Глава 11

ГОРМОНЫ. МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ

11.1. Общая характеристика

Для нормального функционирования животных и растительных клеток помимо обмена веществ и энергии необходима интеграция функций, осу­ществляемая, в частности, гормонами — веществами, способными контроли­ровать различные стороны клеточного метаболизма. Термин гормон (от греч. — возбуждать) был впервые предложен Э. Старлингом в 1905 г. применительно к секретину, образующемуся в клетках двенадцатиперстной кишки и воздейст­вующему на функции поджелудочной железы. В настоящее время открыто не­сколько десятков различных гормонов животного и растительного происхож­дения. Наука, изучающая действие гормонов на живые системы, называется эндокринологией. Это один из наиболее интересных разделов биохимии, так как, с одной стороны, он связан с регуляцией и интеграцией метаболизма, а с другой — изучает молекулярные механизмы различных эндокринных заболе­ваний. В последние годы широкое развитие получила токсоэндокринология в связи с выявлением действия токсикантов не только на эндокринную, но и на репродуктивную систему организма, что приводит к образованию рака молоч­ной железы и половых желез, а также различных генетических нарушений у потомства.

11.2. Гормоны животных и человека

Гормоны животных представляют собой вещества различной природы, которые синтезируются в специальных (эндокринных) железах, выделяются в межклеточную жидкость (кровь, лимфа) и переносятся к клеткам-мишеням. Последние зачастую находятся на значительном удалении от места синтеза гормонов. Вместе с тем существуют тканевые и нейрогормоны, которые, ми­нуя кровяной поток, воздействуют на клетки-мишени, расположенные в не­посредственной близости от места их синтеза. Эндокринные железы в основ­ном развиваются из эпителиальной ткани. Исключение составляют половые железы и секреторные клетки гипофиза. Гормонпродуцируюшие железы лока­лизованы в различных участках организма в условиях жесткой иерархии, обус­ловливающей контроль одних гормонов за синтезом других.

Образование и созревание гормонов. Эти процессы связаны с различны­ми внутриклеточными механизмами. Предшественниками гормонов могут быть стероиды, ароматические аминокислоты или белки. Некоторые гормоны синтезируются в активном состоянии, для других необходимо постсинтетиче­ское созревание. К первым относятся кортикостероиды, ко вторым — белко­вые гормоны, например инсулин, который синтезируется в виде белка-пред­шественника проинсулина, а затем превращается в активный инсулин. Про-гормоны после завершения их синтеза, как правило, локализуются в секретор­ных гранулах и по мере надобности ферментативным путем превращаются в активные гормоны. Активация гормонов возможна и в периферических тка­нях. Например, гормон щитовидной железы тироксин в печени превращается в более активный 3-иод-тиронин.

11.2.1. Клетки-мишени

Фактически все клетки животного организма являются мишенями для тех или иных гормонов. Истинная клетка-мишень — эта такая клетка, в которой при гормональном воздействии стимулируется специфическая биохимическая реакция клеточного метаболизма. Реализация эффекта зависит от концентра­ции гормона, взаимодействующего с клеткой, которая, в свою очередь, опре­деляется скоростью биосинтеза гормона, созревания и условиями ассоци­ации-диссоциации с белком-переносчиком в плазме крови.

Конечный биохимический эффект зависит также от синергизма или анта­гонизма гормональных воздействий на клетки-мишени. Так, адреналин — гормон мозгового слоя надпочечников и глюкагон — гормон поджелудочной железы обладают сходным биохимическим действием: активацией распада гликогена в печени. Примером антагонистического действия могут служить эстрогены и прогестерон — женские половые гормоны, причем эстрогены Усиливают сокращение матки, а прогестерон тормозит ее.

41-2.2. Рецепторы

Под рецептором следует понимать конкретные химические структуры клеток-мишеней, содержащие комплементарные участки связывания с гормо­ном. В результате этого взаимодействия инициируются последующие биохи-

111

мические реакции, приводящие к конечному биохимическому эффекту. Ре­цептор любого гормона является белком и имеет не менее двух структурно и функционально различных доменов. Функции рецепторов белковых гормонов заключаются в следующем: один из доменов рецептора связывает гормон, а другой генерирует сигнал применительно к соответствующему внутрикле­точному процессу. У стероидных же гормонов их рецепторы также содержат не менее двух доменов, причем один из них связывает гормон, а другой ассоци­ируется с определенным участком ДНК. Во многих клетках имеются резерв­ные рецепторы, не участвующие в индукции биологического ответа.

Число рецепторов в клетке не является постоянным и может изменяться в соответствии с метаболическими потребностями клетки. Синтез рецепто­ров и их сродство (аффинность) к соответствующему гормону регулируются на уровне генома, а также на стадиях созревания и транспорта белка-рецеп­тора.