Транспорт и метаболизм гормонов

Гормоны циркулируют в крови в свободном и связанном состоянии. Связывание с белками, как правило, переводит гормон в неактивную форму. Например, во время беременности уровень тироксина в крови повышен, но основной обмен при этом находится в пределах нормы. Обусловлено это тем, что значительная часть гормона во время беременности связана с белками и поэтому находится в неактивной форме.

Тиреоидные гормоны (тироксин Т₄ и трийодтиронин Т_З) циркулируют в крови в связанном с белком виде — тироксинсвязывающим глобулином и лишь в очень небольших количествах — в свободном виде, и только свободные Т_З и Т₄ являются биологически активными.

Тропные гормоны гипофиза ТТГ, АКТГ, ГнТГ, пролактин находятся в крови в свободном состоянии. Гормон роста циркулирует в крови в связи с белком, который идентичен его рецептору. Гормоны задней доли гипофиза: антидиуретический гормон (вазопрессин) и окситоцин циркулируют в крови в связанном с нейрофизином виде.

Кортизол циркулирует в крови в связи с кортизолсвязывающим глобулином (транскортином) и лишь в крайне малых количествах находится в свободном, биологически активном состоянии.

Половые гормоны циркулируют в крови в связанном состоянии с половым гормонсвязывающим глобулином и лишь в крайне малом количестве находятся в свободном биологически. Прогестерон циркулирует в крови в связи с транскортином. Взаимодействует с рецептором только не связанный с белками гормон (рис. 1.2).

Транспорт гормонов обеспечивает механизмы обратной связи со звеном управления, поскольку содержащиеся в крови гормоны могут, как прямо воздействовать на звено управления, например, гипоталамус или гипофиз, так и раздражать хеморецепторы сосудистого русла, что вызывает передачу информационных сигналов в гипоталамические ядра.

Секретируемые в кровь гормоны могут метаболизироваться, в результате чего они или активируются, или теряют свою активность. Примерами активации гормонов являются гормоны щитовидной железы.

Секретируемые в щитовидной железе Т₃ и Т₄ имеют неодинаковую активность: Т₃ в 4-5 раз более активен, чем Т₄. Поэтому в тканях Т₄ переходит в Т₃ и биологическое действие тиреоидных гормонов более чем на 90-92% осуществляется за счет Т₃.

Синтезируемый в гонадах тестостерон конвертируется в дегидротестостерон, который и взаимодействует с клеткой-мишенью.

Концентрация гормонов в плазме зависит не только от уровня секреции в эндокринных клетках, но и от скорости выделения его из крови и метаболических превращений. Поскольку уровень экскреции многих гормонов и их метаболитов прямо пропорционально уровню их секреции, этот показатель может быть использован для оценки секреторной активности железы.

Важнейшими органами, в которых инактивируются и экскретируются гормоны, являются почки и печень. Кроме того, гормоны могут метаболизироваться клетками, с которыми они взаимодействуют. Например, эндоцитоз гормон-рецепторного комплекса ведет к его быстрому разрушению, метаболизму гормона и возвращением рецептора на плазматическую мембрану.

 

 

Виды действия гормонов

 

Различают пять видов действия гормонов на ткани-мишени: метаболическое, морфогенетическое, кинетическое, корригирующее и реактогенное.

Метаболическое действие ― гормон вызывает изменение обмена веществ в тканях. Оно происходит за счет трех основных гормональных влияний. Во-первых, гормоны меняют проницаемость мембран клетки и органоидов, что изменяет условия мембранного транспорта субстратов, ферментов, ионов и метаболитов и, соответственно, все виды метаболизма. Во-вторых, гормоны меняют активность ферментов в клетке, приводя к изменению их структуры и конфигурации, облегчая связи с кофакторами, уменьшая или увеличивая интенсивность распада ферментных молекул, стимулируя или подавляя активацию проферментов. В-третьих, гормоны изменяют синтез ферментов, индуцируя или подавляя их образование за счет влияния на генетический аппарат ядра клетки, как прямо вмешиваясь в процессы синтеза нуклеиновых кислот и белка, так и опосредованно через энергетическое и субстратно-ферментное обеспечение этих процессов. Сдвиги метаболизма, вызываемые гормонами, лежат в основе изменения функции клеток, ткани или органа. Например, инсулин вызывает снижение уровня глюкозы в крови, адреналин, глюкоген, глюкокортикоиды – его возрастание.

Морфогенетическое действие — влияние гормонов на процессы формообразования, дифференцировки и роста структурных элементов. Осуществляются эти процессы за счет изменений генетического аппарата клетки и обмена веществ. Примерами может служить влияние соматотропина на рост тела и внутренних органов, половых гормонов — на развитие вторичных половых признаков.

Кинетическое действие — способность гормонов запускать деятельность эффектора, включать реализацию определенной функции. Например, окситоцин вызывает сокращение мускулатуры матки, адреналин запускает распад гликогена в печени и выход глюкозы в кровь, вазопрессин включает обратное всасывание воды в собирательных трубочках нефрона, без него не происходящее.

Корригирующее действие — изменение деятельности органов или процессов, которые происходят и в отсутствие гормона. Примером корригирующего действия гормонов является влияние адреналина на частоту сердечных сокращений, активация окислительных процессов тироксином, уменьшение обратного всасывания ионов калия в почках под влиянием альдостерона. Разновидностью корригирующего действия является нормализующий эффект гормонов, когда их влияние направлено на восстановление измененного или даже нарушенного процесса. Например, при исходном превалировании анаболических процессов белкового обмена глюкокортикоиды вызывают катаболический эффект, но если исходно преобладает распад белков, глюкокортикоиды стимулируют их синтез.

Реактогенное действие гормонов — способность гормона менять реактивность ткани к действию того же гормона, других гормонов или медиаторов нервных импульсов. Так, например, кальцийрегулирующие гормоны снижают чувствительность дистальных отделов нефрона к действию вазопрессина, фолликулин усиливает действие прогестерона на слизистую оболочку матки, тиреоидные гормоны усиливают эффекты катехоламинов. Разновидностью реактогенного действия гормонов является пермиссивное действие, означающее способность одного гормона давать возможность реализоваться эффекту другого гормона. Так, например, глюкокортикоиды обладают пермиссивным действием по отношению к катехоламинам, т.е. для реализации эффектов адреналина необходимо присутствие малых количеств кортизола, инсулин обладает пермиссивным действием для соматотропина (гормона роста) и др. Особенностью гормональной регуляции является то, что реактогенное действие гормоны могут реализовать не только в тканях-мишенях, где концентрация рецепторов к ним высока, но и в других тканях и органах, имеющих единичные рецепторы к гормону.

В

Взаимодействие гормонов

Гормоны-агонисты и гормоны-антагонисты. Один и тот же гормон в зависимости от его эффектов может иметь синергический эффект с другим гормоном и одновременно антагонистический эффект с тем же гормоном в другом случае.

Например:

1. Инсулин и гормон роста. Их действие на синтез белка синергично - оба гормона стимулируют синтез белка. В то же время по действию на жировую ткань инсулин и гормон роста - антагонисты. Инсулин стимулирует синтез жира (липогенез) и тормозит липолиз. Гормон роста стимулирует липолиз.

2. Кортизол и инсулин. В действии на синтез гликогена в печени и мышцах кортизол и инсулин - синергисты. По действию на метаболизм белка инсулин и кортизол - антагонисты. Инсулин стимулирует синтез белка; кортизол, напротив, стимулирует катаболизм белка.

3. Катехоламины и кортизол. Оказывают синергичное действие на глюконеогенез в печени. Оба гормона стимулируют синтез глюкозы в печени из аминокислот. На синтез гликогена в печени они оказывают антагонистическое действие. Кортизол стимулирует синтез гликогена, катехоламины вызывают гликогенолиз (распад гликогена до глюкозы).

Такие эффекты гормонов в одних случаях синергичные, в других - антагонистичные, биологически обусловлены и позволяют поддерживать нормальное количество жира, белка, гликогена в организме, нормальные уровни глюкозы и электролитов в крови, т. е. сохранять постоянство внутренней среды в организме.

 

Химическая природа гормонов

Большинство изученных гормонов относится к одному из 5 известных классов веществ – это могут быть белки, полипептиды, производные аминокислот, липиды или стероиды.

Таблица 1.2.

 

 

 

 

I. Белки и полипептиды

Число аминокислот в молекулах различных гормонов, т.е. их м.в. сильно варьируют. Гормоны, молекулы которых содержат менее сотни аминокислот принято относить к полипептидам. Самые «малые» полипептидные гормоны – окситоцит и вазопрессин состоит из 8 аминокислот, гистогормоны – каллидин (I) (брадикинин – 9 амин., каллидин II – инсулин – 51 амин. Вазопрессин, обнаруженный у клоачных, сумчатых и большинства плацентарных животных, имеет структуру, очень близкую к структуре окситоцина. Разница лишь в том, у вазопрессина вместо изолейцина в положении 3 стоит фенилаланин, а вместо лейцина в положении 8 – аргинин. Несмотря на столь разительное сходство в структуре обоих гормонов, их действие на организм различно. Окситоцин регулирует сокращение мышц матки, а вазопрессин (АДГ) действует на почечные канальцы.

Некоторые гормоны представляют собой сложные белки. Таковы гормоны передней доли гипофиза – пролактин; фолликулостимулирующий, лютеинизирующий, тиреотропный, АКТГ и соматотропные гормоны. Например, молекулы СТГ быка представляют собой длинные одиночные цепи, состоящие из 396 аминокислот.

II. Гормоны – производные аминокислот – обладают сильно выраженной физиологической активностью. Многие гормоны, относящиеся к этой группе соединений, оказывают мощное действие на гладкую мускулатуру.

III. Норадреналин, адреналин – производные аминокислот тирозина и диоксифенилаланина (ДОФА).

IV. Стерины – Очень важная группа биологически активных веществ липидной природы. Их экстрагируют из животных тканей с помощью липофильных растворителей. Первым из этой группы соединений был идентифицирован холестерин. В крови и во всех животных тканях холестерин встречается как в свободной, так и в этерифицированной форме. Холестерин служит сырьем для биосинтеза многих стероидных гормонов, к которым относятся мужские и женские половые гормоны и гормоны коры надпочечников.

V. Липиды. Липидную природу имеют сравнительно недавно открытые гистогормоны, получившие название простегландинов.