ГОРМОНЫ, РЕГУЛИРУЮЩИЕ БЕЛКОВЫЙ, УГЛЕВОДНЫЙ И ЛИПИДНЫЙ
К гормонам, обладающим выраженным регуляторным эффектом в отношении обмена белков, углеводов и липидов, относятся соматотропный гормон гипофиза, гормоны поджелудочной железы глюкагон и инсулин, гормоны щитовидной железы трииодтиронин (Т3) и тетраиодтиронин ( тироксин, Т4 ), а также гормоны адреналин и кортизол, продуцируемые соответственно мозговым и корковым веществом надпочечников.
3.1. СОМАТОТРОПНЫЙ ГОРМОН ( соматотропин, СТГ, гормон роста )
Соматотропин или гормон роста синтезируется в соматотрофах клетках передней доли гипофиза. По химической природе он представляет собой белок, состоящий из одной полипептидной цепи. В состав цепи входит 191 аминокислотный остаток, молекулярная масса составляет 22.000. Концентрация гормона роста в передней доле гипофиза составляет 515 мг/г, что на несколько порядков выше, чем концентрация остальных гормонов. СТГ обладает выраженной видовой специфичностью, в связи с чем в клетках человека активность проявляет лишь соматотропин, полученный из организма высших приматов. Физиологическая роль гормона состоит в стимуляции роста и контроле дифференцировки клеток различных тканей. Концентрация гормона в крови составляет в норме 46465 пикоМ/л (110нг/мл). Время циркуляции гормона в крови составляет несколько минут.
Выделение соматотропина из гипофиза носит пульсирующий характер в связи с чем его концентрация в крови может изменится на порядок в течение нескольких минут. Интересно, что один из пиков выделения соматотропина приходится на период времени сразу же после засыпания.( Повидимому, отсюда «Кто не спит, тот не растет»). Выделение соматотропина увеличивается при стрессе, при голодании, при употреблении богатой белком пищи, при острой гипогликемии. Выделение соматотропина из клеток гипофиза в кровь контролируется гипоталамусом за счет двух его гормонов: сомато
либерин стимулирует выделение СТГ в кровь, а соматостатин угнетает этот процесс. В свою очередь, под действием соматотропина в печени синтезируется гормон, получивший название ИФР1 ( инсулиноподобный фактор роста 1). Этот гормон опосредует ростстимулирующее действие соматотропного гормона.
Увеличение концентрации соматотропина в крови приводит к угнетению выделения соматолиберина гипоталамусом и, следовательно, к снижению продукции соматотропина гипофизом. Увеличение в крови концентрации ИФР1 также тормозит продукцию гипоталамусом соматолиберина, одновременно увеличивая выделение гипоталамусом соматостатина; с помощью этого механизма увеличение концентрации ИФР1 в крови приводит в конечном итоге к снижению поступления соматотропина из гипофиза в кровь. Эти взаимоотношения представлены на нижеследующей схеме:
Уровень секреции соматостатина и соматолиберина гипоталамусом зависит от многих факторов. Так, секреция соматостатина стимулируется гормонами щитовидной железы и вазоактивным интестинальным пептидом, а угнетается ацетилхолином и gаминомасляной кислотой. В свою очередь, секреция соматолиберина увеличивается, например, при воздействии на гипоталамус катехоламинов или же при снижении концентрации глюкозы в клетках гипоталамуса.
Гормон роста чрезвычайно важен для процессов постнатального роста и развития человека, обладая в целом выраженным анаболическим эффектом. Он способен оказывать на клетки как прямое регулирующее действие, так и действие опосредованное, реализуемое, вопервых, за счет контроля синтеза ИФР1, вовторых,за счет взаимодействия его регуляторных эффектов с регуляторными эффектами других гормонов. Так, анаболическое действие андрогенов у гипофизэктомированных животных выражено минимально, введение этим животным соматотропина повышает вызываемую андрогенами задержку азота, а также усиливает рост специфически чувствительных к андрогенам тканей. Механизм действия соматотропного гормона неизвестен.
Обсуждая вопрос о влиянии соматотропина на обменные процессы, в первую очередь следует указать на стимуляцию соматотропином процессов транскрипции и трансляции, что сопровождается увеличением количества РНК и белка в клетках. Одновременно соматотропин стимулирует поглощение клетками различных тканей аминокислот, служащих пластическим материалом для белкового синтеза. У животных, получающих соматотропин, развивается положительный азотистый баланс, сопровождающийся уменьшением выведения с мочой аминокислот, мочевины и креатинина. Под действием соматотропина в тканях молодых животных активируется синтез ДНК, что является отражением стимуляции размножения клеток в растущей ткани.
Соматотропин повышает содержание глюкозы в крови за счет нескольких эффектов. Вопервых, он снижает утилизацию глюкозы периферическими тканями, ингибируя гликолиз; вовторых , ряд авторов считает, что гормон снижает скорость транспорта глюкозы в клетки. В третьих, он стимулирует глюконеогенез в печени и увеличивает содержание гликогена в гепатоцитах. В целом соматотропный гормон за счет снижения утилизации глюкозы в ряде периферических тканей и стимуляции глюконеогенеза обеспечивает необходимый уровень поступления глюкозы в клетки нервной ткани, в том
числе в клетки головного мозга. Следует также отметить, что ИФР1 стимулирует синтез гликозаминогликанов
Соматотропный гормон стимулирует липолиз в жировой ткани, увеличивая тем самым содержание высших жирных кислот в плазме крови и их поступление в клетки периферических тканей, где они служат субстратами окисления. Возможно, именно увеличение поступления высших жирных кислот в клетки периферических тканей и приводит к торможению в них гликолиза за счет ингибирования пируваткиназы. Усиление поступления высших жирных кислот в печень и ускорение их окисления приводят к активации кетогенеза, особенно заметного в условиях инсулиновой недостаточности.
Введение соматотропина вызывает двухфазный эффект: в первую кратковременную фазу в плазме крови понижается содержание глюкозы и падает содержание высших жирных кислот, затем наблюдается продолжительное повышение содержания в крови и глюкозы и высших жирных кислот. Длительное введение соматотропного гормона может привести к развитию сахарного диабета.
Соматотропин, вероятней всего при посредничестве ИРФ1, способствует положительному балансу кальция, магния и фосфата и вызывает задержку натрия, калия и хлора. Положительный баланс Са, Мg и Р, повидимому, связан со способностью соматотропина стимулировать рост длинных трубчатых костей.
Избыточная продукция соматотропного гормона в детском возрасте приводит к гигантизму, одним из признаков которого являются непропорционально длинные конечности. Избыточная продукция соматотропина у взрослых сопровождается развитием акромегалии, для которой характерно непропорциональное увеличение отдельных частей тела. Нарушение функционирования соматотропина приводит к уменьшению роста, т.е. к карликовости, причем «гипофизарные карлики» не страдают нарушением умственного развития.
Хромафинные клетки мозгового вещества надпочечников продуцируют группу биологически активных веществ катехоламинов, к числу которых относятся адреналин, норадреналин и дофамин, играющие важную роль в адаптации организма к острым и хроническим стрессам, в особенности в формировании реакции организма типа «борьба или бегство». В ходе развития этой реакции в организме происходит экстренная мобилизация энергетических ресурсов: ускоряется липолиз в жировой ткани, активируется гликогенез в печени, стимулируется гликогенолиз в мышцах.
Все катехоламины синтезируются из аминокислоты тирозина, причем на долю адреналина приходится примерно 80% катехоламинов, образующихся в мозговом веществе надпочечников. Синтез начинается с превращения тирозина в дигидроксифенилаланин (ДОФА), реакция катализируется ферментом тирозингидроксилазой. Простетической группой фермента является тетрагидробиоптерин.
Фермент тирозингидроксилаза играет важную роль в синтезе катехоламинов, поскольку, вопервых, именно этот фермент лимитирует скорость синтеза в целом, вовторых, он является регуляторным ферментом. Активность тирозингидроксилазы угнетается по конкурентному механизму высокими концентрациями катехоламинов (катехоламины способны связываться с тетрагидроптеридином с образованием неактивного производного ); кроме того, активность фермента может регулироваться путем его ковалентной модификации фосфорилирование увеличивает активность фермента. Наконец, длительный стресс сопровождается индукцией фермента.
В ходе следующей реакции ДОФА подвергается декарбоксилированию при участии фермента ДОФАдекарбоксилазы, простетической группой этого фермента служит пиридоксальфосфат. Далее при участии фермента ДОФаминbгидроксилазы ДОФамин превращается в норадреналин:
В ходе окисления в качестве донора электронов ( косубстрат реакции) используется аскорбиновая кислота.
В заключительной реакции идет метилирование норадреналина по аминогруппе с превращением его в адреналин, в качестве донора метильной группы используется Sаденозилметионин. Реакция катализируется ферментом фенилэтаноламинNметилтрансферазой (ФNMT):
Синтез ФNMT стимулируется глюкокортикоидными гормонами, проникающими в мозговой слой надпочечников по внутринадпочечниковой портальной системе, которая обеспечивает в мозговом веществе надпочечников в 100 раз большую концентрацию стероидов по сравнению с их концентрацией в крови.
При синтезе адреналина гидроксилирование тирозина и превращение ДОФА в ДОФамин происходят в цитозоле клеток мозгового вещества надпочечников. Затем ДОФамин поступает в гранулы, где он превращается в норадреналин. Большая часть норадреналина покидает гранулы и метилируется в цитозоле в адреналин, последний затем поступает в другую группу гранул, где и сохраняется до высвобождения. В состав хромаффинных гранул наряду с катехоламинами входят АТФ, Са2+ и специальный белок хромогранин.
Под воздействием нервных импульсов, поступающих в мозговое вещество надпочечников по чревному нерву, происходит слияние хромаффинных гранул с плазматической мембраной с выбросом катехоламинов в русло крови. Поступающий в кровяное русло адреналин в виде слабоассоциированного с альбуминами комплекса разносится с током крови в другие органы и ткани.
Продолжительность существования адреналина в русле крови измеряется временем порядка 10 30 секунд; его концентрация в плазме крови в норме не превышает 0,1 мкг/л ( менее 0,55 нМ/л ). Инактивация адреналина, как и других катехоламинов, может идти или путем их окислительного дезаминирования, или путем Ометилирования. Основными конечными продуктами инактивации адреналина, выделяющимися с мочой, являются метанефрин и ванилинминдальная кислота. Содержание этих соединений резко возрастает в моче при опухоли мозгового вещества надпочечников феохромоцитоме, в связи с чем определение их содержания в моче, в особенности в сочетании с определением содержания адреналина в плазме крови, служит ценным диагностическим тестом для выявления этой патологии.
Адреналин оказывает свое действие на клетки различных органов и тканей через 4 варианта рецепторов: вопервых, это a1 и a2 адренэргические рецепторы, вовторых, b1 и b2адренэргические рецепторы. Адреналин может взаимодействовать с любыми из этих рецепторов, поэтому его действие на ткань, содержащую различные варианты рецепторов, будет зависеть от относительного сродства этих рецепторов к гормону. Норадреналин может взаимодействовать только с aрецепторами.
При связывании гормона с b1 и b2рецепторами идет активация аденилатциклазы, опосредованная взаимодействие активированных рецепторов с Gsбелками, что сопровождается увеличением концентрации цАМФ в клетке. При взаимодействии гормона с a2рецептором при участии Giбелка идет ингибирование аденилатциклазы и снижение концентрации цАМФ в клетке. Наконец, взаимодействие гормона с a1рецептором приводит к увеличению концентрации в клетке ионов Са2+, вероятно связанное с работой инозитолфосфатидного механизма действия гормонов.
В случае действия адреналина через b2рецепторы идет стимуляция расщепления гликогена в печени с выходом глюкозы в кровяное русло, одновременно идет небольшая стимуляция глюконеогенеза в гепатоцитах. В мышцах через b2рецепторы адреналин стимулирует гликогенолиз. Через этот тип рецепторов адреналин повышает секрецию инсулина и глюкагона в поджелудочной железе или секрецию ренина в почках. В тоже время стимуляция липолиза в липоцитах осуществляется адреналином через b1рецепторы. В свою очередь, через взаимодействие с a2рецепторами катехоламины могут ингибировать липолиз, выделение инсулина и выделение ренина.
Адреналину приписывают в основном метаболические эффекты, тогда как норадреналину регуляцию сосудистого тонуса, хотя адреналин также может сильно влиять на состояние тонуса гладкомышечных элементов, причем может наблюдаться как расслабление так и сокращение в зависимости от типа рецепторов, через которые действует в конкретном случае гормон.
Щитовидная железа вырабатывает два гормона 3,5,3трииодтиронин ( Т3) и 3,5,3,5тетраиодтиронин ( тироксин, Т4 ), играющие важную роль в регуляции общего метаболизма, развития и дифференцировки тканей. Образование этих гормонов происходит в ходе посттранскрипционного процессинга специфического белка тиреоглобулина, в ходе которого происходит органификация накапливающегося в клетках щитовидной железы иода. Последующий внутриклеточный протеолиз иодированного тиреоглобулина приводит к высвобождению гормонов. Их регуляторный эффект базируется на контроле генной экспрессии. Структура гормонов:
Синтез иодированных тиронинов идет в клетках щитовидной железы тироцитах в составе белка иодтиреоглобулина. Иодтиреоглобулин представляет собой большой иодированный и гликолизилированный белок с молекулярной массой около 660 000, состоящий из двух субъединиц. На долю углеводного компонента приходится 810% его общей массы, на долю иода от 0,2% до 1% общей массы в зависимости от содержания иода в пище. Он содержит 115 остатков тирозина, каждый из которых в принципе может быть иодирован. Около 70% иода входит в состав неактивных предшественников гормонов моноиодтирозина ( МИТ ) и дииодтирозина ( ДИД ), 30% в составе иодированных тиронинов Т3 и Т4. В состав молекулы иотиреоглобулина входит несколько молекул ( от 2 до 5 ) иодированных тиронинов, высвобождающихся при гидролизе белка. Отношение Т4/Т3 в в иодтиреоглобулине при достаточной обеспеченности организма иодом составляет 7:1.
Синтез тиреоглобулина происходит на рибосомах тироцита в базальной части клетки, далее в цистернах шероховатого эндоплазматического ретикулума, а затем в аппарате Гольджи происходит гликозилирование полипептидных цепей молекулы с присоединением порядка двух десятков олигосахаридных блоков. Сформированная молекула белка поступает путем экзоцитоза из апикальной части тироцита в фолликулярное пространство, где и происходит его иодирование.
Иод, необходимый для образования иодтиреоглобулина, поступает из плазмы крови в щитовидную железу в виде иона I путем активного транспорта с помощью так называемого Iнасоса щитовидной железы, обеспечивающего в норме 25кратное повышение концентрации I в железе по сравнению с его концентрацией в плазме. Суточная потребность в иоде для взрослого человека составляет 150200 мкг.
В фолликулах щитовидной железы I при участии фермента тиреопероксидазы окисляется пероксидом водорода, поступающим из тироцитов, или до радикала I* или до I+. Окисленный иодид реагирует с тирозильными остатками тиреоглобулина, замещая атомы водорода в бензольном ядре вначале в положении 3, а затем в положении 5. Повидимому, эта реакция также катализируется тиреопероксидазой, иногда эта реакция называется органификацией иода. Иодированию может подвергаться и свободный тирозин, однако иодированный тирозин не может включаться в состав полипептидной цепи тиреоглобулина, поскольку в генетической системе человека нет триплета, кодирующего иодированную аминокислоту.
В ходе иодирования в молекуле тиреоглобулина образуются как моноиодтирозильные остатки ( МИТ ), так и остатки дииодтирозина ( ДИД ). Их конденсация, идущая опять же при участии иодпероксидазы и приводит к образованию в иодтиреоглобулине три и тетраиодтирониновых остатков предшественников свободных Т3 и Т4. Считается, что в конденсации могут участвовать также и свободные молекулы МИТ или ДИД.
Иодтиреоглобулин далее захватывается из фолликулов апикальной частью клеток путем пиноцитоза, далее он поступает в лизосомы, где подвергается гидролизу при участии кислых лизосомных протеиназ с выделением свободных Т3 и Т4. Образовавшиеся таким образом свободные гормоны путем облегченной диффузии поступают в ток крови и разносятся к органам и тканям.
Большая часть остатков МИТ и ДИД в иодтиреоглобулине не принимает участия в конденсации, т.е. не превращается в иодированные тиронины. В ходе гидролиза иодтиреоглобулина они образуются в свободном виде, но не покидают тироциты, а подвергаются в этих клетках деиодированию с участием фермента деиодиназы. Образовавшийся свободный иод используется в щитовидной железе повторно. Поскольку отношение Т4/Т3 в крови ниже, чем в иодтиреоглобулине, высказано предположение, что уже в тироцитах часть Т4 деиодируется до Т3.
В фолликулах щитовидной железы имеется запас иодтиреоглобулина, достаточный для снабжения организма иодированными тиронинами в течение нескольких недель. Образование иодированных тиронинов стимулируется тиреотропным гормоном гипофиза, причем контроль синтеза Т3 и Т4 гормоном гипофиза идет на нескольких стадиях: тиреотропный гормон стимулирует работу иодного насоса щитовидной железы, ускоряет экспрессию гена тиреоглобулина, ускоряет
процесс синтеза иодированных тиронинов в составе иодтиреоглобулина, стимулирует поступление иодтиреоглобулина в тироциты и его гидролиз с образованием свободных Т3 и Т4.
Иодированные тиронины мало растворимы в воде и транспортируются к органам и тканям плазмой крови в комплексе с белками: тироксинсвязывающим глобулином и тироксинсвязывающим преальбумином. В норме тироксинсвязывающий глобулин переносит практически весь Т4 и большую часть Т3. Биологическая активностью обладает лишь небольшая несвязанная с белками фракция этих гормонов. Полупериод существования Т3 в плазме крови составляет примерно 1,5 суток, для Т4 он значительно больше порядка 6,5 суток. Концентрация тироксина в сыворотке крови составляет 0,0650,156 мкМ/л, из этого количества лишь 0,01 0,03 нМ/л приходится на свободный тироксин.
Преобладающей метаболически активной формой, повидимому, является Т3, поскольку он связывается с рецепторами клеток мишеней со сродством, в 10 раз превышающим этот показатель для Т4. Около 80% циркулирующего в крови Т4 превращается на периферии в Т3.
Инактивация тиреоидных гормонов осуществляется различными путями: они могут подвергаться деиодированию, дезаминированию, декарбоксилированию. Во всех этих случаях гормоны теряют свою биологическую активность. В печени продукты деградации тиреоидных гормонов могут подвергаться коньюгации с последующим их выделением с желчью.
Синтез и выделение иодированных тиронинов стимулируется тиреотропным гормоном (ТТГ) передней доли гипофиза. В свою очередь, выделение ТТГ контролируется гипоталамусом, вопервых, за счет выделения тиролиберина, стимулирующего выделение ТТГ гипофизом, и, вовторых, с помощью соматостатина, ингибирующего выделение ТТГ. Высокие концентрации гормонов Т3 и Т4 в крови стимулируют выделение гипоталамусом соматостатина, что в конечном итоге приводит к уменьшению поступления иодированных тиронинов из щитовидной железы в кровь и падению их концентрации в крови. Высокие концентрации Т3 и Т4, в особенности Т3, угнетают выделение в гипоталамусе тиролиберина и ТТГ в гипофизе, уменьшая тем самым поступление в кровь иодированных тиронинов. С другой стороны, низкий уровень Т3 в крови служит стимулом для повышения секреции тиролиберина гипоталамусом, а затем и ТТГ гипофизом.
Рецепторы для тиреоидных гормонов имеются в клетках различных органов и тканей. Низкоаффинные рецепторы расположены в цитозоле клеток, тогда как высокоаффинные в ядрах тех же клеток. Возможно, что цитозольные рецепторы служат лишь для удержания поступивших в клетку Т3 и Т4 поблизости от истинных рецепторов, локализованных в ядрах клеток. Связывание тиреоидных гормонов с ядерными рецепторами путем изменения транскрипции соответствующих генов оказывают влияние на рост, развитие клеток и на функции, связанные с их дифференцировкой и сохранением уровня дифференцировки.
Введение тироксина экспериментальным животным сопровождается развитием положительного азотистого баланса, увеличивает теплопродукцию и приводит к увеличению активности многих ферментных систем. К настоящему времени показано, что введение гормона приводит к повышению активности более 100 ферментов. Это увеличение активности большого числа ферментов скорее всего отражает резко выраженное стимулирующее действие гормона на синтез белка во многих органах и тканях.
В литературе нередко встречается тезис о том, что тиреоидные гормоны якобы разобщают окислительное фосфорилирование в митохондриях, что приводит к резкому ускорению окислительных процессов в организме и гиперпродукции тепла. Однако эти утверждения основаны на результатах некорректных экспериментов, в ходе которых эффект разобщения окисления и фосфорилирования в изолированных митохондриях был действительно получен, но для этого были использованы концентрации Т4 минимум на 3 4 порядка большие, чем реально существующие в клетках.
Введение тиреоидных гормонов действительно приводит к увеличению теплопродукции, но это увеличение теплобразования обусловлено не разобщением окисления и фосфорилирования в митохондриях, а увеличением расходования АТФ в клетках в энергозависимых процессах. Распад АТФ приводит к нарастанию концентрации АДФ в клетках, что в соответствии с механизмом дыхательного контроля активирует процессы биологического окисления, а следовательно, и поглощение кислорода клетками различных тканей. Примерами таких энергозависимых процессов могут быть процессы синтеза белка или же процессы, связанные с поддержанием ионных градиентов между клетками и окружающей их межклеточной фазой.
Гипофункция щитовидной железы проявляется у людей в выраженном замедлении метаболических процессов, что проявляется, например, в снижении уровня основного обмена и температуры тела. Если гипотиреозом страдает новорожденный, то возникает кретинизм, характеризующийся в первую очередь карликовым ростом и задержкой умственного развития. При гипофункции щитовидной железы у взрослых развивается микседема. Для лиц с этой патологией характерны низкий уровень основного обмена, низкая частота сердечных сокращений, сонливость, вялость, сухость кожи и волос. У таких больных в крови снижен уровень тиреоидных гормонов, снижен уровень глюкозы, обычно увеличен уровень холестерола и др.
Гиперфункция щитовидной железы гипертиреоз характеризуется повышенной скоростью метаболических процессов: основной обмен может быть повышен на 3060% выше нормы, у них наблюдается гипергликемия и глюкозурия, снижены показатели толерантности к глюкозе, у них наблюдается отрицательный азотистый баланс и гипохолестеринемия. Такие люди обычно легко возбудимы, у них часто увеличена щитовидная железа, повышена температура тела, характерным признаком является экзофтальмия.
Глюкагон представляет собой гормон полипептидной природы, выделяемый aклетками поджелудочной железы. Основной функцией этого гормона является поддержание энергетического гомеостаза организма за счет мобилизации эндогенных энергетических рессурсов, этим объясняется его суммарный катаболический эффект.
В состав полипептидной цепи глюкагона входит 29 аминокислотных остатков, его молекулярная масса 4200, в его составе отсутствует цистеин. Глюкагон был синтезирован химическим путем, чем была окончательно подтверждена его химическая структура.
Основным местом синтеза глюкагона являются aклетки поджелудочной железы, однако довольно большие количества этого гормона образуются и в других органах желудочнокишечного тракта.
Синтезируется глюкагон на рибосомах aклеток в виде более длинного предшественника с молекулярной массой около 9000. В ходе процессинга происходит существенное укорочение полипептидной цепи,после чего глюкагон секретируется в кровь. В крови он находится в свободной форме, его концентрация в сыворотке крови составляет 20100 нг/л. Период его полужизни равняется примерно 5 минутам. Основная часть глюкагона инактивируется в печени путем гидролитического отщепления 2 аминокислотных остатков с Nконца молекулы.
Секреция глюкагона aклетками поджелудочной железы тормозится высоким уровнем глюкозы в крови, а также соматостатином, выделяемым Dклетками поджелудочной железы. Возможно, что секреция глюкагона ингибируется также инсулином или ИФР1. Стимулируется секреция понижением концентрации глюкозы в крови, однако механизм этого эффекта неясен. Кроме того, секрецию глюкагона стимулируют соматотропный гормон гипофиза, аргинин и Са2+.
Механизм действия глюкагона достаточно хорошо изучен. Рецепторы для гормона локализованы в наружной клеточной мембране. Образование гормонрецепторных комплексов сопровождается активацией аденилатциклазы и увеличением в клетках концентрации цАМФ, сопровождающимся активацией протеинкиназы и фосфорилированием белков с изменением функциональной активности последних.
Под действием глюкагона в гепатоцитах ускоряется мобилизация гликогена с выходом глюкозы в кровь. Этот эффект гормона обусловлен активацией гликогенфосфорилазы и ингибированием гликогенсинтетазы в результате их фосфорилирования. Следует заметить, что глюкагон, в отличие от адреналина, не оказывает влияния на скорость гликогенолиза в мышцах.
Глюкагон активирует процесс глюконеогенеза в гепатоцитах:
вопервых, он ускоряет расщепление белков в печени, а образующиеся аминокислоты используются как субстраты глюконеогенеза; вовторых, увеличивается активность ряда ферментов, таких как фруктозо1,6бисфосфатаза , фосфоенолпируваткарбоксикиназа, глюкозо6фосфатаза, принимающих участие в глюконеогенезе как за счет активации имеющихся ферментов, так и индукции их синтеза. За счет активации глюконеогенеза также происходит увеличение поступления глюкозы в кровь. Ускорение использования аминокислот для глюконеогенеза сопровождается увеличением объема синтеза мочевины и увеличением количества мочевины, выводимого с мочой.
Глюкагон стимулирует липолиз в липоцитах, увеличивая тем самым поступление в кровь глицерола и высших жирных кислот. В печени гормон тормозит синтез жирных кислот и холестерола из ацетилКоА, а накапливающийся ацетилКоА используется для синтеза ацетоновых тел. Таким образом, глюкагон стимулирует кетогенез.
В почках глюкагон увеличивает клубочковую фильтрацию, повидимому, этим объясняется наблюдаемое после введения глюкагона повышение экскреции ионов натрия, хлора, калия , фосфора и мочевой кислоты.
Инсулин относится к гормонам белковой природы. Он синтезируется bклетками поджелудочной железы. Инсулин является одним из важнейших анаболических гормонов. Связывание инсулина с клеткамимишенями приводит к процессам, которые увеличивают скорость синтеза белка, а также накопление в клетках гликогена и липидов, являющихся резервом пластического и энергетического материала. Инсулин, возможно за счет своего анаболического эффекта, стимулирует рост и размножение клеток.
Молекула инсулина состоит из двух полипептидных цепей Ацепи и Вцепи. В состав Ацепи входит 21 аминокислотный остаток, в состав Вцепи 30. Эти цепи связаны между собой двумя дисульфидными мостиками: один между А7 и В7 ( номера аминокислот, считая с Nконцов полипептидных цепей ), второй между А20 и В19. Третий дисульфидный мостик находится в цепи А, связывая А6 и А11.
Молекулярная масса инсулина человека составляет 5 734. Первичная структура инсулина человека и ряда животных известна. Наиболее близкими по первичной структуре к инсулину человека являются инсулины свиньи и быка. В инсулине свиньи лишь остаток Тре в положении В30 заменен Ала, а в инсулине быка, кроме того, Тре в положении А8 замещен Ала и Илей в положении А10 замещен на Вал ; эти инсулины нашли широкое применение в медицине. Молекула инсулина была синтезирована с помощью методов органического синтеза, чем окончательно доказана ее структура.
Синтез инсулина в bклетках поджелудочной железы начинается в шероховатом эндоплазматическом ретикулууме, причем на рибосомах образуется молекула предшественника препроинсулина, имеющего в своем составе 104 аминокислотных остатка ( молекулярная масса составляет 11 500 ). Затем в цистернах этой органеллы с Nконца отщепляется членная лидерная последовательность и образуется проинсулин с молекулярной массой 9 000, содержащий 81 аминокислотных остатков. В составе проинсулина происходит формирование всех дисульфидных мостиков будущей молекулы инсулина. Проинсулин поступает в аппарат Гольджи, в котором под действием двух различных протеиназ из средней части молекулы проинсулина отщепляется Спептид и 4 дополнительных аминокислотных остатка ( три Арг и один Лиз), участвующих в соединении А и Вцепей инсулина с Спептидом:
Сформированные молекулы инсулина вместе со свободными молекулами Спептида упаковываются в гранулы, образующиеся путем отшнуровывания участков аппарата Гольджи. В составе гранул молекулы инсулина образуют кристаллические структуры, в которых на каждые 6 молекул инсулина приходится 2 атома цинка. Гранулы содержат также некоторое количество проинсулина.
При соответствующей стимуляции содержимое гранул выбрасывается в ток крови путем экзоцитоза. Ежесуточное поступление инсулина в ток крови оценивается величиной 4050 единиц, что составляет от 15 до 20% всего инсулина, имеющегося в железе. Инсулин переносится кровью в свободном виде, причем биологической активностью обладает только мономер. Спептид, также оказывающийся в русле крови, биологической активностью не обладает. Поступающий в кровь в небольших количествах проинсулин обладает лишь примерно 5% активности инсулина.
Продолжительность периода «полужизни» молекул инсулина составляет 35 минут, его концентрация в сывортке 0,0290,18 нМ/л. Разрушается инсулин в русле крови с участием 2 ферментных систем.
В печени имеется специфическая глутатионинсулинтрансгидрогеназа, восстанавливающая дисульфидные мостики в молекуле инсулина до HSгрупп, что приводит к расщеплению молекулы на отдельные полипептидные цепи, не обладающие биологической активностью. Кроме того, в печени и в ряде других тканей ( мышцы, почки ) имеется инсулинспецифическая протеиназа, расщепляющая полипептидные цепи инсулина. Известно, что за один оборот (или прохождение) крови через печень расщепляется до 50% содержащегося в ней инсулина.
Главным физиологическим стимулом выделения инсулина из bклеток в кровь является повышение содержания глюкозы в крови. Пороговой концентрацией является концентрация глюкозы 80100 мг/дл или 4,45,5 мМ/л. Максимальная стимуляция выброса инсулина наблюдается при концентрации глюкозы в крови, равной 300500 мг/дл.
Ответная реакция bклеток на повышение содержания глюкозы в крови носит двухфазный характер. В первую фазу, длящуюся в течение первых 510 минут, происходит быстрый подъем уровня секреции инсулина, сменяющийся во вторую фазу более медленным, но и более продолжительным увеличением секреции инсулина, причем вторая фаза круто обрывается сразу же после снижения концентрации глюкозы в крови. Установлено, что при пероральном введении глюкозы секреция инсулина bклетками более выражена, чем при ее внутривенном введении. Это наводит на мысль, что на секрецию инсулина существенное влияние оказывают гормоны, образующиеся в желудочнокишечном тракте, такие как секретин, холецистокинин, гастрин, желудочный ингибиторный полипептид.
Секреция инсулина стимулируется рядом гормоном, особенно при длительном воздействии их повышенных концентраций. К ним относятся соматотропин, кортизол, эстрогены, АКТГ и др. В свою очередь, адреналин, действуя через aрецепторы, угнетает секрецию инсулина. Секреция инсулина угнетается соматостатином, выделяемым Dклетками поджелудочной железы.
Рецепторы для инсулина локализованы в наружной клеточной мембране. При взаимодействии инсулина с рецептором изменяется конформация рецептора; рецепторы, нагруженные инсулином, связываются друг с другом, образуя микроагрегаты, которые подвергаются интернализации вместе с участком мембраны погружаются внутрь клетки; возникает какойто сигнал, ответственный за формирование метаболического ответа клетки. Интернализация рецепторов, вероятно служит способом регуляции количества рецепторов на поверхности клеток. В условиях высокого содержания инсулина в плазме крови, например, при ожирении, число инсулиновых рецепторов уменьшается и чувствительность тканеймишеней к инсулину снижается.
Несмотря на усилия многих исследователей, механизм действия инсулина до настоящего времени не известен. Установлено, что домен инсулинового рецептора, расположенный на внутренней стороне наружной клеточной мембраны, обладает тирозинкиназной активностью, т.е. способен фосфорилировать белки по остаткам тирозина. Предполагается, что при активации инсулинового рецептора, т.е. при образовании гормонрецепторного комплекса, происходит фосфорилирование одного или нескольких внутриклеточных белков, обуславливающих последующие многочисленные изменения клеточного метаболизма.
В основе этих изменений лежит как изменение количества внутриклеточных белков, так и изменение их функциональной активности. Изменения количества отдельных белков происходят, вопервых, за счет изменения эффективности трансляции мРНК, вовторых, за счет влияния на экспрессию генов. К настоящему времени известны десятки белков, скорость синтеза которых в клетках регулируется инсулином. Примерами могут служить фосфоенолпируваткарбоксикиназа, транскрипция гена которой ингибируется инсулином; глицерол3фосфатдегидрогеназа, транскрипция гена которой под влиянием инсулина, наоборот, ускоряется.
Изменение функциональной активности белков достигается путем их фосфорилированиядефосфорилирования, причем при воздействии инсулина степень фосфорилирования одних ферментов увеличивается ( фосфодиэстераза, ацетилКоАкарбоксилаза ), других, напротив, уменьшается ( триацилглицероллипаза, киназа фосфорилазы ).
Влияние инсулина на обмен углеводов можно охарактеризовать следующими эффектами:
1.Инсулин увеличивает проницаемость клеточных мембран для глюкозы в так называемых инсулинзависимых тканях за счет увеличения количества белкапереносчика в мембранах клеток. В печени а это инсулиннезависимый орган скорость поглощения глюкозы гепатоцитами под действием инсулина также возрастает: инсулин увеличивает количество глюкокиназы в клетках, ускоряя фосфорилирование глюкозы, тем самым поддерживается высокий концентрационный градиент глюкозы между кровью и цитозолем гепатоцитов, облегчающий поступление глюкозы в клетки.
2.Инсулин активирует окислительный распад глюкозы в клетках за счет повышения активности ряда ферментов, таких как глюкокиназа, фосфофруктокиназа, пируваткиназа и др.
Установите соответствие между гормонами и железами, которые секретируют эти гормоны.
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Гормоны, которые секретируют железы: поджелудочная — инсулин, глюкагон; гипофиз — соматотропин; надпочечники — адреналин, тестостерон, норадреналин.
Поджелудочная железа: представляет собой орган, который обеспечивает экзокринную и эндокринную секрецию. Инсулин — этот гормон активно участвует в обменных процессах, причем его функция не ограничивается лишь регуляцией метаболизма углеводов. Уровень инсулина влияет на обменные процессы аминокислот, углеводов, жиров. При этом инсулин способствует усваиванию расщепленных в процессе пищеварения веществ, их распределению в организме после попадания в кровь. Именно благодаря инсулину углеводы, аминокислоты и некоторые компоненты жиров могут проникать через клеточную стенку из крови внутрь каждой клетки организма. Без инсулина, при дефекте молекулы гормона или рецептора клетки, растворенные в крови питательные вещества остаются в ее составе и оказывают на организм токсическое действие. Наиболее распространенной патологией, связанной с нарушением работы инсулина является такое известное всем заболевание как сахарный диабет.
Глюкагон — во многом этот гормон оказывает противоположное инсулину действие. Основной функцией данного гормона является мобилизация внутриклеточных резервов углеводов и их использование в энергетических целях. Благодаря этому гормону поддерживается нормальный уровень глюкозы в крови даже в период строгих диет и голодовок.
Гормон роста (соматотропный гормон, СТГ, соматотропин, соматропин) — один из гормонов передней доли гипофиза.
Надпочечники — парные эндокринные железы всех позвоночных. В мозговом слое надпочечников вырабатываются три основных гормона: норадреналин, дофамин, адреналин. Специфичный именно для эндокринной железы гормон — адреналин. Адреналин и норадреналин влияют на обмен веществ, тонус нервной системы и сердечно-сосудистую деятельность.
В сетчатом слое в норме вырабатываются половые стероиды. Тестостерон вырабатывается в надпочечниках в небольшом количестве. Надпочечниковые андрогены способны превращаться в тестостерон. Однако их вклад в общий гормональный фон мужчины не столь значителен, как андрогенные эффекты тестостерона, секретируемого тестикулами.
Гормон роста синтезируется в гипофизе и является важнейшим гормоном бодибилдинга. Он стимулирует синтез протеина и укрепляет кости, суставы, сухожилия, связки и хрящевую ткань. Попутно соматотропин ускоряет метаболизм жиров и уменьшает использование углеводов во время тренировок. Это приводит к увеличению использования жиров и поддержанию стабильного уровня глюкозы, благодаря чему вы можете тренироваться дольше и эффективнее. Увеличение секреции гормона роста сопровождается множеством благоприятных эффектов, в числе которых ускорение энергетического обмена, повышение концентрации внимания, усиление полового влечения и мужской силы. Долгосрочные эффекты включают в себя повышение аэробной работоспособности и силовых показателей, укрепление волос, разглаживание морщин и улучшение состояния кожи, уменьшение висцерального жира и укрепление костной ткани (в т.ч. на фоне остеопороза).
С возрастом секреция соматотропина резко падает, и некоторым людям приходится принимать препараты гормона роста. Однако повышения секреции соматотропина (не до заоблачных показателей, конечно) можно достичь и иным путем – при помощи тренировок. Для повышения синтеза гормона роста идеально подходит изнурительная, выматывающая анаэробная тренировка. Применяйте ту же стратегию, что и для увеличения продукции тестостерона и нагружайте крупные мышцы.
Как известно, гормон роста усиливает сжигание жиров, усиливает восстановление коллагена, что повышает мышечную силу, крепость сухожилий, связок и костей. Гормон роста также улучшает состояние кожи, уменьшая глубину морщин и быстрее заживляя порезы и ожоги.
Соматотропный гормон специализируется на восстановлении тканей, эффективном использование энергии и снижении активности воспаления.
Человеческий организм устроен таким образом, что обновление всех тканей, клеток и групп мышц происходит ночью, потому что именно ночью активизируют свою деятельность гормон роста (соматотропин). Видимо недаром в детстве нам говорят родители, что когда спишь — растешь. Основным поставщиком энергии для бурной деятельности гормона роста выступают как раз таки жировые клетки. Гормон роста усиливает распад жиров на жирные кислоты, выход жира из своих хранилищ в кровь, и благополучное его сжигание. Не стоит есть углеводы вечером перед сном, особенно простые, так как быстрое насыщение крови глюкозой способно блокировать секрецию гормона роста, а то, что не усвоится, будет откладываться в подкожный жир во время сна.
Где – то около часу ночи наступает пик выработки соматотропина. Чтобы в час ночи организм производил соматотропин, что называется, в полный рост, нужно заснуть не позже полуночи. Иначе он просто не успеет запустить нужный механизм.
Нормальный сон обеспечивает человеку выработку гормона роста, который является самым мощным жиросжигающим гормоном человеческого организма. Не высыпаясь, вы сильно тормозите процесс жиросжигания!
Синтез этого гормона возложен на фолликулярные клетки щитовидной железы, а его главное биологическое предназначение состоит в повышении интенсивности основного обмена и стимуляции всех без исключения метаболических процессов. Именно по этой причине тироксин играет столь заметную роль в борьбе с лишним весом, а выброс гормонов щитовидной железы способствует сжиганию в печах организма дополнительного количества килокалорий. Кроме того, тяжелоатлетам следует взять на заметку, что тироксин принимает непосредственное участие в процессах физического роста и развития.
Во время тренировочной сессии секреция гормонов щитовидной железы увеличивается на 30%, а повышенный уровень тироксина в крови сохраняется в течение пяти часов. Базальный уровень секреции гормона на фоне регулярных занятий спортом также повышается, а максимального эффекта можно добиться при помощи интенсивных, изнурительных тренировок.
Медиатор симпатического отдела вегетативной нервной системы синтезируется клетками мозгового слоя надпочечников, но нас больше интересует его влияние на физиологические процессы. Адреналин отвечает за «крайние меры» и является одним из гормонов стресса: он повышает частоту и интенсивность сердечных сокращений, поднимает артериальное давление и способствует перераспределению кровотока в пользу активно работающих органов, которые должны получать кислород и питательные вещества в первую очередь. Добавим, что адреналин и норадреналин относятся к катехоламинам и синтезируются из аминокислоты тирозин.
Какие прочие эффекты адреналина могут заинтересовать сторонников активного образа жизни? Гормон ускоряет распад гликогена в печени и мышечной ткани и стимулирует использование жировых запасов в качестве дополнительного источника топлива. Также следует взять на заметку, что под действием адреналина избирательно расширяются сосуды и усиливается кровоток в печени и скелетной мускулатуре, что позволяет оперативно снабжать работающие мышцы кислородом и помогает использовать их на все сто процентов во время занятий спортом!
Можем ли мы усилить выброс адреналина? Без проблем, надо лишь поднять до предела интенсивность тренировочного процесса, ведь количество адреналина, секретируемого мозговым слоем надпочечников, прямо пропорционально выраженности тренировочного стресса. Чем сильнее стресс – тем больше адреналина поступает в кровоток.
Эндокринный отдел поджелудочной железы представлен панкреатическими островками Лангерганса, бета-клетки которых синтезируют инсулин. Роль этого гормона переоценить невозможно, ведь именно инсулин отвечает за снижение уровня сахара в крови, участвует в метаболизме жирных кислот и указывает аминокислотам прямую дорогу к мышечным клеткам.
Практически все клетки человеческого организма имеют на внешней поверхности клеточных мембран рецепторы к инсулину. Под влиянием инсулина происходит активация других мембранных рецепторов, которые выхватывают из кровотока молекулы глюкозы и направляют их внутрь клеток.
. Инсулин подавляет активность гормона роста.
— Повышать чувствительности к инсулину существенно можно после 3-4 силовых занятий в неделю, длящихся по часу каждое. К этим занятиям стоит добавить еще 3-4 аэробных тренинга в неделю по 30 минут каждый. Если вы действительно хотите изменить свою инсулиновую чувствительность аэробные нагрузки нужно давать отдельно от силового тренинга.
Дело втом, что антиинсулиновый гормон ИФР-1 (инсулиноподобный фактор роста) вырабатывается в мышцах во время силовых упражнений и, поступая в кровь, останавливает выделение базового инсулина из поджелудочной железы или подавляет выделение инсулина.
— Повышать чувствительности к инсулину можно еще с диетой с умеренным потреблением углеводов и большим количеством клетчатки.
Главным стимулятором освобождения инсулина является повышение уровня глюкозы в крови. Дополнительно образование инсулина и его выделение стимулируется во время приёма пищи, причём не только глюкозы или углеводов. Секрецию инсулина усиливают аминокислоты, особенно лейцин и аргинин. В наибольшей степени от инсулина зависит транспорт глюкозы в двух типах тканей: мышечная ткань (миоциты) и жировая ткань (адипоциты) — это т. н. инсулинозависимые ткани. Инсулин — это гормон, который запускается в кровоток бета клетками поджелудочной железы. Инсулин отвечает за хранение энергетических запасов и рост мышечной массы. Еще, инсулин называют самым анаболическим гормоном. После того, как инсулин попадает в кровь, его основная задача — доставка глюкозы (углеводов), аминокислот и жиров в клетки. Основная работа инсулина заключается в поддержании безопасного и стабильного уровня глюкозы в районе 80-100 мг/децилитр. Когда уровень глюкозы в крови становится более 100, поджелудочная железа начинает вырабатывать инсулин. Всегда готовый прийти на помощь, инсулин «отбирает» из крови излишнюю глюкозу, и направляет ее в хранилища, в первую очередь — в мышечные и жировые клетки. Если нутриенты идут главным образом в мышцы — мышцы отвечают ростом, а жира у нас не прибавляется. Если большая часть нутриентов идёт в жировые клетки — мышечная масса не меняется, зато жира становится больше. Инсули́н (от лат. insula — остров) — гормон пептидной природы, образуется в бета-клетках островков Лангерганса Поджелудочной железы. Основное действие инсулина заключается в снижении концентрации глюкозы в крови.
Основное влияние инсулина на углеводный обмен связано с усилением транспорта глюкозы через клеточные мембраны, активирует ключевые ферменты гликолиза, стимулирует образование в печени и мышцах из глюкозы гликогена, усиливает синтез жиров и белков. Кроме того, инсулин подавляет активность ферментов, расщепляющих гликоген и жиры. То есть, помимо анаболического действия, инсулин обладает также и антикатаболическим эффектом.
Главным стимулятором освобождения инсулина является повышение уровня глюкозы в крови. Дополнительно образование инсулина и его выделение стимулируется во время приёма пищи, причём не только глюкозы или углеводов. Секрецию инсулина усиливают аминокислоты, особенно лейцин и аргинин, некоторые гормоны гастроэнтеропанкреатической системы, повышение уровня калия или кальция, свободных жирных кислот в плазме крови.
Понижается секреция инсулина под влиянием глюкагона.
Проанализируйте таблицу «Гормоны». Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины, приведённые в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин из предложенного списка.
| Название гормона | Железа | Что регулирует |
|---|---|---|
| тироксин | _________(Б) | обмен веществ |
| соматотропин | гипофиз | ____________ (В) |
| ____________ (А) | поджелудочная | уровень глюкозы |
| Название гормона | Железа | Что регулирует |
|---|---|---|
| тироксин | ЩИТОВИДНАЯ (6- Б) | обмен веществ |
| соматотропин | гипофиз | РОСТ (3 -В) |
| ИНСУЛИН (4- А) | поджелудочная | уровень глюкозы |
Внимательно смотрите на расположение букв и распределение цифр — т.к. буквы расположены по столбцам, а не по строчкам
Проанализируйте таблицу «Эндокринная система человека». Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины, приведённые в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин из
| ЖЕЛЕЗА | ГОРМОН | ФУНКЦИЯ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| гипофиз | соматотропин | (В) ______________ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ____________ (А) | тироксин | обмен веществ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| поджелудочная | (Б) _______________ | уровень глюкозы Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
|
щитовидная (А)