биохимия хазипов. Биохимия животных Электронный дидактический комплекс (эдк)

• Название: Биохимия животных Электронный дидактический комплекс (эдк)
• Анкор: биохимия хазипов.doc
• Дата: 24.04.2017
• Размер: 14.38 Mb.
• Имя файла: биохимия хазипов.doc
• Тип: Документы; #3580
• страница: 8 из 23

6. ГОРМОНЫ

Постоянство внутренней среды организма (гомеостаз) поддерживается специальными регуляторными механизмами. Их можно разделить на три уровня:

1. Внутриклеточные механизмы регуляции. Сигналами для изменения состояния клетки служат вещества, образующиеся в самой клетке или поступающие извне. Эта регуляция осуществляется:

а) путем изменения активности ферментов (ингибирования,

активирования).

б) путем изменения количества ферментов (индукция или репрессия ферментов, синтеза или распада их).

в) путем изменения трансмембранного переноса веществ.

2. Регуляция с участием эндокринной системы. Она представлена железами внутренней секреции, синтезирующей гормоны – химические сигналы. Гормоны поступают в кровь в ответ на специфический импульс. Этим стимулом может быть нервный импульс или изменение концентрации определенного вещества в крови (например, снижение концентрации глюкозы). Гормон транспортируется с кровью к клеткам-мишеням.

3 .Третий уровень регуляции осуществляется нервной системой.

Сейчас различают свыше 100 различных веществ, имеющих гормональную активность и регулирующие процессы обмена веществ.

Особенности биологического действия гормонов заключаются в том, что они действуют в малых концентрациях (10'⁹-10^-12 моль/л).

Действие гормонов определяется контролирующим влиянием нервной системы. Гормоны влияют на функцию клеток и тканей, расположенных далеко от места их образования, они обладают высокой избирательностью.

По механизму действия гормоны делят на две группы. Первая группа гормонов включает пептиды и адреналин. Их рецепторы находятся на наружной поверхности мембраны, гормон внутрь клетки не проникает – соединяется с клеточными Рецепторами – вторичным посредником для них является ц-АМФ. Во вторую группу входят гормоны тироксин и стероидные гормоны. Рецепторы этих гормонов находятся в цитозоле клетки. Гормон проникает в клетку, соединяется с рецептором и вместе с ним проникает в ядро, затем влияет на транскрипцию, то есть действует на гены, (см. рис. 6.1.).



Рис. 6.1. Механизм действия гормонов.
I-ая группа: рецепторы гормонов расположены на наружной поверхности клеточной мембраны; гормон внутрь клетки не проникает. Гормоны передают сигнал посредством ц-АМФ; через ц-АМФ включается система регуляции обмена, например мобилизации гликогена.

II-ая группа: гормоны проникают в клетку, соединяются с рецептором в цитозоле и проникают в ядро, где влияют на активность гена в хромосоме.

К железам внутренней секреции относятся: гипоталамус, гипофиз, щитовидная железа, паращитовидная железа, поджелудочная железа, надпочечники, половые железы. Кроме того, синтезируются гормоны и гормоноподобные вещества местного действия (гистамин, гастрин, секретин и т.д.).

Гипоталамус – место непосредственного взаимодействия высших отделов центральной нервной системы и эндокринной системы, где синтезируются пептиды-либерины – стимуляторы образования гормонов гипофиза и статины – ингибиторы образования гормонов. К гормонам гипоталамуса относятся тиреолиберин – циклический трипептид, состоящий из остатков глутаминовой кислоты, гистидина и пролина; люлиберин – пептид состоящий из остатков 10 аминокислот; соматостатин – пептид из 14 аминокислотных остатков; меланолиберин, пептид из остатков 6 аминокислот; меланостатин (меланотропинингибирующий фактор) – пептид из 4 аминокислотных остатков; кортиколиберин – депо гормонов вазопрессина и окситоцина. Указанные гормоны синтезируются в нервных окончаниях гипоталамуса в очень малых количествах и оказывает свое действие на функцию гипофиза.

Гормоны гипофиза
Гипофиз расположен в турецком седле основной (клиновидной) кости черепа. Состоит из трех долей: передней, средней, задней. Передняя и средняя доли – аденогипофиз, эпителиальные; задняя доля – нейрогипофиз, состоит из нейроглии. В гипофизе вырабатывается 6 гормонов, которые регулируют работу других желез внутренней секреции. Гипофиз, совместно с гипоталамусом, где вырабатываются нейрогормоны, обеспечивает нейрогуморальную регуляцию метаболизма и адаптации организма к изменениям внутренней и внешней среды.

1. Тиреотропный гормон (ТТГ) – гликопротеид с Мм. 28000 Да, регулирует функцию щитовидной железы: способствует поглощению йода клетками щитовидной железы, стимулирует синтез тиреоидных гормонов. Между гормонами щитовидной железы и ТТГ существует обратная связь.

2. Фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) гликопротеид с М.м. 34000 Да, стимулирует рост фолликулов в яичнике у самок, способствует сперматогенезу у самцов.

3. Лютеинизирующий гормон (ЛГ) гликопротеид с М.м. 32000 Да, стимулирует у самок секрецию эстрогена и прогестерона яичниками, а у самцов – секрецию андрогенов. Секреция ФСГ и ЛГ контролируется гипоталамусом.

4. Пролактин (лютеотропный гормон) – белок с М.м. 25000 Да, активизирует образование молока в молочной железе, совместно с другими гормонами обеспечивает развитие молочной железы и нормальную лактацию.

5. Гормон роста (соматотропный гормон – СТГ) – белок с M.м.22000 Да. СТГ стимулирует рост молодых животных путем ускорения синтеза белков. Недостаток этого гормона приводит к карликовому росту. В случае гиперфункции, избыточного образования этого гормона, наблюдается гигантизм. При высоком содержании гормона роста в зрелом возрасте развивается акромегалия – непропорциональное развитие отдельных частей тела. Гормон роста производится методом генной инженерии в больших количествах (300 тонн в год) и применяется в животноводстве для стимуляции роста при откорме и стимуляции молокоотдачи у коров.

6. Адренокортикотропный гормон, АКТГ полипептид, состоящий из 39 аминокислотных остатков с Мм 4500 Да. Первичная структура полипептида изучена у всех видов животных. АКТГ стимулирует биосинтез гормонов коры надпочечников, снижает содержание холестерина в организме, мобилизует защитные силы организма при стрессах, инфекциях, токсикозах. Применяется в животноводстве при недостаточной деятельности коры надпочечников, лечение подагры, аллергии и т.д.

Меланоцитостимулирующий гормон (МСГ) – полипептид, состоящий из 13-22 аминокислотных остатков, стимулирует синтез меланина и вызывает потемнение волосяного покрова у животных или кожи у человека. Повышенная пигментация кожи у беременных обусловлена избыточным синтезом МСГ.

Выделены и расшифрованы первичные структуры двух типов гормонов: α- и β-меланоцитстимулирующие гормоны (α-МСГ и β-МСГ). Оказалось, что у всех исследованных животных α-МСГ состоит из 13 аминокислот, расположенных в одинаковой последовательности: СН₃-СО-NH-Cер-Тир-Сер-Мет-Глу-Гис-Фен-Арг-Трп-Гли-Лиз-

-Про-Вал-СО-NН₂
Гормоны задней доли гипофиза (нейрогипофиза). Его гормоны синтезируются в гипоталамусе, затем по нервным волокнам переносятся в нейрогипофиз. Нейрогипофиз выделяет 2 гормона: вазопрессин (антидиуретический) и окситоцин – низкомолекулярные полипептиды из 9 аминокислотных остатков. Основное действие вазопрессина – всасывание воды в дистальных почечных канальцах, он вызывает сужение капилляров – повышает кровяное давление.

Окситоцин – вызывает сокращение гладкой мускулатуры (стенки матки) во время родов. Структура этих гормонов имеет следующий вид:


Поджелудочная железа

α и β- клетки островков (лат. insula – остров) Лангерганса вырабатывают, соответственно, глюкагон и инсулин – гормоны противоположного действия.

Инсулин был первым белком, первичная структура которого раскрыта в 1953 году Сэнджером, а в 1963 году синтезирован, в т.ч. у нас в стране. Инсулин – простой белок с М.м. 6000 Да, молекула содержит 51 аминокислотный остаток, построена из двух пептидных цепей. Пептидные цепи соединены между собой двумя дисульфидными связями. Цепь А-глициновая имеет 21 аминокислотный остаток, а цепь В-фенилаланиновая – 30 аминокислотных остатков. Инсулин синтезируется в виде предшественников (проинсулин, состоит из 84 аминокислотных остатков), избирательное выщепление С-пептида (33 аминокислотных остатка) приводит к образованию инсулина.

Инсулин влияет на сахарный обмен. Чем больше сахара в крови, тем больше инсулина; стимулирует процесс превращения глюкозы в гликоген в мышцах и печени и образование жира из углеводов. Ускоряет окисление глюкозы в мышцах и других тканях.

Недостаток инсулина в организме приводит к развитию сахарного диабета: когда концентрация инсулина падает ниже определенного уровня, содержание глюкозы в крови возрастает из-за подавления механизмов поглощения ее из крови и утилизации в тканях, при этом наблюдается выделение сахара с мочой. При недостатке инсулина усиливается окисление жиров, что ведет к образованию кетоновых тел (в избыточном количестве) ацетоуксусной кислоты, ацетона, β-оксимасляной кислоты.

Инсулин для лечебных целей получают из тканей животных или же с помощью методов генной инженерии. Этот гормон широко применяется при сахарном диабете.

Глюкагон – повышает содержание глюкозы в крови путем стимуляции гликогенолиза в печени, действуя при этом как антагонист инсулина.

Глюкагон – одноцепочечный полипептид, состоящий из 29 аминокислотных остатков, М.м. 4200 Да. Глюкагон вызывает Ускорение распада гликогена и торможение его синтеза, результатом является гликогенолиз – распад гликогена до глюкозы в печени. Кроме того, он способствует образованию глюкозы из промежуточных продуктов обмена белков и жиров (глюконеогенез).

Гормоны щитовидной железы

Щитовидная железа находится в области гортани, состоит из 2-х долей, вес у крупного рогатого скота – 20 г, овец – 5 г, свиней – 12-30 г. В щитовидной железе вырабатываются гормоны тироксин и трийодтиронин – йодсодержащие производные тирозина.

Фолликулы щитовидной железы заполнены белком (коллоидом), содержащим йодтиреоглобулин – высокомолекулярный гликопротеид. Его молекулярная масса 670000 Да, константа седиментации 195 S, содержит 0,5-1,0 % йода, 8-10% углевода гетерополисахарида. При гидролизе йодтиреоглобулина выделяется L-тироксин. Его можно рассматривать как производное L-тиронина -3,5, 3 ,5 -тетрайодтиронина:

L-тиронин (Т)

L-тироксин, Т4 (3,5,3',5',-тетра- йодтиронин)

3,5,3'-L-трийод- тиронин (Т3)

L-3,3-дийод- тиронин (Т2)

Кроме тироксина имеется небольшое количество трийодтиронина, биологическая активность которого в 5-10 раз больше тироксина. Моно- и дийодтирозин – содержатся в небольших количествах и обладают слабой гормональной активностью. Биосинтез гормонов щитовидной железы хорошо изучен с помощью меченого йода J¹³¹. Из щитовидной железы они поступают в кровь, причем различают в крови связанный с белками и свободный гормоны. Разрушение их происходит в печени и почках.

Биосинтез тиреоидных гормонов регулируется, главным образом, тиреотропным гормоном передней доли гипофиза.

Действие тиреоидных гормонов – многообразное, они влияют на рост, развитие организма, дифференцировку клеток, уровень метаболизма в тканях. Они повышают поглощение кислорода и теплопродукцию, усиливают обмен углеводов, белков, жиров.

Гипофункция щитовидной железы ведет к глубоким нарушениям обмена веществ, снижает основной обмен, снижается температура тела. Недостаток гормона в период развития ведет к замедлению роста, повреждению центральной нервной системы, к кретинизму.

Атрофия в зрелом возрасте ведет к микседеме (слизистый отек) с понижением обмена, отложением жира и задержкой воды в организме. Явление гипофункции щитовидной железы может быть и как следствие недостаточного содержания йода в кормах.

Гипофункция щитовидной железы, связанная с недостаточным содержанием йода в кормах, воде отмечается в эндемических по йоду местностях Российской Федерации – Марийской, Мордовской, Удмуртской, Татарской Республиках. Характеризуется увеличением щитовидной железы (особенно у новорожденных), мертворождаемостью, рождением молодняка без шерсти, снижением продуктивности животных. Для лечения и профилактики применяется йодированная соль.

Гиперфункция щитовидной железы – гипертериоидизм -характеризуется резким повышением основного обмена, у человека развивается заболевание – базедова болезнь (тахикардия, пучеглазие, зоб), развивается общее истощение организма, а также психические расстройства

Тиреокальцитонин (кальцитонин) – гормон щитовидной железы синтезируется в особых клетках, так называемых парафолликулярных или С-клетках, представляет собой пептид из 32 аминокислотных остатков, вызывает задержку кальция в костной ткани. Способствует переходу кальция из крови в костную ткань, поддерживает постоянный уровень в крови не только кальция, но и фосфора.

Гормон паращитовидных желез – паратгормон, по химической природе является белком с Мм 9000 Да, состоит из 84 аминокислотных остатков, регулирует обмен кальция и фосфора, мобилизует кальций из костей, является антагонистом кальцитонина по отношению к кальцию.

Удаление околощитовидных желез вызывает у животных титанические судороги на фоне резкого падения концентрации кальция в плазме крови. Введение солей кальция предупреждает гибель животных.

Гормоны надпочечников

Надпочечники состоят из двух самостоятельных структур: мозговой слой – эктодермального происхождения; корковое вещество – образуется из мезодермы.

Гормоны мозгового слоя надпочечников – катехоламины: норадреналин и адреналин. По строению они напоминают аминокислоту тирозин, от которого они отличаются наличием дополнительных ОН-групп в кольце у β-углеродного атома боковой цепи и отсутствием карбоксильной группы. Сейчас установлено, что гормоны мозгового вещества надпочечников синтезируются из тирозина. Тирозин подвергается в процессе обмена реакциям гидроксилирования, декарбоксилирования и метилирования с участием соответствующих ферментов.


Тирозин Дофамин Норадреналин Адреналин

В плазме крови оба гормона находятся как в свободном состоянии, так и в связанном (с сульфатом или глюкуроновой кислотой) состоянии. Имеется также адреналин в связанном с белками состоянии. В небольшом количестве оба гормона откладываются в виде соли АТФ в нервных окончаниях, освобождаясь в ответ на их раздражение. Катехоламины обладают сильным биологическим действием: вызывают сужение сосудов, повышение кровяного давления. Влияют на обмен углеводов – адреналин вызывает резкое повышение уровня сахара в крови, что связано с ускорением распада гликогена в печени и мышцах, т.е. процессом гликогенолиза.

Адреналин и норадреналин быстро разрушаются в организме и с мочой выделяются в виде неактивных продуктов (метаболитов). Дофамин – важнейший нейромедиатор, накапливается в двигательных центрах головного мозга, играет роль в управлении мышцами, недостаточность дофамина приводит к скованности движения и тремору (дрожь).
Гормоны коры надпочечников
С нарушением функции коры надпочечников связаны многие заболевания. При туберкулезном поражении надпочечников развивается бронзовая болезнь (болезнь Адиссона), которая характеризуется усиленной пигментацией кожи, потерей аппетита, расстройствами кишечника, потерей массы тела, снижением устойчивости к заболеваниям.

В коре надпочечников вырабатываются стероидные гормоны, их около 100. Различают глюкокортикоиды кортикостероиды, оказывающие влияние на обмен углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот; минералокортикоиды – кортикостероиды, оказывающие влияние на обмен солей и воды. В основе их структуры лежит кольцо циклопентан-пергидрофенантрена.
Наиболее распространены:

Кортикостерон

Гидрокортизон Глюкокортикоиды

Кортизон

Дезоксикортикостерон

Альдостерон Минералокортикоиды



Преган Кортикостерон



Гидрокортизон (кортизол) Кортизон

Дезоксикортикостерон Альдостерон
Глюкокортикоиды влияют на обмен углеводов, белков и липидов. Широко известно противовоспалительное и противоаллергическое действие кортикостероидов, благодаря чему они широко применяются в клинике. Им принадлежит ведущая роль в функционировании гипоталамо-гипофизарноадреналовой системы, которая обеспечивает приспособляемость организма к экстремальным условиям среды в ходе развития адаптации.

Кортикостероиды инактивируются в печени. Продукты метаболизма выделяются с мочой.
Гормоны половых желез
Половые гормоны в основном образуются в семенниках, яичниках и плаценте.

Яичники выделяют два типа женских половых гормонов стероидной природы – эстрогены и прогестерон. Прогестерон образуется и в плаценте. Наиболее распространены – эстрадиол, эстрон, эстриол.

Эстрогены – необходимы для развития вторичных половых признаков, стимулирует рост эндометрия и желез матки, активность миометрия, рост молочных желез, регулируют рост костной ткани, определяя телосложение женского типа.

Семенники вырабатывают стероидные гормоны андрогены, наиболее активен тестостерон. Андрогены образуются в интерстициальных клетках Лейдига, необходимы для развития придаточных желез мужской половой системы и вторичных мужских половых признаков. Они вызывают ускорение роста тканей и синтеза белков. (Рис. 6.2.)



Андростерон Дегидроэпиандростерон


тестостерон



Прогестерон Эстрадиол



Эстрон Эстриол
Рис. 6.2. Мужские и женские половые гормоны
Гормоны тимуса (вилочковой железы)
Вилочковая железа, тимус, зобная железа – расположена на трахее, имеет дольчатое строения, наибольшего развития достигает в период половой зрелости, затем редуцируется. Функция тимуса связана с ростом, развитием, дифференциацией клеток и тканей организма, кроветворением и приобретением иммунитета. Считают, что в тимусе образуются ряд гормонов, отличающихся друг от друга по химической структуре и биологическому действию.

Тимозин – устойчивый к температуре полипептид с М.м. 3108 Да, состоящий из 28 аминокислотных остатков.

Тимопоэтин II – полипептид с М.м. 5562 Да, состоящий из 49 аминокислотных остатков.

Сывороточный тимусный фактор (СТФ) пептид из 9 аминокислотных остатков, М.м 859 Да

Лимфостимулирующий гормон (ЛСГ) – белок с М.м. 80000 Да.

Гормоны тимуса стимулируют образование лимфоцитов, активируют синтез антител, участвуют в синтезе ДНК и РНК, повышают иммунологическую реактивность организма

Гормоны тимуса применяются в животноводстве и ветеринарии для стимуляции защитных сил организма за счет образования Т-лимфоцитов, развития гуморальных и клеточных факторов организма

Гормоны местного действия
Указанные выше гормоны после секреции из эндокринных клеток попадают в кровь и через нее в органы мишени. Влияние гормонов местного действия обычно ограничено и распространяется только на близлежащие клетки. Гормоны местного действия образуются либо специализированными клетками, рассеянными в ткани, либо самими паренхиматозными клетками органа. Между истинными гормонами и гормонами местного действия нет принципиальной разницы, так как они выполняют роль химических сигналов, координирующих функцию клеток и тканей. Либерины и статины гипоталамуса можно отнести к гормонам местного действия, так как они регулируют функцию близко расположенного гипофиза. Гормонами местного действия являются гистамин и серотонин, производные от гистидина и триптофана, простагландины, кинины и гормоны пищеварительного тракта.

Простагландины – внутриклеточные регуляторы обмена веществ, синтезируются почти во всех органах и тканях из полиненасыщенных жирных кислот, линолевой, арахидоновой. Их Функция тесно взаимосвязана с системой аденилатциклаза – цАМФ, они обладают широким спектром действия; влияют на гемодинамику почек, сократительную функцию гладкой мускулатуры и др. Сейчас известно 14 простагландинов. Они нашли широкое применение в медицинской практике и в животноводстве.

Кинины – эта группа небольших пептидов, построенных из остатков 9 аминокислот. Основные из них это брадикинин и лизилбрадикинин (каллидин). Они образуются в тканях из предшественников пептидной природы – киногенов. Срок жизни кининов невелик – 20-30 сек. Действие их заключается в расслаблении

гладких мышц кровеносных сосудов, то есть обладают сосудорасширяющим действием. Брадикинин – самое сильное сосудорасширяющее вещество в организме, снижает кровяное давление. Кинины повышают проницаемость капилляров, вызывают боль, что сопровождает воспаление. Считают, что кинины, наряду с гистамином и простагландинами участвуют в развитии воспалительной реакции.

Опиоидные – эндогенные пептиды – эндорфины и энкефалины, являются индукторами ощущений удовольствия, приятного настроения, состояния эйфории в результате их прямого морфиноподобного действия на опиоидные рецепторы центральной нервной системы. Они же оказывают болеутоляющее действие, влияют на кровяное давление, двигательную функцию, температуру тела и т.д. Они являются пептидами от 5 до 31 аминокислотного остатка, образуются из предшественника проопиокортина – М.м. 29 кДа, 265 аминокислотных остатка, путем селективного гидролиза. Они могут образовываться и при гидролизе белков корма.

Гормоны желудочно-кишечного тракта – их известно более 20, наиболее изучены гастрин I и гастрин II – (из 17 и 14 аминокислотных остатков, соответственно). Они регулируют секрецию желудочного сока.

Прогастрин (из 34 аминокислотных остатков), секретин (из 27 аминокислотных остатков), сомастатин образуются в желудочно-кишечном тракте и участвуют в регулировании функции пищеварения.

Лептин, адреномедуллин, белки, родственные паратиреоидному гормону, факторы роста эндотелия сосудов, а также фибробластов, относятся по своему действию к гормонам. Гены этих гормонов активно экспрессируются в различных тканях, которые могут синтезировать и выделять соответствующие гормоны в межклеточное пространство и кровь. Лептин – гормон ожирения, синтезируется в адипоцитах. Органом-мишенью является центральная нервная система, через которую лептин снижает аппетит, снижает запасы жира в жировых депо. Адреномедуллин – гормон, состоящий из 52 аминокислотных остатков, обладает сильным сосудорасширяющим действием. Белки, родственные паратиреоидному гормону, кроме регуляции обмена кальция, обладают сосудорасширяющим действием в непосредственной близости от места своего синтеза.