69. Понятие о нейро-эндокринной регуляции метаболизма. Взаимоотношение нервной и эндокринной систем организма. Гормоны, их химическая природа. Механизм передачи гормонального сигнала на клетки-мишени и причины изменения метаболизма в них. Явление гипо- и гиперфункции эндокринных желез. Основные пути катаболизма гормонов. Возрастная характеристика синтеза гормонов.
Гормоны – органические биологические вещества, вырабатываемые в эндокринных железах или отдельных клетках, транспортируемые кровью и оказывающие регуляторное действие на обменные процессы и физиологические функции.
Гормоны являются первичными посредниками между центральной нервной системой и тканевыми процессами. К эндокринным железам относятся гипоталамус, гипофиз, эпифиз, тимус, щитовидная железа, паращитовидная железа, поджелудочная железа, надпочечники, половые железы и диффузная нейроэндокринная система. Единый принцип номенклатуры гормонов отсутствует. Их называют по месту образования (инсулин от insula-островок), по физиологическому эффекту (вазопрессин), гормоны передней доли гипофиза имеют окончание – тропин, окончание – либерин и – статин указывает на гипоталамические гормоны.
По химической природе гормоны делят на 3 группы.
Белково-пептидные гормоны.
Простые белки (например, соматотропин, инсулин);
Пептиды (например, кортикотропин, меланотропин, кальцитонин);
Сложные белки (чаще гликопротеиды – тиреотропин, гонадотропин).
Гормоны - производные отдельных аминокислот (например, тироксин, адреналин).
Стероидные гормоны (производные холестерина – кортикостероиды, андрогены, эстрогены).
Химическая природа гормонов определяет особенности их метаболизма.
Общие сведения об обмене гормонов
С
интез
гормонов. Гормоны
белковой природы синтезируются по
принципам трансляции. Гормоны - производные
аминокислот синтезируются путём
химической модификации аминокислот.
Стероидные гормоны образуются путём
химической модификации холестерина.
Некоторые гормоны синтезируются в
активной форме
(адреналин),
другие синтезируются в виде неактивных
предшественников (препроинсулин).
Некоторые гормоны могут активироваться
за пределами эндокринной железы.
Например, тестостерон в предстательной
железе переходит в более активный
дигидротестостерон. Синтез большинства
гормонов регулируется по принципу
обратной связи (авторегуляция)
Под действием импульсов ЦНС в гипоталамусе синтезируется либерины (кортиколиберин, тиреолиберин, соматолиберин, пролактолиберин, гонадолиберин), которые активируют функцию передней доли гипофиза, и статины, тормозящие функцию передней доли гипофиза (соматостатин, пролактостатин, меланостатин). Либерины и статины регулируют выработку тропных гормонов передней доли гипофиза. Тропины передней доли гипофиза, в свою очередь, активируют функцию периферических эндокринных желез, которые вырабатывают соответствующие гормоны. Высокая концентрация гормонов тормозит либо выработку тропных гормонов, либо выработку либеринов (отрицательная обратная связь).
При нарушении регуляции синтеза гормонов может возникать либо гиперфункция, либо гипофункция.
Транспорт гормонов. Водорастворимые гормоны (белково-пептидные гормоны, гормоны - производные аминокислот (исключая тироксин)) транспортируются свободно в виде водных растворов. Водонерастворимые (тироксин, стероидные гормоны) транспортируются в комплексе с транспортными белками. Например, кортикостероиды транспортируются белком транскортином, тироксин - тироксинсвязывающим белком. Белковосвязанные формы гормона расцениваются как определённое депо гормонов. Концентрация гормонов в плазме крови очень мала, находится в диапазоне 10-15-10-19 моль.
Циркулирующие в крови гормоны оказывают эффект на определённые ткани – мишени, в которых имеются рецепторы к соответствующим гормонам. Рецепторы чаще всего являются олигомерными гликопротеидами или липопротеидами. Рецепторы к различным гормонам могут располагаться или на поверхности клеток, или внутри клеток. Количество рецепторов, их активность может изменяться под действием различных факторов.
Катаболизм гормонов.
Гормоны белковой природы распадаются до аминокислот, аммиака, мочевины. Гормоны - производные аминокислот инактивируются различными способами – дезаминирование, отщепление йода, окисление, разрыв кольца. Стероидные гормоны инактивируются путём окислительно-восстановительных превращений без разрыва стероидного кольца, путём реакции конъюгирования с серной кислотой и глюкуроновой кислотой.
Механизмы действия гормонов
Различают несколько механизмов реализации гормонального сигнала для водорастворимых и водонерастворимых гормонов.
Все гормоны оказывают три конечных эффекта:
изменение количества белков и ферментов за счёт изменения скорости их синтеза;
изменение активности имеющихся в клетки ферментов;
изменение проницаемости клеточных мембран.
Ц
итозольный
механизм действия гидрофобных
(липофильных) гормонов
Липофильные гормоны способны проникать в клетку через клеточную мембрану, поэтому рецепторы для них располагаются внутриклеточно в цитозоле, на митохондриях, на поверхности ядра. Рецепторы гормонов чаще всего включают 2 домена: для связывания с гормоном и для связывания с ДНК. Рецептор при взаимодействии с гормоном изменяет свою структуру, освобождается от шаперонов, в результате чего гормон - рецепторный комплекс приобретает способность проникать внутрь ядра и взаимодействовать с определёнными участками ДНК. Это, в свою очередь, ведёт к изменению скорости транскрипции (синтез РНК), а вследствие этого меняется и скорость трансляции (синтез белка).
10.3.2. Мембранный механизм действия водорастворимых гормонов
Водорастворимые гормоны не способны проникать через цитоплазматическую мембрану. Рецепторы для данной группы гормонов располагаются на поверхности клеточной мембраны. Поскольку гормоны не проходят внутрь клеток, между ними и внутриклеточными процессами необходим вторичный посредник, который передаёт гормональный сигнал внутрь клетки. В качестве вторичных посредников могут служить инозитолсодержащие фосфолипиды, ионы кальция, циклические нуклеотиды.
Циклические нуклеотиды - цАМФ, цГМФ - вторичные посредники
Гормон взаимодействует с рецептором и образует гормон - рецепторный комплекс, в котором меняется конформация рецептора. Это, в свою очередь, изменяет конформацию мембранного ГТФ - зависимого белка (G-белка) и ведёт к активации мембранного фермента аденилатциклазы, который переводит АТФ в цАМФ.
Внутриклеточный циклический АМФ служит вторичным посредником. Он активирует внутриклеточные ферменты протеинкиназы, которые катализируют фосфорилирование различных внутриклеточных белков (ферментов, мембранных белков), что приводит к реализации конечного эффекта гормона. Эффект гормона «выключается» под действием фермента фосфодиэстеразы, разрушающей цАМФ, и ферментов фосфатаз, дефосфорилирующих белки.
.
Ионы кальция - вторичные посредники
Взаимодействие гормона с рецептором повышает проницаемость кальциевых каналов клеточной мембраны, и внеклеточный кальций поступает в цитозоль. В клетках ионы Са2+ взаимодействуют с регуляторным белком кальмодулином. Комплекс кальций-кальмодулин активирует кальцийзависимые протеинкиназы, которые активируют фосфолирирование различных белков и приводят к конечным эффектам.
Инозитолсодержащие фосфолипиды - вторичные посредники.
Образование гормон-рецепторного комплекса активирует в клеточной мембране фосфолипазу «С», которая расщепляет фосфатидилинозит на вторичные посредники диацилглицерин (ДАГ) и инозитол-трифосфат (ИФ3). ИФ3 активирует выход Са2+ из внутриклеточных депо в цитозоль. Ионы кальция взаимодействуют с кальмодулином, что активирует протеинкиназы и последующее фосфолирирование белков, сопровождающееся конечными эффектами гормона. ДАГ активирует протеинкиназу «С», которая фосфорилирует сериновые или треониновые специфические белки – мишени, в результате чего может меняться проницаемость мембран, в ряде случаев через систему посредников происходит экспрессия генов.
70. Гормоны гипофиза. Связь функции гипофиза с гипоталамусом: роль либеринов, статинов, тропных гормонов.
Гормоны гипофиза
Гормонами передней доли гипофиза являются соматотропин, пролактин (простые белки), тиреотропин, фоллиторопин, лютропин (гликопротеиды), кортикотропин, липотропин (пептиды).
Соматотропин – белок, включающий около 200 аминокислот. Он обладает выраженным анаболическим действием, активирует глюконеогенез, синтез нуклеиновых кислот, белков, в частности, коллагена, синтез гликозаминогликанов. Соматотропин вызывает гипергликемический эффект, усиливает липолиз.
Гипофункция у детей ведёт к гипофизарной карликовости (нанизм). Гиперфункция у детей сопровождается гигантизмом, а у взрослых - акромегалиёй.
Пролактин - гормон белковой природы. Его продукция активируется в период лактации. Пролактин стимулирует: маммогенез, лактопоэз, эритропоэз.
Фоллитропин – гликопротеид, определяет цикличность созревания фолликулов, выработку эстрогенов у женщин. В мужском организме он стимулирует сперматогенез.
Лютропин – гликопротеид, в женском организме способствует формированию желтого тела и выработке прогестерона, в мужском организме стимулирует сперматогенез и продукцию андрогенов.
Тиреотропин – гликопротеид, стимулирует развитие щитовидной железы, активирует синтез белков, ферментов.
Кортикотропин – пептид, включающий 39 аминокислот, активирует созревание надпочечников и выработку кортикостероидов из холестерина. Гиперфункция - синдром Иценко-Кушинга, проявляется гипергликемией, гипертензией, остеопорозом, перераспределением жиров с накоплением их на лице и груди.
Липотропин включает в свой состав около 100 аминокислот, стимулирует распад жиров, служит источником эндорфинов. Гиперфункция сопровождается гипофизарной кахексией, гипофункция - гипофизарным ожирением.
К
гормонам средней
доли гипофиза
относится меланотропин
(меланоцитостимулирующий гормон). Он
является пептидом, стимулирует
формирование меланоцитов и синтез в
них меланинов, которые обладают
фотопротекторным действием и являются
антиоксидантами.
К гормонам задней доли гипофиза относятся вазопрессин (антидиуретический гормон) и окситоцин. Данные гормоны являются нейросекретами, они синтезируются в гипоталамических ядрах, а затем перемещаются в заднюю долю гипофиза. Оба гормона состоят из девяти аминокислот.
Вазопрессин регулирует водный обмен, усиливает в почках синтез белка аквапорина и реабсорбцию воды в почечных канальцах. Вазопрессин суживает сосуды и повышает артериальное давление. Недостаток гормона приводит к заболеванию несахарный диабет, проявляющийся резким увеличением диуреза.
Окситоцин стимулирует сокращение мускулатуры матки, сокращает гладкую мускулатуру молочных желез, усиливает отделения молока. Окситоцин активирует синтез липидов.
Под действием импульсов ЦНС в гипоталамусе синтезируется либерины (кортиколиберин, тиреолиберин, соматолиберин, пролактолиберин, гонадолиберин), которые активируют функцию передней доли гипофиза, и статины, тормозящие функцию передней доли гипофиза (соматостатин, пролактостатин, меланостатин). Либерины и статины регулируют выработку тропных гормонов передней доли гипофиза. Тропины передней доли гипофиза, в свою очередь, активируют функцию периферических эндокринных желез, которые вырабатывают соответствующие гормоны. Высокая концентрация гормонов тормозит либо выработку тропных гормонов, либо выработку либеринов (отрицательная обратная связь).
При нарушении регуляции синтеза гормонов может возникать либо гиперфункция, либо гипофункция.