96. Гормони. Механізм вибіркової дії гормонів
В багатоклітиному організмі регуляторні процеси обох типів здійснюються централізовано завдяки єдиній системі нейро-гуморальної регуляції. Регуляторні процеси розпочинаються з передачі сигналу нервової системи. Його дія викликає виділення специфічних хімічних речовин - гормонів, які прямо, або опосередковано змінюють активність або кількість ферментів в клітині. Такий регуляторний вплив нервової системи, опосередкований дією гормонів та їх посередників, називається нейро-гуморальною регуляцією.
Гормони - це продукти залоз внутрішньої секреції (ендокринних), які виділяються в кров або лімфу і діють на певну тканину, віддалену від місця утворення гормону, регулюючи обмінні процеси в ній. За будовою гормони представлені речовинами білкової природи (інсулін, глюкагон, гормони гіпофізу; похідними амінокислот (адреналін, норадреналін, тироксин; та стероїдами, тобто похідними стеринів (статеві гормони і гормони кори наднирників
Гормони поділяють за залозами, в яких вони утворюються, а також, за процесами, на які вони впливають. Останні поділ найбільш відповідає меті цього розділу.
Нервові сигнали центральної нервової системи (ЦНС) сприймаються безпосередньо відділом головного мозку гіпоталамусом. В ньому, залежно від характеру сигналу, синтезуються білкові речовини одного з видів: ліберини (активуючої дії) або статини (гальмуючої дії). Вони впливають на нижній мозковий придаток - гіпофіз, який є головною ендокринною залозою в організмі. Він сам виробляє гормони широкого спектру дії, а також регулює діяльність інших, - підпорядкованих ендокринних залоз. Самостійну інервацію мають підшлункова залоза та мозковий шар наднирників.
За характером змін, які виникають в обміні речовин, гормони можна поділити на анаболічні і катаболічні. Анаболічні гормони забезпечують активацію процесів, необхідних для посилення анаболічних процесів: накопичення структурних і запасних макромолекул в організмі. До них належить гормон росту, який синтезується в передній частині гіпофізу. Він активує синтез РНК і білка в м’язах та інших тканинах за рахунок розщеплення жирів в жировій тканині.
До анаболічних належать і стероїдні гормони - 17-кетостероіди, які синтезуються корою наднирників, а також статеві гормони. Вони стимулюють синтез білка. В спорті широко відоме застосування стероїдних гормонів, як стимуляторів нарощування м’язевої маси. Ці засоби заборонені. Регулярне вживання гормонів -анаболіків приводить до тяжких порушень обміну речовин, які можуть ставити під загрозу здоров’я і життя людини.
Анаболічним є також гормон інсулін, який виробляється підшлунковою залозою. Він гальмує розщеплення жирів в жировій тканині і сприяє першочерговій утилізації м’язами глюкози. Інсулін активує глюкогенез в м’язах і посилює синтез білка з амінокислот, активуючи дихотомічне розщеплення глюкози, як шлях енергозабезпечення анаболічних процесів.
Гормон щитовидної залози тироксин сприяє збільшенню маси білка, регулюючи експресію генів. Він активує процеси окислення в дихальному ланцюгу мітохондрій. При порушенні функції щитовидної залози і надлишковій продукції тироксину відбувається роз’єднання окислення і фосфорилювання в дихальному ланцюгу. В результаті цього енергія, яка виділяється внаслідок посиленого окиснення, розсіюється у вигляді тепла.
До гормонів катаболічної дії належать, в першу чергу, глюкагон підшлункової залози і адреналін, який виробляється в мозковому шарі наднирників. Глюкагон активує розпад глікогену в печінці і жировій тканині. Адреналін викликає розщеплення глікогену в м’язах і мобілізує жирні кислоти, активуючи процес гідролізу жирів в жировій тканині.
Глюкагон і інсулін є гормонами-антагоністами. При порушенні синтезу інсуліну рівновага між дією їх порушується і виникає хвороба цукровий діабет. При ній порушена утилізація глюкози клітинами печінки і м’язів з крові. Такі хворі страждають від нестачі енергоресурсу при його достатку.
Обмін глюкози безпосередньо регулюється центральною нервовою системою, забезпечуючи швидку мобілізацію цього окислюваного джерела енергії. При стресі, тобто при необхідності швидких реакцій організму на його захист, ЦНС безпосередньо впливає на мозковий шар наднирників і викликає синтез адреналіну. В таких ситуаціях саме адреналін визначає обмін речовин, а дія інсуліну не проявляється. Доведено, що існує спадково визначена швидкість реагування в стресовим ситуаціях. Одні люди краще справляються з спрінтерськими навантаженнями, які потребують різкого ривка, максимального розвитку, діяльності протягом невеликого.проміжку часу.
Механізм вибіркової дії гормонів на певні клітини-мішені та на певні процеси пов’язаний з тим, що молекули гормонів впізнаються специфічними рецепторами. Кожний гормон діє лише на рецептори певного типу. Між гормоном та його рецептором існує висока хімічна спорідненість, що дозволяє їм зв’язуватись навіть при концентрації гормону в середовищі 10-7 – 10-8 М.
За локалізацією рецептора та природою сигналу, який опосередковує дію гормону в клітині (медіатора) гормони поділяють на дві групи. До групи І належать тиреоідні та стероїдні гормони, які проникають крізь клітинну мембрану всередину клітини. Їх рецепторами є білки цитоплазми і ядра. Група ІІ включає білки, похідні амінокислот, які не можуть проникнути через мембрану. Їх рецептори містяться на зовнішній поверхні клітинної мембрани. Під їх впливом на внутрішній поверхні мембрани синтезуються молекули-посередники дії гормонів (медіатори). Головним внутрішньоклітинним медіатором є цАМФ. При дії відповідного гормону на рецептор мембрани активується аденілатциклаза, яка каталізує утворення цАМФ з АТФ. Рецептор може бути безпосередньо зв’язаним з аденілатциклазою (1 і 2 на схемі), або між рецептором і аденатциклазою розташовується проміжна ланка – трансдюсер (3). В свою чергу, ц-АМФ запускає в клітині цілий каскад перетворень, наприклад, таких як при активації глікогенфосфорилази цАМФ є медіатором гормонів гіпоталамуса, передньої долі гіпофіза, глюкагону, адреналіну, норадреналіну.
Незважаючи на те, що всі ці гормони мають спільного медіатора, дія кожного з них специфічна. Адже різні гормони взаємодіють з різними рецепторами в різних клітинах-мішенях. Тому утворення цАМФ в клітинах кори наднирників приводить до активації ферментів синтезу гідрокортизону, в клітинах печінки стимулює розпад глікогену і вихід в кров глюкози. Іншими медіаторами гормонів є йони Са2+, метаболіти фосфоінозитидів, оксид NO.
У випадку дії на клітину гормонів-антагоністів кінцевий ефект залежить від співвідношення гормонів. Наприклад, якщо на поверхні мембрани клітини печінки зв’язався гормон інсулін з своїм рецептором, то рецептор глюкагону втрачає спорідненість до свого гормону. В результаті в клітині не синтезується цАМФ, а отже, і не розпадається глікоген. Навпаки, під впливом медіатора інсуліна активується синтез глікогену з глюкози.
Гормони, які проникають всередину клітини, утворюють активні комплекси із своїми білками-рецепторами, які здатні активувати певні гени хромосом, що приводить до синтезу відповідних білків.
рім регуляторних молекул, названих вище, існує значна кількість сполук білкової природи, що відіграють роль міжклітинних і внутрішньоклітинних хімічних сигналів. До них, зокрема, належать цитокіни, які виробляються клітинами імунної системи. Цитокіни проявляють активність в концентраціях порядку 10-12 моль/л. До цитокінів належать інтерлейкіни – ростові фактори імунної системи, інтерферони, які захищають клітини, інфіковані вірусами, інгібуючи синтез в них вірусних білків. Відкриті і інші класи цитокінів.
Гормон росту гіпофізу здійснює свою дію опосередковано через гормональні пептиди – інсуліноподібні фактори росту.
Вивчення поліпептидних біорегуляторів клітинних процесів, зокрема трансформуючих факторів росту, є однією з найбільш прогресуючих галузей сучасної біохімії. З її досягненнями пов’язують перспективи боротьби з онкологічними захворюваннями.
Існує три шляхи дії факторів росту: ендокринний, аналогічний до дії гормонів, при якому ростові фактори синтезуються в певних клітинах і переносяться до клітин-мішеней з током крові; паракринний, при якому фактори росту секретуються з специфічних клітин і діють на сусідні клітини; аутокринний, при якому ці фактори секретуються в зовнішнє середовище і діють на клітини, в яких були синтезовані. При кожному шляху дії вони передають сигнал в клітину-мішень через високоспецифічні рецептори білкової мембрани. В результаті за схемою, показаною вище, активуються певні гени в ядрі клітини.
