРНК и ускорение ее созревания обеспечивают повышенный белковообразовательный процесс на рибосомах эндоплазматического ретикулума (см. рис. 35).

Взаимодействие лиганда (гормона) с рецептором плазмати­ческой мембраной, или цитозолем, или генно-активными белка­ми геномов порождает (генерирует) стимул, который передается последовательно расположенным в иерархической биохимичес­кой лестнице внутриклеточным белком другим соединениям с возникновением каскада биохимических реакций с постепенным лавинообразным наращиванием и расширением эффекта акти­визации.

Таким образом, независимо от химической структуры моле­кул гормонов все они опосредованно через рецепторы оказывают определенное регулирующее влияние на генетический код и не­обходимые для каждого вида и индивидуума животных особенности белковообразовательных и энергообразовательных про­цессов.

Одновременно параллельно в соответствии с уровнем и на­правленностью внутриклеточного метаболизма формируется ин­тегральный функциональный ответ (секреция, сокращение, ми­тоз, мейоз, половая направленность и др.).