Глава 3. Биосинтез и секреция гормонов

ДЖ. Ф. ХЭБИНЕР (J. F. HABENER)

За прошедшие несколько десятилетий эндокринологи и специали­сты в области клеточной биологии получили массу сведений о процессах, касающихся синтеза гормонов. Накопление этой новой информации было обязано сочетанию ряда факторов: 1 — приме­нению радиоактивных изотопов для метки предшественников и промежуточных продуктов, образующихся в ходе различных пу­тей биосинтеза; 2 — разработке более тонких и чувствительных методик анализа клеточных компонентов и 3 — усовершенство­ванию клеточных и бесклеточных систем, на которых проводят исследования биосинтеза в условиях in vitro. Помимо этого, не­прерывное повышение разрешающей силы трансмиссионного элек­тронного микроскопа в сочетании с разработкой чувствительных иммунохимических, цитохимических и авторадиографических ме­тодик выявления субклеточной локализации гормонов и вновь синтезируемых белков позволило получить сведения о точном мес­тоположении синтетических реакций в клетке.

В этой главе рассматривается биосинтез гормонов пяти раз­личных классов: полипептидных и белковых, тиреоидных, кате­холаминов, стероидных гормонов надпочечников и стероидных гормонов — производных витамина D. В каждом разделе главы конкретно рассматривается один из этих классов гормонов и осве­щаются химическая структура гормонов и их интермедиатов, био­химические реакции, протекающие на каждом этапе биосинтеза, субклеточные органеллы, в которых протекают эти реакции и, где возможно, биохимические механизмы регуляции продукции и секреции гормонов.

Не претендуя на всеобъемлющий охват проблемы биосинтеза; и секреции гормонов, мы рассмотрим некоторые стороны путей биосинтеза различных гормонов с указанием на их сходства в различия в отдельных случаях. Не будут даже упомянуты про­цессы, которые должны встречаться в биосинтезе столь важного класса гормонально-активных соединений, каким являются гипо­таламические рилизинг-факторы, поскольку до сих пор об этих процессах ничего не известно. Другим классом соединений, не рас­сматриваемым в этой главе, являются простагландины. Они обла­дают важными функциями в качестве местных гуморальных трансмиттеров и подробно анализируются в других обзорах.

Можно лишь удивляться, если не поражаться, столь очевид­ному разнообразию веществ, выполняющих функции гормонов. Сложность этих веществ колеблется от белковых структур до бо­лее простых производных аминокислот. Каждая группа гормонов должна была развиваться независимо от другой, хотя все они действуют вместе, интегрируя необходимые для жизни физиологи­ческие функции. При чтении этой главы следует обратить вни­мание на то, что наше понимание, по крайней мере в описатель­ном смысле, химических структур и реакций, участвующих в. образовании гормонов, достаточно полно. Точно так же иденти­фицировано большинство субклеточных структур, в которых про­текают многие из гормональных реакций. Однако, переходя к клеточным механизмам, принимающим участие в продукции в секреции гормонов и ответственным за регуляцию этих процес­сов, мы попадаем в область неизвестного. В настоящее время ведутся интенсивные исследования, направленные на выяснение-молекулярной и клеточной основы регуляции биосинтеза гормо­нов, в надежде на то, что наше невежество в этой области сме­нится, наконец, пониманием предмета.

БЕЛКОВЫЕ ГОРМОНЫ

Эндокринологи, изучающие биологические функции белковых ж меньших по размеру полипептидных гормонов (менее 100 амино­кислотных остатков в цепи), все более интересуются деталями биосинтеза белков, стремясь понять, каким образом регуляция продукции в клетке секретируемого белкового гормона связана с его функцией. Данные исследований синтеза белковых гормонов и других секретируемых белков, полученные за последние нес­колько лет, показали, что этот процесс включает синтез пред­шественников, превосходящих размерами окончательные секретируемые молекулы и превращающихся в конечные клеточные продукты путем расщепления в ходе транслокации, протекающей в специализированных субклеточных органеллах секреторных кле­ток. Прежде чем более подробно описывать этапы биосинтеза по­липептидных гормонов, целесообразно рассмотреть различные эта­пы биосинтеза белка вообще.

Рис. 3—1 Схема синтеза белка, демонстрирующая этапы переноса генети­ческой информации от ДНК к РНК и белку. Схема специально предусмат­ривает путь биосинтеза секретируемых белков, посттрансляционная моди­фикация которых происходит в месте их синтеза в шероховатом эндоплаз­матическом ретикулуме (ШЭР) (Habener, Potts [4]).