Классификация гормонов
КАРАГАНДИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ
Лекция13. Регуляция обмена веществ. Биохимия гормонов
Дисциплина: «Биологическая химия»
Специальность: 040100 - лечебное дело
Педиатрия
Медико-профилактическое дело
Восточная медицина
Курс II
Кафедра: общей и биологической химии
Составитель:
Профессор, д.б.н.
____________ Л.Е. Муравлева
Караганда 2004г.
Утверждена на заседании кафедры
Протокол №_____
от "____"__________2004г
Зав.кафедрой, профессор ______________ Л.Е. Муравлева
Рецензент:
Директор НИЦ КГМА,
доктор медицинских наук, профессор ______________ Н.В. Козаченко
Утверждена на заседании профильной
методической комиссии медико-биологических и фармацевтических дисциплин
Протокол №_____
"____"__________2004г
Председатель: профессор _______________ Л.Е. Муравлева
Секретарь: доцент _______________ А.У. Байдусенова
Цель лекции: ознакомить студентов с реакциями трансметилирования, декарбоксилирования, метаболизмом отдельных аминокислот
План лекции:
Нейрогуморальная регуляция обмена веществ и физиологических функций. Общие свойства гормонов. Классификация гормонов. Строение, влияние на обмен веществ и механизм действия важнейших гормонов гипоталамуса, гипофиза, щитовидной и паращитовидной желез, поджелудочной железы, надпочечников и половых желез
Демонстрационный материал
Слайд-рисунок 1 Реакции катаболизма пуриновых и пиримидиновых оснований
Слайд-рисунок 2 Реакции синтеза пуриновых и пиримидиновых оснований
Слайд-рисунок 3 Синтез дехоксирибонуклеотидов
Литература:
Основная:
1.Биохимия. Учебник /под редакцией член – корр РАН, проф. Е.С. Северина – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003.- 784 с
2. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами /под редакцией член – корр РАН, проф. Е.С. Северина и проф. А.Я. Николаева – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2001.- 448 с
3. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека: В 2-х томах. Т. 2. Пер. с англ: - М.: Мир, 1993. - 384с.
4.Николаев А.Я. Биологическая химия – М.: Высшая школа, 1989. - 494с.
http://biochemistry.vov.ru/nagl_bio/;
http://biochemistry.vov.ru/pub/
Дополнительная литература
1.Бышевский А.Ш., Терсенов О. А. Биохимия для врача – Екатеринбург: Уральский рабочий, 1994. - 384с.
2. Гринстейн Б., Гринстейн А. Наглядная биохимия: Пер. с анг.-М.: ГЭОТАР-МЕД, 2000. - 119с
3. Тапбергенов С. О. Медицинская биохимия. – Астана, 2001. – 292с.
4. Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. – М. Мир – 1999.- 327с.
Общая характеристика гормонов.
Гормоны - это биологически высокоактивные вещества, синтезирующиеся и выделяющиеся во внутреннюю среду организма эндокринными железами и оказывающие регулирующее влияние на функции удаленных от места их секреции органов и систем организма.
Эндокринная железа - это анатомическое образование, лишенное выводных протоков, единственной или основной функцией которого является внутренняя секреция гормонов. К эндокринным железам относятся гипофиз, эпифиз, щитовидная железа, надпочечники (мозговое и корковое вещество), паращитовидные железы.
Поджелудочная железа и половые железы относятся к органам со смешанным типом секреции.
Одна и та же железа внутренней секреции может продуцировать неодинаковые по своему действию гормоны. Так, например, щитовидная железа продуцирует тироксин и тирокальцитонин. В то же время продукция одних и тех же гормонов может осуществляться разными эндокринными железами. Например, половые гормоны продуцируются и половыми железами, и надпочечниками.
Традиционно неэндокринные органы: почки, желудочно-кишечный тракт, сердце также способны к синтезу биологически активных веществ. Некоторые из них синтезируются так близко к своим органам-мишеням, что могут достигать их диффузией, не попадая в кровоток. Их называют гормонами местного действия. Клетки, вырабатывающие такие вещества, называют паракринными.
Ряд биологически активных веществ помимо гормональной функции могут выступать как медиаторы. Реализация гормональной и медиаторной функций определяется местом синтеза. Например, адреналин и норадреналин. Когда рассматривается их выработка в мозговом веществе надпочечников, их обычно называют гормонами, если речь идет об их образовании и выделении симпатическими окончаниями, их называют медиаторами.
Некоторые из регуляторных гипоталамических пептидов обнаружены не только в нейронах головного мозга, но и в особых клетках других органов (например кишечника). Клетки, вырабатывающие эти пептиды, образуют согласно современным представлениям диффузную нейроэндокринную систему, состоящую из разбросанных по разным органам и тканям клеток.
Клетки этой системы характеризуются высоким содержанием аминов, способностью к захвату предшественников аминов и наличием декарбоксилазы аминов. Отсюда название системы по первым буквам английских слов Amine Precursors Uptake and Decarboxylating system - APUD-система - система захвата предшественников аминов и их декарбоксилирования. Поэтому правомерно говорить не только об эндокринных железах, но и об эндокринной системе, которая объединяет все железы, ткани и клетки организма, выделяющие во внутреннюю среду специфические регуляторные вещества.
Классификация гормонов
Гормоны можно классифицировать, исходя из разных критериев:
По растворимости (гидрофильные и липофильные).
По химической структуре:
1.производные аминокислот: производные тирозина: тироксин, трийодтиронин, дофамин, адреналин, норадреналин;
2. белково-пептидные гормоны:
· полипептиды: глюкагон, кортикотропин, меланотропин, вазопрессин, окситоцин, пептидные гормоны желудка и кишечника;
· простые белки (протеины): инсулин, соматотропин, пролактин, паратгормон, кальцитонин;
· сложные белки (гликопротеиды): тиреотропин, фоллитропин, лютропин.
· стероидные гормоны: кортикостероиды (альдостерон, кортизол, кортикостерон); половые гормоны: андрогены (тестостерон), эстрогены и прогестерон.
3. По механизму передачи сигнала или по расположению рецепторов. По этому критерию гормоны делятся на 2 основные группы. К первой группе относятся стероиды, иодтиронины и кальцитриол. Рецепторы этих гормонов располагаются в цитоплазме или на ядре. Ко второй группе относятся водорастворимые гормоны, которые взаимодействуют с рецепторами, находящимися на плазматической мембране.
4. По природе сигнала, опосредующего гормональный внутриклеточный эффект.
5.по биологическим функциям — гормоны, регулирующиеобмен углеводов, липидов и аминокислот (инсулин, глюкагон, кортизол, адреналин), регулирующие водно-солевой об прессин, альдостерон),обмен кальция (паратгормон, кальцитриол, кальцитонин), регулирующиерепродуктивную функцию (эстрадиол, тестостерон, прогестерон). Тропные гормоны -либерины и статины гипоталамуса, некоторые гормоны гипофиза) регулируют синтез и других гормонов.
Несмотря на то, что гормоны имеют разное химическое строение, для них характерны некоторые общие биологические свойства.
Общие свойства гормонов:
1. Строгая специфичность (тропность) физиологического действия.
2. Высокая биологическая активность: гормоны оказывают свое физиологическое действие в чрезвычайно малых дозах (10-6 - 10-10 моль/л)
3. Дистантный характер действия: клетки-мишени располагаются обычно далеко от места образования гормона.
4. Генерализованность действия.
5. Пролонгированность действия.
Установлены четыре основных типа физиологического действия на организм: кинетическое, или пусковое, вызывающее определенную деятельность исполнительных органов; метаболическое (изменения обмена веществ); морфогенетическое (дифференциация тканей и органов, действие на рост, стимуляция формообразовательного процесса); корригирующее (изменение интенсивности функций органов и тканей).
Метаболическое действие гормонов осуществляется различными путями, среди которых наиболее важными являются следующие: 1.повышение или угнетение активности ферментов; 2. изменение проницаемости клеточных мембран; 3. регуляция ими биосинтетических и энергетических процессов.
Гормональный эффект опосредован следующими основными этапами:синтезом и поступлением в кровь, формами транспорта, клеточными механизмами действия гормонов.
Транспорт гормонов
От места секреции гормоны доставляются к органам-мишеням циркулирующими жидкостями: кровью, лимфой. Транспорт гормонов определяется их растворимостью. Гормоны, имеющие гидрофильную природу (например, белково-пептидные гормоны) обычно транспортируются кровью в свободном виде. Стероидные гормоны, йодсодержащие гормоны щитовидной железы транспортируются в виде комплексов с белками плазмы крови. Это могут быть специфические транспортные белки (транспортные низкомолекулярные глобулины, тироксинсвязывающий белок; транспортирующий кортикостероиды белок транскортин), неспецифический транспорт (альбумины), а также в адсорбированном состоянии на форменных элементах крови.
Биологическая активность определяется содержанием свободных форм гормонов. Связанные формы гормонов являются как бы депо, физиологическим резервом, из которого гормоны переходят в активную свободную форму по мере необходимости.
Обязательным условием для проявления эффектов гормона является его взаимодействие с рецепторами. Для гормональных рецепторов характерно: 1) высокое сродство к гормону; 2) высокая избирательность; 3) ограниченная связывающая емкость; 4) специфичность локализации рецепторов в тканях. На одной и той же мембране клетки могут располагаться десятки разных типов рецепторов.
Количество функционально активных рецепторов может изменяться при различных состояниях и в патологии. Так, например при беременности в миометрии исчезают М-холинорецепторы, и возрастает количество окситоциновых рецепторов. При некоторых формах сахарного диабета имеет место функциональная недостаточность инсулярного аппарата, т.е. уровень инсулина в крови высокий, но часть инсулиновых рецепторов связана с аутоантителами к этим рецепторам не работает.
Количество рецепторов, участвующих в связывании гормонов, - несколько тысяч на клетку. Рецепторы способны к узнаванию и селекции гормонов. Гормон-рецепторное взаимодействие характеризуется высоким сродством и специфичностью, обратимостью и генерацией сигнала (трансдукцией сигнала) и зависит от температуры и рН.
Механизмы действия гормонов. Существуют два основных механизма действия гормонов на уровне клетки: реализация эффекта с наружной поверхности клеточной мембраны и реализация эффекта после проникновения гормона внутрь клетки.
Биологический эффект гормонов, взаимодействующих с рецепторами, локализованными на плазматической мембране, осуществляется с участием вторичного передатчика, называемого посредником или мессенджером.
В зависимости от того, какое вещество выполняет его функцию, гормоны можно разделить на следующие группы:
1) гормоны, оказывающие биологический эффект с участием циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). К ним относятся глюкагон, лютеинизирующий гормон, фолликулостимулирующий гормон, тиростимулирующий гормон, кальцитонин, паратиреоидный гормон, антидиуретический гормон, адреналин, норадреналин;
2) гормоны, осуществляющие свое действие с участием циклического гуанидинмонофосфата (цГМФ); оксид азота
3) гормоны, опосредующие свое действие с участием в качестве внутриклеточного вторичного мессенджера ионизированного кальция или фосфатидилинозитидов (инозитолтрифосфат и диацилглицерин) или обоих соединений; К ним относятся антидиуретический гормон, адреналин, норадреналин, ангиотензин II, гонадотропин-рилизинг гормон или люлиберин, тиролиберин
4) гормоны, оказывающие свое действие путем стимулирования каскада киназ и фосфатаз.
К ним относятся инсулин, пролактин, эритропоэтин
Но это деление очень условно. В зависимости от типа рецептора один и тот же гормон может передавать сигнал через различные мессенжеры. Например, при взаимодействии адреналина с b2 – рецептором в передаче сигнала участвует цАМФ. При взаимодействии адреналина с a1 – рецептором в передаче сигнала участвует ионизированный кальций и фосфатидилинозитиды.
Катаболизм гормонов
Белково-пептидные гормоны подвергаются протеолизу, распадаются до отдельных аминокислот. Эти аминокислоты вступают дальше в реакции дезаминирования, декарбоксилирования, трансаминирования и распадаются до конечных продуктов: NH3, CO2 и Н2О.
Гормоны - производные аминокислот подвергаются окислительному дезаминированию и дальнейшему окислению до СО2 и Н2О. Стероидные гормоны распадаются иначе. В организме нет ферментных систем, которые обеспечивали бы их распад. Поэтому в основном происходит модификация боковых радикалов. Вводятся дополнительные гидроксильные группы. Гормоны становятся более гидрофильными. Образуются молекулы, представляющие собой структуру стерана, у которого в 17-м положении находится кетогруппа. В таком виде продукты катаболизма стероидных половых гормонов выводятся с мочой и называются 17-кетостероиды.
Инактивация гормонов происходит в эффекторных органах, в основном в печени.
Гормоны выполняют в организме следующие важные функции:
1. Регуляция роста, развития и дифференцировки тканей и органов, что определяет физическое, половое и умственное развитие.
2. Обеспечение адаптации организма к меняющимся условиям существования.
3. Обеспечение поддержания гомеостаза.
Виды взаимодействия гормонов. Каждый гормон не работает в одиночку. Поэтому необходимо учитывать возможные результаты их взаимодействия.
Синергизм - однонаправленное действие двух или нескольких гормонов. Например, адреналин и глюкагон активируют распад гликогена печени до глюкозы и вызывают увеличение уровня сахара в крови.
Антагонизм всегда относителен. Например, инсулин и адреналин оказывают противоположные действия на уровень глюкозы в крови. Инсулин вызывает гипогликемию, адреналин - гипергликемию. Биологическое же значение этих эффектов сводится к одному - улучшению углеводного питания тканей.
Пермиссивное действие гормонов заключается в том, что гормон, сам не вызывая физиологического эффекта, создает условия для ответной реакции клетки или органа на действие другого гормона. Например, глюкокортикоиды, не влияя на тонус мускулатуры сосудов и распад гликогена печени, создают условия, при которых даже небольшие концентрации адреналина увеличивают артериальное давление и вызывают гипергликемию в результате гликогенолиза в печени