Кальций как медиатор действия гормонов

Роль ионизированного кальция в действии гормонов доказывается следующими наблюдениями: эффект многих гормонов

1. исчезает в бескальциевой среде или при истощении внутриклеточных запасов Са²⁺;

2. может быть имитирован с помощью агентов, увеличивающих концентрацию Са²⁺ в цитоплазме, например Са²⁺ - ионофора А23187;

3. сопряжен с транспортом Са²⁺ в клетку.

Добавление L₁ агонистов или вазопрессина к изолированным гепатоцитам через несколько секунд увеличивает в 3 раза содержание Са²⁺. Это увеличение концентрации Са²⁺ вызывает возрастание активности фосфорилазы.

Первоначально Са²⁺ поступает из клеточных органел, причем запасов Са²⁺ достаточно для немедленного эффекта гормона. Для более продолжительного действия необходим либо вход Са²⁺ в клетку, либо торможение его выхода, осуществляемого Са²⁺ -насосом. Торможение выхода Са²⁺ зависит от происходящего одновременно возрастания концентрации ц-АМФ.

Активация фосфорилазы происходит путем превращения фосфорилазы b в фосфорилазу а под действием фермента киназы фосфорилазы b. В состав киназы фосфорилаза b входит кальмодулин, и активность фермента возрастает при увеличении концентрации Са²⁺ в пределах 0,1 – 1мкмоль/л, т.е. в тех же пределах в каких содержание ионов кальция в цитозоле печени повышается в присутствии гормона.

Роль продуктов превращения фосфоинозитидов в Са²⁺ - зависимом действии гормонов.

Связь между рецептором гормона на плазматической мембране и внутриклеточным резервуаром Са²⁺ осуществляется с помощью специфических сигналов. Роль таких сигналов выполняют продукты превращения фосфоинозитидов. Фосфатидилинозитол – 4,5 – дифосфат под действием фосфолипазы С гидролизуется до миоинозитол – 1,4,5 – трифосфата и диацилглицерола. Эту реакцию в гепатоцитах активируют адреналин и вазопрессин.

Продукт гидролиза фосфоинозитида – 1,2 – диацилглицерол – активирует Са²⁺ - фосфолипид-зависимую протеинкиназу за счет увеличения К_m – фермента по отношению к Са²⁺.

Действие АКТГ, ангиотензина II, серотонина, ряда стероидогенных агентов сопряжено с возрастанием концентраций фосфатидной кислоты, фосфоинозитола и полифосфоинозитидов в соответствующих клетках-мишенях.

Добавление к клеткам тиреотропин – релизинг – гормона (тиролиберин – ТРГ) возрастает расщепление фосфоинозитидов фосфолипазой С; при этом повышается уровень инозитол-ди- и трифосфатов в клетках в результате происходит мобилизация внутриклеточного кальция. Это ведет к активации Са²⁺ - зависимой протеинкиназы, которая фосфорилирует ряд белков.

Своевременные представления о роли Са²⁺, как внутриклеточного посредника в действии гормонов основано на двух наблюдениях. Во-первых, удалось количественно определить быстрые изменения внутриклеточной концентрации Са²⁺ - такие изменения соответствуют роли внутриклеточных посредников. Второе наблюдение, указывающее на связь Са²⁺ с эффектом гормонов, состояло в определении внутриклеточных мишеней действия этого иона: был обнаружен Са²⁺ зависимый регулятор фосфодиэстеразной активности, и это послужило основой для понимания того, каким образом Са²⁺ и ц-АМФ взаимодействуют внутри клетки.

Кальмодулин – кальций-зависимый регуляторный белок, содержит 4 участка связывания ионов Са²⁺. Связывание ионов Са²⁺ приводит к изменению конформации белка: большая часть молекулы приобретает структуру -спирали. Эти конформационные переходы определяют способность кальмодулина активировать или ингибировать определенные ферменты. Са²⁺ - кальмодулин оказывает регуляторное влияние не только на активность ферментов и транспорт ионов, но и на функционирование многих структурных элементов в клетке: актин-миозиновый комплекс гладких мышц, изменение формы клеток, митоз, высвобождение гранул, эндоцитоз.

Гормоны.

Эндокринная система представлена в организме совокупностью эндокринных желез (желез внутренней секреции), реализующих контролирующие функции гуморально с помощью гормонов.

В организме существует 2 типа желез – эндокринные и экзокринные железы. Экзокринные железы (пищеварительные, потовые сальные). Эндокринные железы не имеют протоков и выделяют секрет в кровь, лимфу, ликвор. Они обильно снабжены кровеносными сосудами.

Эндокринные железы – это специализированные популяции секреторных клеток, которые образуют и выделяют в циркулирующие жидкости свои специфические сигнальные продукты – гормоны или их ближайшие биосинтетические предшественники.

Важнейшие свойства гормонов:

1. Образование специализированными клетками эндокринных желез.

2. высокая и специфическая биологическая активность

3. Секретируемость в циркулирующие жидкости.

4. Дистантность действия.

1. Специализированные железистые клетки могут формировать целый эндокринный орган, причем в одних случаях такой орган (например, щитовидная железа) может стоять преимущественно из одних секреторных клеток, продуцирующих одну группу гормонов, в других (например, гипофиз или надпочечники) – из ряда популяций эндокринных клеток, каждая из которых секретирует свой гормон или группу гормонов.

Эндокринные железы в некоторых случаях секретируют не сам активный гормон, а его ближайший биосинтетический предшественник (прогормон), активируемый на периферии. В печени синтезируется прогормон ангиотензиноген, который в крови превращается в ангиотензины.

2. Высокая и специфическая биологическая активность. Гормоны оказывают свое действие в чрезвычайно низкий концентрациях – 10^-11 – 10^-6 ммоль/л. 1 г адреналина активирует работу 10⁸ изолированных сердец.

3. Секретируемость в кровь – отличительный признак гормонов от других биологически активных соединений, которые образуются в кровотоке, и не секретируются в кровь. Например, 11-дезоксикортикостерон и 11-дезоксикортизол образуются в коре надпочечников, но не секретируются в кровь.

4. Дистантность действия – гормоны оказывают свое действие на расстоянии от места синтеза.

Гормоны представляют собой биоорганические соединения различной химической природы, обладающие особой структурой, которая обусловливает из высокоспецифическую биологическую активность как системных регуляторов физиологических процессов.

По химической структуре гормоны можно разделить не 3 группы:

1. Стероиды.

2. Производные аминокислот.

3. Белково-пептидные гормоны. Внутри каждой группы выделяют еще группы гормонов.

Классификация гормонов.

Гормоны
Стероидные	Производные аминокислот	Белково-пептидные гормоны
Кортикостероиды	Половые	Трипто-фана мела-тонин (гормон эпифиза)	Тирозина	1. Нейрогипофи-зарные 2. Гипоталамичес-кие релизинг-факторы 3. Пептиды поджелудочной железы (инсулин, глюкагон) 4. Гипофизарные (пептиды типа АКТГ) 5. Белки паращи-товидных желез (паратгормон, кальцитонин)
Глюко-корти-коиды	Минера-локорти-коиды	Ан-дро-гены	Эс-тро-гены	Кате-хол-амины	Тиреоид-ные гормоны

В составе белково-пептидных гормонов можно выделить 3 фрагмента, имеющих разное функциональное значение:

1. Адресный фрагмент – гаптомер – обеспечивает поиск мест специфического действия, но не вызывает биологических эффектов.

2. Актон – эффектомер - обеспечивает включение гормональных эффектов.

3. Вспомогательный (дополнительный) фрагмент стабилизирующий гормон, регулируя его активность, но не оказывает прямого влияния на реализацию гормонального эффекта.

Отличительная черта адресных фрагментов – способность в физиологических концентрациях конкурировать с цельной молекулой гормона за связывание с определенными рецепторами и неспособность в любых концентрациях воспроизводить гормональный эффект. Вместе с тем актоны практически не конкурируют в физиологических концентрациях с цельной молекулой гормона за связывание с реагирующей клеткой, но могут в сверхфизиологических концентрациях вызывать специфические гормональные эффекты.

Химической модификацией структуры гормональной молекулы можно получить производное гормона, которое будет связываться рецепторами, но не будет вызывать эффекта. Такие модифицированные соединения могут обратимо конкурировать с нативными гормонами за связи рецепторов, блокируя гормональный эффект. На этом принципе основано действие антигормонов конкурентного типа.

Синтез гормонов.

I. Синтез стероидных гормонов.

Биосинтез стероидных гормонов идет из холестерина. Холестерин синтезируется из ацетил-КоА.

Большая часть холестерина в эндокринных клетках содержится в составе липидных капель, локализированных в цитоплазме, в форме эфиров с жирными кислотами.