Гормони. Гормональна регуляція метаболізму в організмі тварини

Гормони – біологічно активні сполуки, що виділяються залозами внутрішньої секреції безпосередньо в кров чи лімфу і здійснюють регуляторний вплив на метаболізм в організмі тварини, переносячи сигнали ЦНС у клітини тканин. Залози ендокринної системи поділяються на центральні – гіпоталамус, гіпофіз, епіфіз; і периферичні – щитовидна залоза, паращитовидні залози, підшлункова, наднирники, тимус, статеві залози, плацента. Підшлункова залоза і статеві залози – це залози зі змішаною секрецією, тому що виконують ендо- і екзокринні функції в організмі.

Загальне для всіх гормонів:

1. Дія на відстані від місця виділення.

2. Специфічність ефекту.

3. Висока швидкість утворення і розпаду.

4. Висока біологічна активність.

5. Роль посередника між ЦНС і тканинами.

Роль гормонів:

1) підтримка гомеостазу в організмі;

2) адаптація організму до умов зовнішнього середовища, що змінюються;

3) підтримка циклічних змін в організмі (день – ніч, стать, вік та ін.);

4) підтримка морфологічних і функціональних змін в онтогенезі.

Гормони регулюють вже існуючі біохімічні процеси.

За хімічною будовою гормони поділяються на дві великі групи:

I група – гормони-білки, пептиди, похідні амінокислот;

П група – похідні циклопентанопергідрофенантрена – стероїдні гормони.

Приклади:

• гормони-білки: інсулін, пролактин, соматотропін, фоллікулостимулюючий гормон (ФСГ), лютеїнізуючий гормон (ЛГ) та ін.

• гормони-пептиди: глюкагон, адренокортикотропний гормон (АКТГ), вазопрессин та ін.

• гормони, похідні амінокислот: адреналін, тироксин, трийодтиронін.

• гормони-стероїди: тестостерон, кортизон, прогестерон.

За біохімічними діями, функціями розрізняють 5 видів гормонів:

• Гормони, що регулюють обмін білків, вуглеводів, ліпідів: інсулін, глюкагон, адреналін, кортизол.

• Гормони, що регулюють водно-сольовий обмін в організмі: альдостерон, вазопресин.

• Гормони, що регулюють обмін іонів кальцію і фосфатів в організмі: паратгормон, кальцитонін, кальцитріол.

• Гормони, що регулюють репродуктивну функцію в організмі: статеві гормони (чоловічі і жіночі).

• Гормони, що регулюють функції ендокринних залоз: тиреотропний, лютеїнізуючий, фоллікулостимулюючий, соматотропін, меланотропний.

На ЦНС тварини діють зовнішні і внутрішні фактори, викликаючи утворення нервових імпульсів, які надходять у гіпоталамус, у результаті чого в гіпоталамусі синтезуються ліберини і статини: кортиколіберин, фолліберин, соматоліберин і соматостатин, пролактоліберин і пролактостатин, меланоліберин і меланостатин, що є пептидами за хімічною природою. Ліберини і статини (релизинг-фактори) діють на гіпофіз (аденогіпофіз), викликаючи секрецію ланцюгових гормонів: соматотропіну, АКТГ, ФСГ, ЛГ, тиреотропіну, ліпотропіну, що впливають на периферичні ендокринні залози, стимулюючи вироблення гормонів: інсуліну, адреналіну, тироксину, статевих гормонів, глюкагону, стероїдних гормонів наднирників.

Гормони впливають на клітини різних тканин вибірково: клітини, що мають білок-рецептор, що специфічно взаємодіє з даним гормоном, називають клітинами-мішенями. Білки-рецептори можуть бути розташовані як на поверхні, так і в цитозолі клітин. В залежності від хімічної природи гормонів і розташування білків-рецепторів розрізняють два механізми передачі гормонального сигналу в клітині-мішені.

Перший механізм – мембранно-внутрішньоклітинний (для гормонів – білків, пептидів, адреналіну, на 10% тиреоїдних). Білки-рецептори розташовані на зовнішній поверхні цитоплазматичної мембрани. Гормони ніколи не проникають у цитозоль клітини. Взаємодія гормону з білком-рецептором приводить до активації аденілатциклази й утворенню вторинного посередника – ц-АМФ чи ц-ГМФ, що у клітині запускає каскадний механізм активації ряду ферментів, що змінюють інтенсивність обміну вуглеводів, білків, ліпідів.

Другий механізм – цитозольний (для гормонів стероїдної природи і на 90% – для йодтиронінів). Гормони з ліпофільними властивостями проникають через цитоплазматичну мембрану в цитозоль клітини, взаємодіючи з білками-рецепторами, що знаходяться в цитозолі. Утворений комплекс «гормон-білок-рецептор» проникає у ядро клітини і на рівні оперона впливає на рецептор.

Гормони щитовидної залози

Тиреоїдні гормони йодтироніни – тироксин (тетрайодтиронін) – Т₄ і трийодтиронін Т, – синтезуються в щитовидній залозі під впливом тиреотропіну, що виділяється гіпофізом. На виділення тиреотропіну гіпофізом впливає тиреоліберин, який секретує гіпоталамус. Хімічна природа йодтиронінів – йодовані похідні амінокислоти тирозину. Клітинами-мішенями для йодтиронінів є гепатоцити печінки, адипоцити жирової тканини, клітини м'язової тканини, у тому числі міокарду. Немає рецепторів, чутливих до йодтиронінів у клітинах сполучної тканини, мозку.

Механізм дії: 10% – мембранно-внутрішньоклітинний, 90% – цитозольний.

Біологічна дія йодтиронінів:

1. Індукують біосинтез більш ніж 100 окисно-відновних ферментів, активуючи тканинне дихання.

2. Активують ферменти човникових переносів водню з цитозоля в митохондрії, підсилюючи активність ЛПЕ.

3. Активують процеси реплікації ДНК.

4. Активуючи аденілатциклазу, потім каскадним механізмом:

а) активують глікогенфосфорилазу, викликаючи розпад глікогену, підвищують рівень глюкози в крові; знижують біосинтез глікогену, інактивуючи глікогенсинтазу;

б) активують ТАГ-ліпазу, підсилюють ліполіз (розпад) триацилгліцеринів.

5. Активують протеоліз білків у тканинах.

6. Активують роботу натрій-калієвого насоса.

7. Через підвищення генерації АТФ підсилюють теплопродукцію.

8. Чинять проліферативний ефект.

9. Впливають на диференціювання тканин.

У крові основна частина йодтиронінів знаходиться в зв'язку з білками: тироксинзв’язуючим глобуліном (ТЗГ), тироксинзв’язуючим преальбуміном (ТЗПА), тироксинзв’язуючим альбуміном (ТЗА). Гормональну дію чинять лише вільні форми гормонів. Біосинтез білків, що зв'язують йодтироніни, активізуєтся статевими гормонами, тому при клімаксі, після видалення яєчників, зниженні виділення полових гормонів збільшується кількість вільних форм йодтиронінів в крові, що веде до агресивних станів.

Т₄ функціонує 15 днів, Т₃ функціонує 3 дні.

Катаболізм йодтиронінів відбувається спочатку в печінці, серці, нирках, м'язах під впливом трансамінази, йодтироніндегалогенази і тироксиндегалогенази, що веде до утворення дифенільних похідних, які після утворення фенолів у печінці піддаються реакції кон'югації з ФАФС і УДФ з утворенням парних сірчаних і глюкуронових кислот, виділюваних нирками із сечею.

Патологія:

1) гіперфункція щитовидної залози – Базедова хвороба (хвороба Гревса),

2 ) гіпофункція щитовидної залози – мікседема, 3) ендемічний зоб.

Гормони мозкового шару надниркових залоз (адреналін, норадреналін)

Адреналін – гормон мозкового шару наднирників, синтезується у відповідь на стан фізичного чи нервового стресів. Його секреція не залежить від концентрації глюкози в крові. Біосинтез адреналіну йде за схемою: тирозин + диоксифенілаланін (ДОФА)  дофамін  норадреналін  адреналін.

Адреналін і норадреналін називають катехоламінами, але гормональною активністю володіє адреналін, а норадреналін є нейромедіатором.

Клітинами-мішенями для адреналіну є клітини скелетних м'язів, печінки, серця, серцево-судинної системи і жирової тканини. Функціонує адреналін 1 хв. Механізм дії – мембранно-внутрішньоклітинний.

Біологічна дія адреналіну:

І. Вплив на вуглеводний обмін (насамперед у скелетних м'язах, а потім у печінці):

1. Підсилює розпад глюкози в процесі гліколізу, активуючи фосфофруктокіназу.

2. Підсилює глюконеогенез у печінці за рахунок активації ферментів:піруваткарбоксилази,фосфоенолпіруваткарбоксикіна-зи, фруктозо-1,6-ди(біс)фосфатази і глюкозо-6-фосфатази.

3. Підсилює розпад глікогену, активуючи каскадним механізмом, через аденілатциклазну систему, глікогенфосфорилазу.

4. Пригнічує біосинтез глікогену, тому що через аденілатциклазну систему інактивує глікогенсинтазу.

У результаті адреналін підвищує зміст глюкози в крові.

ІІ. Вплив на обмін ліпідів:

1. Підсилює розпад ТАГ, активуючи каскадним механизмом ТАГ-ліпазу.

2. Підсилює розпад ВЖК у процесі -окислення.

3. Підвищує вміст ВЖК, холестерину і фосфогліцеринів у крові.

4. Адреналін пригнічує секрецію інсуліну, підвищує секрецію глюкагону.

Катаболізм адреналіну протікає в гепатоцитах печінки під впливом ферментів моноамінооксидази (МАО) і катехол-0-метилтрансферази (КОМТ) з утворенням 80% вініліл-миндальної кислоти, 15% – метадреналіну, що виділяється нирками із сечею, лише 5% адреналіну виділяється із сечею незміненими.

Гормональні механізми реалізації стресу

Стан фізичного й емоційного стресів сприймають клітини ЦНС і посилають нервові імпульси в мозковий шар наднирників і в гіпоталамус. У мозковому шарі наднирників проходить секреція адреналіну, а в гіпоталамусі синтезується кортиколіберин (кортикотропін – релизинг-гормон), під впливом якого в гіпофізі виробляється адренокортикотропний гормон (АКТГ), що впливає на корковий шар наднирників. Тривале виділення адреналіну приводить до розростання коркового шару наднирників і значному збільшенню виділення кортикостероїдних гормонів. Отже, гормональні зміни метаболізму при стресі обумовлені виділенням великої кількості адреналіну і кортикостероїдних гормонів. Біохімічна картина при надлишку в організмі кортикостероїдів буде докладно викладена в наступній темі: «Стероїдні гормони та механізм їх дії на організм тварини».

Гормон підшлункової залози

Інсулін синтезується β-клітинами острівців Лангерганса-Соболєва підшлункової залози у відповідь на підвищення в крові концентрації глюкози, іонів кальцію, аргініну, лейцину і глутамінової кислоти під контролем гормонів – соматотропіну та соматостатину. За хімічною природою – білок, що має четвертинну структуру, складається з 4 субодиниць, кожна з який включає 51 залишок амінокислот. У кожній субодиниці є 2 поліпептидні ланцюги: ланцюг А, що містить 21 залишок амінокислот, і ланцюг В, що містить 30 залишків амінокислот. Поліпептидні ланцюги зв'язані двома дисульфідними містками. У крові присутній як вільний, так і зв'язаний з білками інсулін, що функціонує 20 хв.

Білок-рецептор для інсуліну являє собою глікопротеїн, що складається з 4 субодиниць.

Клітини-мішені для вільного інсуліну: гепатоцити печінки і клітини скелетних м'язів; для зв'язаного інсуліну – адипоцити жирової тканини. У нервовій тканині відсутні клітини мішені для інсуліну. Інсулін не проходить через гематоенцефалітний бар'єр.

Механізм дії інсуліну на клітині-мішені – мембранно-внутрішньо­клітинний, через ц-АМФ

Біологічна дія інсуліну

І. Вплив на обмін вуглеводів:

1. Прискорює транспорт глюкози в клітини, тому що:

а) утворює «канальці» з білками-рецепторами, якими глюкоза проникає в клітини;

б) активує через аденілатциклазу роботу натрій-калієвого насосу.

2. Активує гліколіз-дихотомічний розпад глюкози, тому що зростає активність глюкокінази, гексокінази, фосфофруктокінази, піруваткінази.

3. Активує цикл трикарбоновых кислот, тому що відновлює активність піруватдегідрогеназного (ПДК) і α-кетоглутаратдегідрогеназного (α-КГДК) комплексів.

4. Активує процес біосинтезу глікогену, тому що зростає активність гексокінази, глюкокінази, глікогенсинтази.

5. Активує пентозофосфатний шлях розпаду глюкози, тому що зростає активність глюкозо-6-фосфат- дегідрогенази.

6. Пригнічує розпад глікогену, тому що активація фосфодиестерази приводить до руйнування ц-АМФ та інактивації через ряд ферментів глікогенфосфорилази.

7. Пригнічує глюконеогенез, знижуючи активність трьох ферментів обхідних реакцій: піруваткарбоксилази, фосфоенолпіруваткарбоксикінази і фруктозо-1,6-ди(біс)фосфатази.

У результаті інсулін знижує рівень глюкози у крoві.

ІІ. Вплив на обмін ліпідів:

1. Активує біосинтез ВЖК, тому що зростає активність ацетил-КоА-карбоксилази, що веде до більш інтенсивного утворення малоніл-КоА.

2. Активує біосинтез ТАГ та ліпопротеїнів, тому що активація гліколізу приводить до утворення субстрату для біосинтезу ТАГ – фосфодиоксиацетону, з якого утвориться α-гліцерофосфат; іншим субстратом є ВЖК, біосинтез яких також активований інсуліном.

3. Пригнічує розпад ВЖК у процесі β-окисления, тому що малоніл-КоА, що інтенсивно утворюється, є негативним алостеричним модулятором регуляторного ферменту β-окисления – карнітин- ацил-трансферази 1.

4. Пригнічує розпад ТАГ, тому що, активуючи фосфодиестеразу, знижує кількість ц-АМФ і через ряд ферментів інгібує ТАГ-ліпазу.

5. Знижує біосинтез кетонових тіл (кетогенез) за рахунок активації ЦТК і зменшення кількості субстрату – ацетил-КоА, що витрачається в ЦТК.

У результаті вплив інсуліну на обмін ліпідів є анаболітичним.

ІІІ. Вплив на обмін білків:

1. Підвищує проникливість амінокислот у клітини тканин за рахунок утворення «канальців» з білками-рецепторами цитоплазматичної мембрани.

2. Підсилює біосинтез білків у клітинах тканин, тому що в клітинах збільшена кількість субстратів – амінокислот і енергії – АТФ.

3. Знижує концентрацію амінокислот у крові.

У результаті вплив інсуліну на обмін білків є анаболітичним.