Биологическая роль гормонов в клетке

Конспекты к гос экзаменам для студентов биологов

18. Гормоны, классификация и биологическая роль

Гормоны – это органические вещества, которые образуются в тканях одного типа (эндокринные железы, или железы внутренней секреции), поступают в кровь, переносятся по кровяному руслу в ткани другого типа (ткани-мишени), где оказывают своё биологическое действие (т. е. регулируют обмен веществ, поведение и физиологические функции организма, а также рост, деление и дифференцировку клеток).

Железами внутренней секреции, или эндокринными, называют железы, не имеющие выводных протоков. Продукты своей жизнедеятельности — гормоны — они выделяют во внутреннюю среду организма, т. е. в кровь, лимфу, тканевую жидкость. Действие гормонов основано на стимуляции или угнетении каталитической функции некоторых ферментов, а также воздействии на их биосинтез путем активации или угнетения соответствующих генов. Деятельность желез внутренней секреции играет основную роль в регуляции длительно протекающих процессов:

  • обмена веществ,
  • роста,
  • умственного, физического и полового развития,
  • приспособления организма к меняющимся условиям внешней и внутренней среды,
  • обеспечении постоянства важнейших физиологических показателей (гомеостаза),
  • в реакциях организма на стресс.

При нарушении деятельности желез внутренней секреции возникают заболевания, называемые эндокринными. Нарушения могут быть связаны либо с усиленной (по сравнению с нормой) деятельностью железы — гиперфункцией, при которой образуется и выделяется в кровь увеличенное количество гормона, либо с пониженной деятельностью железы —гипофункцией, сопровождаемой обратным результатом. К важнейшим железам внутренней секреции относятся:

Эндокринной функцией обладает и гипоталамус (подбугровая область промежуточного мозга). Поджелудочная и половые железы являются железами смешанной секреции, так как кроме гормонов они вырабатывают секреты, поступающие по выводным протокам, т. е. выполняют функции и желез внешней секреции.

Щитовидная железа (масса 16—23 г) расположена по бокам трахеи чуть ниже щитовидного хряща гортани. Гормоны щитовидной железы (тироксин и трииодтиронин) в своем составе имеют иод, поступление которого с водой и пищей является необходимым условием ее нормального функционирования. Гормоны щитовидной железы регулируют обмен веществ, усиливают окислительные процессы в клетках и расщепление гликогена в печени, влияют на рост, развитие и дифференцировку тканей, а также на деятельность нервной системы. При гиперфункции железы развивается базедова болезнь.

Надпочечники (масса 12 г) — парные железы, прилегающие к верхним полюсам почек. Как и почки, надпочечники имеют два слоя:

  • наружный — корковый,
  • внутренний — мозговой, являющиеся самостоятельными секреторными органами, вырабатывающими разные гормоны с различным характером действия.

Клетками коркового слоя синтезируются гормоны, регулирующие минеральный, углеводный, белковый и жировой обмен. Мозговым слоем надпочечников вырабатываются гормоны адреналин и норадреналин. Они выделяются при сильных эмоциях —- гневе, испуге, боли, опасности. В результате происходит перестройка функций организма в условиях действия чрезвычайных раздражителей и мобилизация сил организма для перенесения стрессовых ситуаций.

Поджелудочная железа имеет особые островковые клетки, которые вырабатывают гормоны инсулин и глюкагон, регулирующие углеводный обмен в организме. Так, инсулин увеличивает потребление глюкозы клетками, способствует превращению глюкозы в гликоген, уменьшая таким образом количество сахара в крови. При недостаточном образовании инсулина уровень глюкозы в крови повышается, что приводит к развитию болезни сахарный диабет. Другой гормон поджелудочной железы — глюкагон —является антагонистом инсулина и оказывает противоположное действие, т. е. усиливает расщепление гликогена до глюкозы, повышая ее содержание в крови.

Важнейшей железой эндокринной системы организма человека является гипофиз, или нижний придаток мозга (масса 0,5 г). В нем образуются гормоны, стимулирующие функции других эндокринных желез. В гипофизе выделяют три доли: переднюю, среднюю и заднюю, — и каждая из них вырабатывает разные гормоны. Так, в передней доле гипофиза вырабатываются гормоны, стимулирующие синтез и секрецию гормонов щитовидной железы (тиреотропин), надпочечников (кортикотропин), половых желез (гонадотропин), а также гормон роста (соматотропин).

Половые железы — семенники, или яички, у мужчин и яичники у женщин — относятся к железам смешанной секреции. Семенники вырабатывают гормоны андрогены, а яичники —эстрогены. Они стимулируют развитие органов размножения, созревание половых клеток и формирование вторичных половых признаков, т. е. особенностей строения скелета, развития мускулатуры, распределения волосяного покрова и подкожного жира, строения гортани, тембра голоса и др. у мужчин и женщин.

Гипоталамус. Функционирование желез внутренней секреции, в совокупности образующих эндокринную систему, осуществляется в тесном взаимодействии друг с другом и взаимосвязи с нервной системой. Вся информация из внешней и внутренней среды организма человека поступает в соответствующие зоны коры больших полушарий и другие отделы мозга, где осуществляется ее переработка и анализ. От них информационные сигналы передаются в гипоталамус — подбугровую зону промежуточного мозга, и в ответ на них он вырабатывает регуляторные гормоны, поступающие в гипофиз и через него оказывающие свое регулирующее воздействие на деятельность желез внутренней секреции. Таким образом, гипоталамус выполняет координирующую и регулирующую функции в деятельности эндокринной системы человека.

Классификация гормонов. По химической природе гормоны делятся на следующие группы:

  • пептидные – гормоны гипоталамуса, гипофиза, инсулин, глюкагон, гормоны паращитовидных желез;
  • производные аминокислот – адреналин, тироксин;
  • стероидные – глюкокортикоиды, минералокортикоиды, мужские и женские половые гормоны;
  • эйкозаноиды – гормоноподобные вещества, которые оказывают местное действие; они являются производными арахидоновой кислоты (полиненасыщенная жирная кислота).

По действию на биохимические процессы и функции гормоны делятся на:

  • гормоны, регулирующие обмен веществ (инсулин, глюкагон, адреналин, кортизол);
  • гормоны, регулирующие обмен кальция и фосфора (паратиреоидный гормон, кальцитонин, кальцитриол);
  • гормоны, регулирующие водно-солевой обмен (альдостерон, вазопрессин);
  • гормоны, регулирующие репродуктивную функцию (женские и мужские половые гормоны);
  • гормоны, регулирующие функции эндокринных желёз (адренокортикотропный гормон, тиреотропный гормон, лютеинизирующий гормон, фолликулостимулирующий гормон, соматотропный гормон);
  • гормоны стресса (адреналин, глюкокортикоиды и др.);
  • гормоны, влияющие на ВНД (память, внимание, мышление, поведение, настроение).

Свойства гормонов.

  • Высокая биологическая активность. Концентрация гормонов в крови очень мала, но их действие сильно выражено, поэтому даже небольшое увеличение или уменьшение уровня гормона в крови вызывает различные, часто значительные, отклонения в обмене веществ и функционировании органов и может привести к патологии.
  • Короткое время жизни, обычно от нескольких минут до получаса, после чего гормон инактивируется или разрушается. Но с разрушением гормона его действие не прекращается, а может продолжаться в течение часов и даже суток.
  • Дистантность действия. Гормоны вырабатываются в одних органах (эндокринных железах), а действуют в других (тканях- мишенях).
  • Высокая специфичность действия. Гормон оказывает своё действие только после связывания с рецептором. Рецептор – это сложный белок-гликопротеин, состоящий из белковой и углеводной частей. Гормон связывается именно с углеводной частью рецептора. Причём строение углеводной части имеет уникальную химическую структуру и соответствует пространственному строению гормона. Поэтому гормон безошибочно, точно, специфично связывается только со своим рецептором, несмотря на малую концентрацию гормона в крови.

Типы биологического действия гормонов:

  • Метаболическое – действие гормона на организм проявляется регуляцией обмена веществ (например, инсулин, глюкокортикоиды, глюкагон).
  • Морфогенетическое – гормон действует на рост, деление и дифференцировку клеток в онтогенезе (например, соматотропный гормон, половые гормоны, тироксин).
  • Кинетическое или пусковое – гормоны способны запускать функции (например, пролактин – лактацию, половые гормоны – функцию половых желёз).
  • Корригирующее. Гормонам принадлежит важнейшая роль в адаптации человека к различным факторам внешней среды. Гормоны изменяют обмен веществ, поведение и функции органов так, чтобы приспособить организм к изменившимся условиям существования.

источник

7. 1. Общее представление о гормонах.

Координация деятельности отдельных органов и систем органов обеспечивается двумя регулирующими системами: гуморальной и нервной, между которыми в свою очередь устанавливается тесная связь. Исполнительными молекулами гуморальной системы являются специальные вещества – гормоны. Этот термин введен в 1905 г. У. Бейлисом и Э. Старлингом и происходит от латинского hormo – двигаю, возбуждаю.

Гормоны биологически активные органические вещества, вырабатываемые железами внутренней секреции в незначительных количествах, но оказывающие на организм очень сильное действие.

Гормоны выполняют в организме следующие функции:

-влияют на скорость химических реакций;

-регулируют физиологические функции организма;

-регулируют дифференцировку клеток;

-регулируют механизмы иммунитета;

-регулируют психическую деятельность;

-регулируют половое развитие;

Гормоны обладают рядом общих свойств:

Дистантность действия: гормоны действуют обычно вдали от места его образования.

Играют роль посредника между ЦНС и тканями.

Высокая биологическая активность: действие гормона проявляется уже в концентрациях 1 000 000 000 000 – 1 000 000 моль/л, что сильно затрудняет их количественное определение.

Высокая специфичность действия: у каждого гормона имеются специфические клетки или органы, которые называют органами- или клетками-мишенями.

Высокая скорость образования и распада. Почти все гормоны распадаются (инактивируются) в печени, а затем выводятся из организма с мочой или с желчью (калом).

Схема № 4. Механизм действия гормонов.

Гипоталамус

Рилизинг-факторы

(Либерины и статины)

Гипофиз (тропные гормоны)

СТГ АКТГ ТТГ ГТГ ЛТП

Корковое вещество Щитовидная Половые Жировая

надпочечников железа железы ткань

Глюкокортикоиды Тироксин Женские

Минералокортикоиды Трийодтиронин Мужские

К л е т к и р а з н ы х о р г а н о в и т к а н е й

Действие гормонов на организм происходит на разных уровнях:

Нервное возбуждение стимулирует в гипоталамусесинтез активных пептидов, которые называются релизинг-факторами (высвобождающими). Их действие направлено на гипофиз и способствует синтезу его гормонов.

Гормоны гипофизадоставляются кровью к другим железам внутренней секреции и стимулируют выработку ими гормонов, которые поступают к определенным органам и тканям и проявляют там свое действие.

Образовавшиеся гормоны действуют на клетки-мишени, эти клетки имеют на мембране или в цитозоле специальныебелки-рецепторы,которые могут связываться с гормонами. Благодаря этому для оказания своего действия гормонам не обязательно даже проникать внутрь клетки.

7. 2. Механизмы действия гормонов.

Выделяют следующие механизмы действия гормонов на клетки-мишени:

Мембранно-внутриклеточный механизм.Характерен для гормонов – белков, пептидов, адреналина, на 10 % для тироидных гормонов. Белки-рецепторы расположены на наружной поверхности цитоплазматической мембраны. Гормоны никогда не проникают в цитозоль клетки. Взаимодействие гормона с белками-рецепторами приводит к образованиювторичного посредника– ц-АМФ илиц-ГМФ, который в клетке запускает каскадный механизм активации ряда ферментов, изменяющих интенсивность обмена углеводов, белков и липидов.

Цитозольный механизм.Характерен для стероидных гормонов и на 90% — для йодтиронинов. Гормоны с липофильными свойствами проникают через цитоплазматическую мембрану в цитозоль клетки, взаимодействуя с белками-рецепторами, находящимися в цитозоле. Образованный комплекс «гормон-белок-рецептор» проникает в ядро клетки и на уровне оперона влияет на трансляцию белков – ферментов, являясь индуктором или репрессором.

Гормоны могут оказывать следующее действие на клетку:

Изменять проницаемость клеточных мембран для органических ионов (натрий, фосфата калия), для воды и для основных органических субстратов клетки (глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты).

Изменять функциональное состояния ферментов.

Изменять количество белков и ферментов в клетке.

Регуляция действия гормонов на организм.

В организме отработана надежная система защиты от избытка гормонов. Без регуляции этого процесса невозможна была бы нормальная жизнедеятельность организма.

Секреция и синтез отдельных гормонов регулируется системой гипоталамус-гипофиз. Гипоталамус образует несколько гормонов-пептидов, которые оказывают влияние на секрецию тропных гормонов в передней доле гипофиза. Либерины гипоталамуса усиливают, а статины тормозят секрецию тропных гормонов гипофиза. Последние оказывают стимулирующее влияние на деятельность периферических желез внутренней секреции. Уровень гормона в крови в свою очередь оказывает влияние на деятельность гипоталамуса: избыток гормона тормозит выработку гормонов гипоталамуса, а недостаток – наоборот активирует их образование. Все это замыкает цепь взаимодействия между гипоталамусом и железами внутренней секреции.

источник

35. Биологическая роль половых гормонов

Половые гормоны, стероидные гормоны, образующиеся в половых железах и регулирующие половую дифференциацию и процесс полового размножения у позвоночных животных и человека. Хотя сам пол детерминируется генетически, эти процессы регулируются сложной и взаимосвязанной системой, в которую у млекопитающих, помимо П. г., входят также вырабатываемые в гипофизе гона-дотропные гормоны [лютеинизирующий гормон (ЛГ), фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), пролактин] и адренокортикотропный гормон;

Мужские П. г. (андрогены), основной представитель — тестостерон. Женские П. г. синтезируются в яичниках и подразделяются на эстрогены и гестагены, или прогестины .

Часть П. г. синтезируется в коре надпочечников, а при беременности — и в плаценте. Эстрогены образуются и у мужских, а андрогены — у женских особей, поэтому дифференциация половых признаков у каждого пола зависит в первую очередь от количеств. соотношения П. г. того и др. типа.

Биосинтез стероидных П. г. осуществляется в основном из холестерина (у насекомых этот процесс заблокирован из-за их неспособности синтезировать холестерин). Этапы их биосинтеза в семенниках и яичниках вплоть до стадии образования прогестерона совпадают.

Во взрослом организме роль П. г. состоит в обеспечении репродуктивной функции. Стероидные П. г. контролируют развитие вторичных половых признаков; взаимодействие эстрогенов и гестагенов подготовляет матку к имплантации оплодотворённой яйцеклетки и обеспечивает затем сохранение беременности и своевременные роды.

Секреция андрогенов у взрослых мужских особей происходит равномерно, а секреция эстрогенов и гестагенов у женских особей колеблется на протяжении полового цикла. Биосинтез женских П. г. резко увеличивается во время беременности, когда они образуются и в плаценте. Биохимический механизм действия стероидных П. г. заключается в их связывании со специфическими рецепторами в клетках зависимых от них тканей и последующей активации биосинтеза соответствующих ферментов.

П. г. существенно влияют на функции не только репродуктивной, но и др. систем организма. В медицине П. г. применяются как для заместительной терапии эндокринных заболеваний, так и при лечении акушерско-гинекологических болезней и в качестве противоопухолевых средств при новообразованиях предстательной и молочных желёз.

36. Биологическая роль гормонов коры надпочечников

В коре надпочечника вырабатываются гормоны, называемые кортикостероидами или кортикоидами. Они разделяются на две основные группы:

-глюкокортикоиды(принимают активное участие в самых разнообразных реакциях обмена веществ. Они препятствуют развитию воспалительного процесса, вызывают инволюцию лимфатических узлов и вилочковой железы, снижают уровень лимфоцитов в крови.), выделяемые пучковой и сетчатой зонами.

-минералокортикоиды(отвечают за регуляцию электролитного баланса, они стимулируют выведение из клеток ионов кальция и удержание ионов натрия.), образующиеся в наружной клубочковой зоне. Кроме того, в коре надпочечника, главным образом в сетчатой зоне, секретируются небольшие количества половых стероидов, главным образом андрогенов.

Состав секретируемых кортикостероидов различается у разных животных; у человека только три кортикоида секретируются в виде гормонов: кортизол, альдостерон и в меньшей степени кортикостерон. В крови гормоны находятся в связанном состоянии с белком-носителем .

источник

Биологические свойства гормонов

Особенности специфики биохимического действия гормонов на органы и ткани организма можно выразить следующими положениями:

1. Дистанционность действия – гормоны, как правило, регулируют обмен и функции клеток на значительном расстоянии.

2. Строгая специфичность действия – даже очень близкие по химической структуре аналоги гормонов не дают нужного биологического эффекта (принцип структурной комплементарности).

3. Высокая биологическая активность – гормоны действуют при ничтожно малых концентрациях в жидкостях организма (10 -6 –10 -12 моль/л).

4. Относительно небольшой период полужизни (обычно менее часа) – в результате этого эффективное действие гормонов, направленное на поддержание определенного состояния организма, возможно лишь при непрерывном синтезе и секреции их в течение всего требуемого времени.

Номенклатура гормонов

Химическая природа почти всех известных гормонов выяснена в деталях (включая первичную структуру белковых и пептидных гормонов), однако до настоящего времени не разработаны общие принципы их номенклатуры. Химические наименования многих гормонов точно отражают их химическую структуру и очень громоздкие. Поэтому чаще применяются тривиальные названия гормонов. Принятая номенклатура указывает на источник гормона (например, инсулин – от лат. insula – островок) или отражает его функцию (например, пролактин, вазопрессин). Для некоторых гормонов гипофиза (например, лютеинизирующего и фолликулостимулирующего), а также для всех гипоталамических гормонов разработаны новые рабочие названия.

Классификация гормонов

Аналогичное положение существует и в отношении классификации гормонов. Гормоны классифицируют в зависимости от места их природного синтеза, в соответствии с которым различают гормоны гипоталамуса, гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, поджелудочной железы, половых желез, зобной железы и др. Однако подобная анатомическая классификация недостаточно совершенна, поскольку некоторые гормоны или синтезируются не в тех железах внутренней секреции, из которых они секретируются в кровь (например, гормоны задней доли гипофиза, вазопрессин и окситоцин синтезируются в гипоталамусе, откуда переносятся в заднюю долю гипофиза), или синтезируются и в других железах (например, частичный синтез половых гормонов осуществляется в коре надпочечников, синтез простагландинов происходит не только в предстательной железе, но и в других органах) и т.д.

С учетом этих обстоятельств были предприняты попытки создания современной классификации гормонов, основанной на их химической природе. В соответствии с этой классификацией различают три группы истинных гормонов:

1) пептидные и белковые гормоны;

2) гормоны – производные аминокислот;

3) гормоны стероидной природы.

Пептидные и белковые гормоны включают от 3 до 250 и более аминокислотных остатков. Это гормоны гипоталамуса и гипофиза (тиролиберин, соматолиберин, соматостатин, гормон роста, кортикотропин, тиреотропин и др.), а также гормоны поджелудочной железы (инсулин, глюкагон).

Гормоныпроизводные аминокислот в основном представлены производными аминокислоты тирозина. Это низкомолекулярные соединения адреналин и норадреналин, синтезирующиеся в мозговом веществе надпочечников, и гормоны щитовидной железы (тироксин и его производные). Гормоны 1-й и 2-й групп хорошо растворимы в воде.

Гормоны стероидной природы представлены жирорастворимыми гормонами коркового вещества надпочечников (кортикостероиды), половыми гормонами (эстрогены и андрогены), а также гормональной формой витамина D.

Классификация гормонов по биологическим функциям

Обмен углеводов, липидов, аминокислот

Синтез и секреция гормонов эндокринных желёз

Изменение метаболизма в клетках, синтезирующих гормон

Инсулин, глюкагон, адреналин, кортизол, тироксин, соматотропин

Альдостерон, антидиуретический гормон

Паратгормон, кальцитонин, кальцитриол

Эстрадиол, тестостерон, прогестерон, гонадотропные гормоны

Тропные гормоны гипофиза, либерины и статины гипоталамуса

Эйкозаноиды, гистамин, секретин, гастрин, соматостатин, вазоактивнвый интестинальный пептид (ВИП), цитокины

Эта классификация условна, поскольку одни и те же гормоны могут выполнять разные функции. Например, адреналин участвует в регуляции обмена жиров и углеводов, регулирует частоту сердечных сокращений, артериальное давление, стимулирует глюконеогенез, но вызывает задержку хлористого натрия.

источник

Вопрос 20 Гормоны. Классификация и биологическая роль.

Понятие о гормонах, биологическая роль. Классификация.

Гормоны – биологически активные вещества, образуемые железами внутренней секреции в следовых количествах, оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции.

Вопрос 21 Основные системы регуляции метаболизма; иерархия регуляторных систем. Строение и биологическое действие гормонов гипоталамуса и гипофиза. ***

Основные механизмы регуляции метаболизма. Роль ЦНС в регуляции обменных процессов, рилизинг-факторы, либерины, статины, гормоны гипофиза.

Синтез и секреция гормонов стимулируются внешними и внутренними сигналами, поступающими в различные отделы ЦНС.

Эти сигналы по нейронам поступают в гипоталамус, где стимулируют синтез пептидных рилизинг-гормонов (от англ. release — освобождать).

7 либеринов активируют выработку гипофизарных гормонов и 3 статина, которые тормозят.

По химической природе это пептиды (состоят из 3,10,14 аминокислотных остатков).

Тиролиберин— трипептид (глутаминовая кислота, гистидин, пролин). (ТТГ и пролактин).

Соматостатин — 14 аминокислотных остатка- угнетает выработку СТГ гипофиза.

Тропные гормоны передней доли гипофиза стимулируют образование и секрецию гормонов периферических эндокринных желез, которые поступают в кровь и накапливаются в определенных органах-мишенях.

АКТГ стимулирует синтез и секрецию гормонов коры надпочечников (минерало- и глюкокортикоидов).

ТТГ— синтез и секрецию гормонов щитовидной железы;

СТГ – на растущие органы и ткани и секрецию и синтез гормонов поджелудочной железы;

Пролактин – на секрецию молочных желез;

ФСГ, ЛГ – на секрецию семенников и яичников.

Поддержание уровня гормонов в организме обеспечивает механизм отрицательной обратной связи. Изменение концентрации метаболитов в клетках-мишенях по механизму отрицательной обратной связи подавляет синтез гормонов, действуя либо на эндокринные железы, либо на гипоталамус; синтез и секреция тропных гормонов угнетается гормонами периферических желез.

Такие петли обратной связи действуют в системах регуляции гормонов надпочечников, щитовидной железы, половых желез.

Но не все эндокринные железы регулируются подобным образом. Например, гормоны задней доли гипофиза (вазопрессин и окситоцин) синтезируются в гипоталамусе в виде предшественников и хранятся в гранулах терминальных аксонов нейрогипофиза.

Секреция инсулина и глюкагона напрямую зависит от уровня глюкозы.

Вопрос 22 Механизмы передачи гормональных сигналов в клетках. Рецепторы мембран – локализация, механизм трансформации биологического сигнала: мембранный и внутриклеточный. Роль вторичных посредников (цАМФ, цГМФ, ионов кальция, ДАГ, ИФ3).

Клетки, органы-мишени, клеточные рецепторы гормонов. Вторичные посредники (цАМФ, цГМФ, Са 2+ , NО, ДАГ, ИФ3), биороль.

Биологическое действие гормонов проявляется через их взаимодействие с клетками-мишенями. Мишенью для гормона могут служить клетки одной или нескольких тканей.

Воздействуя на клетку-мишень, гормон вызывает специфическую ответную реакцию. Например, щитовидная железа- специфическая мишень для ТТГ, под действием которого увеличивается количество ацинарных клеток щитовидной железы, повышается скорость биосинтеза тиреоидных гормонов.

Глюкагон, воздействуя на адипоциты, активирует липолиз, а в печени стимулирует мобилизацию гликогена и глюконеогенез.

Характерный признак клетки-мишени- способность воспринимать информацию, закодированную в химической структуре гормона. Клетки-мишени отличают соответствующие гормоны от множества других молекул и гормонов благодаря наличию на клетке- мишени соответствующего рецептора со специфическим центром связывания.

Рецепторы могут быть локализованы на мембране, в цитозоле и ядре клетки. Это сложные белки гликопротеины, имеющие четвертичную структуру. Реализация биологического эффекта гормонов зависит от количества рецепторов, которое может изменяться в зависимости от функционального состояния организма и служит причиной развития эндокринной патологии.

Например, тестикулярная феминизация. При этом вырабатывается нормальное количество мужского полового гормона тестостерона, но нарушена его рецепция, при этом мужчина приобретает вторичные половые признаки женщины.

Сахарный диабет II типа (инсулиннезависимый), при котором количество инсулина вырабатывается в пределах нормы, но нарушена его рецепция.

Гормон (first messenger), связываясь с рецептором на поверхности клеточной мембраны, образует комплекс, который трансформирует сигнал первичного посредника в измененные концентрации особых молекул внутри клетки – вторичных посредников: цАМФ, цГМФ, Са 2+ , ΝО, ДАГ, ИФ3.

источник

Тема № 8. Гормоны

Цель изложения материала: ознакомить студентов со строением, свойствами, механизмами действия и биологической ролью гормонов.

Задачи: рассмотреть вопросы согласно следующего плана:

1. Общее представление о гормонах. Основные системы регуляции метаболизма и межклеточных взаимодействий.

2. Классификация гормонов. Химическая природа гормонов.

3. Механизмы действия гормонов.

4. Строение и биологическая роль гормонов:

4.1. Гипоталамуса и гипофиза.

1. Общее представление о гормонах. Основные системы регуляции метаболизма и межклеточных взаимодействий

Для нормального функционирования живого организма необходима взаимосвязь между отдельными органами, клетками и тканями. Такая взаимосвязь осуществляется четырьмя основными системами регуляции:

центральная и периферическая нервная системы через нервные импульсы и нейромедиаторы;

эндокринная система через эндокринные железы и гормоны, которые секретируются в кровь и влияют на метаболизм различных клеток-мишеней;

паракринная и аутокринная системы посредством различных соединений, секретируемых в межклеточное пространство и взаимодействующих с рецепторами или близлежащих клеток или той же клетки (простагландины, гормоны ЖКТ, гистамин и др.);

иммунная система через специфические белки (цитокины, антитела). Системы регуляции обмена веществ и функций организма образуют три

1) ЦНС . Нервные клетки получают сигналы, поступающие из внешней и внутренней среды, преобразуют их в форму нервного импульса и передают через синапсы, используя химические сигналы – медиаторы, вызывающие изменения метаболизма в эффекторных клетках.

2) Эндокринная система . Она включает гипоталамус, гипофиз, периферические эндокринные железы (а также отдельные клетки), синтезирующие

гормоны и высвобождающие их в кровь при действии соответствующего сигнала.

3) Внутриклеточный уровень составляют изменения метаболизма или отдельного метаболического пути в клетках в результате: а) изменения активности ферментов (путем активации или ингибирования); б) изменения количества ферментов (индукция синтеза белков или изменения скорости их распада); в) изменения скорости транспорта веществ через клеточные мембраны.

Интегрирующими регуляторами, связывающими различные регуляторные механизмы и обмен веществ в разных органах, являются гормоны .

Гормоны представляют собой биологически активные вещества органической природы, вырабатываемые специализированными клетками желез внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регуляторное действие на обмен веществ и физиологические функции.

Термин гормон (от греч. hormao) был введен в 1905 году У. Бейлиссом и Э. Старлингом при изучении секретина, вырабатываемого в двенадцатиперстной кишке и стимулирующего выделение сока поджелудочной железы и желчи.

Гормонам присущи следующие признаки:

1) Дистанционность действия. Вырабатываясь в клетках одних органов, они доставляются в другие органы, где оказывают свое регуляторное воздействие на различные метаболические процессы и функции клеток.

2) Специфичность действия. Гормоны действуют на клетки-мишени, предварительно связываясь со своими специфическими рецепторами.

3) Высокая биологическая активность. Действие гормонов реализуется в очень низких концентрациях (10 -6 – 10 -11 ммоль/л).

2. Классификация гормонов. Химическая природа гормонов

По химической природе гормоны подразделяют на 3 группы:

1) Гормоны белковой и пептидной природы. К данной группе относятся гормоны гипоталамуса, гипофиза, паращитовидных желез, поджелудочной железы.

2) Гормоны – производные аминокислот. Эту группу составляют гормоны, являющие производными тирозина – йодтиронины щитовидной железы (тироксин, трийодтиронин) и катехоламины (адреналин, норадреналин) мозгового слоя надпочечников.

3) Гормоны стероидной природы. К ним относятся андрогены и эстрогены, синтезируемые в половых железах, а также глюкортикоиды и минералкортикоиды, образующиеся в коре надпочечников.

3. Механизмы действия гормонов

Гормоны действуют как химические посредники, переносящие сигналы, возникающие в различных органах и ЦНС. Ответная реакция клетки на действие гормона может быть очень разнообразной. Она определяется химическим строением гормона и типом клетки, на которую действует гормон.

Синтез и секреция гормонов стимулируются внешними и внутренними сигналами, поступающими в центральную нервную систему. Эти сигналы поступают в гипоталамус, где активируется синтез пептидных рилизинг-гормонов (либеринов и статинов), которые активируют или ингибируют синтез и секрецию гормонов передней доли гипофиза. Последние в свою очередь стимулируют образование и секрецию гормонов периферических эндокринных желез, которые поступают в общий кровоток и взаимодействуют с клетками-мишенями (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема взаимосвязи регуляторных систем организма

Поддержание необходимого уровня гормонов в организме осуществляется по принципу отрицательной обратной связи. Изменение концентрации метаболитов в клетках-мишенях подавляет в этом случае синтез гормонов действуя либо на эндокринные железы, либо на гипоталамус. Синтез и секреция тропных гормонов передней доли гипофиза подавляется гормонами эндокринных периферических желез. Такие взаимодействия осуществляются в системах регуляции гормонов надпочечников, щитовидной железы и половых желез. В тоже время не все эндокринные железы регулируются по такому механизму. Например, гормоны задней доли гипофиза (вазопрессин и окситоцин) синтезируются в гипоталамусе в виде предшественников и хранятся в гранулах терминальных аксонов нейрогипофиза. Секреция гормонов поджелудочной железы (инсулина и глюкагона) зависит от уровня глюкозы в крови.Физиологический эффект гормона определяется рядом факторов: концентрацией гормона, которая определяется скоростью его инактивации и распада (в основном в печени) и скоростью выведения из организма гормона и его метаболитов; количеством и типом рецепторов на поверхности клеток-мишеней и др.

Начальным этапом в действии гормона на клетку-мишень является его взаимодействие с рецептором. Концентрация гормонов во внеклеточной жидкости очень низка (10 -6 –10 -11 ммоль/л). Клетки-мишени отличают свой гормон от множества других благодаря наличию соответствующего рецептора со специфическим центром для связывания гормона. По локализации различают мем-

бранные , цитоплазматические и ядерные рецепторы .

Рецепторы пептидных гормонов и адреналина расположены на поверхности клеточной мембраны. Стероидные и тиреоидные гормоны имеют рецепторы внутри клетки (например, для глюкокортикоидов они локализованы в цитозоле, а для андрогенов, эстрогенов и тиреоидных гормонов – в ядре). Рецепторы по химической природе являются белками и содержат в своей структуре несколько доменов, выполняющих определенные функции. Мембранные рецепторы содержат 3 домена. Первый домен обеспечивает узнавание и связывание гормона. Второй является трансмембранным. Третий домен (цитоплазматический) создает химический сигнал в клетке, который обеспечивает сопряжение узнавания и связывания гормона с определенным внутриклеточным ответом. Действие гормона в данном случае реализуется через изменение активности ферментов и их количества.

Рецепторы стероидных и тиреоидных гормонов также включают три функциональных области. На С-концевом участке полипептидной цепи рецептора находится домен узнавания и связывания гормона. Центральная часть рецептора имеет домен связывания ДНК. На N-концевом участке расположен домен, являющийся вариабельной областью рецептора и отвечающий за связывание с другими белками, участвующими в регуляции транскрипции.

Гормоны (первичные посредники), связываясь со своими рецепторами на поверхности клеточной мембраны, образуют гормон-рецепторный комплекс, который трансформирует сигнал первичного посредника в изменение концентрации вторичных посредников , находящихся внутри клетки. Вторичными по-

средниками в реализации действия гормонов могут быть следующие соединения: цАМФ, цГМФ, ИФ 3 , ДАГ, Са 2+ , NO (рисунок 2).

Широко распространенной является аденилатциклазная система. С функционированием данной системы связана работа многих пептидных гормонов, а также адреналина. Связывание гормона с рецептором приводит к изменению его конформации и увеличению сродства к G s , в результате чего образуется комплекс гормон-рецептор-G-ГДФ. Далее ГДФ замещается на ГТФ, комплекс диссоциирует с освобождением -субъединицы, которая взаимодействует с аденилатциклазой. Активация данного фермента приводит к катализу реакции превращения АТФ в цАМФ, который присоединяется к протеинкиназам и освобождает их каталитические субъединицы (R 2 C 2 R 2 + C + C). Эти ферменты фосфорилируют специфические белки по серину и треонину. В результате данного процесса изменяется конформация и активность фосфорилированных белков, а это приводит к изменению скорости и направления регулируемых ими процессов в клетке. Однако для любой из систем трансмембранной передачи сигнала клетка имеет другую систему, которая подавляет этот сигнал. Так, при высокой концентрации в клетке цАМФ и повышенной активности протеинкиназы, может происходить фосфорилирование кальциевых каналов, что приводит к повышению концентрации ионов Са 2+ в клетке. Это в свое очередь активирует фосфодиэстеразу, катализирующую превращение цАМФ в АМФ, в результате чего инактивируется протеинкиназа, а завершает работу системы фосфопротеинфосфатаза, дефосфорилирующая фосфопротеины.

Стероидные и тиреоидные гормоны связываются с рецепторами внутри клетки и регулируют скорость транскрипции отдельных генов. В отсутствие гормона внутриклеточные рецепторы обычно связаны с другими белками в цитозоле или ядре. Например, рецепторы глюкокортикоидов образуют в цитозоле комплекс с шапероном, что препятствует связыванию рецептора с молекулой ДНК.

Основные этапы передачи гормональных сигналов

Черезмембранныерецепторы Через внутриклеточныерецепторы ( стероидные и тиреоидные гормоны)

источник