4.4.3. Химические превращения гормонов
При выполнении гормоном своей специфической функции с ним могут происходить различные превращения. После поступления в периферические органы гормоны, находящиеся в соединении с белками, как правило, отщепляются от белкового компонента и в свободном виде осуществляют свое воздействие на ткани и органы. В дальнейшем может происходить как разрушение гормонов, так и превращение их в другие биологически активные вещества, нередко даже более активные, чем исходный гормон. Так, тироксин – гормон щитовидной железы – в тканях может превращаться в трииодтиронин – еще более активный гормон щитовидной железы. Андрогены – мужские половые гормоны, попадая в гипоталамус могут превращаться там в эстрогены – женские половые гормоны.
Наряду с такими превращениями может происходить и катаболизм гормонов, их разрушение. При этом небольшая часть продуктов превращений гормонов может восстанавливаться в исходные гормоны. Большая же часть подвергается необратимому распаду. Основные катаболические превращения большинства гормонов происходят в печени. Как правило, эти превращения начинаются с реакции дезаминирования. В печени продукты катаболизма гормонов и некоторые гормоны взаимодействуют с глюкуроновой и серной кислотами. Для образующихся продуктов характерна хорошая растворимость в воде, что облегчает их выделение через почки. Некоторое количество отдельных гормонов (в первую очередь, производных холестерола) и продуктов их катаболизма в печени включаются в состав желчи и выводятся по желчным протокам в полость кишечника и затем устраняются из организма.
Большая часть гормонов исчезает из крови вскоре после того, как они были секретированы. Это связано с относительно небольшим периодом их полураспада – временем, в течение которого разрушается половина образовавшегося количества гормона. Для большинства гормонов длительность периода полураспада колеблется от нескольких минут до 2 часов. Исключение составляют тиреоидные гормоны (гормоны щитовидной железы), период полураспада у которых значительно больше.
Характерной особенностью гормональной системы является необходимость практически постоянного синтеза и секреции гормонов.
4.4.4. Механизм действия гормонов
Гормональные влияния на обменные процессы реализуются через избирательные воздействие гормонов на активность ферментов, на проницаемость клеточных оболочек, на генетический аппарат клеток. Это последнее приводит, в частности, к усилению синтеза белков, в первую очередь, белков-ферментов. Усиление активности ферментов приводит к ускорению протекания химических процессов, катализируемых этими ферментами, и к усилению деятельности различных органов и тканей. Это воздействие, как и влияние на проницаемость клеточных мембран, осуществляется достаточно быстро и его можно отнести к механизмам «срочной» регуляции обмена веществ.
Воздействие гормона начинается с его фиксации в воспринимающих клетках, так называемых, клетках-мишенях. При этом гормон взаимодействует с определенными компонентами клетки. Это взаимодействие называется рецепцией гормона, а взаимодействующие с гормоном клеточные компоненты – рецепторами. Рецепторы обладают специфичностью. Они могут взаимодействовать не со всеми, а только с конкретными (конкретным) гормонами (гормоном). Таким образом, способность клетки «узнавать» гормон и взаимодействовать с ним заложена в ее биохимический организации.
Местоположение рецептора в клетке-мишени может различаться. Так, действие стероидных гормонов начинается с их комплексирования со специфическим рецептором-белком, локализующимся в цитоплазме клетки-мишени. Комплекс белок-гормон поступает затем в ядро клетки, где присоединяется к хроматину и воздействует на геном. В результате этих воздействий изменяется скорость биосинтеза различных видов информационной РНК (и-РНК) и, как следствие этого, скорость синтеза определенных белков.
Рецепторы белково-пептидных гормонов расположены на поверхности клетки-мишени – в цитоплазматической мембране. Взаимодействие белково-пептидного гормона с рецептором служит сигналом для начала серии химических реакций, обеспечивающих реализацию гормональных влияний. Вначале происходит активация фермента аденилциклазы, необходимого для образования циклической формы АМФ (цАМФ).
аденилатциклаза
АТФ → цАМФ + 2Н3РО4
Аденилатциклаза локализуется в клеточной мембране и поэтому данные гормональные воздействия разворачиваются достаточно быстро.
цАМФ изменяет активность ряда зависимых от нее внутриклеточных ферментов и таким образом регулирует (изменяет скорость) многих биохимических процессов. цАМФ является одним из важнейших внутриклеточных регуляторов обменных процессов. Механизм действия цАМФ заключается в следующем. Вначале цАМФ взаимодействует с неактивной формой фермента протеинкиназы, состоящей из рецепторной (R) и каталитической (С) единиц. Отделившаяся в результате этой реакции каталитическая часть протеинкиназы фосфорилирует определенный фермент, переводя его из неактивной формы в активную.
Активная форма фермента ускоряет протекание находящегося под её контролем звена обменных процессов. Схема регулирующего влияния гормонов на обменные процессы через образование цАМФ представлена на рис.28.
Рис. 28. Участие цАМФ в механизме передачи гормонального влияния на обмен веществ и функции клетки
Особенно важную роль играет активация цАМФ-зависимых протеинкиназ рибосом, через которые осуществляется регуляция белково-пептидными гормонами биосинтеза белка. цАМФ-зависимые протеинкиназы, влияющие на скорость синтеза белка, имеются и в ядрах клеток-мишеней.
Следует иметь в виду, что воздействие некоторых гормонов вызывает не активирование, а угнетение аденилатциклазы и, следовательно, угнетение синтеза белков и скорости протекания различных биохимических процессов.
Одна и та же клетка может иметь рецепторы для нескольких различных гормонов, в результате чего конечные биологические эффекты являются результирующей многих гормональных влияний.
Кроме уже указанных влияний, гормоны могут оказывать на обменные процессы и другие разнообразные воздействия. Так, они могут изменять проницаемость цитоплазматических мембран и мембран субклеточных структур. Примером может служить повышение проницаемости мембран мышечной и жировой ткани к глюкозе под влиянием инсулина, повышение проницаемости мембран клеток к аминокислотам под воздействием соматостатина, секретируемого Y-клетками поджелудочной железы. Гормоны коры надпочечников, напротив, стабилизируют мембраны, уменьшая их проницаемость.