Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Субклеточная морфология клеток, секретирующих белковые гормоны




В значительной мере благодаря работам Palade и сотр. [3] было получено много сведений относительно морфологии путей ис­пользуемых клеткой,. синтезирующей белки на экспорт. Некоторые субклеточные морфологические особенности свойственны раз­личным белоксекретирующим клеткам. Такие клетки содержат множество окруженных мембранами органелл: эндоплазматиче­ский ретикулум, пластинчатые комплексы (аппараты Гольджи) и варьирующее число секреторных гранул (рис. 3—2, 3—3). Бел­ки, предназначенные для секреции, попадают в эти субклеточные органеллы и транспортируются в них.

 

 

Рис. 3—3. Схема субклеточного транспорта и секреторного пути в белоксекретирующей клетке.

I — синтез белка на полирибосомах, прикрепленных к эндоплазматическому рети­кулуму, и направленный выход через мембрану в цистернальное пространство: II— образование челночных пузырьков (переходные элементы) из эндоплазматического ретикулума, сменяемое их транспортом и включением в пластинчатый комплекс (ПК); III — образование секреторных гранул в ПК; IV — транспорт секреторных гранул к плазматической мембране, слияние с плазматической мембраной и экзопигоз, приводящий к выделению содержимого гранул во внеклеточное пространство. Можно видеть, что секреция способна осуществляться путем транспорта секретор­ных пузырьков, а также незрелых и зрелых гранул. Некоторые гранулы захватываются лизосомами и разрушаются (кринофагия). ШЭР — шероховатый эндоплазмати­ческий ретикулум; ГЭР — гладкий эндоплазматический ретикулум.

 

Секретируемые белки синтезируются на шероховатом эндо­плазматическом ретикулуме (ШЭР), состоящем из полирибосом, прикрепленных к сложно устроенным мембранным мешочкам, со­держащим цистерны. Вновь синтезированные белки быстро по­лучают доступ в цистерны за счет транспорта через двойной слой липидов мембраны. По цистернам эндоплазматического ретикулу­ма белки транспортируются в пластинчатый комплекс либо путем прямого переноса через цистерны, которые продолжаются в мемб­ранные каналы пластинчатого комплекса, либо с помощью совер­шающих челночные движения пузырьков, называемых переходными элементами (см. рис. 3—3). Разные секреторные клет­ки, по-видимому, преимущественно используют тот или другой механизм транспорта белка из ШЭР в пластинчатый комплекс. В комплексе происходит упаковка белков в секреторные пузырь­ки и/или секреторные гранулы. Окруженные мембраной секре­торные пузырьки отпочковываются от пластинчатого комплекса в виде незрелых гранул, подвергающихся по мере уплотнения бел­кового содержимого созреванию. Высвобождение белка во вне­клеточное пространство происходит путем миграции секреторных гранул на периферию клетки и слияния мембраны, покрывающей гранулы, с плазматической мембраной (экзоцитоз), что и приво­дит к выходу белков из клетки.

Хотя это окончательно и не доказано, но некоторые биологи считают, что секреция белковых гормонов может происходить также путем внутриклеточного транспорта и высвобождения бел­ков, содержащихся в секреторных пузырьках и незрелых секре­торных гранулах (см. рис. 3—3) [3L Если такие альтернативные-пути секреции действительно существуют в дополнение к меха­низму образования и экзоцитоза зрелых гранул, то возникает возможность того, что разные внеклеточные стимулирующие фак­торы отличаются друг от друга своей сравнительной эффектив­ностью в отношении модуляции секреции гормона тем или иным путем. Например, можно было бы предположить, что секреция инсулина, вызываемая глюкозой, с одной стороны, и кальцием или b-адренергическими агонистами — с другой, осуществляется различными секреторными путями, или что часть секреции паратиреоидного гормона, не подавляемая повышенным уровнем вне­клеточного кальция, высвобождается путем, морфологически от­личающимся от кальцийчувствительного пути.

ПУТЬ БИОСИНТЕЗА

Значительный интерес вызвало открытие синтеза белковых и по­липептидных гормонов в виде более крупных предшественников, которые затем путем расщепления модифицируются в более мел­кие (рис. 3—4) [4]. На самом деле белковые и полипептидные гормоны составляют только один из многих классов белков, син­тезируемых как предшественники. В качестве примеров белков. различных классов могут служить сывороточный альбумин, про­теины яичного белка, антитела, коллаген, ферменты поджелудоч­ной железы, вирусные и связанные с мембранами белки. Усилия исследователей в настоящее время сфокусированы на выяснении физиологической роли биосинтетических предшественников на пути образования гормонов, а также общего значения предшест­венников секретируемых белков.

Одна из вероятных функций последовательности предшествен­ников видна на примере инсулина. С-пептид проинсулина — со­единительный пептид, связывающий А- и В-цепи инсулина — принимает участие, по-видимому, в правильной сборке цепей, создавая возможность эффективного образования дисульфидных свя­зей. Такая стабилизирующая функция должна иметь место толь­ко применительно к ограниченному числу секретируемых белков, таких, как инсулин, поскольку многие белки существуют в виде одиночных полипептидных цепей, лишенных дисульфидных мостиков.

 

 

Рис. 3—4. Неполный перечень пребелков различных структурных классов.

Стрелками показаны участки расщеплений, в результате чего предшественники прев­ращаются в промежуточные или окончательные продукты. Не все предшественники для превращения в промежуточные формы пробелков проходят через стадию рас­щепления (Habener, Potts [4]).

 

В настоящее время складываются представления в пользу вероятной роли предшественников в посттрансляционных процес­сах, обусловливающих внутриклеточный транспорт и компартментализацию гормонов по ходу секреторного пути [5, 6]. Эта гипотеза, известная под названием сигнальной, предложена Mistein и сотр. [5], а также Blobel и Sabatini [6] для объясневия молекулярного механизма, с помощью которого белки, пред­назначенные для секреции из клетки, избирательно получают до­ступ к окруженным мембранами субклеточным органеллам, участ­вующими в их транспорте, упаковке и секреции.

На основании модели, приведенной на рис. 3—5, можно объ­яснить путь биосинтеза паратиреоидного гормона как представи­теля полипептидных гормонов с учетом положений сигнальной гипотезы. Этот путь включает последовательное расщепление биосинтетических предшественников: препропаратиреоидный гор­мон (пре-про-ПТГ) ® пропаратиреоидный ® паратиреоидный гормон. Инициация синтеза белка происходит на полирибосомах в мат­риксе клетки. Инициальная аминокислота (аминокислоты) — ме­тионин, кодируемая специфическим кодоном АУГ, отделяется от растущей полипептидной цепи, когда она достигает в длину при­мерно 20—30 аминокислот (примерная длина полипептида, по­крывающая протяженность крупной рибосомальной субъединицы). Этот процесс считается общим для синтеза всех белков, продуци­руемых эукариотами.

 

 

Рис. 3—5. Схематическое изображение пути биосинтеза паратиреоидного гормона.

КОПаза—карбоксипептидаза В (Habener, Potts [4]),

 

Гидрофобная специфическая для прегормона последователь­ность пре-про-ПТГ, кодируемая последовательностью оснований мРНК, непосредственно прилегающей (3 -конец) к инициальному кодону АУГ (сигнальные кодоны), выступает затем в роли «во­дителя» или сигнала, который каким-то, до сих пор не выяснен­ным, образом обеспечивает контакт комплекса полирибосома — синтезируемая цепь с мембраной эндоплазматического ретикулу­ма. Контактируя с этой мембраной либо за счет чисто гидрофоб­ных взаимодействий, либо, что вероятнее, за счет специфических рецепторов мембраны, растущая полипептидная цепь проходит через мембрану во внутрицистернальное пространство. Сразу же после этого или, вероятно, еще в процессе прохождения пре-про-ПТГ в цистерну сигнальная последовательность отщепляется, по-видимому, под действием специфической пептидазы, локализо­ванный в эндоплазматическом ретикулуме, что приводит к обра­зованию про-ПТГ. Этот промежуточный предшественник (про-ПТГ) движется затем по каналам, образованным мембранами эн­доплазматического ретикулума, в пластинчатый комплекс, где от него под сочетанным действием ферментов, обладающих актив­ностью, сходной с активностью трипсина и карбоксипептидазы В, отщепляется МНа-концевой гексапептид. Окончательный гормо­нальный продукт включается в секреторные гранулы и высво­бождается во внеклеточное пространство в ответ на снижение концентрации кальция во внеклеточной жидкости.

Правильность этой модели подтверждается многими данными» [7—11]. При структурном анализе первичных продуктов транс­ляции некоторых мРНК, кодирующих различные секретируемые белки, было обнаружено, что многие, если не все, белковые гор­моны и секретируемые белки синтезируются вначале в виде пред­шественников с гидрофобными N1-12-концевыми участками (см. рис. 3—4). По-видимому, препропаратиреоидный гормон [12] явля­ется типичным представителем целого класса биосинтетических предшественников (пребелков) белковых гормонов, к которым от­носятся инсулин, СТГ, пролактин, ТТГ и АКТГ, а также негор­мональных секретируемых белков, таких, как ферменты поджелу­дочной железы, протеины яичного белка, иммуноглобулины, сы­вороточный альбумин, «мелиттин» (или меллитин — пчелиный яд) и некоторые ассоциированные с мембраной бактериальные белки. Характерным для сигнальных последовательностей пред­шественников является то, что они расположены на NH2-концевой части белков. Эти последовательности различаются по длине, включая от 15 до 25 аминокислотных остатков; в центральных их частях содержится гидрофобный участок, состоящий из 10— 12 аминокислот. Столь высокая степень гидрофобности характер­на для белков, известных своим специфическим взаимодействием с мембранами.

Приведенные данные позволяют считать, что обеспечение воз­можности движения через мембрану — основная функция сигналь­ной последовательности. Таким образом, благодаря специфическо­му характеру последовательности предшественника из множества клеточных белков отбираются, отделяются, транспортируются и поступают на секреторный конвейер клетки белки, предназначен­ные для секреции.

Если в отношении прегормонов или препрогормонов сущест­вуют веские доказательства их транспортной функции, то функ­ция промежуточных предшественников—прогормонов—остается неизвестной. Радиоавтографические исследования миграции вновь синтезированных белков в клетке показали, что превращение прогормона в конечные продукты происходит в пластинчатом комп­лексе клетки. Например, период в 15 мин между началом сип-теза пре-про-ПТГ и первым появлением ПТГ практически совпа­дает со сроком, необходимым для попадания радиоавтографических гранул в пластинчатый комплекс [13]. Превращение прогормона в гормон может быть также избирательно заблокировано действи­ем на ткани ингибиторов продукции энергии в клетке (антимицин А и динитрофенол), равно как и веществами, нарушающими функцию микротрубочек (винбластин и колхицин). Эти данные указывают на то, что транслокация прогормона из ШЭР в плас­тинчатый комплекс является энергозависимым процессом, и что в движении прогормона могут принимать участие микротрубочки. Однако отсутствуют прямые доказательства того, что прогормон сам по себе, или его химические взаимодействия, играет су­щественную роль в транспорте вновь синтезированного белка из ШЭР в пластинчатый комплекс или что он в какой-либо мере определяет упаковку гормона в пузырьки или гранулы. Недавно проведенные исследования, согласно которым синтез многих сек­ретируемых белков не требует образования промежуточных, или проформ предшественников (см. рис. 3—4), порождают определенные сомнения в справедливости такого представления [4]. Непо­нятно, почему некоторые секретируемые белки, например паратиреоидный гормон, инсулин и сывороточный альбумин, образу­ются с помощью промежуточных предшественников, тогда как другие, например СТГ, пролактин и овальбумин, не проходят через эту стадию.

Если значение прогормона для клеточного транспорта не известно, то некоторые детали его расщепления уже изучены. В от­личие от того, что наблюдается в отношении прегормонов, в ко­торых аминокислотные остатки по месту отщепления сигнальной последовательности от остальной части молекулы (гормона или прогормона) в разных прегормонах неодинаковы (см. рис. 3—4 и 3—5), места расщепления пробелковых интермедиатов посто­янно содержат основные аминокислоты лизин или аргинин (или и ту и другую), обычно по 2—3 вместе (см. рис. 3—4). Этот суб­страт легко и предпочтительно атакуется эндопептидазами, обла­дающими трипсиноподобной активностью. После эндопептидазного расщепления оставшиеся основные аминокислоты подвергают­ся избирательному отщеплению под действием экзопептидаз с активностью, подобной активности карбоксипептидазы В.

Вполне вероятно, что все пробелки расщепляются в ходе об­щего ферментативного процесса внутри пластинчатого комплекса клеток различного происхождения. Однако роль этого общего про­цесса расщепления прогормонов, находящихся на секреторном конвейере, остается неизвестной, как и значение самого сущест­вования пробелковых интермедиатов некоторых, но не всех, сек­ретируемых белков. Дальнейшее ферментативное расщепление пептида-предшественника, отделившегося от пропаратиреоидного гормона, может представлять собой один из этапов клеточной де­градации этого пептида, или, что более вероятно, трипсиноподобная и карбоксипептидазо-В-подобная активности могут быть не­разделимыми свойствами единого ферментного комплекса. Не ис­ключено также, что части пептидов-предшественников, отщепляемые от пробелка, могут обладать пока не установленной собственной и самостоятельной биологической активностью, а их дальнейшее расщепление необходимо для проявления этой актив­ности. Такая ситуация, вероятно, складывается в процессе обра­зования АКТГ, b-липотропина и эндорфинов (опиатоподобные пептиды), которые одновременно появляются в результате рас­щепления общего крупного белкового предшественника [14].

 

 

Рис. 3—6, Особенности секреции различных белковых гормонов. Секреция в ответ на специфиче­ские внешние стимулы (а, б); циркадный ритм секреции (в, г); «спонтанная» секреция, предпо­ложительно возникающая под влиянием ЦНС (д, е) (в— Jubiz W. и соавт., J. Cim. Invest.» 1972, 51, 2040; r—Gallager T.F. и соавт., J. din. EndocrinoL Metab., 1973, 36, 1058; д— Yen S.S. С. и соавт., J. din. EndocrinoL Metab., 1972, 34, 671; е — Finkelstein J.W. и соавт., J. Clin. EndocrinoL Metab., 1972, 35, 665).

 

СЕКРЕЦИЯ И РЕГУЛЯЦИЯ

Секреция белковых и полипептидных гормонов контролируется высокоспецифическими внеклеточными стимулами. В большинст­ве случаев такие стимулы представляют собой изменения уровня циркулирующих в крови веществ, что должно было бы привести к нарушению гомеостатического равновесия, а гормональные про­дукты, высвобождаемые вследствие этих изменений, действуют на соответственные органы-мишени, в результате чего восстанавли­вается гомеостаз (рис. 3—6). Например, повышение после приема пищи количества глюкозы в крови стимулирует секрецию инсулина, который в свою оче­редь стимулирует поглощение глюкозы мышцами, в связи с чем содержание глюкозы в крови нормализуется. Другим примером служит стимуляция высвобождения паратиреоидного гормона уже небольшим сни­жением уровня кальция в кро­ви. Выделившийся при этом паратиреоидный гормон действует на свои органы-мишени — кост­ную ткань и почки, способствуя обратному поступлению каль­ция во внеклеточную жидкость. Эти регуляторные процессы включают и ингибиторную пет­лю обратной связи, в силу ко­торой продукты, вырабатываемые органами-мишенями и выделяе­мые в кровоток в ответ на действие гормонов, тормозят его даль­нейшую секрецию. Например, снижение уровня глюкозы в крови тормозит дальнейшую секрецию инсулина, а увеличение содер­жания кальция в крови тормозит высвобождение паратиреоидного гормона. Большое число регуляторных петель обратной связи мо­жет действовать согласованно, что, например, наблюдается в от­ношении физиологической регуляции секреции различных гормо­нов передней долей гипофиза (рис. 3—7). В некоторых случаях точная природа стимула, участвующего в регуляции секреции гормона, выяснена недостаточно полно; эта неопределенность ка­сается, например, «факторов», ответственных за «вспышки» сек­реторной активности, проявляемой передней долей гипофиза, и контролирующих элементов, управляющих циркадными или су­точными ритмами.

 

 

Рис. 3—7. Регуляторные петли об­ратной связи в гипоталамо-гипофи­зарной системе. Такая регуляция может быть показана на примере любого из гипофизарных гормонов, в частности ТТГ, ЛГ, ФСГ, пролак­тина, СТГ.

 

Окончательные детали молекулярных процессов сопряжения внеклеточных стимулов с секрецией гормона и в конце концов с биосинтезом нового гормона, необходимого для восполнения его количества в железе, неизвестны. В известных же случаях эти процессы в разных клетках, секретирующих белковые гормоны, могут быть различными. Имеются, однако, данные о том, что в секреции многих гормонов может принимать участие общий механизм сопряжения. Этот механизм в качестве 2-го медиатора использует цАМФ (рис. 3—8). Согласно данной модели, стимули­рующий фактор не проникает в клетку, а взаимодействует с ре­цептором, расположенным в структурах плазматической мембра­ны. Каким-то образом при связывании с рецептором плазматиче­ской мембраны стимулирующий фактор активирует аденилатцик­лазу, что приводит к образованию 3,5-цАМФ, который в свою очередь превращает неактивную форму фосфорилирующего фер­мента — протеинкиназы в активную форму путем отсоединения регуляторной субъединицы (PC) от активной каталитической субъединицы (КС).

 

 

Рис. 3—8. Предполагаемый механизм действия полипептидных гормонов на клетку-мишень. KС — каталитическая субъединица; PC — регуляторная субъединица. Объяснения»

 

Протеинкиназа (активная субъединица) катализирует фосфо­рилирование определенных внутриклеточных белков, причем счи­тается, что образующиеся таким образом фосфорилированные бел­ки играют роль в процессах транспорта и секреции гормона, ве­роятно, путем активации микротрубочек и/или слияния мембран секреторных гранул с плазматической мембраной. В настоящее время из-за отсутствия экспериментальных доказательств пере­численных процессов они остаются в высшей степени гипотети­ческими. Действительно, о характере процессов и сил, участвую­щих во внутриклеточном продвижении белков, известно крайне мало.

Следует отметить важную роль кальция в секреторном про­цессе. Потоки кальция из внеклеточной жидкости в клетку, рав­но как и его потоки из внутриклеточных органелл (например, митохондрий) в цитозоль, тесно сопряжены с секреторными про­цессами. При дефиците кальция во внеклеточной жидкости секреция значительно тормозится. Возможно, что вход кальция в клетку каким-то еще не изученным образом связан с активацией аденилатциклазы.

На секрецию белковых гормонов многими эндокринными ор­ганами влияют и катехоламины, действующие через адренерги­ческие рецепторы, связанные с рецепторами, реагирующими на главные стимулы. Считают, что эти адренергические эффекты слу­жат модуляторами секреторной активности, находящейся в основ­ном под контролем главных стимулирующих факторов.

С секреторными процессами должны быть каким-то образом связаны процессы биосинтеза. Синтез новых молекул гормона необходим для пополнения потраченных и, наоборот, при умень­шении потребности в секреции должен был бы тормозиться и синтез новых молекул гормона, чтобы предотвратить перегрузку им клетки. Мало известно о клеточных механизмах, сопрягающих секреторные процессы с процессами биосинтеза, т. е. не ясно, непосредственно влияют внеклеточные факторы, регулирующие скорость секреции, на скорость биосинтеза гормона, или сам по себе процесс секреции обеспечивает появление регуляторных сиг­налов, передающихся на отдельные этапы биосинтеза. Степень сопряжения секреторной и биосинтетической активности в кон­кретной эндокринной железе в большой мере может определяться относительной величиной накопления гормонов в железе. Желе­зы, обладающие сравнительно большим количеством гормона, мо­гут удовлетворять потребность в секреции более длительное вре­мя, чем железы с меньшими запасами его. Судя по главному морфологическому признаку секреторных клеток — присутствию секреторных гранул, все эндокринные клетки в той или иной степени обладают запасом гормонов. Вероятно, такие запасающие системы возникли с целью придания эндокринным секреторным клеткам свойства буфера или резервуара гормона, который мо­жет быть мобилизован на удовлетворение секреторных потребно­стей в течение очень короткого времени, без включения механиз­мов острого изменения скорости биосинтеза гормона.

Конкретный этап (или этапы) процесса биосинтеза гормона, на котором осуществляется регуляция этого процесса, в настоя­щее время не известен. Согласно существующим представлениям (см. рис. 3—1), регуляция могла бы происходить на одном или нескольких уровнях; помимо синтеза ДНК (рост и деление кле­ток), эти уровни включают: 1—транскрипцию; 2—посттранс­крипционные процессы; 3 — трансляцию; 4 — посттрансляционные процессы. Клеточный и молекулярный уровни регуляции био­синтеза большинства белковых гормонов идентифицированы далеко не в той степени, которая позволила бы сделать определен­ные заключения. Однако имеющиеся ограниченные сведения, ка­сающиеся, например, биосинтеза паратиреоидного гормона, свидетельствуют о том, что главные объекты регуляторных влия­ний в ответ на изменение содержания кальция в крови локали­зуются на уровне деления клеток и/или транскрипционном эта­пе. Стимуляция железы в условиях снижения содержания каль­ция приводит, очевидно, к увеличению синтеза РНК и в конце концов к гиперплазии железы. В околощитовидной железе функ­ционирует и 3-й регуляторный механизм на посттрансляционном уровне: изменение внутриклеточного кругоооборота гормона. Та­ким образом, до сих пор нет достаточно четких и убедительных данных, которые свидетельствовали бы о том, что внеклеточные стимулы могут быть ответственными за изменение скорости рас­щепления биосинтетических предшественников или скорости ини­циации и трансляции мРНК, кодирующих гормоны.

 

ТИРЕОИДНЫЕ ГОРМОНЫ

Клеточные и молекулярные механизмы, используемые щитовид­ной железой для биосинтеза, накопления и секреции тиреоидных гормонов в течение прошлых 3—4 десятилетий, изучены достаточ­но полно благодаря объединенным усилиям большого числа ис­следователей. Подробности этих исследований содержатся в ряде исчерпывающих обзоров. Синтез тиреоидных гормонов во многих. отношениях сходен с синтезом полипептидных и белковых гор­монов с добавлением нескольких уникальных этапов, особенно подходящих к метаболическим функциям щитовидной железы.

Основными тиреоидными гормонами являются йодтиронины — тетрайод-L-тиронин (тироксин, Т4) и 3,5,3-трийод-L-тиронин (трийодтиронин, Т3), которые образуются из йодированных тирозиновых предшественников. Они состоят из йодтирозина (моно — или дийодированного) и йодированного фенольного кольца, объ­единенных 4,1-эфиpнoй связью (рис. 3—9). Эти два йодтиронина вместе с йодтирозиновыми предшественниками составляют при­мерно 90% органического или белковосвязанного йода в щитовид­ной железе, причем на долю Т4 и Т3 приходится 99% секрети­руемого органического йода. Процессы образования и секреции тиреоидных гормонов включают несколько этапов, часть которых отличается своеобразием и характерна только для щитовидной железы.

Главными веществами, используемыми в синтезе тиреоидных гормонов, являются йод и тирозин. Щитовидная железа отлича­ется высокоэффективным механизмом захвата йода из крови, а в качестве источника тирозина она синтезирует и использует крупный гликопротеин — тироглобулин. Если тирозин в организме содержится в большом количестве и поступает как из пищевых продуктов, так и из распадающихся эндогенных белков, то йод присутствует лишь в ограниченном количестве и поступает толь­ко из пищевых продуктов. Йод всасывается из кишечника в фор­ме йодида и в этой форме циркулирует в крови в свободном (несвязанном) состоянии.

Йодид, захватываемый из крови тиреоидными (фолликулярны­ми) клетками, и тироглобулин, синтезируемый в этих клетках, сек­ретируются (путем экзоцитоза) во внеклеточное пространство внутри железы, называемое просветом фолликула или кол­лоидным пространством, окру­женное фолликулярными клет­ками. В просвете фолликула или (что более вероятно) на апикальной поверхности клеток, обращенной в этот просвет, йодид окисляется в йод и дру­гие окисленные продукты и ко­валентно связывается фенольными кольцами тирозиновых ос­татков, содержащихся в поли­пептидном каркасе тироглобулина. Связывание йода с фенольным кольцом происходит либо только в 3-м положении, либо как в 3-м, так и в 5-м поло­жениях, в результате чего образуются монойодтирозин (МИТ) и дийодтирозин (ДИТ) соответственно. Этот процесс йодирования тирозиновых остатков тироглобулина известен под назва­нием этапа органификации в биосинтезе тиреоидных гор­монов.

 

 

Рис. 3—9. Структура некоторых тиреоидных гормонов (Ingbar S.Н., Woeber К.A. In: Textbook of Endo­crinology/Ed. Williams R.H. Sth ed.— Philadelphia: Saunders, 1974).

 

Следующим этапом является конденсация йодтирозинов с об­разованием йодтиронинов. Все еще оставаясь в структуре тиро­глобулина, молекулы МИТ и ДИТ конденсируются, образуя трийодтиронин (Т3), и подобно этому две молекулы ДИТ конденси­руются, образуя молекулу L-тироксина (Т4). В таком виде, т. е. связанные с тироглобулином, йодтиронины, равно как и непроконденсировавшие йодтирозины, хранятся в тиреоидном фол­ликуле. Этот комплекс йодированного тироглобулина часто на­зывают коллоидом. Таким образом, тироглобулин, составляю­щий 10% от влажной массы щитовидной железы, служит бел­ком-носителем, или предшественником накапливающихся гор­монов.

Секреция тиреоидных гормонов — процесс, происходящий в от­вет на метаболические потребности и опосредуемый действием тиротропного гормона (ТТГ) на тиреоидные клетки, — предпола­гает высвобождение гормонов из тироглобулина. Это происходит на апикальной мембране путем поглощения коллоида, содержа­щего тироглобулин (процесс, известный под названием эндоци­тоза). Тироглобулин затем гидролизуется в клетке под влияни­ем протеаз, а высвобождаемые таким образом тиреоидные гормоны выделяются в циркулирующую кровь.

 

 

Рис. 310. Схематическое изображение пути биосинтеза тиреоидных гормо­нов в клетке. Т3 и Т4 образуются и хранятся связанными с тироглобулином в коллоиде.

ПК — пластинчатый комплекс: МИТ — монойодтирозин: ДИТ — дийодтирозин} ШЭР — шероховатый эндоплазматический ретикулум.

 

БИОСИНТЕЗ

Различные этапы биосинтеза и секреции тиреоидных гормонов L-трийодтиронина (Т3) и L-тироксина (Т4) следует рассмотреть отдельно и более подробно, подразделив их на следующие кате­гории: 1 — биосинтез тироглобулина; 2 — захват йодида, 3 — органификация йодида; 4—конденсация; 5—поглощение клетками и протеолиз коллоида; 6 — секреция. Схематическое изображение различных этапов биосинтеза тероидных гормонов представлено на рис. 3—10.

Биосинтез тироглобулина

Тироглобулин представляет собой крупный гликопротеин с моле­кулярной массой примерно 670 000 (19S). Он состоит по мень­шей мере из 4 субъединиц (из двух сходных пар разных субъ­единиц), связанных друг с другом комбинацией нековалентных и ковалентных.(дисульфидных) связей. Белковый комплекс со­держит от 8 до 10% углеводов. Тироглобулин состоит примерно из 5900 аминокислотных остатков, около НО из которых—тирозиновые. Содержание йода в тироглобулине, полученном из ин­тактных желез, колеблется от 0,2 до 1% и более. Тироглобулин синтезируется на полирибосомах, связанных с ШЭР (см. рис. 3—10). Субклеточный путь, по которому транспортируется вновь синтезированный тироглобулин, характерен для транспор­та многих предназначенных к секреции белков. Вновь синтези­рованные полипептидные цепи направленно проникают через мембрану ретикулума во внутрицистернальное пространство ШЭР, по которому переносятся в пластинчатый комплекс и упаковыва­ются в окруженные мембраной пузырьки, называемые апикаль­ными пузырьками (см. рис. 3—10 и 3—11). Эти пузырьки транспортируются к апикальному краю клетки, где сливаются с мембраной, граничащей с фолликулярным, или коллоидным, про­странством, и тироглобулин выбрасывается в это пространство [15, 16]. Именно на поверхности этой мембраны со стороны кол­лоида и йодируется тироглобулин (см. далее). Исследования с импульсной меткой и последующим ее разведением, проводимые на срезах щитовидной железы, инкубируемых с радиоактивными аминокислотами in vitro, показали, что процессы синтеза и транспорта тироглобулина (от момента начального синтеза до первого появления в коллоидном пространстве) занимают от 4 до 6 ч. Начальным продуктом синтеза является, по-видимому, субъединица с молекулярной массой около 160000 (3—8S). Предпола­гается, что разные субъединицы кодируются отдельными мРНК.

 

 

Рис. 3—11. Участок тиреоидной фолликулярной клетки. Вверху можно ви­деть микроворсинки (MB), тянущиеся от апикального края клетки в кол­лоид (Кол), в цитоплазме под краем—апикальные пузырьки (АП).

Плотное тельце, имеющее лизосомную (Л) природу; МТ — микротрубочки, MX — митохондрия Электронная микрофотография. х37 800 (Haddad А и соавт., J. Cellp Biol., 1971, 49, 856).

 

Затем субъединицы объединяются в димеры с молекулярной мас­сой 320 000 (12S,) и образуют нейодированный тироглобулин (17S), который «созревает» во время и после йодирования в окон­чательный комплекс с молекулярной массой 667000 (19S). По­следовательность такова: 4 субъединицы (по 3—8S) ® 2 субъеди­ницы (по 12S) ® нейодированный («незрелый») тироглобулин (17S) ® йодированный («зрелый») тироглобулин (19S). Гликози­лирование тироглобулина происходит на всех стадиях синтеза. Сердцевинный олигосахаридный комплекс присоединяется, веро­ятно, к отдельным аспарагиновым остаткам N-гликозидной связью и переносится с долихофосфатного носителя в ходе транспорта вновь образуемых цепей субъединиц через мембраны эндоплазма­тической сети. В процессе транспорта полипептида по цистернам эндоплазматического ретикулума в пластинчатый комплекс к олигосахаридным ядрам добавляются новые углеводные остатки. По всей вероятности, гликозилирование каким-то образом участвует в транспорте и сборке цепей субъединиц и необходимо для форми­рования полностью собранного тироглобулинового комплекса с его специфической трехмерной четвертичной структурой.

Захват йода

Важнейшим этапом биосинтеза тиреоидных гормонов является ак­тивный, контролируемый ферментами, транспорт йодида, содер­жащегося в крови, через мембрану тиреоидной клетки в цитозоль и из него в фолликулярный коллоид. В конечном счете обеспе­ченность организма йодом должна определяться пищевыми про­дуктами. Часть йода всасывается в органической форме и пре­вращается в йодид в печени. Однако наибольшая его часть уже. всасывается в форме йодида и именно в этой форме разносится с кровью. Суточное потребление йодида с пищей в США составляет примерно 500 мкг. Из этого количества 120 мкг поглощается щитовидной железой и 60 мкг включается в тиреоидные гормоны и секретируется с Т4 и Т3. Поглощение и концентрирование йодида щитовидной железой обеспечивается двумя энергозависимыми контролируемыми ферментными «насосами», или механизмами за­хвата; один, расположенный на базальной, или капиллярной, мембране, извлекает йодид из крови и транспортирует его в ци­тозоль тиреоидной клетки, а второй, локализующийся на апикаль­ной мембране, доставляет его в коллоидное пространство. Суще­ствует и конкурентный пассивный перенос йодида обратно в кровь, но «чистый» эффект сводится к концентрированию йодида в щи­товидной железе. Эти насосы функционируют столь эффективно, что концентрация йодида в щитовидной железе не менее чем в 25 раз превышает его уровень в плазме крови, а в условиях де­фицита йода концентрация йодида в железе может быть в 500 paз выше, чем в плазме. Эффективность, с которой щитовидная же­леза концентрирует йодид, находится в обратной зависимости от уровня доступного йодида в плазме, и в условиях относительной йодной недостаточности железа извлекает до 20% йодида, при­сутствующего в крови. Извлеченный тиреоидной клеткой из крови йодид быстро уравновешивается в общем пространстве йодида, уже содержащегося в клетке, который образуется в результате распада и дейодирования йодаминокислот, высвобождающихся из-тироглобулина (см. далее), и быстро проникает в коллоидное-пространство, где связывается с тироглобулином. Этот концентри­рующий и транспортный механизм работает так быстро, что от­ношение «свободного» йодида к органически связанному в щито­видной железе может составлять лишь 10:8000 мкг. Авторадио­графические исследования показали, что уже через 30 с после импульсного внутривенного введения животному радиоактивного йодида практически вся метка обнаруживается в коллоидном про­странстве, будучи органически связанной с тироглобулином [17]; только около 0,25% тиреоидного йода остается в форме свободно­го йодида, а остальная его часть связана с тироглобулином в фор­ме йодаминокислот или йодтиронинов.

О необходимости столь легкого накопления йода в щитовидной железе свидетельствует тот факт, что для поддержания нормаль­ной секреции гормонов эта железа должна каждые сутки накап­ливать от 50 до 75 мкг йодида, т. е. полностью экстрагировать йодид из 20—30% крови, протекающей через щитовидную железу в сутки, что составляет лишь небольшую часть резерва, необхо­димого на случай колебаний содержания йода в диете или воз­никновения чрезмерной потребности в тиреоидных гормонах. Сам организм, однако, способен в значительной мере компенсировать временный дефицит йодида путем повышения его канальцевой реабсорбции и всасывания в кишечнике.

Детали конструкции йодидных насосов выяснены не полностью» но, по всей вероятности, в них участвует Na+/K+-стимулируемая, Mg2+-зависимая оуабаинчувствительная АТФаза. Для накопления йодида необходимы и ионы кальция. Процесс концентрирования явно зависит от доступности клеточной энергии, поскольку разобщители окислительного фосфорилирования, такие, как 2,4-динитрофенол и бис-оксикумарин, являются эффективными ингибито­рами накопления йода срезами щитовидной железы.

Щитовидная железа концентрирует не только йодид, но и неко­торые другие анионы, которые могут действовать как конкурент­ные ингибиторы транспорта йодида. К таким ингибиторам отно­сятся тиоцианат, перхлорат и пертехнетат. Перхлорат можно при­менять в клинике для того, чтобы вызвать быстрый выброс неорганического йодида, после определения количества которого можно получить представление о величине несвязанной фракции йодида в щитовидной железе. У больных с нарушенной органификацией йодида, например при врожденном дефиците ферментов или воздействии зобогенных факторов, блокирующих органификацию йодида, одна и та же доза перхлората будет высвобождать гораздо большую, чем в норме, часть дозы ранее введенного»

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...