9. Гормоны

9.1. Уровни регуляции гормонов

Постоянство внутренней среды организма (гомеостаз) поддер­живают специальные регуляторные механизмы. Их можно разде­лить на три уровня.

1. уровень — внутриклеточные механизмы регу­ляции. Сигналами для изменения состояния клетки служат ве­щества, образующиеся в самой клетке или поступающие извне. Эта регуляция осуществляется:

путем изменения активности ферментов (ингибирование, ак­тивирование);

путем изменения количества ферментов (индукция или репрес­сия ферментов, их синтеза или распада);

путем изменения трансмембранного переноса веществ.

2. уровень — р е г у л я ц и я с участием эндокрин­ной системы. Она представлена железами внутренней секре­ции, синтезирующей гормоны — химические сигналы. Гормоны поступают в кровь в ответ на специфический импульс. Этим сти­мулом может быть нервный импульс или изменение концентра­ции определенного вещества в крови (например, снижение кон­центрации глюкозы). Гормон транспортируется с кровью к клет- кам-мишеням.

3. уровень — регуляция, осуществляемая нервной системой.

Сейчас различают свыше 100 различных веществ, обладающих гормональной активностью и регулирующих процессы обмена ве­ществ. Особенности биологического действия гормонов заклю­чаются в том, что они действуют в малых концентрациях ( ... моль/л).

Действие гормонов определяется контролирующим влиянием нервной системы. Гормоны влияют на функцию клеток и тканей,

Рис. 9.1. Механизм действия гормонов:

1. 

   группа: рецепторы гормонов располо­жены на наружной поверхности клеточ­ной мембраны: гормон внутрь клетки не проникает. Гормоны передают сиг­нал посредством цАМФ; через цАМФ включается система регуляции обмена, например мобилизации гликогена;

2. группа: гормоны проникают в клетку, соединяются с рецептором в цитозоле и проникают в ядро, где влияют наактивность гена в хромосоме

расположенных далеко от места их образования; им свойственна высокая избирательность.

По механизму действия гормоны делят на две группы. Первая группа включает белки и катехоламины. Их рецепторы находятся на наружной поверхности мембраны, гормон внутрь клетки не проникает — он соединяется с клеточными рецепторами; вторич­ным посредником для них является цАМФ. Во вторую группу вхо­дят гормон тироксин и стероидные гормоны. Рецепторы этих гор­монов находятся в цитозоле клетки. Гормон проникает в клетку; соединяется с рецептором и вместе с ним проникает в ядро, затем влияет на транскрипцию, т. е. действует на гены (рис. 9.1).

Гормоны выделяют железы внутренней секреции: гипоталамус, гипофиз, щитовидная железа, паращитовидные (околощитовид­ные) железы, поджелудочная железа, надпочечники, половые же­лезы. Кроме того, синтезируются гормоны и гормоноподобные вещества местного действия (гистамин, гастрин, секретин и т.д.).

9.2. Гормоны, выделяемые железами внутренней секреции

Гормоны гипоталамуса. Гипоталамус — место непосредственно­го взаимодействия высших отделов центральной нервной системы и эндокринной системы, где синтезируются пептиды-либерины — стимуляторы образования гормонов гипофиза и статины — ингибиторы образования гормонов. К гормонам гипоталамуса относятся: тиреолиберин — циклический трипептид, состоящий из остатков глутаминовой кислоты, гистидина и пролина; люли- берин — пептид, состоящий из остатков 10 аминокислот; соматостатин — пептид из 14 аминокислотных остатков; меланолибе- рин — пептид из остатков 6 аминокислот; меланостатин (меланотропинингибирующий фактор) — пептид из 4 аминокислотных остатков; кортиколиберин. Указанные гормоны синтезируются в нервных окончаниях гипоталамуса в очень малых количествах и оказывают свое действие на функцию гипофиза.

Гормоны гипофиза. Гипофиз расположен в турецком седле кли­новидной кости черепа. Состоит из трех долей: передней, средней и задней. Передняя и средняя доли — аденогипофиз, представлен эпителиальными клетками; задняя доля — нейрогипофиз, состоит из нейроглии. В гипофизе вырабатывается шесть гормонов, кото­рые регулируют работу других желез внутренней секреции. Гипо­физ совместно с гипоталамусом, где вырабатываются нейрогормоны, обеспечивает нейрогуморальную регуляцию метаболизма и адаптации организма к изменениям внутренней и внешней среды.

Гормоны передней доли гипофиза. К ним относятся: тиреотропный, фолликулостимулирующий, лютеинизирующий гормоны; пролактин; соматотропный, адренокортикотропный и меланоцитостимулирующие гормоны.

Тиреотропный гормон (ТТГ) — гликопротеид с моле­кулярной массой 28 000; регулирует функцию щитовидной желе­зы, способствует поглощению иода клетками щитовидной желе­зы, стимулирует синтез тиреоидных гормонов. Между гормонами щитовидной железы и ТТГ существует обратная связь.

Ф олликулостимулирующий гормон (ФСГ) — гликопротеид с молекулярной массой 34 000; стимулирует рост фолликулов в яичнике у самок, способствует сперматогенезу у самцов.

Лютеинизирующий гормон (ЛГ) — гликопротеид с молекулярной массой 32 000; стимулирует у самок секрецию эст­рогена и прогестерона яичниками, а у самцов — секрецию андро- генов. Секреция ФСГ и ЛГ контролируется гипоталамусом.

Пролактин (лютеотропный гормон) — белок с молекуляр­ной массой 25 000; активизирует образование молока в молочной железе, совместно с другими гормонами обеспечивает развитие молочной железы и нормальную лактацию.

Соматотропный гормон, гормон роста (СТГ) — белок с молекулярной массой 22 000. СТГ стимулирует рост молодых животных путем ускорения синтеза белков. Недостаток его приво­дит к карликовости. В случае гиперфункции — избыточного обра­зования этого гормона — наблюдается гигантизм. При высоком содержании гормона роста в зрелом возрасте развивается акроме­галия — непропорциональное развитие отдельных частей тела. Гормон роста производят методом генной инженерии в больших количествах (300 т в год) и применяют в животноводстве для акти­вации роста при откорме и стимуляции молокоотдачи у коров.

Адренокортикотропный гормон (АКТГ) — поли­пептид, состоящий из 39 аминокислотных остатков с молекуляр­ной массой 4500. Первичная структура полипептида изучена у жи­вотных всех видов. АКТГ стимулирует биосинтез гормонов корой надпочечников, снижает содержание холестерина в организме, мобилизует защитные силы организма при стрессах, инфекциях, токсикозах. Его применяют в животноводстве при недостаточности коры надпочечников, для лечения подагры, при аллергии и т. д.

Меланоцитостимулирующие гормоны (МСГ) - полипептиды, состоящие из 13...22 аминокислотных остатков; стимулируют синтез меланина и вызывают потемнение волосяноп покрова у животных или кожи у человека. Повышенная пигментация кожи у беременных обусловлена избыточным синтезом МСГ

Выделены и расшифрованы первичные структуры двух типо гормонов: а- и β-меланоцитостимулирующих гормонов (а-МСГ и β-МСГ). Оказалось, что у всех исследованных животных а-МС состоит из 13 аминокислот, расположенных в одинаковой последовательности:

Гормоны задней доли гипофиза. Эти гормоны синтезируются в гипоталамусе, затем по нервным волокнам переносятся в нейрогипофиз. Нейрогипофиз выделяет два гормона: вазопрессин (ан­тидиуретический) и окситоцин — низкомолекулярные полипеп­тиды из девяти аминокислотных остатков.

Вазопрессин влияет на всасывание воды в дистальных почечных канальцах, он вызывает сужение капилляров — повы­шает кровяное давление.

Окситоцин вызывает сокращение гладких мышц стенки матки во время родов, мышечных волокон молочных желез, обус­ловливая секрецию молока. Структура этих гормонов следующая:

Гормоны поджелудочной железы, а- и -Клетки островков (от лат. insula — остров) Лангерганса вырабатывают соответственно глюкагон и инсулин — гормоны противоположного действия.

Инсулин был первым белком, первичная структура которо­го раскрыта в 1953 г. Ф. Сэнджером, а в 1963 г. синтезирован, в том числе в нашей стране. Инсулин — простой белок с молекуляр­ной массой 6000, молекула содержит 51 аминокислотный остаток, построена из двух пептидных цепей, которые соединены между собой двумя дисульфидными связями. Цепь А (глициновая цепь) имеет 21 аминокислотный остаток, а цепь В (фенилаланиновая цепь) — 30 аминокислотных остатков. Инсулин синтезируется в виде предшественника (проинсулин, состоит из 84 аминокислот­ных остатков), избирательное выщепление С-пептида (33 амино­кислотных остатка) приводит к образованию инсулина.

Инсулин влияет на углеводный обмен: чем больше глюкозы в крови, тем больше инсулина. Он стимулирует процесс превраще­ния глюкозы в гликоген в мышцах и печени и образование жира из углеводов. Ускоряет окисление глюкозы в мышцах и других тканях.

Недостаток инсулина в организме приводит к развитию сахар­ного диабета: когда концентрация инсулина падает ниже опреде­ленного уровня, содержание глюкозы в крови возрастает из-за по­давления механизмов поглощения ее из крови и утилизации в тка­нях, при этом начинается выделение сахара с мочой. При недо­статке инсулина усиливается окисление жиров, что ведет к образованию кетоновых (ацетоновых) тел (в избыточном количе­стве) ацетоуксусной кислоты, ацетона, р-оксимасляной кислоты.

Инсулин для лечебных целей получают из тканей животных или же методами генной инженерии. Этот гормон широко приме­няют при сахарном диабете.

Глюкагон повышает содержание глюкозы в крови путем стимуляции гликогенолиза в печени, действуя при этом как анта­гонист инсулина.

Глюкагон — одноцепочечный полипептид, состоящий из 29 аминокислотных остатков, молекулярная масса 4200. Глюкагон вызывает ускорение распада гликогена и торможение его синтеза; в результате начинается гликогенолиз — распад гликогена до глю­козы в печени. Кроме того, он способствует образованию глюкозы из промежуточных продуктов обмена белков и жиров (глюконеогенез).

Гормоны щитовидной железы. Щитовидная железа находится в области гортани, состоит из двух долей; масса железы у крупного рогатого скота 20 г, овец 5, свиней 12...30 г. В щитовидной железе вырабатываются гормоны тироксин и трииодтиронин — йодсодержащие производные тирозина.

Фолликулы щитовидной железы заполнены белком (коллоидом), содержащим иодтиреоглобулин — высокомолекулярный глико­протеид. Его молекулярная масса 670 000, константа седимента­ции 195S; он содержит 0,5...1 % иода, 8...10% углевода гетеропо- лисахарида. При гидролизе иодтиреоглобулина выделяется L-тироксин. Его можно рассматривать как производное L-тиронина 3,5,3',5'-тетраиодтиронин:

Кроме тироксина имеется небольшое количество трииодтиро- нина, биологическая активность которого в 5... 10 раз выше тирок­сина. Моно- и дииодтирозин содержатся в небольших количе­ствах и обладают слабой гормональной активностью. Биосинтез гормонов щитовидной железы хорошо изучен при помощи мече­ного иода. Из щитовидной железы они поступают в кровь, причем в крови различают связанный с белками и свободный гормоны. Разрушаются они в печени и почках.

Биосинтез тиреоидных гормонов регулируется главным обра­зом тиреотропным гормоном передней доли гипофиза.

Действие тиреоидных гормонов многообразное, они влияют на рост, развитие организма, дифференцировку клеток, уровень ме­таболизма в тканях. Они повышают поглощение кислорода и теп­лопродукцию, усиливают обмен углеводов, белков, жиров.

Гипофункция щитовидной железы ведет к глубоким наруше­ниям обмена веществ, замедляется основной обмен, понижается температура тела.

Недостаток гормона в период развития обусловливает замедле­ние роста, поражение центральной нервной системы, кретинизм. Атрофия щитовидной железы в зрелом возрасте ведет к микседеме (слизистому отеку) с понижением обмена, отложением жира и за­держкой воды в организме. Явление гипофункции щитовидной железы может быть и следствием недостаточного содержания иода в кормах. Гипофункция щитовидной железы, связанная с недоста­точным содержанием иода в кормах и воде, отмечена в эндемич­ных по этому элементу местностях Российской Федерации — Ма­рийской, Мордовской, Удмуртской республиках, Татарстане. Это состояние характеризуется увеличением щитовидной железы (особенно у новорожденных), мертворождаемостью, рождением молодняка без шерсти, снижением продуктивности животных. Для лечения и профилактики применяют иодированную соль.

Гиперфункция щитовидной железы — гипертиреоз — характе­ризуется резким повышением основного обмена, у человека по­является базедова болезнь (тахикардия, пучеглазие, зоб), разви­ваются общее истощение организма, а также психические рас­стройства.

Тиреокальцитонин (кальцитонин) — гормон щито­видной железы, синтезируется в особых клетках, так называемых парафолликулярных, или С-клетках. Представляет собой пептид из 32 аминокислотных остатков. Вызывает задержку кальция в ко­стной ткани. Способствует переходу кальция из крови в костную ткань, поддерживает постоянный уровень в крови не только каль­ция, но и фосфора.

Гормон паращитовидных желез. Паращитовидные железы выра­батывают паратгормон. По химической природе он является белком с молекулярной массой 9000, состоит из 84 аминокислот­ных остатков. Регулирует обмен кальция и фосфора, мобилизует кальций из костей, является антагонистом кальцитонина по отно­шению к кальцию.

Удаление паращитовидных желез вызывает у животных тита­нические судороги на фоне резкого падения концентрации каль­ция в плазме крови. Введение солей кальция предупреждает ги­бель животных.

Гормоны надпочечников. Надпочечники состоят из двух само­стоятельных структур: мозгового слоя эктодермального происхож­дения и коркового вещества, образующегося из мезодермы.

Гормоны мозгового слоя надпочечников. Это катехоламины нор- адреналин и адреналин. По строению они напоминают аминокис­лоту тирозин, от которого отличаются наличием дополнительных ОН-групп в кольце у β-углеродного атома боковой цепи и отсут­ствием карбоксильной группы. Сейчас установлено, что гормоны мозгового вещества надпочечников синтезируются из тирозина, который подвергается в процессе обмена реакциям гидроксилиро- вания, декарбоксилирования и метилирования с участием соот­ветствующих ферментов:

В плазме крови оба гормона находятся как в свободном, так и в связанном (с сульфатом или глюкуроновой кислотой) состо­янии. Имеется также адреналин, связанный с белками. В не­большом количестве оба гормона откладываются в виде соли АТФ в нервных окончаниях, высвобождаясь в ответ на их раз­дражение. Катехоламины оказывают сильное биологическое действие: вызывают сужение сосудов, повышение кровяного давления. Влияют на обмен углеводов: адреналин вызывает рез­кое повышение уровня глюкозы в крови, что связано с ускоре­нием распада гликогена в печени и мышцах, т. е. процессом гликогенолиза.

Адреналин и норадреналин быстро разрушаются в организме и выделяются с мочой в виде неактивных продуктов (метаболитов). Дофамин — важнейший нейромедиатор; накапливается в двига­тельных центрах головного мозга, играет роль в управлении мыш­цами. Недостаточность дофамина приводит к скованности движе­ния и тремору (дрожь).

Гормоны коры надпочечников. С нарушением функции коры надпочечников связаны многие заболевания. При туберкулезном поражении надпочечников развивается болезнь Адиссона (брон­зовая болезнь), которая характеризуется усиленной пигментацией кожи, потерей аппетита, расстройствами кишечника, потерей массы тела, снижением устойчивости к заболеваниям.

В коре надпочечников вырабатываются стероидные гормоны, их около 100. Различают глюкокортикоиды — кортикостероиды, оказывающие влияние на обмен углеводов, белков, жиров и нук­леиновых кислот; минералокортикоиды — кортикостероиды, ока­зывающие влияние на обмен солей и воды. В основе их структуры лежит кольцо циклопентан-пергидрофенантрена, все они являют­ся производными прегнана.

Из глюкокортикоидов наиболее распространены кортикостерон, гидрокортизон, кортизон; из минералокортикоидов — дезоксикортикостерон и альдостерон:

Глюкокортикоиды влияют на обмен углеводов, белков и липи- дов. Широко известно противовоспалительное и противоаллерги­ческое действие кортикостероидов, благодаря чему их широко применяют в клинике. Им принадлежит ведущая роль в функцио­нировании гипоталамо-гипофизарно-адреналовой системы, кото­рая обеспечивает приспособляемость организма к экстремальным условиям среды в ходе развития адаптации.

Кортикостероиды инактивируются в печени. Продукты мета­болизма выделяются с мочой.

Гормоны половых желез. Половые гормоны в основном образу­ются в семенниках, яичниках и плаценте. Яичники выделяют два типа женских половых гормонов стероидной природы — прогесте­рон и эстрогены.

Прогестерон — гормон желтого тела яичника, плаценты и коры надпочечников. Вызывает изменение в эндометрии, подго­тавливая его к имплантации плодного яйца.

Эстрогены необходимы для развития вторичных половых признаков, стимулируют рост эндометрия и желез матки, актив­ность миометрия, рост молочных желез, регулируют рост костной ткани, определяя телосложение женского типа. Наиболее распро­странены эстрадиол, эстрон, эстриол.

Семенники вырабатывают стероидные гормоны андрогены, из них наиболее активен тестостерон. Андрогены образуются в интерстициальных клетках Лейдига, необходимы для развития придаточных желез мужской половой системы и вторичных мужс­ких половых признаков. Они вызывают ускорение роста тканей и синтеза белков.

Гормоны вилочковой железы. Вилочковая железа (тимус, зобная железа) расположена на трахее, имеет дольчатое строение; наи­большего развития достигает в период половой зрелости, затем ре­дуцируется. Функция тимуса связана с ростом, развитием, диффе­ренциацией клеток и тканей организма, кроветворением и фор­мированием иммунитета. Полагают, что в тимусе образуется ряд гормонов, отличающихся друг от друга по химической структуре и биологическому действию.

Тимозин — устойчивый к температуре полипептид с мо­лекулярной массой 3108; состоит из 28 аминокислотных остат­ков.

Тимопоэтин II — полипептид с молекулярной массой 5562; состоит из 49 аминокислотных остатков.

Сывороточный тимусный фактор (СТФ) — пеп­тид с молекулярной массой 859; состоит из 9 аминокислотных ос­татков.

Лимфостимулирующий гормон (ЛСГ) — белок с молекулярной массой 80 000.

Гормоны тимуса стимулируют образование лимфоцитов, акти­вируют синтез антител, участвуют в синтезе ДНК и РНК, повыша­ют иммунологическую реактивность организма.

Гормоны тимуса применяют в животноводстве и ветеринарии для стимуляции защитных сил организма за счет образования Т-лимфоцитов, развития гуморальных и клеточных факторов организма.