биохимия экзамен. 1. Нейрогуморальная регуляция обмена веществ. Роль гормонов в регуляции обмена веществ
 Скачать 1.07 Mb.
|
|
1 УРОВЕНЬ 1. Нейро-гуморальная регуляция обмена веществ. Роль гормонов в регуляции обмена веществ. Гормоны (греч. hormao – привожу в движение) – это вещества, вырабатываемые специализированными клетками и регулирующие обмен веществ в отдельных органах и во всем организме в целом. Для всех гормонов характерна большая специфичность действия и высокая биологическая активность. Для гормонов типичны признаки: 1) Дистантность действия – регулируют обмен веществ и функцию эффекторных клеток на расстоянии; 2) Строгая специфичность действия – по биологическим эффектам нельзя один гормон заменить другим. 3) Обладают очень высокой степенью биологической активности. 4) Дуализм регуляций (двойственность). Так, адреналин как суживает, так и расширяет сосуды. Йодтиронины в больших дозах увеличивают катаболизм белков, в малых – стимулируют анаболизм. 5) Плейотропность (многообразие) действия. Например, катехоламины рассматривались как краткосрочные гормоны стресса. Затем было выявлено, что они участвуют в регуляции матричных синтезов и процессов, определяемых геномом: памяти, обучения, роста, деления, дифференциации клеток. 6) Обратимость действия. Обеспечивается адекватным ситуации дозированным освобождением и последующими механизмами инактивации гормонов. Время действия гормонов различно: • пептидные гормоны: сек – мин; • белковые гормоны: мин – часы; • стероидные гормоны: часы; • йодтиронины: сутки. Гормоны контролируют основные процессы жизнедеятельности организма на всех этапах его развития с момента зарождения. Они влияют на все виды обмена веществ в организме, активность генов, рост и дифференцировку тканей, формирование пола и размножение, адаптацию к меняющимся условиям среды, поддержание постоянства внутренней среды организма (гомеостаз), поведение и многие другие процессы. Совокупность регулирующего воздействия различных гормонов на функции организма называется гормональной регуляцией . Избыточное содержание какого-либо гормона в крови сопровождается остановкой его образования соответствующей железой, а недостаточное количество — усилением его выделения (механизм обратной связи). Избыточное образование или недостаток того или иного гормона в организме человека приводит к эндокринным заболеваниям. Например, следствием недостатка гормонов щитовидной железы в организме являются кретинизм, микседема, а их избытка — базедова болезнь и тиреотоксикоз; нарушение функций поджелудочной железы может сопровождаться дефицитом гормона инсулина и, как следствие, сахарным диабетом. Центральная нервная система в ответ на раздражение посылает в гипоталамус и во все ткани, в том числе на железы внутренней секреции поток нервных импульсов. Гипоталамус оказывает влияние на гипофиз, выделяя особые вещества — нейросекретины, или рилизинг-факторы двух видов — либерины, способствующие выделению тропных гормонов гипофиза, и статины, угнетающие их выделение. Гипофиз — основная железа внутренней секреции, она вырабатывает тропные гормоны, которые оказывают влияние на периферические железы внутренней секреции. В ответ на импульс под влиянием нервной системы непосредственно или под влиянием гормонов гипофиза в периферических железах внутренней секреции усиливается отделение специфических гормонов. Представленная последовательность отражает прямые связи в нейроэндокринной регуляции обмена веществ. Кроме этого существуют обратные связи. Так, например, увеличение или уменьшение тропных гормонов может регулировать выработку соответствующих статинов или либеринов в гипоталамусе. Изменение секреции гормонов периферических эндокринных желез влияет на функцию гипофиза. Таким же образом влияет содержание метаболитов на выработку гормонов периферических ЖВС. 2. Основные механизмы регуляции обмена веществ на клеточном уровне. Существуют следующие механизмы регуляции метаболизма: изменение активности ферментов, количества ферментов, проницаемости клеточных мембран. 1. Изменение активности ферментов – самый распространенный способ регуляции метаболизма. Регуляции подвержены «ключевые» ферменты, которые определяют скорость всего полиферментного процесса. Как правило, такие ферменты состоят из субъединиц – олигомерны. Активность фермента зависит от количества, доступности и химического строения субстрата катализируемой реакции, от условий протекания ферментативной реакции в клетке (рН, температуры и др.), от наличия эффекторов (активаторов, ингибиторов), от строения фермента (наличие химической модификации, доступности кофакторов) и др. Изменение активности ферментов играет принципиальную роль в регуляции метаболизма конечными продуктами (ретроингибирование) и реже первыми продуктами (форактивация). 2. Изменение количества фермента в клетке осуществляется путем индукции или репрессии генов, а также его протеолитической деградации в клетке. Ферменты, которые присутствуют в клетке в относительно постоянном количестве, называются конституитивными. Ферменты, количество которых резко изменяется в зависимости от метаболической ситуации, называются адаптивными или индуцибельными. Индуцибельные ферменты и их изоферменты чувствительны к протеолизу. Индукция или репрессия генов регулируется гормонами или другими субстратами. 3. Изменение проницаемости мембран, или точнее – изменение целого комплекса функций мембран (изменение скоростей потоков метаболитов, газов в клетку и из клетки; компартментализация метаболических процессов, изменение электрохимического потенциала, передача нервных импульсов, функционирование рецепторов др.). Эти три основных механизма лежат в основе действия гормонов. 3. Классификация гормонов: по химической природе и по механизму действия. 1 Гормоны белковой природы, которые в свою очередь делятся на 3 группы: А) Пептиды (глюкагон, кортикотропин, факторы роста, цитокины) Б) Простые белки (соматотропин (СТГ ), пролактин, адренокортикотропный гормон, вазопрессин, окситоцин, паратгормон, тиреокальцитонин, инсулин, глюкагон ) В) Сложные белки (тиреотропин, гонадотропины - ФСГ и ЛГ) 2. Гормоны производные аминокислот. Из тирозина – гормоны щитовидной железы, катехоламины; из триптофана – мелатонин 3. Стероидные гормоны – производные холестерина. Это глюкокортикоиды, минералокортикоиды, андрогены, эстрогены, прогестины, кальцитриол 4. Клетки некоторых органов, не относящихся к железам внутренней секреции (клетки ЖКТ, клетки почек, эндотелия и др.), также выделяют гормоноподобные вещества (эйкозаноиды), которые действуют в местах их образования. Производные 20-углеродных, полиненасыщенных жирных кислот (простагландин Е1, тромбоксан А2) По механизму действия гормоны можно разделить на 3 группы: 1. Гормоны, не проникающие в клетку и взаимодействующие с мембранными рецепторами (пептидные, белковые гормоны, адреналин). Сигнал передается внутрь клетки с помощью внутриклеточных посредников (вторичные мессенджеры). Основной конечный эффект – изменение активности ферментов; 2. Гормоны, проникающие в клетку (стероидные гормоны, тиреоидные гормоны). Их рецепторы находятся внутри клеток. Основной конечный эффект – изменение количества белков-ферментов через экспрессию генов; 3. Гормоны мембранного действия (инсулин, тиреоидные гормоны). Гормон является аллостерическим эффектором транспортных систем мембран. Связывание гормона с мембранным рецептором приводит к изменению проводимости ионных каналов мембраны. По биологическим функциям: регуляторы обмена белков, жиров и углеводов (инсулин, глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды ); регуляторы водно-солевого, минерального обмена (минералокортикоиды, вазопрессин, паратгормон, тиреокальцитонин); регуляторы энергетического обмена (тироксин, трийодтиронин, адреналин ); регуляторы репродуктивных функций организма (андрогены, эстрогены, окситоцин, пролактин, гестагены); регуляторы функций эндокринных желез (тропные гормоны гипофиза ) По месту синтеза: Гипоталамус Кортиколиберин, тиреолиберин, гонадолиберин, соматолиберин, меланолиберин, фоллиберин, пролактолиберин. Пролактостатин, соматостатин, меланостатин. АДГ (вазопрессин), окситоцин. Гипофиз СТГ (соматотропин), АКТГ (кортикотропин), ЛТГ (лактотропин), ТТГ (тиреотропин), МСГ (меланотропин), ФСГ (фоллитропин), ЛГ (лютеотропин). Периферические железы Инсулин, глюкагон, кортизол, тироксин, адреналин, альдостерон, эстрадиол, эстриол, тестостерон, кальцитонин, паратгормон. Эпифиз Мелатонин. Серотонин. 4. Иерархия регуляторных систем. Системы регуляции обмена веществ и функций организма образуют 3 иерархических уровня. Первый уровень - ЦНС. Нервные клетки получают сигналы, поступающие из внешней и внутренней среды, преобразуют их в форму нервного импульса и передают через синапсы, используя химические сигналы - медиаторы. Медиаторы вызывают изменения метаболизма в эффекторных клетках. Второй уровень - эндокринная система. Включает гипоталамус, гипофиз, периферические эндокринные железы (а также отдельные клетки), синтезирующие гормоны и высвобождающие их в кровь при действии соответствующего стимула. Третий уровень - внутриклеточный. Его составляют изменения метаболизма в пределах клетки или отдельного метаболического пути, происходящие в результате: изменения активности ферментов путём активации или ингибирования; изменения количества ферментов по механизму индукции или репрессии синтеза белков или изменения скорости их разрушения; изменения скорости транспорта веществ через мембраны клеток. Часть гормональных систем регулируются в соответствии с иерархической лестницей. У высших животных верхнюю часть лестницы занимает система гормонов гипоталамуса, контролируемая центральной нервной системой. Сигналы, получаемые от органов, принимаются и обрабатываются, после чего клетки гипоталамуса отвечают при помощи специфических сигнальных молекул – рилизинг-факторов. На стимулирующие или тормозящие стимулы из ЦНС секретируются стимулирующие или ингибирующие рилизинг-факторы, которые носят название либерины или статины соответственно. Эти нейрогормоны с кровотоком достигают аденогипофиза, где либерины стимулируют или статины ингибируют биосинтез и секрецию тропных гормонов. Тропные гормоны воздействуют на периферические железы, стимулируя выделение соответствующих периферических гормонов. 5. Нейропептиды мозга: либерины и статины. В иерархической лестнице регуляторных систем организма человека наивысшую ступень занимает гипоталамо-гипофизарная система. Образование и секреция гормонов в гипоталамусе и гипофизе тесно связаны. Так, в клетках гипоталамуса синтезируются особые нейропептиды – либерины (рилизинг-факторы). В ответ на возбуждение определенных центров мозга либерины освобождаются из аксонов нервных клеток гипоталамуса, оканчивающихся в гипофизе, и стимулируют синтез и выделение соответствующих тропных гормонов клетками гипофиза. Наряду с либеринами в гипоталамусе вырабатывается другая группа нейропептидов – статины, ингибирующие синтез и секрецию гипофизарных гормонов. Доказано существование семи либеринов и трех статинов. Тиреолиберин – является трипептидом, стимулирует секрецию тиреотропного гормона и пролактина, также проявляет свойства антидепрессанта. Кортиколиберин – полипептид из 41 аминокислоты, стимулирует секрецию АКТГ и β-эндорфина, широко влияет на деятельность нервной, эндокринной, репродуктивной, сердечно-сосудистой и иммунной систем. Гонадолиберин (люлиберин) – пептид из 10 аминокислот, стимулирует высвобождение лютеинизирующего и фолликулостимулирующего гормонов. Гонадолиберин присутствует также в гипоталамусе, участвуя в центральной регуляции полового поведения. Фоллиберин – стимулирует высвобождение фолликулостимулирующего гормона. Пролактолиберин – стимулирует секрецию лактотропного гормона. Пролактостатин – предполагается, что он является дофамином. Снижает синтез и секрецию лактотропного гормона. Соматолиберин состоит из 44 аминокислот и повышает синтез и секрецию гормона роста. Соматостатин – пептид из 14 аминокислот, ингибирующий секрецию ТТГ, пролактина, АКТГ и СТГ из гипофиза. Он образуется также в островках поджелудочной железы, клетках ЖКТ и разных участках ЦНС вне гипоталамуса. Гормон контролирует высвобождение глюкагона, инсулина и гормонов желудочно-кишечного тракта. Меланолиберин (меланостимулирующий фактор), пентапептид, оказывает стимулирующее действие на синтез меланотропного гормона. Меланостатин, может быть как три-, так и пентапептидом, обладает антиопиоидным эффектом и активностью в поведенческих реакциях. Кроме рилизинг-гормонов в гипоталамусе синтезируются также вазопрессин (антидиуретический гормон) и окситоцин. 6. Тропные гормоны гипофиза. Тропные гормоны, или тропины — подкласс гормонов передней доли гипофиза, реализующих своё физиологическое действие путём стимуляции синтеза и секреции гормонов периферических эндокринных желёз либо путём специфического «тропного» воздействия на определённые органы и ткани. Секреция и выброс тропных гормонов гипофиза осуществляется под контролем гипоталамуса и вырабатываемых им гипоталамических нейрогормонов (веществ, стимулирующих или тормозящих процессы секреции в гипофизе). Избыточная выработка тропных гормонов может быть обусловлена аденомой гипофиза или его гиперплазией и приводит к развитию таких эндокринных заболеваний, как акромегалия, болезнь Иценко – Кушинга. Недостаточная же выработка становится причиной развития гипоталамо-гипофизарной недостаточности. К ним относятся: адренокортикотропный гормон, контролирующий функционирование коры надпочечников; тиреотропный гормон, регулирующий деятельность щитовидной железы; соматотропный гормон (или гормон роста), регулирующий рост и развитие организма; липотропные гормоны, ускоряющие расщепление жиров и тормозящие отложения жира; меланоцитстимулирующий гормон, отвечающий за образование и отложение в волосах и коже пигмента меланина; пролактин (или лактогенный гормон), отвечающий за выработку молока в период лактации; а также группа гонадотропных гормонов: фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), лютеинизирующий гормон (ЛГ), отвечающих за деятельность половых желез. Кортикотропин (АКТГ, адренокортикотропный гормон). Полипептид из 39 аминокислотных остатков. Стимулирует синтез и секрецию гормонов коры надпочечников путем активации превращения холестерола в прегненолон. Мишенями действия АКТГ являются также клетки жировой ткани (активация липолиза) и клетки нейрогипофиза (активация образования меланотропинов). Тиреотропин (ТТГ, тиреотропный гормон). Гликопротеид, состоящий из двух субъединиц. Стимулирует синтез и секрецию йодтиронинов (Т3 и Т4) в щитовидной железе: ускоряет поглощение йода из крови; увеличивает включение йода в тиреоглобулин; ускоряет протеолиз тиреоглобулина, т. е. высвобождение Т3 и Т4 и их секрецию. Пролактин (лактотропный гормон). Белок, состоящий из 199 аминокислотных остатков. Стимулирует развитие молочных желёз и лактацию, стимулирует секрецию желтого тела и материнский инстинкт. В жировой ткани пролактин активирует липогенез (синтез триацилглицеролов). Фоллитропин (фоликулостимулирующий гормон) и лютропин (лютеинизирующий гормон) Образуют группу гонадотропных гормонов. Оба гормона являются гликопротеидами, состоят из двух субъединиц. Фоллитропин регулирует созревание фолликулов у женщин и сперматогенез у мужчин. Лютропин стимулирует секрецию эстрогенов и прогестерона, созревание фолликула, овуляцию и образование желтого тела у женщин; стимулирует образование тестостерона и рост интерстициальных клеток в семенниках у мужчин. Соматотропин (СТГ, соматотропный гормон) – гормон роста. Пептид, состоящий из 191 аминокислотного остатка. Единственный гормон, обладающий видовой специфичностью. Рецепторы гормона роста находятся в плазматической мембране клеток печени, жировой ткани, скелетных мышцах, хрящевой ткани, мозге, легких, поджелудочной железе, кишечнике, сердце, почках. Основное действие соматотропина – ростстимулирующее. 1. Регуляция обмена белков и процессов, связанных с ростом и развитием организма: • стимулирование синтеза белка в костях, хрящах, мышцах и других внутренних органах; • усиление транспорта аминокислот в клетки мышц; • увеличение общего количества РНК, ДНК и общего количества клеток; • увеличение ширины и толщины костей; • ускорение роста соединительной ткани, мышц, внутренних органов. 2. Регуляция обмена липидов: • усиление липолиза в жировой ткани; • увеличение концентрации жирных кислот в крови; • активация ?-окисления в клетках (выделяющаяся энергия используется на анаболические процессы); • увеличение содержания кетоновых тел в крови (при недостаточности инсулина). 3. Регуляция обмена углеводов: • увеличение содержания гликогена в мышцах; • активация глюконеогенеза в печени и повышение уровня глюкозы в крови (диабетогенный эффект). Под влиянием различных факторов (стресс, физические упражнения, голодание, белковая пища) уровень гормона роста может возрастать даже у нерастущих взрослых людей. Меланоцитстимулирующий гормон. В промежуточной доле гипофиза синтезируется меланоцитстимулирующий гормон. Этот гормон стимулирует биосинтез кожного пигмента меланина. |