Рецепторы гормонов
Классификация по механизму действия
Классификация по месту образования
Классификация гормонов по биологическим функциям
Гормоны классифицируются по химическому строению, биологическим функциям, месту образования и механизму действия.
Классификация по химическому строению. По химическому строению гормоны делят на 3 группы (табл. 12.1):
- пептидные или белковые;
- производные арахидоновой кислоты – эйкозаноиды (оказывают местное действие)
Классификация гормонов по химическому строению
Кортикотропин Соматотропин Тиреотропин Пролактин Лютропин Лютеинеизирующий гормон Фолликулостимули-рующий гормон Мелоноцитстимули-рующий гормон Вазопрессин Окситоцин Паратгормон Кальцитонин Инсулин Глюкагон
Адреналин Норадреналин Трийодтиронин (Т3 ) Тироксин (Т4 )
Глюкокортикоиды Минералокорти-коиды Андрогены Эстрогены Прогестины Кальцитриол
Клетки некоторых органов, не относящихся к железам внутренней секреции (клетки ЖКТ, клетки почек, эндотелия и др.), также выделяют гормоноподобные вещества (эйкозаноиды), которые действуют в местах их образования.
По биологическим функциям гормоны можно разделить на несколько групп (табл. 12.2.)
Классификация гормонов по биологическим функциям.
Обмен углеводов, липидов, аминокислот. Водно-солевой обмен. Обмен кальция и фосфатов. Репродуктивная функция. Синтез и секреция гормонов эндокринных желез.
Инсулин, глюкагон, адреналин, кортизол, тироксин, соматотропин. Альдостерон, вазопрессин. Паратгормон, кальцитонин, кальцитриол. Эстрогены, андрогены, гонадотропные гормоны. Тропные гормоны гипофиза, либерины и статины гипоталамуса.
Эта классификация условна, поскольку одни и те же гормоны могут выполнять разные функции. Например, адреналин участвует в регуляции обмена липидов и углеводов и, кроме этого, регулирует артериальное давление, частоту сердечных сокращений, сокращение гладких мышц. Эстрогены регулируют не только репродуктивную функцию, но и оказывают влияние на обмен липидов, индуцируют синтез факторов свертывания крови.
По месту образования гормоны делятся на гормоны гипоталамуса, гипофиза, щитовидной железы, паращитовидных желез, поджелудочной железы, надпочечников, половых желез.
По механизму действия гормоны можно разделить на 3 группы:
1) Гормоны, не проникающие в клетку и взаимодействующие с мембранными рецепторами (пептидные, белковые гормоны, адреналин). Сигнал передается внутрь клетки с помощью внутриклеточных посредников (вторичные мессенджеры). Основной конечный эффект – изменение активности ферментов ;
2) гормоны, проникающие в клетку (стероидные гормоны, тиреоидные гормоны). Их рецепторы находятся внутри клеток. Основной конечный эффект – изменение количества белков-ферментов через экспрессию генов ;
3) гормоны мембранного действия (инсулин, тиреоидные гормоны). Гормон является аллостерическим эффектором транспортных систем мембран. Связывание гормона с мембранным рецептором приводит к изменению проводимости ионных каналов мембраны .
Основные свойства и особенности действия гормонов
1. Высокая биологическая активность. Гормоны регулируют метаболизм в очень малых концентрациях – 10 -8 – 10 -11 М.
2. Дистантность действия. Гормоны синтезируются в эндокринных железах, а биологические эффекты оказывают в других тканях-мишенях.
3. Обратимость действия. Обеспечивается адекватным ситуации дозированным освобождением и последующими механизмами инактивации гормонов. Время действия гормонов различно:
· пептидные гормоны: сек – мин;
· белковые гормоны: мин – часы;
· стероидные гормоны: часы;
3. Специфичность биологического действия.
4. Плейотропность (многообразие) действия. Например, катехоламины рассматривались как краткосрочные гормоны стресса. Затем было выявлено, что они участвуют в регуляции матричных синтезов и процессов, определяемых геномом: памяти, обучения, роста, деления, дифференциации клеток.
5. Дуализм регуляций (двойственность). Так, адреналин как суживает, так и расширяет сосуды. Йодтиронины в больших дозах увеличивают катаболизм белков, в малых – стимулируют анаболизм.
Биологическое действие гормонов проявляется через их взаимодействие с рецепторами клеток-мишеней. Клетки, наиболее чувствительные к влиянию определенного гормона, называют клеткой-мишенью. Специфичность гормонов по отношению к клеткам-мишеням обусловлена наличием у клеток специфических рецепторов, которые входят в состав плазматических мембран.
Рецепторы – это специфические структуры клетки, обладающие высоким сродством по отношению к одному определенному гормону.
Рецепторы по химической природе являются, сложными белками (гликопротеинами). Рецепторы пептидных гормонов и адреналина располагаются на поверхности мембраны и содержат три домена. Первый домен расположен на внешней стороне клеточной мембраны, содержит гликозилированные участки и обеспечивает узнавание и связывание гормона. Второй домен – трансмембранный. Третий (цитоплазматический) домен создает химический сигнал в клетке.
Рецепторы стероидных и тиреоидных гормонов содержат три функциональные области:
- домен узнавания и связывания гормона;
- домен связывания с ДНК;
- домен, отвечающий за связывание с другими белками, вместе с которыми участвует в регуляции транскрипции.
Механизм передачи гормональных сигналов через мембранные рецепторы
Гормоны (первичные посредники) связываются с рецепторами на поверхности клеточной мембраны и образуют комплекс гормон-рецептор. Этот комплекс трансформирует сигнал первичного посредника путем изменения концентрации внутри клетки вторичных посредников. Вторичными посредниками являются: циклический АМФ (цАМФ), цГМФ, инозитолтрифосфат (ИФ3 ), диацилглицерол (ДАГ); Са 2+. NO (оксид азота II).
1. Аденилатциклазная система.
Гормоны, взаимодействие которых с рецептором клетки-мишени приводит к образованию цАМФ действуют через систему, включающую: белок-рецептор, G-белок и фермент аденилатциклазу.
Известно более 200 различных G-белков. В отсутствие гормона G-белок связан с ГДФ и неактивен. Образование комплекса гормон-рецептор приводит к конформационным изменениям G-белка, замене ГДФ на ГТФ и активации G-белка. Существуют GS - стимулирующий и GI - ингибирующий аденилатциклазу белки.
Последовательность событий, приводящих к изменению активности аденилатциклазы:
- связывание гормона с рецептором;
- комплекс гормон-рецептор взаимодействует с G-белком, изменяя его конформацию;
- вследствие изменения конформации G-белка происходит замена ГДФ на ГТФ;
- комплекс GS - белок • ГТФ активирует аденилатциклазу (комплекс GI - белок • ГТФ ингибирует аденилатциклазу);
- активация аденилатциклазы приводит к увеличению скорости образования цАМФ из АТФ.
Далее образовавшийся под действием аденилатциклазы цАМФ активирует протеинкиназу А. Активированная протеинкиназа А фосфорилирует ферменты и другие белки, что сопровождается изменением функциональной активности белков-ферментов (активацией или ингибированием).
Протеинкиназа – это внутриклеточный фермент, который может существовать в двух формах. В отсутствие цАМФ протеинкиназа представлена тетрамером, состоящим из двух каталитических (2С) и двух регуляторных (2R) субъединиц (неактивный фермент). В присутствии цАМФ протеинкиназный комплекс обратимо диссоциирует на одну 2R-субъединицу и две свободные каталитические субъединицы С. Субъединицы С обладают ферментативной активностью.
Реферат: Химия гормонов
Гонадотропины, ФСГ (фолликулостимулирующий гормон, фоллитропин) и ЛГ (лютеинизирующий гормон, лютропин) являются гликопротеидами, секретируемыми цианофильными клетками аденогипофиза (передней долей гипофиза), под действием гипоталамического релизинг-фактора. Органами-мишенями являются гонады.
Молекулярная масса ФСГ составляет 33000 дальтон, а ЛГ — 28000 дальтон. Оба гормона имеют димерную структуру, т. е. состоят из гормонально неспецифической альфа-цепи (данная цепь взаимозаменяема с ФСГ и ЛГ) и бетта-цепи определяющей гормональную специфичность. Цепи связаны нековалентной связью. Высокое содержание сахаридов до 16%, также играет важную роль в определении биологической активности. Когда сахаридная оболочка удаляется с поверхности гормона, последний частично утрачивает свою биологическую активность, в то время как иммунологическая активность сохраняется в неизменном виде (определение иммунологическими методами возможно). Структура альфа-цепи у этих гормонов очень схожа с таковой у ХГЧ и ТТГ. Изолированная альфа — или бетта-цепь практически не имеет биологической активности.
Молекулярная структура обоих гормонов гетерогенна, что обуславливается возрастом и полом и возможно индуцируется половыми стероидами. До настоящего времени не установление" имеет ли эта гетерогенность какую-либо клиническую значимость.
Рисунок 1. Механизм эффекта протеогормонов (на примере ЛГ) на плазматическую мембрану клетки-мишени. Р = мембранный рецептор; Б = белок-передатчик; А = аденилатциклаза; АТФ = аденозинтрифосфат; Циклический АМФ = Циклический 3,5-аденозинмонофосфат
ФСГ и ЛГ осуществляют свою гормональную активность посредством рецепторов на поверхности гонадальной клетки-мишени; в данном процессе соответствующий гормон выступает в роли мессенджера первого порядка. Затем, в процессе каскада последовательных реакций, гормональный импульс распространяется в клетке-мишени с помощью циклического АМФ — мессенджера второго порядка (см. рис.1). Во взаимодействии с эстрадиолом ФСГ индуцирует его рецепторы; рецепторы ЛГ также индуцируются ФСГ.
У женщин, ЛГ и ФСГ оказывают синергический эффект на биосинтез стероидных гормонов яичников. Мишенями ЛГ являются клетки оболочки яичника и желтое тело. Кроме того ЛГ вызывает овуляцию и лютеинизирует гранулезные клетки. ФСГ контролирует рост фолликулов до наступления их зрелости и готовности к овуляции, а начиная от ранних стадий биосинтеза стероидов синергическим взаимодействием ФСГ и ЛГ стимулируется также биосинтез гранулезными клетками эстрадиола.
У мужчин ЛГ стимулирует биосинтез тестостерона в клетках Лейдига семмеников. ФСГ контролирует рост и функцию семенных канальцев, в особенности сперматогенез в клетках Сертоли.
В отличии от гонадотропинов пролактин состоит из единственной пептидной цепи, включающей 198 аминокислотных остатков. Помимо прочего пространственная структура гормона стабилизируется тремя дисульфидными мостиками. Пролактин не содержит остатков сахаридов, то есть не является гликопротеидом. Молекулярная масса гормона составляет 22000 дольтон. Имеются определенные структуральные аналогии с гормоном роста (соматотропином, соматотропным гормоном, СТГ), равно как и с человеческим плацентарным лактогеном (ЧПЛ).
Циркулирующий в крови пролактин отличается молекулярным полиморфизмом, т. е. он может быть «малым», «большим» и «очень большим», при этом иммуногенность этих форм одинакова. Предполагается, что «малый» пролактин представляет собою мономерную форму, а «большой» и «очень большой», соответственно, ли — и тетрамерную. «Малый» пролактин составляет примерно 80% от всего количества гормона, иммунологически определяемого в крови, «большой» — 5-20%, а «очень большой» — 0,5-5%. Более того, сыворотка содержит расщепленный пролактин, который иммунологически активен и имеет молекулярную массу от 8000 до 16000 дальтон. В экспериментах на животных показан сильный митогенный эффект данного пролактина на ткань молочных желез.
Как и гонадотропины, пролактин оказывает свое физиологическое влияние на клетки-мишени посредством рецепторов, расположенных на мембране. Совместно с эстрадиолом, пролактин у женщин воздействует на рост и функционирование молочных желез и вызывает лактацию. По мнению некоторых исследователей, пролактин играет определенную роль в формировании и функции желтого тела.
У мужчин специфическая функция пролактина не установлена.
Пролактин синтезируется в специализированных лактогенных клетках передней доли гипофиза; его синтез и освобождение находятся под (лимуляционно-ингибиторным влиянием гипоталамуса. Кроме гипофиза, пролактин продуцируется децидуальной оболочкой (наличие пролактина в амниотической жидкости) и эндометрием.
Люлиберин (рилизинг-фактор лютеинизирующего гормона), называемый также гонадолиберин (гонадотропин-рилизинг фактор) представляет собою декапептид известной структуры. Люлиберин синтезируется в нервных клетках (нейронах) определенных областей вентрального и медиобазального гипоталамуса (Nucleus arcuatus, ventromedialis, periventricularis anterior, area preoptica suprachismatica), которые идентифицируются иммуногистохимически. Через аксоны нервных клеток гормон транспортируется к медиальной эминенции (Eminentiamediana), где освобождается в кровь специальной портальной системой, охватывающей гипоталамус, ножку гипофиза и аденогипофиз. В передней доле гипофиза, люлиберин, стимулирует синтез и освобождение ЛГ и ФСГ посредством специфического связывания с рецепторами на мембране клеток аденогипофиза. Вариации уровня гонадотропинов у женщин, как и различия в соотношении ФСГ и ЛГ в зависимости от возраста и фаз менструального цикла, вероятно, объясняются изменениями функционального состояния гонадотропных клеток передней доли гипофиза (вариациями числа рецепторов люлиберина, что определяет чувствительность к нему гонадотропов). Ингибин также оказывает моделирующее влияние на этот механизм. Люлиберин катаболизируется и инактивируется эндопептидазами аденогипофиза.
Ингибин является пептидом с молекулярной массой 23000 дальтон. У женщин гормон обнаруживается в фолликулярной жидкости, а у мужчин синтезируется в семенных канальцах яичек. Ингибин селективно ингибирует освобождение ФСГ из передней доли гипофиза.
5. Половые стероиды
В основе всех стероидных гормонов лежит структура циклопентанпергидрофенантрена, называемая также стерановой кольцевой системой, которая состоит из четырех насыщенных водородом конденсированных колец, три из которых являются шестичленными, а одно пятичленным (см. рис.2). Путем замещения атомов водорода метальной группой или кислородсодержащими оксо - или гидроксильными группами достигается значительное разнообразие физиологического действия гормонов.
В женском организме местом синтеза наиболее важных половых стероидов (т. е. эстрогенов, гестагенов и андрогенов ) являются яичники и кора надпочечников, а во время беременности — плацента. Принципиальными половыми стероидами для мужского организма являются андрогены, которые синтезируются в яичках и, в небольших количествах, в коре надпочечников. В дополнение к сказанному следует отметить, что поставщиком холестерина, производными которого являются все половые стероиды и гормоны коры надпочечников, является печень.
Рисунок 2. Классификация стероидных гормонов по субклассам и их важнейшие представители
Стероиды липофильны, это означает их низкую способность растворяться в воде. Поэтому в крови 95% стероидных гормонов находятся в связанном состоянии со специфическими транспортными белками. Равновесие между связанными и свободными стероидами подчиняется закону действующих масс. С помощью транспортных белков гормоны переносятся к своим органам-мишеням. Только свободные, не связанные с белком стероиды являются биологически активными. Секс-стероидсвязывающий глобулин (СССГ) специфично связывает эстрадиол и андро-гены с низкой емкостью и высокой афинностью, в то время как кортико-стероидосвязьшаюший глобулин (КСГ) связывает прогестерон и глюко-кортикоиды. Помимо своей транспортной функции специфические сывороточные гормон-связывающие белки защищают стероиды от метаболической инактивации по пути от секретирующей их железы к органу-мишени. СССГ и КСГ являются кислыми гликопротеидами с молекулярной массой 45000 (СССГ) и 65000 (КСГ). Синтез стероидных гормонов полностью происходит в организме человека (см. рис.3). Начальная субстанция — КоА, активирует уксусную кислоту — углеродное соединение, из которого в результате ряда превращений, дальнейшей конденсации и циклизации формируется холестерин. Холестерин состоит из 27 углеродных атомов и помимо прочих составляющих является главным компонентом начальной стадии синтеза стероидных гормонов.
Рисунок 3. Схема биосинтеза всех субклассов стероидных гормонов
Путем ферментативно-опосредованного укорочения боковой цепи, соединенной со стероидной структурой в положении 17р на 6 атомов углерода формируется прегненолон. Прегненолон является С21 стероидом, из которого в последствии путем окисления гидроксильной группы в положении 3 (3 в оксогруппу с одновременным перемещением двойной связи от D 5 к D 4 образуется прогестерон. Прогестерон является главным представителем гестагенов. В то же время прогестерон является предшественником всех глюко — и минералкортикоидов (см. рис.2), а также андрогенов, которые происходят от прогестерона в результате ферментативного отщепления боковой цепи в положении 17 (3. В данном процессе 17-гидроксипрогестерон выступает в роли промежуточного продукта. Это означает, что андрогены являются С 19 стероидами, главным представителем которых является тестостерон.
В завершении сложной синтетической цепи, которая состоит из множества промежуточных реакций, происходит синтез эстрогенов, наиболее активным представителем которых является эстрадиол. Эстрогены синтезируются из андрогенов путем удаления угловой С19 метальной группы, локализованной между кольцами А и Б с одновременной ароматизацией («фенолизации») кольца А. Фенольное кольцо А является наиболее характерной чертой всех эстрогенов.
Все стероидные гормоны разрушаются в печени путем восстановления, добавления гидроксильных групп, с последующим коньюгированием с глюкуроновой кислотой или сульфатированием. В результате образуются водорастворимые соединения, которые могут выводиться с мочой.
В отличии от гонадотропинов, стероидные гормоны проявляют свой биологический эффект, проникая внутрь клетки по градиенту концентрации и связываясь с растворимыми рецепторными молекулами, присутствующими в цитозоле, а не путем взаимодействия с мембранными рецепторами (см. рис.4). Каждая группа стероидных гормонов имеет свои особые рецепторы. Связь с соответствующим рецептором обратима и обладает высокой афинностью.
Образовавшийся цитоплазматический комплекс стероид-рецептор постепенно активируется или трансформируется и перемещается внутрь клеточного ядра — места локализации генетического аппарата. Здесь комплекс гормон-рецептор входит во взаимодействие со специфическим молекулярным отрезком на хроматине, так называемой зоной ядерного взаимодействия, которая соответствует молекулярной области на комплексе стероид-рецептор.
Как следствие связи комплекса стероидный гормон-рецептор с нуклеарным акцептором, двойная спираль ДНК расщепляется, делая доступной генетическую информацию.
Рисунок 4. Механизм молекулярного действия стероидных гормонов в клетке-мишени
Данный сегмент ДНК транскрибируется в мРНК. Далее, отделившись, мРНК выходит в цитоплазматическое пространство. На заключительном этапе, в процессе взаимодействия мРНК (в качестве матрикса) с рибосомальным белоксинтезирующим аппаратом, происходит неосинтез белка.
Главным представителем эстрогенов является эстрадиол (см. рис.5), который обладает наивысшей биологической активностью. Эстрон формируется из эстрадиола путем ферментативно опосредованной дегидрогенерации у С17 и не обладает выраженной биологической активностью (ввиду низкой способности связываться с рецептором и недостаточного накопления в ядре клетки). В течение беременности эстрон может определяться в сыворотке в нарастающих концентрациях. В этом случае, гормон синтезируется из дегидроэпиандростерон-сульфата (ДГЭА — S), образующегося в коре надпочечников плода. Таким образом эстрон является одним из показателей, характеризующих состояние плода.
Рисунок 5. Структура биологически наиболее значимых эстрогенов
Другой интересной группой эстрогенов являются катехолэстрогены, т. е. стероиды, производные эстрадиола и эстрона и имеющие дополнительную группу во втором положении кольца А. Это делает их сходными с катехоламинами: адреналином и норадреналином. Катехолэстрогены, помимо прочих мест, синтезируются в гипоталамусе, где они, по мнению многих исследователей, выполняют роль нейротрансмиттеров, как и катехоламины.
В женском организме эстрадиол синтезируется в яичниках, в оболочке и гранулезных клетках фолликулов. В лютеиновую фазу менструального цикла, эстрадиол синтезируется исключительно клетками оболочки фолликула, в то время как гранулезные клетки лютеинизируются и переключаются на синтез прогестерона. В случае наступления беременности массированная продукция эстрогенов осуществляется плацентой. К другим местам синтеза эстрогенов, прежде всего эстрона в постменопаузе, относится кора надпочечников и периферическая жировая ткань ввиду их способности ароматизировать андрогены.
Клинически достоверных подтверждений наличия секреции эстрогенов в мужском организме не обнаружено.
Органами-мишенями эстрогенов являются матка, влагалище, вульва, фаллопиевы трубы и молочные железы. Гормоны данной группы отвечают за развитие вторичных половых признаков и определяют характерные физические и психические особенности женщин. Эстрогены также вызывают закрытие эпифизарных точек роста и таким образом принимают участие в регуляции линейного роста. Кроме того, эстрогены оказывают индуцирующее воздействие на ряд белков плазмы, синтезируемых в печени (например СССГ, КСГ, ТСГ-тироксинсвязывающий глобулин, — липопротеиды, факторы свертывания крови). В клетках-мишенях эстрадиол индуцирует как свои рецепторы, так и рецепторы прогестерона.
Главным представителем данной группы гормонов является прогестерон (см. рис. 2). У женщин прогестерон секретируется желтым телом и, во время беременности плацентой.
Клинически достоверных подтверждений наличия синтеза прогестерона у мужчин не существует.
Для проявления прогестероном своего физиологического эффекта в женском организме требуется предварительное воздействие эстрогенов. Как и в случае с эстрадиолом, активность прогестерона в клетках-мишенях опосредуется специфическими рецепторами. Активация данной группы рецепторов происходит аналогично механизму активации эстрогенных рецепторов.
Главным органом-мишенью прогестерона является матка. Гормон вызывает секреторную трансформацию пролиферативно утолщенного эндометрия, тем самым обеспечивая его готовность к имплантации оплодотворенной яйцеклетки. Более того, прогестерон несет на себе важную контрольную функцию в системе гонадотропины-гонадные стероиды и вызывает стимуляцию теплового центра. Это вызывает повышение температуры тела на 0,5 градусов в лютеиновую фазу менструального цикла после овуляции.
Прогестерон блокирует синтез своих собственных рецепторов, а также блокатора эстрадиола. В эндометриальной клетке прогестерон индуцирует 17 (5-гадроксистероид дегидрогеназу, которая является ключевым ферментом метаболизма эстрадиола и переводит эстрадиол в практически неактивный эстрон. Таким образом, посредством своего рецепторного механизма, прогестерон предотвращает черезмерное образование эндогенного эстрадиола в клетке-мишени. Данный эффект прогестерона в совокупности с его отрицательным воздействием на рецепторы эстрадиола, осуществляется посредством рецепторного механизма, может быть определен как антиэстрогенный эффект прогестерона.
8. Андрогены у женщин
Главными представителями андрогенов в женском организме являются тестостерон, андростендиол и дигидроэпиандростерон — сульфат (ДГЭА-S) (см. Рис.6).
В яичниках андрогены секретируются в клетках внутренней части оболочки фолликула, его наружной стенки; андростерон и тестостерон синтезируются из холестерина под влиянием ЛГ.
Андрогены стимулируют рост волос на лобке и подмышечных впадинах, повышают либидо и оказывают влияние на размер клитора и больших половых губ. Андрогены модулируют продукцию гонадотропинов в передней доле гипофиза. Гиперандрогенемия у женщин ведет к вирилизации и нарушениям фертильности. Это обусловливает важность определения андрогенов в диагностике женского бесплодия.
Рисунок 6. Структура биологически наиболее важных представителей андрогенов
Как у всех стероидных гормонов, активность андрогенов опосредуется внутриклеточными рецепторами. Однако в контакт с рецептором вступает не тестостерон, а 5ос-дигидротестостерон (ДГТ), который образуется в клетке-мишени путем ферментативной редукции D 4 двойной связи (за счет активности 5а-редуктазы).
9. Андрогены у мужчин
В организме мужчин главными представителями андрогенов являются тестостерон и дегидротестостерон (ДГТ). В органах-мишенях (простате, семенных пузырьках и коже) тестостерон выполняет роль прегормона; это означает, что тестостерон, достигнув органа-мишени, при помощи 5а-редуктазы, превращается в дегидротестостерон, и только после этого дегидротестостерон оказывает свой биологический эффект через рецепторный механизм, описанный выше. В других органах-мишенях, таких как мышцы и почки, эффект андрогенов опосредуется напрямую, т. е. без ферментативного превращения. В настоящее время в научных кругах рассматривается вопрос наличия на уровне гипоталамуса и в других чувствительных к эндокринным влияниям областях головного мозга третьего причинно-следственного механизма; тестостерон как таковой не обладает собственной гормональной активностью, однако подвергнувшись ароматизации, трасформируется в эстрадиол, приобретая в этом случае биологическую активность, взаимодействуя с рецепторами.
В сравнении с тестостероном, биологическая активность других андрогенов, таких как андростендион, дигидроэпиандростерон, дегидроэпиандростеронсульфат, андростерон, эпиандростерон и этиохоланолон ниже в 5-20 раз. В таблице 2 представлены нормальные показатели концентраций наиболее важных андрогенов в организме мужчины.
Нормальные значения концентраций клинически наиболее значимых андрогенов у мужчин.
Концентрация в сыворотке, нг/мл
Этот андроген представлен в наибольшем количестве, но так же, как и тестостерон, по сути андрогенной активности не имеет. Наиболее важным источником тестостерона являются клетки Лейдига семенников, что было установлено при обследовании мужчин, подвергнутых кастрации. Только небольшие количества тестостерона синтезируются на периферии путем трансформации предшественников. Тестостерон поддерживает сперматогенез, стимулирует рост и функционирование добавочных половых желез, а также развитие полового члена и мошонки. Гормон обладает анаболическим эффектом, главным образом в отношении костей и мышц. В течение пубертатного периода, наличие тестостерона обуславливает линейный рост гортани, что ведет к понижению голоса. Под действием тестостерона формируется мужской тип оволоснения («треугольник» в верхней части лобка, борода, волосы на груди, выпадение волос на лбу и темени). За счет непосредственного воздействия на костный мозг, а также путем активации синтеза эритропоэтина в почках тестостерон стимулирует эритропоэз. Гормон также необходим для поддержания либидо и потенции.
Еще работы по биологии
Реферат по биологии
Гормоны 3
Биохимия гормонов В.250599
Организм человека существует как единое целое благодаря системе внутренних связей которая обеспечивает передачу информации от одной клетки к другой в одной и той же ткани или между разными тканями. Без этой системы невозможно поддерживать гомеостаз. В передаче информации между клетками в многоклеточных живых организмах принимают участие три системы: ЦЕНТРАЛЬНАЯ НЕРВНАЯ СИСТЕМА (ЦНС) ЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА (ЖЕЛЕЗЫ ВНУТРЕННЕЙ СЕКРЕЦИИ) и ИММУННАЯ СИСТЕМА.
Способы передачи информации во всех названных системах - химические. Посредниками при передаче информации могут быть СИГНАЛЬНЫЕ молекулы.
К таким сигнальным молекулам относятся четыре группы веществ: ЭНДОГЕННЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (медиаторы иммунного ответа факторы роста и др.) НЕЙРОМЕДИАТОРЫ АНТИТЕЛА (иммуноглобулины) и ГОРМОНЫ.
Б И О Х И М И Я Г О Р М О Н О В
ГОРМОНЫ - это биологически активные вещества которые синтезируются в малых количествах в специализированнных клетках эндокринной системы и через циркулирующие жидкости (например кровь) доставляются к клеткам-мишеням где оказывают свое регулирующее действие.
Гормоны как и другие сигнальные молекулы обладают некоторыми общими свойствами.
ОБЩИЕ СВОЙСТВА ГОРМОНОВ.
1) выделяются из вырабатывающих их клеток во внеклеточное пространство;
2) не являются структурными компонентами клеток и не используются как источник энергии.
3) способны специфически взаимодействовать с клетками имеющими рецепторы для данного гормона.
4) обладают очень высокой биологической активностью - эффективно действуют на клетки в очень низких концентрациях (около 10-6 - 10-11 моль/л).
МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ.
Гормоны оказывают влияние на клетки-мишени.
КЛЕТКИ-МИШЕНИ - это клетки которые специфически взаимодействуют с гормонами с помощью специальных белков-рецепторов. Эти белки-рецепторы располагаются на наружной мембране клетки или в цитоплазме или на ядерной мембране и на других органеллах клетки.
БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА ОТ ГОРМОНА В КЛЕТКУ-МИШЕНЬ.
Любой белок-рецептор состоит минимум из двух доменов (участков) которые обеспечивают выполнение двух функций:
- преобразование и передачу полученного сигнала в клетку.
Каким образом белок-рецептор узнает ту молекулу гормона с которой он может взаимодействовать?
Один из доменов белка-рецептора имеет в своем составе участок комплементарный какой-то части сигнальной молекулы. Процесс связывания рецептора с сигнальной молекулой похож на процесс образования фермент-субстратного комплекса и может определяется величиной константы сродства.
Большинство рецепторов изучены недостаточно потому что их выделение и очистка очень сложные а содержание каждого вида рецепторов в клетках очень низкое. Но известно что гормоны взаимодействуют со своими рецепторами физико-химическим путем. Между молекулой гормона и рецептором формируются электростатические и гидрофобные взаимодействия. При связывании рецептора с гормоном происходят конформационные изменения белка-рецептора и комплекс сигнальной молекулы с белком-рецептором активируется. В активном состоянии он может вызывать специфические внутриклеточные реакции в ответ на принятый сигнал. Если нарушен синтез или способность белков-рецепторов связываться с сигнальными молекулами возникают заболевания - эндокринные нарушения. Есть три типа таких заболеваний:
1. Связанные с недостаточностью синтеза белков-рецепторов.
2. Связанные с изменением структуры рецептора - генетических дефекты.
3. Связанные с блокированием белков-рецепторов антителами.
МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ НА КЛЕТКИ-МИШЕНИ.
В зависимости от строения гормона существуют два типа взаимодействия. Если молекула гормона липофильна (например стероидные гормоны) то она может проникать через липидный слой наружной мембраны клеток-мишеней. Если молекула имеет большие размеры или является полярной то ее проникновение внутрь клетки невозможно. Поэтому для липофильных гормонов рецепторы находятся внутри клеток-мишеней а для гидрофильных - рецепторы находятся в наружной мембране.
Для получения клеточного ответа на гормональный сигнал в случае гидрофильных молекул действует внутриклеточный механизм передачи сигнала. Это происходит с участием веществ которых называют "ВТОРЫМИ ПОСРЕДНИКАМИ". Молекулы гормонов очень разнообразны по форме а "вторые посредники" - нет.
Надёжность передачи сигнала обеспечивает очень высокое сродство гормона к своему белку-рецептору.
Что такое посредники которые участвуют во внутриклеточной передаче гуморальных сигналов? Это циклические нуклеотиды (цАМФ и цГМФ) инозитолтрифосфат кальций-связывающий белок - кальмодулин ионы кальция ферменты участвующие в синтезе циклических нуклеотидов а также протеинкиназы - ферменты фосфорилирования белков. Все эти вещества участвуют в регуляции активности отдельных ферментных систем в клетках-мишенях.
Разберем более подробно механизмы действия гормонов и внутриклеточных посредников. Существует два главных способа передачи сигнала в клетки-мишени от сигнальных молекул с мембранным механизмом действия:
1. АДЕНИЛАТЦИКЛАЗНАЯ (ИЛИ ГУАНИЛАТЦИКЛАЗНАЯ) СИСТЕМЫ
2. ФОСФОИНОЗИТИДНЫЙ МЕХАНИЗМ
Основные компоненты: мембранный белок-рецептор G-белок фермент аденилатциклаза гуанозинтрифосфат протеинкиназы.
Кроме того для нормального функционирования аденилатциклазной системы требуется АТФ.
Схема аденилатциклазной системы представлена на рисунке:
Как видно из рисунка белок-рецептор G-белок рядом с которым располагаются ГТФ и фермент (аденилатциклаза) встроены в мембрану клетки.
До момента действия гормона эти компоненты находятся в диссоциированнном состоянии а после образования комплекса сигнальной молекулы с белком-рецептором происходят изменения конформации G-белка. В результате одна из субъединиц G-белка приобретает способность связываться с ГТФ.
Комплекс “G-белок-ГТФ” активирует аденилатциклазу. Аденилатциклаза начинает активно превращать молекулы АТФ в ц-АМФ.
ц-АМФ обладает способностью активировать особые ферменты - протеинкиназы которые катализируют реакции фосфорилирования различных белков с участием АТФ. При этом в состав белковых молекул включаются остатки фосфорной кислоты. Главным результатом этого процесса фосфорилирования является изменение активности фосфорилированного белка. В различных типах клеток фосфорилированию в результате активации аденилат-циклазной системы подвергаются белки с разной функциональной активностью. Например это могут быть ферменты ядерные белки мембранные белки. В результате реакции фосфорилирования белки могут становятся функционально активными или неактивными.
Такие процессы будут приводить к изменениям скорости биохимических процессов в клетке-мишени.
Активация аденилатциклазной систтемы длится очень короткое время потому что G-белок после связывания с аденилатциклазой начинает проявлять ГТФ-азную активность. После гидролиза ГТФ G-белок восстанавливает свою конформацию и перестает активировать аденилатциклазу. В результате прекращается реакция образования цАМФ.
Кроме участников аденилатциклазной системы в некоторых клетках-мишенях имеются белки-рецепторы связанные с G-белками которые приводят к торможению аденилатциклазы. При этом комплекс “GTP-G-белок” ингибирует аденилатциклазу.
Когда останавливается образование цАМФ реакции фосфорилирования в клетке прекращаются не сразу: пока продолжают существовать молекулы цАМФ - будет продолжаться и процесс активации протеинкиназ. Для того чтобы прекратить действие цАМФ в клетках существует специальный фермент - фосфодиэстераза который катализирует реакцию гидролиза 3' 5'-цикло-АМФ до АМФ.
Некоторые вещества обладающие ингибирующим действием на фосфодиэстеразу (например алкалоиды кофеин теофиллин) способствуют сохранению и увеличению концентрации цикло-АМФ в клетке. Под действием этих веществ в организме продолжительность активации аденилатциклазной системы становится больше то есть усиливается действие гормона.
Кроме аденилат-циклазной или гуанилатциклазной систем существует также механизм передачи информации внутри клетки-мишени с участием ионов кальция и инозитолтрифосфата.
Инозитолтрифосфат - это вещество которое является производным сложного липида - инозитфосфатида. Оно образуется в результате действия специального фермента - фосфолипазы “С” который активируется в результате конформационных изменений внутриклеточного домена мембранного белка-рецептора.
Этот фермент гидролизует фосфоэфирную связь в молекуле фосфатидил-инозитол-4 5-бисфосфата и в результате образуются диацилглицерин и инозитолтрифосфат.
Известно что образование диацилглицерина и инозитолтрифосфата приводит к увеличению концентрации ионизированного кальция внутри клетки. Это приводит к активации многих кальций-зависимых белков внутри клетки в том числе активируются различные протеинкиназы. И здесь как и при активации аденилатциклазной системы одной из стадий передачи сигнала внутри клетки является фосфорилирование белков которое в приводит к физиологическому ответу клетки на действие гормона.
В работе фосфоинозитидного механизма передачи сигналов в клетке-мишени принимает участие специальный кальций-связывающий белок - кальмодулин. Это низкомолекулярный белок (17 кДа) на 30% состоящий из отрицательно заряженных аминокислот (Глу Асп) и поэтому способный активно связывать Са+2. Одна молекула кальмодулина имеет 4 кальций-связывающих участка. После взаимодействия с Са+2 происходят конформационные изменения молекулы кальмодулина и комплекс “Са+2-кальмодулин” становится способным регулировать активность (аллостерически угнетать или активировать) многие ферменты - аденилатциклазу фосфодиэстеразу Са+2 Мg+2-АТФазу и различные протеинкиназы.
В разных клетках при воздействии комплекса “Са+2-кальмодулин” на изоферменты одного и того же фермента (например на аденилатциклазу разного типа) в одних случаях наблюдается активация а в других - ингибирование реакции образования цАМФ. Такие различные эффекты происходят потому что аллостерические центры изоферментов могут включать в себя различные радикалы аминокислот и их реакция на действие комплекса Са+2-кальмодулин будет отличаться.
Таким образом в роли "вторых посредников" для передачи сигналов от гормонов в клетках-мишенях могут быть:
- Циклические нуклеотиды (ц-АМФ и ц-ГМФ);
Механизмы передачи информации от гормонов внутри клеток-мишеней с помощью перечисленных посредников имеют общие черты:
1. одним из этапов передачи сигнала является фосфорилирование белков
2. прекращение активации происходит в результате специальных механизмов инициируемых самими участниками процессов - существуют механизмы отрицательной обратной связи.
Гормоны являются основными гуморальными регуляторами физиологических функций организма и в настоящее время хорошо известны их свойства процессы биосинтеза и механизмы действия.
Признаки по которым гормоны отличаются от других сигнальных молекул:
1. Синтез гормонов происходит в особых клетках эндокринной системы. При этом синтез гормонов является основной функцией эндокринных клеток.
2. Гормоны секретируются в кровь чаще в венозную иногда в лимфу. Другие сигнальные молекулы могут достигать клеток-мишеней без секреции в циркулирующие жидкости.
3. Телекринный эффект (или дистантное действие) - гормоны действуют на клетки-мишени на больщом расстоянии от места синтеза.
Гормоны являются высокоспецифичными веществами по отношению к клеткам-мишеням и обладают очень высокой биологической активностью.
ХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ГОРМОНОВ.
Строение гормонов бывает разным. В настоящее время описано и выделено около 160 различных гормонов из разных многоклеточных организмов. По химическому строению гормоны можно классифицировать по трем классам:
1. Белково-пептидные гормоны;
2. Производные аминокислот;
3. Стероидные гормоны.
К первому классу относятся гормоны гипоталамуса и гипофиза (в этих железах синтезируются пептиды и некоторые белки) а также гормоны поджелудочной и паращитовидной желез и один из гормонов щитовидной железы.
Ко второму классу относятся амины которые синтезируются в мозговом слое надпочечников и в эпифизе а также иод-содержащие гормоны щитовидной железы.
Третий класс - это стероидные гормоны которые синтезируются в коре надпочечников и в половых железах. По количеству углеродных атомов стероиды отличаются друг от друга:
С21 - гормоны коры надпочечников и прогестерон;
С19 - мужские половые гормоны - андрогены и тестостерон;
С18 - женские половые гормоны - эстрогены.
Общим для всех стероидов является наличие стеранового ядра которое представлено на рисунке.
МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ЭНДОКРИННОЙ СИСТЕМЫ.
Эндокринная система - совокупность желез внутренней секреции и некоторых специализированных эндокринных клеток в составе тканей для которых эндокринная функция не является единственной (например поджелудочная железа обладает не только эндокринной но и экзокринной функциями). Любой гормон является одним из ее участников и управляет определенными метаболическими реакциями. При этом внутри эндокринной системы существуют уровни регуляции - одни железы обладают способностью управлять другими.
ОБЩАЯ СХЕМА РЕАЛИЗАЦИИ ЭНДОКРИННЫХ ФУНКЦИЙ В ОРГАНИЗМЕ.
Данная схема включает в себя высшие уровни регуляции в эндокринной системе - гипоталамус и гипофиз вырабатывающие гормоны которые сами влияют на процессы синтеза и секреции гормонов других эндокринных клеток.
Из этой же схемы видно что скорость синтеза и секреции гормонов может изменяться также под действием гормонов из других желез или в результате стимуляции негормональными метаболитами.
Мы видим также наличие отрицательных обратных связей (-) - торможение синтеза и(или) секреции после устранения первичного фактора вызвавшего ускорение продукции гормона.
В результате содержание гормона в крови поддерживается на определенном уровне который зависит от функционального состояния организма.
Кроме того организм обычно создает небольшой резерв отдельных гормонов в крови (на представленной схеме этого не видно). Существование такого резерва возможно потому что в крови многие гормоны находятся в связанном со специальными транспортными белками состоянии. Например тироксин связан с тироксин-связывающим глобулином а глюкокортикостероиды - с белком транскортином. Две формы таких гормонов - связанная с транспортными белками и свободная - находятся в крови в состоянии динамического равновесия.
Это значит что при разрушении свободных форм таких гормонов будет происходить диссоциация связанной формы и концентрация гормона в крови будет поддерживаться на относительно постоянном уровне. Таким образом комплекс какого-либо гормона с транспортным белком может рассматриваться как резерв этого гормона в организме.
Один из самых важных вопросов - это вопрос о том какие изменения метаболических процессов наблюдаются под действием гормонов. Назовем этот раздел:
ЭФФЕКТЫ КОТОРЫЕ НАБЛЮДАЮТСЯ В КЛЕТКАХ-МИШЕНЯХ ПОД ВЛИЯНИЕМ ГОРМОНОВ.
Очень важно что гормоны не вызывают никаких новых метаболических реакций в клетке-мишени. Они лишь образуют комплекс с белком-рецептором. В результате передачи гормонального сигнала в клетке-мишени происходит включение или выключение клеточных реакций обеспечивающих клеточный ответ.
При этом в клетке-мишени могут наблюдаются следующие основные эффекты:
1) Изменение скорости биосинтеза отдельных белков (в том числе белков-ферментов);
2) Изменение активности уже существующих ферментов (например в результате фосфорилирования - как уже было показано на примере аденилатциклазной системы;
3) Изменение проницаемости мембран в клетках-мишенях для отдельных веществ или ионов (например для Са+2).
Уже было сказано о механизмах узнавания гормонов - гормон взаимодействует с клеткой-мишенью только при наличии специального белка-рецептора (строение рецепторов и их локализация в клетке уже разбирались). Добавим что связывание гормона с рецептором зависит от физико-химических параметров среды - от рН и концентрации различных ионов.
Особое значение имеет количество молекул белка-рецептора на наружной мембране или внутри клетки-мишени. Оно изменяется в зависимости от физиологического состояния организма при заболеваниях или под влиянием лекарственных средств. А это означает что при разных условиях и реакция клетки-мишени на действие гормона будет различной.
Разные гормоны обладают различными физико-химическими свойствами и от этого зависит местонахождение рецепторов для определенных гормонов. Принято различать два механизма взаимодействия гормонов с клетками-мишенями:
- мембранный механизм - когда гормон связывается с рецептором на поверхности наружной мембраны клетки-мишени;
- внутриклеточный механизм - когда рецептор для гормона находится внутри клетки т. е. в цитоплазме или на внутриклеточных мембранах.
Гормоны обладающие мембранным механизмом действия:
- все белковые и пептидные гормоны а также амины (адреналин норадреналин);
Внутриклеточным механизмом действия обладают:
- стероидные гормоны и производные аминокислот - тироксин и трийодтиронин.
Передача гормонального сигнала на клеточные структуры происходит по одному из механизмов. Например через аденилатциклазную систему или с участием Са+2 и фосфоинозитидов. Это справедливо для всех гормонов с мембранным механизмом действия. Но стероидные гормоны с внутриклеточным механизмом действия которые обычно регулируют скорость биосинтеза белков и имеют рецептор на поверхности ядра клетки-мишени не нуждаются в дополнительных посредниках в клетке.
Особенности строения белков-рецепторов для стероидов.
Наиболее изученным является рецептор для гормонов коры надпочечников - глюкокортикостероидов(ГКС). В этом белке имеется три функциональных участка:
1 - для связывания с гормоном (С-концевой)
2 - для связывания с ДНК (центральный)
3 - антигенный участок одновременно способный модулировать функцию промотора в процессе транскрипции (N-концевой).
Другие работы по теме:
В организме человека и животных заложена определенная программа, генетический код, направленный на обеспечение рода. Никто не учит птицу, рыбу, оленя или кошку совершать действия, необходимые для полового сближения.
Половые гормоны, биологически активные вещества, вырабатываемые в половых железах, коре надпочечников и плаценте, стимулирующие и регулирующие половую дифференцировку в раннем эмбриональном периоде.
Гинекомастия увеличение молочной железы у мужчин с гипертрофией желез и жировой ткани. В период полового созревания часто возникает болезненное уплотнение молочных желез, которое затем самопроизвольно исчезает.
Диффузный нетоксический зоб, наиболее распространенная тиреоидная патология у детей и подростков. Диффузное увеличение размеров щитовидной железы и клиническое эутиреоидное состояние. Необходимость решения вопроса о характере восстановительной терапии.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В. Г. БЕЛИНСКОГО Принято на заседании Ученого совета Естественно-географического факультета протокол № ___от «___» _________2006 г.
Расположение и строение эпифиза. Эпифиз как железа внутренней секреции. Признаки эпифизарной недостаточности. Эпифиз как регулятор циркадианных ритмов. Гормоны эпифиза: серотонин и мелатонин. Образование олигопептидных гормонов совместно с нейроаминами.
Постоянно меняющаяся экологическая и радиологическая обстановка способствует росту заболеваний щитовидной железы. Большую роль в этом играет изменение характера питания населения, снижение потребления продуктов, богатых йодом, таких как морепродукты.
Рассеяный склероз – очень серьезное заболевание (аутоиммунный демиелинизируюший процесс, то есть состояние, при котором иммунная система, призванная чтобы Вас защищать, вдруг начинает разрушать собственные нервные клетки.
Не все знают, что работа сердца и нервной системы, интеллект, рост и психическое здоровье, а также способность забеременеть, выносить ребенка и кормить грудью во многом зависят от состояния щитовидной железы.
Экземой называется воспаление поверхностных слоев кожи нервно - аллергической природы, возникающее в ответ на воздействие внешних или внутренних раздражителей. Экзема характеризуется полиморфными (разнообразными) высыпаниями, зудом.
Кортизол (гидрокортизон, или 17-гидрокортикостерон), жизненно важный стероидный гормон, воздействующий на обмен веществ; секретируется наружным слоем (корой) надпочечников.
Лидерам среди забеливаний эндокринной системы во всем мире считаются недуги, связанные с работой щитовидной железы. Сама железа является частью эндокринной системы человека, но очень важной.
Эндокринная система. Существуют две внутрь выделяющие специализированные структуры: а - железы внутренней секреции, б - одиночные эндокринные клетки.
Эндокринная система, координирующая деятельность внутренних органов человека. Щитовидная, паращитовидная, поджелудочная, половые железы, тимус, надпочечники: их функции, состав гормонов. Гландулярная и диффузная системы, роль в развитии организма.
Физиологические свойства скелетных мышц. Понятие о гормонах и их классификация. Функциональная характеристика неисчерченных мышц. Типы функционального влияния гормонов. Одиночное мышечное сокращение и его фазы. Гормональная регуляция и парагормоны.
Изучение гормонов - производных аминокислот, особенностей их синтеза и механизма действия клетки. Физиологическая роль катехоламинов и их функции - мобилизации защитных сил организма в условиях стрессового воздействия. Анализ из влияния на секрецию.
Тирозин является предшественником нейромедиаторов норадреналина и дофамина. Эта аминокислота участвует в регуляции настроения; Тирозин подавляет аппетит, способствует уменьшению отложения жиров, способствует выработке мелатонина.
Как доброкачественные, так и злокачественные опухоли неэндокринной ткани могут секретировать различные гормоны главным образом пептидные гормоны, многие опухоли продуцируют несколько гормонов.
Межуточно-гипофизарная недостаточность (пангипопитуитаризм, диэнцефально-гипофизарная кахексия, болезнь Симмондса) - заболевание, характеризующееся выпадением или снижением функции гипоталамо-гипофизарной системы.
Женский организм, в отличие от мужского, живет в четком циклическом режиме; колебания уровня различных половых гормонов вызывают последовательные, повторяющиеся изменения во всем теле.
Источник развития и микроскопическое строение передней доли гипофиза. Развитие и строение щитовидной железы. Влияние тиреотропного гормона передней доли гипофиза на тироциты щитовидной железы, процессы синтеза, накопления и выведения тиреоидных гормонов.
В состоянии покоя клетки мозгового слоя надпочечников постоянно секретируют небольшие количества адренаналина и, вероятно, норадреналина.
Вилочковую железу еще называют тимусом или зобной железой. Она, как и костный мозг, является центральным органом иммуногенеза (формирование иммунитета).
Андрогены - мужские половые гормоны (тестостерон - один из андрогенов); эстрогены - женские половые гормоны; гестогены - препараты, обладающие эффектами эстрогенов (например, депостат - пролонгированный (длительного действия) гестоген).
Главным отличием женского организма детородного возраста от мужского, является циклическое колебание концентрации половых гормонов в кровяном русле, приводящее к ритмическим изменениям функции всех органов.
Фрэнсис Колдхейм на чердаке своего дома соорудил Осиную Фабрику — устройство, состощее из циферблата и ловушек, туда он запускает осу, и от того, куда она поползет, зависит, какой смертью она умрет.
Эндокринная система Главные железы внутренней секреции: 1. Эпифиз (относят к диффузной эндокринной системе) 2. Гипофиз 3. Щитовидная железа 4. Тимус
Ниже рассматриваются главные и в некотором смысле уникальные биологические функции белков, несвойственные или лишь частично присущие другим классам биополимеров.
Это в-ва которые обладают гидрофобными свойствами. Нерастворимы в воде, а растворяются в неполярных органических растворах.
Синтез белка Важнейшие функции организма: обмен веществ, развитие, рост, движение – осуществляются биохимическими реакциями с участием белков. Поэтому в клетках непрерывно синтезируются белки: белки-ферменты, белки - гормоны, сократительные белки, защитные белки.
Московская Государственная академия тонкой химической технологии им. M. В. Ломоносова Реферат по курсу: Регуляция клеточной активности Тема: Роль гормонов в регуляции кальция и фосфатов (парагормон, кальцитриол, кальцитонин)
Функциональные возможности организма обеспечивают взаимодействие 2-х систем: нервной и гуморальной. Возможности взаимоотношений 2-х систем могут осуществляться благодаря наличию в мозгу нейросекреторных клеток. Функции нервных и секреторных клеток.
Синтез белка Важнейшие функции организма: обмен веществ, развитие, рост, движение – осуществляются биохимическими реакциями с участием белков. Поэтому в клетках непрерывно синтезируются белки: белки-ферменты, белки - гормоны, сократительные белки, защитные белки.
Действие гормонов на клеточном уровне. Плохо проникающие в клетку гормоны (белково-пептидные, катехоламины), их действие через рецепторы на клеточной мембране. Использование аденилатциклазной, фосфоинозитидной, гуанилатциклазной и тирозинкиназной систем.
Оказывается, можно провести интересную аналогию с элементами, выполняющими схожие функции у живых организмов и государств.
Категории
Химия гормонов
Гонадотропины, ФСГ (фолликулостимулирующий гормон, фоллитропин) и ЛГ (лютеинизирующий гормон, лютропин) являются гликопротеидами, секретируемыми цианофильными клетками аденогипофиза (передней долей гипофиза), под действием гипоталамического релизинг-фактора. Органами-мишенями являются гонады.
Молекулярная масса ФСГ составляет 33000 дальтон, а ЛГ - 28000 дальтон. Оба гормона имеют димерную структуру, т. е. состоят из гормонально неспецифической альфа-цепи (данная цепь взаимозаменяема с ФСГ и ЛГ) и бетта-цепи определяющей гормональную специфичность. Цепи связаны нековалентной связью. Высокое содержание сахаридов до 16%, также играет важную роль в определении биологической активности. Когда сахаридная оболочка удаляется с поверхности гормона, последний частично утрачивает свою биологическую активность, в то время как иммунологическая активность сохраняется в неизменном виде (определение иммунологическими методами возможно). Структура альфа-цепи у этих гормонов очень схожа с таковой у ХГЧ и ТТГ. Изолированная альфа - или бетта-цепь практически не имеет биологической активности.
Молекулярная структура обоих гормонов гетерогенна, что обуславливается возрастом и полом и возможно индуцируется половыми стероидами. До настоящего времени не установление" имеет ли эта гетерогенность какую-либо клиническую значимость.
Рисунок 1. Механизм эффекта протеогормонов (на примере ЛГ) на плазматическую мембрану клетки-мишени. Р = мембранный рецептор; Б = белок-передатчик; А = аденилатциклаза; АТФ = аденозинтрифосфат; Циклический АМФ = Циклический 3,5-аденозинмонофосфат
ФСГ и ЛГ осуществляют свою гормональную активность посредством рецепторов на поверхности гонадальной клетки-мишени; в данном процессе соответствующий гормон выступает в роли мессенджера первого порядка. Затем, в процессе каскада последовательных реакций, гормональный импульс распространяется в клетке-мишени с помощью циклического АМФ - мессенджера второго порядка (см. рис.1). Во взаимодействии с эстрадиолом ФСГ индуцирует его рецепторы; рецепторы ЛГ также индуцируются ФСГ.
У женщин, ЛГ и ФСГ оказывают синергический эффект на биосинтез стероидных гормонов яичников. Мишенями ЛГ являются клетки оболочки яичника и желтое тело. Кроме того ЛГ вызывает овуляцию и лютеинизирует гранулезные клетки. ФСГ контролирует рост фолликулов до наступления их зрелости и готовности к овуляции, а начиная от ранних стадий биосинтеза стероидов синергическим взаимодействием ФСГ и ЛГ стимулируется также биосинтез гранулезными клетками эстрадиола.
У мужчин ЛГ стимулирует биосинтез тестостерона в клетках Лейдига семмеников. ФСГ контролирует рост и функцию семенных канальцев, в особенности сперматогенез в клетках Сертоли.
В отличии от гонадотропинов пролактин состоит из единственной пептидной цепи, включающей 198 аминокислотных остатков. Помимо прочего пространственная структура гормона стабилизируется тремя дисульфидными мостиками. Пролактин не содержит остатков сахаридов, то есть не является гликопротеидом. Молекулярная масса гормона составляет 22000 дольтон. Имеются определенные структуральные аналогии с гормоном роста (соматотропином, соматотропным гормоном, СТГ), равно как и с человеческим плацентарным лактогеном (ЧПЛ).
Циркулирующий в крови пролактин отличается молекулярным полиморфизмом, т. е. он может быть "малым", "большим" и "очень большим", при этом иммуногенность этих форм одинакова. Предполагается, что "малый" пролактин представляет собою мономерную форму, а "большой" и "очень большой", соответственно, ли - и тетрамерную. "Малый" пролактин составляет примерно 80% от всего количества гормона, иммунологически определяемого в крови, "большой" - 5-20%, а "очень большой" - 0,5-5%. Более того, сыворотка содержит расщепленный пролактин, который иммунологически активен и имеет молекулярную массу от 8000 до 16000 дальтон. В экспериментах на животных показан сильный митогенный эффект данного пролактина на ткань молочных желез.
Как и гонадотропины, пролактин оказывает свое физиологическое влияние на клетки-мишени посредством рецепторов, расположенных на мембране. Совместно с эстрадиолом, пролактин у женщин воздействует на рост и функционирование молочных желез и вызывает лактацию. По мнению некоторых исследователей, пролактин играет определенную роль в формировании и функции желтого тела.
У мужчин специфическая функция пролактина не установлена.
Пролактин синтезируется в специализированных лактогенных клетках передней доли гипофиза; его синтез и освобождение находятся под (лимуляционно-ингибиторным влиянием гипоталамуса. Кроме гипофиза, пролактин продуцируется децидуальной оболочкой (наличие пролактина в амниотической жидкости) и эндометрием.
Люлиберин (рилизинг-фактор лютеинизирующего гормона), называемый также гонадолиберин (гонадотропин-рилизинг фактор) представляет собою декапептид известной структуры. Люлиберин синтезируется в нервных клетках (нейронах) определенных областей вентрального и медиобазального гипоталамуса (Nucleus arcuatus, ventromedialis, periventricularis anterior, area preoptica suprachismatica), которые идентифицируются иммуногистохимически. Через аксоны нервных клеток гормон транспортируется к медиальной эминенции (Eminentiamediana), где освобождается в кровь специальной портальной системой, охватывающей гипоталамус, ножку гипофиза и аденогипофиз. В передней доле гипофиза, люлиберин, стимулирует синтез и освобождение ЛГ и ФСГ посредством специфического связывания с рецепторами на мембране клеток аденогипофиза. Вариации уровня гонадотропинов у женщин, как и различия в соотношении ФСГ и ЛГ в зависимости от возраста и фаз менструального цикла, вероятно, объясняются изменениями функционального состояния гонадотропных клеток передней доли гипофиза (вариациями числа рецепторов люлиберина, что определяет чувствительность к нему гонадотропов). Ингибин также оказывает моделирующее влияние на этот механизм. Люлиберин катаболизируется и инактивируется эндопептидазами аденогипофиза.
Ингибин является пептидом с молекулярной массой 23000 дальтон. У женщин гормон обнаруживается в фолликулярной жидкости, а у мужчин синтезируется в семенных канальцах яичек. Ингибин селективно ингибирует освобождение ФСГ из передней доли гипофиза.
5. Половые стероиды
В основе всех стероидных гормонов лежит структура циклопентанпергидрофенантрена, называемая также стерановой кольцевой системой, которая состоит из четырех насыщенных водородом конденсированных колец, три из которых являются шестичленными, а одно пятичленным (см. рис.2). Путем замещения атомов водорода метальной группой или кислородсодержащими оксо - или гидроксильными группами достигается значительное разнообразие физиологического действия гормонов.
В женском организме местом синтеза наиболее важных половых стероидов (т. е. эстрогенов, гестагенов и андрогенов ) являются яичники и кора надпочечников, а во время беременности - плацента. Принципиальными половыми стероидами для мужского организма являются андрогены, которые синтезируются в яичках и, в небольших количествах, в коре надпочечников. В дополнение к сказанному следует отметить, что поставщиком холестерина, производными которого являются все половые стероиды и гормоны коры надпочечников, является печень.
Рисунок 2. Классификация стероидных гормонов по субклассам и их важнейшие представители
Стероиды липофильны, это означает их низкую способность растворяться в воде. Поэтому в крови 95% стероидных гормонов находятся в связанном состоянии со специфическими транспортными белками. Равновесие между связанными и свободными стероидами подчиняется закону действующих масс. С помощью транспортных белков гормоны переносятся к своим органам-мишеням. Только свободные, не связанные с белком стероиды являются биологически активными. Секс-стероидсвязывающий глобулин (СССГ) специфично связывает эстрадиол и андро-гены с низкой емкостью и высокой афинностью, в то время как кортико-стероидосвязьшаюший глобулин (КСГ) связывает прогестерон и глюко-кортикоиды. Помимо своей транспортной функции специфические сывороточные гормон-связывающие белки защищают стероиды от метаболической инактивации по пути от секретирующей их железы к органу-мишени. СССГ и КСГ являются кислыми гликопротеидами с молекулярной массой 45000 (СССГ) и 65000 (КСГ). Синтез стероидных гормонов полностью происходит в организме человека (см. рис.3). Начальная субстанция - КоА, активирует уксусную кислоту - углеродное соединение, из которого в результате ряда превращений, дальнейшей конденсации и циклизации формируется холестерин. Холестерин состоит из 27 углеродных атомов и помимо прочих составляющих является главным компонентом начальной стадии синтеза стероидных гормонов.
Рисунок 3. Схема биосинтеза всех субклассов стероидных гормонов
Путем ферментативно-опосредованного укорочения боковой цепи, соединенной со стероидной структурой в положении 17р на 6 атомов углерода формируется прегненолон. Прегненолон является С21 стероидом, из которого в последствии путем окисления гидроксильной группы в положении 3 (3 в оксогруппу с одновременным перемещением двойной связи от D 5 к D 4 образуется прогестерон. Прогестерон является главным представителем гестагенов. В то же время прогестерон является предшественником всех глюко - и минералкортикоидов (см. рис.2), а также андрогенов, которые происходят от прогестерона в результате ферментативного отщепления боковой цепи в положении 17 (3. В данном процессе 17-гидроксипрогестерон выступает в роли промежуточного продукта. Это означает, что андрогены являются С 19 стероидами, главным представителем которых является тестостерон.
В завершении сложной синтетической цепи, которая состоит из множества промежуточных реакций, происходит синтез эстрогенов, наиболее активным представителем которых является эстрадиол. Эстрогены синтезируются из андрогенов путем удаления угловой С19 метальной группы, локализованной между кольцами А и Б с одновременной ароматизацией ("фенолизации") кольца А. Фенольное кольцо А является наиболее характерной чертой всех эстрогенов.
Все стероидные гормоны разрушаются в печени путем восстановления, добавления гидроксильных групп, с последующим коньюгированием с глюкуроновой кислотой или сульфатированием. В результате образуются водорастворимые соединения, которые могут выводиться с мочой.
В отличии от гонадотропинов, стероидные гормоны проявляют свой биологический эффект, проникая внутрь клетки по градиенту концентрации и связываясь с растворимыми рецепторными молекулами, присутствующими в цитозоле, а не путем взаимодействия с мембранными рецепторами (см. рис.4). Каждая группа стероидных гормонов имеет свои особые рецепторы. Связь с соответствующим рецептором обратима и обладает высокой афинностью.
Образовавшийся цитоплазматический комплекс стероид-рецептор постепенно активируется или трансформируется и перемещается внутрь клеточного ядра - места локализации генетического аппарата. Здесь комплекс гормон-рецептор входит во взаимодействие со специфическим молекулярным отрезком на хроматине, так называемой зоной ядерного взаимодействия, которая соответствует молекулярной области на комплексе стероид-рецептор.
Как следствие связи комплекса стероидный гормон-рецептор с нуклеарным акцептором, двойная спираль ДНК расщепляется, делая доступной генетическую информацию.
Рисунок 4. Механизм молекулярного действия стероидных гормонов в клетке-мишени
Данный сегмент ДНК транскрибируется в мРНК. Далее, отделившись, мРНК выходит в цитоплазматическое пространство. На заключительном этапе, в процессе взаимодействия мРНК (в качестве матрикса) с рибосомальным белоксинтезирующим аппаратом, происходит неосинтез белка.
Главным представителем эстрогенов является эстрадиол (см. рис.5), который обладает наивысшей биологической активностью. Эстрон формируется из эстрадиола путем ферментативно опосредованной дегидрогенерации у С17 и не обладает выраженной биологической активностью (ввиду низкой способности связываться с рецептором и недостаточного накопления в ядре клетки). В течение беременности эстрон может определяться в сыворотке в нарастающих концентрациях. В этом случае, гормон синтезируется из дегидроэпиандростерон-сульфата (ДГЭА - S), образующегося в коре надпочечников плода. Таким образом эстрон является одним из показателей, характеризующих состояние плода.
Рисунок 5. Структура биологически наиболее значимых эстрогенов
Другой интересной группой эстрогенов являются катехолэстрогены, т. е. стероиды, производные эстрадиола и эстрона и имеющие дополнительную группу во втором положении кольца А. Это делает их сходными с катехоламинами: адреналином и норадреналином. Катехолэстрогены, помимо прочих мест, синтезируются в гипоталамусе, где они, по мнению многих исследователей, выполняют роль нейротрансмиттеров, как и катехоламины.
В женском организме эстрадиол синтезируется в яичниках, в оболочке и гранулезных клетках фолликулов. В лютеиновую фазу менструального цикла, эстрадиол синтезируется исключительно клетками оболочки фолликула, в то время как гранулезные клетки лютеинизируются и переключаются на синтез прогестерона. В случае наступления беременности массированная продукция эстрогенов осуществляется плацентой. К другим местам синтеза эстрогенов, прежде всего эстрона в постменопаузе, относится кора надпочечников и периферическая жировая ткань ввиду их способности ароматизировать андрогены.
Клинически достоверных подтверждений наличия секреции эстрогенов в мужском организме не обнаружено.
Органами-мишенями эстрогенов являются матка, влагалище, вульва, фаллопиевы трубы и молочные железы. Гормоны данной группы отвечают за развитие вторичных половых признаков и определяют характерные физические и психические особенности женщин. Эстрогены также вызывают закрытие эпифизарных точек роста и таким образом принимают участие в регуляции линейного роста. Кроме того, эстрогены оказывают индуцирующее воздействие на ряд белков плазмы, синтезируемых в печени (например СССГ, КСГ, ТСГ-тироксинсвязывающий глобулин, - липопротеиды, факторы свертывания крови). В клетках-мишенях эстрадиол индуцирует как свои рецепторы, так и рецепторы прогестерона.
Главным представителем данной группы гормонов является прогестерон (см. рис. 2). У женщин прогестерон секретируется желтым телом и, во время беременности плацентой.
Клинически достоверных подтверждений наличия синтеза прогестерона у мужчин не существует.
Для проявления прогестероном своего физиологического эффекта в женском организме требуется предварительное воздействие эстрогенов. Как и в случае с эстрадиолом, активность прогестерона в клетках-мишенях опосредуется специфическими рецепторами. Активация данной группы рецепторов происходит аналогично механизму активации эстрогенных рецепторов.
Главным органом-мишенью прогестерона является матка. Гормон вызывает секреторную трансформацию пролиферативно утолщенного эндометрия, тем самым обеспечивая его готовность к имплантации оплодотворенной яйцеклетки. Более того, прогестерон несет на себе важную контрольную функцию в системе гонадотропины-гонадные стероиды и вызывает стимуляцию теплового центра. Это вызывает повышение температуры тела на 0,5 градусов в лютеиновую фазу менструального цикла после овуляции.
Прогестерон блокирует синтез своих собственных рецепторов, а также блокатора эстрадиола. В эндометриальной клетке прогестерон индуцирует 17 (5-гадроксистероид дегидрогеназу, которая является ключевым ферментом метаболизма эстрадиола и переводит эстрадиол в практически неактивный эстрон. Таким образом, посредством своего рецепторного механизма, прогестерон предотвращает черезмерное образование эндогенного эстрадиола в клетке-мишени. Данный эффект прогестерона в совокупности с его отрицательным воздействием на рецепторы эстрадиола, осуществляется посредством рецепторного механизма, может быть определен как антиэстрогенный эффект прогестерона.
8. Андрогены у женщин
Главными представителями андрогенов в женском организме являются тестостерон, андростендиол и дигидроэпиандростерон - сульфат (ДГЭА-S) (см. Рис.6).
В яичниках андрогены секретируются в клетках внутренней части оболочки фолликула, его наружной стенки; андростерон и тестостерон синтезируются из холестерина под влиянием ЛГ.
Андрогены стимулируют рост волос на лобке и подмышечных впадинах, повышают либидо и оказывают влияние на размер клитора и больших половых губ. Андрогены модулируют продукцию гонадотропинов в передней доле гипофиза. Гиперандрогенемия у женщин ведет к вирилизации и нарушениям фертильности. Это обусловливает важность определения андрогенов в диагностике женского бесплодия.
Рисунок 6. Структура биологически наиболее важных представителей андрогенов
Как у всех стероидных гормонов, активность андрогенов опосредуется внутриклеточными рецепторами. Однако в контакт с рецептором вступает не тестостерон, а 5ос-дигидротестостерон (ДГТ), который образуется в клетке-мишени путем ферментативной редукции D 4 двойной связи (за счет активности 5а-редуктазы).
9. Андрогены у мужчин
В организме мужчин главными представителями андрогенов являются тестостерон и дегидротестостерон (ДГТ). В органах-мишенях (простате, семенных пузырьках и коже) тестостерон выполняет роль прегормона; это означает, что тестостерон, достигнув органа-мишени, при помощи 5а-редуктазы, превращается в дегидротестостерон, и только после этого дегидротестостерон оказывает свой биологический эффект через рецепторный механизм, описанный выше. В других органах-мишенях, таких как мышцы и почки, эффект андрогенов опосредуется напрямую, т. е. без ферментативного превращения. В настоящее время в научных кругах рассматривается вопрос наличия на уровне гипоталамуса и в других чувствительных к эндокринным влияниям областях головного мозга третьего причинно-следственного механизма; тестостерон как таковой не обладает собственной гормональной активностью, однако подвергнувшись ароматизации, трасформируется в эстрадиол, приобретая в этом случае биологическую активность, взаимодействуя с рецепторами.
В сравнении с тестостероном, биологическая активность других андрогенов, таких как андростендион, дигидроэпиандростерон, дегидроэпиандростеронсульфат, андростерон, эпиандростерон и этиохоланолон ниже в 5-20 раз. В таблице 2 представлены нормальные показатели концентраций наиболее важных андрогенов в организме мужчины.
Нормальные значения концентраций клинически наиболее значимых андрогенов у мужчин.
Концентрация в сыворотке, нг/мл
