 |
Определение понятия “гормоны” и их классификация по химической природе.
|
|
|
|
Занятие 29 (15 – 20 апреля 2013 г.)
Тема: "МЕХАНИЗМ ПЕРЕДАЧИ ГОРМОНАЛЬНОГО СИГНАЛА В КЛЕТКУ".
1. Определение понятия "гормоны", классификация и общие биологические признаки гормонов.
2. Механизмы действия дистантных и проникающих в клетку гормонов (мембранный, мембранно-внутриклеточный, цитозольный).
3. Посредники действия гормонов на обмен веществ - циклические нуклеотиды (цАМФ, цГМФ), ионы Са 2+ , инозитолтрифосфат, рецепторные белки цитозоля. Реакции синтеза и распада цАМФ.
Ссылки по теме:
1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. Глава 8. Гормоны.
Общее понятие о гормонах http://www.xumuk.ru/biologhim/106.html
Номенклатура и классификация гормонов http://www.xumuk.ru/biologhim/107.html
Молекулярные механизмы передачи гормонального сигнала http://www.xumuk.ru/biologhim/132.html
Аденилатциклазная мессенджерная система http://www.xumuk.ru/biologhim/133.html
Гуанилатциклазная мессенджерная система http://www.xumuk.ru/biologhim/134.html
Ca2+ - мессенджерная система http://www.xumuk.ru/biologhim/135.html
Гормоны поджелудочной железы http://www.xumuk.ru/biologhim/120.html
Инсулин http://www.xumuk.ru/biologhim/121.html
Глюкагон http://www.xumuk.ru/biologhim/122.html
Гормоны надпочечников http://www.xumuk.ru/biologhim/123.html
Гормоны мозгового вещества надпочечников http://www.xumuk.ru/biologhim/124.html
Определение понятия “гормоны” и их классификация по химической природе.
Выучите определение понятия: гормоны – биологически активные соединения, выделяемые железами внутренней секреции в кровь или лимфу и оказывающие влияние на метаболизм клетки.
Запомните основные особенности действия гормонов на органы и ткани:
- гормоны синтезируются и выделяются в кровь специализированными эндокринными клетками;
- гормоны обладают высокой биологической активностью - физиологическое действие проявляется при концентрации их в крови порядка 10 -6 - 10 -12 моль/л;
- каждый гормон характеризуется присущей только ему структурой, местом синтеза и функцией; дефицит одного гормона не может быть восполнен другими веществами;
- гормоны, как правило, влияют на отдалённые от места их синтеза органы и ткани.
Гормоны осуществляют своё биологическое действие, образуя комплекс со специфическими молекулами – рецепторами. Клетки, содержащие рецепторы к определённому гормону, называются клетками-мишенями для этого гормона. Большинство гормонов взаимодействуют с рецепторами, расположенными на плазматической мембране клеток-мишеней; другие гормоны взаимодействуют с рецепторами, локализованными в цитоплазме и ядре клеток-мишеней. Имейте в виду, что дефицит как гормонов, так и их рецепторов может приводить к развитию заболеваний.
|
|
|
Некоторые гормоны могут синтезироваться эндокринными клетками в виде неактивных предшественников – прогормонов. Прогормоны могут запасаться в большом количестве в специальных секреторных гранулах и быстро активироваться в ответ на соответствующий сигнал.
Классификация гормонов основана на их химическом строении. Различные химические группы гормонов приведены в таблице 1.
| Таблица 1.Химическая природа гормонов | ||
| Класс химических веществ | Гормон или группа гормонов | Основное место синтеза |
| Белки и пептиды | Либерины Статины | Гипоталамус |
| Вазопрессин Окситоцин | Гипоталамус* | |
| Тропные гормоны | Передняя доля гипофиза (аденогипофиз) | |
| Инсулин Глюкагон | Поджелудочная железа (островки Лангерганса) | |
| Паратгормон | Паращитовидные железы | |
| Кальцитонин | Щитовидная железа | |
| Производные аминокислот | Иодтиронины (тироксин, трииодтиронин) | Щитовидная железа |
| Катехоламины (адреналин, норадреналин) | Мозговой слой надпочечников, симпатическая нервная система | |
| Стероиды | Глюкокортикоиды (кортизол) | Кора надпочечников |
| Минералокортикоиды (альдостерон) | Кора надпочечников | |
| Андрогены (тестостерон) | Семенники | |
| Эстрогены (эстрадиол) | Яичники | |
| Прогестины (прогестерон) | Яичники |
* Местом секреции этих гормонов является задняя доля гипофиза (нейрогипофиз).
|
|
|
Следует иметь в виду, что кроме истинных гормонов выделяют также гормоны местного действия. Эти вещества синтезируются, как правило, неспециализированными клетками и оказывают свой эффект в непосредственной близости от места выработки (не переносятся током крови к другим органам). Примерами гормонов местного действия являются простагландины, кинины, гистамин, серотонин.
29.2. Иерархия регуляторных систем в организме.
Запомните, что в организме существует несколько уровней регуляции гомеостаза, которые тесно взаимосвязаны и функционируют как единая система (см. рисунок 1).
Рисунок 1. Иерархия регуляторных систем организма (пояснения в тексте).
1. Сигналы из внешней и внутренней среды поступают в центральную нервную систему (высший уровень регуляции, осуществляет контроль в пределах целого организма). Эти сигналы трансформируются в нервные импульсы, попадающие на нейросекреторные клетки гипоталамуса. В гипоталамусе образуются:
1. либерины (или рилизинг-факторы), стимулирующие секрецию гормонов гипофиза;
2. статины – вещества, угнетающие секрецию этих гормонов.
Либерины и статины по системе портальных капилляров достигают гипофиза, где вырабатываются тропные гормоны. Тропные гормоны действуют на периферические ткани-мишени и стимулируют(знак “+”) образование и секрецию гормонов периферических эндокринных желёз. Гормоны периферических желёз угнетают (знак “–”) образование тропных гормонов, действуя на клетки гипофиза или нейросекреторные клетки гипоталамуса. Кроме того, гормоны, действуя на обмен веществ в тканях, вызывают изменения содержания метаболитов в крови, а те, в свою очередь, влияют (по механизму обратной связи) на секрецию гормонов в периферических железах (или непосредственно, или через гипофиз и гипоталамус).
2. Гипоталамус, гипофиз и периферические железы образуют средний уровень регуляции гомеостаза, обеспечивающий контроль нескольких метаболических путей в пределах одного органа, или ткани, или разных органов.
|
|
|
Гормоны эндокринных желёз могут влиять на обмен веществ:
- путём изменения количества ферментного белка;
- путём химической модификации ферментного белка с изменением его активности, а также
- путём изменения скорости транспорта веществ через биологические мембраны.
3. Внутриклеточные механизмы регуляции представляют собой низший уровень регуляции. Сигналами для изменения состояния клетки служат вещества, образующиеся в самих клетках или поступающие в неё.
29.3. Механизмы действия гормонов.
Обратите внимание, что механизм действия гормонов зависит от его химической природы и свойств – растворимости в воде или жирах. По механизму действия гормоны могут быть разделены на две группы: прямого и дистантного действия.
1. Гормоны прямого действия. К этой группе относятся липофильные (растворимые в жирах) гормоны – стероиды и йодтиронины. Эти вещества мало растворимы в воде и поэтому образуют в крови комплексные соединения с белками плазмы. К этим белкам относятся как специфические транспортные протеины (например, транскортин, связывающий гормоны коры надпочечников), так и неспецифические (альбумины).
Гормоны прямого действия в силу своей липофильности способны диффундировать через двойной липидный слой мембран клеток-мишеней. Рецепторы к этим гормонам находятся в цитозоле. Образующийся комплекс гормона с рецептором перемещается в ядро клетки, где связывается с хроматином и воздействует на ДНК. В результате изменяется скорость синтеза РНК на матрице ДНК (транскрипция) и скорость образования специфических ферментативных белков на матрице РНК (трансляция). Это приводит к изменению количества ферментативных белков в клетках-мишенях и изменению в них направленности химических реакций (см. рисунок 2).
Рисунок 2. Механизм влияния на клетку гормонов прямого действия.
Как вам уже известно, регуляция синтеза белка может осуществляться при помощи механизмов индукции и репрессии.
|
|
|
Индукция синтеза белка происходит в результате стимуляции синтеза соответствующей матричной РНК. При этом возрастает концентрация определённого белка-фермента в клетке и увеличивается скорость катализируемых им химических реакций.
Репрессия синтеза белка происходит путём подавления синтеза соответствующей матричной РНК. В результате репрессии избирательно снижается концентрация определённого белка-фермента в клетке и уменьшается скорость катализируемых им химических реакций. Имейте в виду, что один и тот же гормон может вызывать индукцию синтеза одних белков и репрессию синтеза других белков. Эффект гормонов прямого действия обычно проявляется только спустя 2 - 3 часа после проникновения в клетку.
2. Гормоны дистантного действия. К гормонам дистантного действия относятся гидрофильные (растворимые в воде) гормоны – катехоламины и гормоны белково-пептидной природы. Так как эти вещества не растворимы в липидах, они не могут проникать через клеточные мембраны. Рецепторы для этих гормонов расположены на наружной поверхности плазматической мембраны клеток-мишеней. Гормоны дистантного действия реализуют своё действие на клетку при помощи вторичного посредника, в качестве которого чаще всего выступает циклический АМФ (цАМФ).
Циклический АМФ синтезируется из АТФ под действием аденилатциклазы:
Механизм дистантного действия гормонов показан на рисунке 3.
Рисунок 3. Механизм влияния на клетку гормонов дистантного действия.
Взаимодействие гормона с его специфическим рецептором приводит к активации G -белка клеточной мембраны. G-белок связывает ГТФ и активирует аденилатциклазу.
Активная аденилатциклаза превращает АТФ в цАМФ, цАМФ активирует протеинкиназу.
Неактивная протеинкиназа представляет собой тетрамер, который состоит из двух регуляторных (R) и двух каталитических (C) субъединиц. В результате взаимодействия с цАМФ происходит диссоциация тетрамера и освобождается активный центр фермента.
Протеинкиназа фосфорилирует белки-ферменты за счёт АТФ, либо активируя их, либо инактивируя. В результате этого изменяется (в одних случаях – увеличивается, в других – уменьшается) скорость химических реакций в клетках-мишенях.
Инактивация цАМФ происходит при участии фермента фосфодиэстеразы:
|
|
|
