Какие гормоны являются производными аминокислот
Федеральное агентство по образованию
Главное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Петрозаводский Государственный Университет
Дисциплина: Биохимия
Тема: Гормоны – производные аминокислот. Механизм действия клетки. Катехоламины.
Группа: М/2004-5
Заочная форма обучения
Факультет: Общеуниверситетская кафедра
Специальность: 060109 2 группа
Ревво Ольга Николаевна
г. Апатиты 2005г.
1. Гормоны – производные аминокислот
2. Синтез гормонов. Механизм действия клетки
3. Физиологическая роль катехоламинов. Влияние на секрецию
Список использованной литературы
Основной чертой многоклеточных организмов является распределение функций между различными типами клеток. В ходе эволюции это распределение становилось всё более и более существенным, пока не достигло наивысшего уровня у млекопитающих, включая человека. Основные функции всех организмов – размножение, обмен веществ и производство энергии – общие, как у многоклеточных, так и у одноклеточных. Но есть ряд определённых функций, присущие только многоклеточным организмам. В первую очередь, это функции, обеспечивающие координацию организмов в целом. Главной регуляторной системой является система эндокринных желёз. Основными эндокринными железами позвоночных являются поджелудочная железа, гипофиз, щитовидная железа, надпочечники, яичники и семенники. Эти железы вырабатывают специальные химические вещества, называемые гормонами, которые играют роль сигналов, посылаемых в определённых физиологических состояниях организма к соответствующим органам-мишеням, и переносятся кровью. Гормоны обладают высокой биологической активностью и ярко выраженным органотропным действием по отношению к определённым органам и тканям.
В поддержании упорядоченности, согласованности физиологических и метаболических процессов в организме участвует более 100 гормонов и нейромедиаторов. Их химическая природа различна – белки, полипептиды, пептиды, аминокислоты и их производные, стероиды, производные жирных кислот, некоторые нуклеотиды, эфиры и др. [4), стр.204] С химической точки зрения все гормоны можно подразделить на: производные аминокислот, белково-пептидные гормоны и тереоидные гормоны. Гормоны, имеют активные центры, комплиментарные рецепторам, с которыми происходит их связывание.
1. Гормоны – производные аминокислот
Катехоламины – производные пирокатехина, они участвуют в обмене веществ и приспособительных реакциях организма, обеспечивая гомеостаз. К природным гормонам, производным аминокислот, относятся адреналин и норадреналин, синтезирующиеся в мозговом веществе надпочечников.
Мозговое вещество образовано крупными клетками, окрашивающимися солями хрома в желтовато-бурый цвет (хромаффинной ткани). Различают две разновидности этих клеток: эпинефроциты составляют основную массу клеток и вырабатывают адреналин , норэпинефроциты, рассеянные в мозговом веществе в виде небольших групп, вырабатывают норадреналин . [1), стр178] Значительная часть его в надпочечниках подвергается метилированию (по месту расположения боковой цепи), в адреналин. Примерно 80% гормональной секреции приходится на адреналин и 20% — норадреналин. [4), стр.223] Другим источником норадреналина является симпатическая нервная ткань. С ней связана функция норадреналина как медиатора симпатического отдела вегетативной нервной системы.
Катехоламины включают так же дофамин. Дофамин – предшественник норадреналина в процессе его биосинтеза. Как и норадреналин, он – медиатор симпатического звена вегетативной нервной системы. Основноё количество дофамина локализуется в полосатом теле мозговой ткани и базальных ганглиях подбугорья (в гипоталамической области). В центральной нервной системе дофамин играет роль двигательного медиатора. Большое количество его содержится в лёгких, кишечнике, печени – органах, имеющих слабую симпатическую иннервацию. [3), стр. 85]
В норме концентрация адреналина в крови составляет1,9 ± 0,2 нмоль/л, норадреналина 5,2 ± 0,5 нмоль/л, допамина –
Помимо гормонов пептидной и стероидной природы имеются гормоны, являющиеся по своему строению производными аминокислот. Наиболее важными представителями этой группы являются гормоны, нарабатываемые в щитовидной железе – тетрайодтиронин (тироксин) и трийодтиронин, а в мозговом веществе надпочечников – адреналин, норадреналин, дофамин, объединяемые термином катехоламины.
Адреналин (эпинефрин) по химической структуре является метиламиноэтанолпирокатехином.
15. Интеграция и регуляция обмена веществ. Гормоны 335
Это бесцветный кристаллический порошок с температурой плавления 215-216°С. Обладая ассиметрическим углеродным атомом, адреналин существует в виде двух оптических изомеров. Из них левовращающий по гормональному действию в 15 раз активнее правовращающего. В надпочечниках синтезируется L-адреналин. Адреналин в щелочной среде легко окисляется, образуя окрашенные в розовый цвет хиноидные производные, не обладающие биологической активностью.
В мозговом веществе надпочечников человека, кроме адреналина (5 мг) найдены его гомологи: норадреналин (0,5 мг) и изопропиладренадин (следы).
Биосинтез адреналина и его гомологов осуществляется из тирозина:
336 15. Интеграция и регуляция обмена веществ. Гормоны
Норадреналин, являющийся медиатором, в основном синтезируется в симпатической и центральной нервной системе, адреналин же продуцируется только мозговым веществом надпочечников и хромафинными клетками, рассеянными во многих тканях.
Поступая в кровь, катехоламины циркулируют преимущественно в связанном с белками состоянии. Биологической активностью обладают свободные, не связанные катехоламины, сохраняющие свою активность лишь в течение короткого отрезка времени, исчисляемого минутами.
Инактивация катехоламинов осуществляется в организме двумя путями: путем извлечения из кровотока и редепонирования в нервных окончаниях и хромафинных клетках, либо путем метаболизирования. Основные пути метаболизма катехоламинов осуществляются при участии моноаминоксидазы и ка- техол-О-метилтрансферазы с образованием конечного продукта ванилилминдальной кислоты.
Кроме превращений по основным путям метаболизма катехоламины могут под влиянием пирокатехиноксидазы подвергаться хиноидному окислению, в процессе которого образуются биологически активные продукты адренохром
и адренолютин, по характеру своего действия отличные от действия адреналина. В частности, под влиянием адренохрома развивается психотропный эффект
и галлюцинации (адренохром – вещество страха). Адренолютин, в который может восстанавливаться адренохром, снимает это состояние.
15. Интеграция и регуляция обмена веществ. Гормоны 337
Из физиологического действия адреналина, прежде всего, следует указать на его свойство повышать кровяное давление(сужение сосудов) в сосудах кожи, слизистых оболочек и в области инервации чревного нерва. В сосудах мозга и легких кровяное давление не меняется, а артериолы сердца и скелетных мышц, наоборот, расширяются. Под влиянием адреналина сокращаются некоторые гладкие мышцы (матки, зрачка), но расслабляются мускулатура бронхов и кишечника, работа сердца повышается. Обмен веществ и потребление кислорода под влиянием адреналина повышается. При этом следует помнить, что связывание адреналина с бета-рецепторами клеток-мишеней вызывает активирование аденилатциклазы и увеличение ц-АМФ, а связывание с альфарецепторами – активирование гуанилатциклазы и увеличение ц-ГМФ с соответствующими изменениями внутриклеточного обмена. В этой связи адрена-
лин, подобно глюкагону, при участии ц-АМФ усиливает распад гликогена с образованием через глюкозо-1-фосфат глюкозы-6-фосфата в печени и мышцах.
В печени, благодаря ферменту глюкозо-6-фосфатазе от глюкозо-6-фос- фата отщепляется остаток фосфата и глюкоза поступает в кровь. В мышцах, где отсутствует глюкозо-6-фосфатаза, глюкозо-6-фосфат расщепляется по гликолитическому пути до молочной кислоты. При этом образуется АТФ, необходимый для мышечного сокращения. Этим объясняется увеличение под влиянием адреналина силы и продолжительности реакции поперечнополосатых мышц в ответ на раздражение. Молочная кислота поступает в кровь, а затем в печень, где из нее образуется гликоген.
Наряду с воздействием на углеводный обмен, адреналин и норадреналин вызывают повышение липолиза путем активирования липазы жировой ткани, что приводит к повышению уровня свободных жирных кислот в крови. Адреналин также активирует окисление жирных кислот.
Таким образом, адреналин мобилизует энергетические ресурсы, активируя гликогенолиз и липолиз.
338 15. Интеграция и регуляция обмена веществ. Гормоны
Во многих отношениях норадреналин действует подобно адреналину, но он повышает кровяное давление во всех областях кровеносных сосудов и не влияет на обмен углеводов.
Существенное влияние на организм оказывают также продукты обмена адреналина и его гомологов.
В крови животных и человека, находящихся в спокойном состоянии, содержится очень мало адреналина. Увеличение концентрации адреналина в несколько раз происходит при внезапной боли, охлаждении, физическом напряжении, при резких эмоциональных возбуждениях. Считается, что адреналин служит механизмом мобилизации сил организма в случае внезапно повышенных запросов к его деятельности(В. Кеннон), что позволило считать адреналин гормоном адаптации. Согласно Л.А. Орбели, адреналин и симпатическая нервная система усиливает работу утомленных мышц, осуществляя трофическую функцию. Таким образом, симпатоадреналовая система играет существенную роль в сохранении гомеостаза, в приспособлении физиологических и биохимических процессов организма к потребностям данного момента.
Рассмотрим другую группу гормонов – производных аминокислоты тирозина.
В щитовидной железе синтезируются иодтиронины: тироксин, являющийся по своему строению 3,5,3’,5’-тетраиодтиронином, и трииодтиронин, являющийся 3,5,3’-трииодтиронином.
Биосинтез тиреоидных гормонов осуществляется в щитовидной железе путем конденсации двух молекул дийодтирозина в молекулу тетрайодтиронина в составе белка тиреоглобулина с образованием йодтиреоглобулина. Введение йода в молекулу тиреоглобулина осуществляется в специфической области щитовидной железы, получившей название «коллоид».
15. Интеграция и регуляция обмена веществ. Гормоны 339
связанный тироксин (тетрайодтиронин)
Здесь при посредстве особого фермента идет включение йода в радикалы тирозина, содержащиеся в полипептидной цепи субъединиц тиреоглобулина. Затем осуществляется реакция конденсации свободного дийодтирозина с -ра дикалом связанного дийодтирозина с образованием тетрайодтиронина в составе тиреоглобулина (образуется иодтиреоглобулин).
Вместе с тем возможна конденсация свободного монойодтирозина со связанным дийодтирозином. Это приводит к синтезу связанного трийодтиронина. В дальнейшем в результате гидролиза иодтиреоглобулина тироксин и его производные поступают из железы в кровь.
Связываясь с a 2 -глобулином, который является носителем, а также альбумином и преальбумином плазмы, йодтиронины доставляются клетками тканей организма, где и проявляют свое действие. Трийодтиронины связываются в 3-5 раз меньше белками плазмы, чем тетрайодтиронины, и поэтому оказывают больший эффект. Поскольку гормональная активность свойственна только свободным гормонам, йодтиронины действуют на многие ткани, т.е. обладают универсальностью действия, регулируя энергетический обмен и деление и дифференцировку клеток. Механизм действия йодтиронинов связывают с действием их как через цитозольные рецепторы на хромосомы, так и через ак-
тивирование аденилатциклазы с образованием повышенного количества- ц АМФ (смешанный механизм действия). Это приводит к редупликации ДНК в клетке, активированию транскрипции определенных генов, активированию гликогенолиза и липолиза. Основной эффект этих гормонов проявляется стимулированием синтеза ферментов энергетического обмена(биологического окисления) и усиления врезультате этого катаболической фазы метаболизма, особенно, тканевого дыхания. В итоге усиления окислительных процессов повышается интенсивность расщепления углеводов, жиров и белков в процессе обмена веществ с освобождением большого количества энергии. Одновременно усиливается теплопродукция, что связывают с повышенным расходом АТФ на различные синтетические процессы или разобщением окисления и фосфо-
Лекция № 7
ОСНОВЫ ГУМОРАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ
ОБЩИЕ АСПЕКТЫ ЭНДОКРИНОЛОГИИ
План лекции
Понятие о гуморальной регуляции. Роль гормонов в гуморальной регуляции. Классификация факторов гуморальной регуляции.
2. Общие функции гормонов.
3. Классификация гормонов.
4. Общие механизмы действия гормонов на клетки мишени.
5. Регуляция выделения гормонов во внутреннюю среду организма.
Гуморальная регуляция — регуляция функций организма посредством биологически активных веществ, которые возбуждают органы и ткани через биологические жидкости. Первыми из них являются гормоны.
В классическом представлении гормоны являются результатом внутренней секреции, химическими соединениями, продуцируемыми специализированными безпроточными железистыми клетками и высвобождающимися в кровоток, чтобы быть распределенными по организму, к специфическим клеткам-мишеням, где они в малых концентрациях производят физиологические, морфологические и биохимические эффекты.
Эндокринология — раздел физиологии, посвященный этим процессам. Гормоны выступают как химические передатчики информации; когда гормон достигает своего собственного органа-мишени, он вызывает специфические эффекты. Эта специфичность достигается посредством клеточных рецепторов; только клетки органа-мишени имеют рецепторы для приема гормона и имеют возможность «прочитать» химически закодированную информацию. Гормоны начинают влиять на функции организма, которые запускаются или регулируются в течение минут или часов. Так, что гормональный информационный перенос осуществляется значительно медленнее, чем распространяется нервная информация, которая позволяет организму отвечать немедленно на факторы окружающей среды и внутренние функциональные изменения. Но требования в том, что гормоны секретируются эндокринными железами только в ток крови, сильно ограничивают представления о механизмах регуляции. В настоящее время известны минимум 3 пути передачи информации от клетки к клетке:
— эндокринная передача (через ток крови на большие расстоя-ния);
— паракринная передача (через интерстициальное пространство на короткую дистацию; (подвид паракринной регуляции – нейрокринная));
— аутокринная передача (на клетку, которая продуцирует гормон).
Кроме гормонов должны быть отмечены другие факторы гуморальной регуляции.
Классификация факторов гуморальной регуляции
2. Тканевые гормоны (вещества сходные с гормонами, но не выделяющиеся в кровь);
3. Нейропептиды и нейрогормоны;
4. Нейротрансмиттеры и нейромодуляторы;
5. Электролиты (растворимые соли);
Общие функции гормонов.
Гормоны регулируют все существующие основные процессы организма, но не запускают клеточные процессы. В противо-положность витаминам, гормоны не выполняют питательную функцию при реакциях тканей и не включаются как вспомогательные структуры в состав других молекул.
1. Регуляция биохимических процессов.
Как регуляторы, гормоны активируют или тормозят величину скорости биохимических реакций, которые контролируются ферментами и посредством этого вызывают морфологические, биохимические и функциональные изменения в тканях мишенях. Кроме того, они не используются как источники энергии в биохимических реакциях. Гормоны модулируют энерго-продуцирующие процессы.
2. Регуляция организменных процессов.
Гормоны регулируют рост, созревание, дифференциацию, регенерацию, репродукцию, метаболизм и химический гомеостазис (химическое постоянство). Более медленные процессы (рост, размножение, метаболизм) требуют более длительные периоды гормональной стимуляции в противоположность быстрой координации организма (например, рефлекс, сокращение мускулатуры), которые регулируются нервной системой.
3. Регуляция адаптационных процессов и поведения на внешние факторы окружающей среды.
Классификация гормонов.
Поскольку информация передается закодированной в молекулярной структуре гормона, основные знания химизма гормонов необходимы для понимания эндокринных функций. Дополнительные детали могут быть обнаружены в учебниках биологической химии. Все гормоны являются либо белками (включая аминокислотные производные), либо липидами (жироподобными веществами. Они могут быть классифицированы в три группы: группы белков или пептидов, группа липидов и аминокислотные производные.
А. Белки и полипептиды.
Представители данной группы в большинстве являются водо-растворимыми и циркулируют в несвязанном виде (свободно) в плазме. Пептидные и белковые гормоны различны в размерах. Например, тиротропин-освобождающий гормон (TRH) является трипептидом, тогда как как человеческий хорионический (плацентарный) гонадотропин содержит 243 аминокислотных остатка. Молекулярные массы большинства тропных гормонов, которые содержат около 200 аминоислотных остатков, колеблются от 23.000 до 25.000. (Средняя моллекулярная масса аминокислотного остатка составляет 120, таким образом умножение числа аминокислотных остатков на 120, является хорошей (точной) оценкой молекулярной массы пептида или белка.
Белковые и пептидные гормоны продуцируются в аппарате Гольджи клеток путем трансляции (передачи) информации, содержащейся в рибо-нуклииновой кислоте о белковой цепочке (последовательности), Синтез данных гормонов не отличается от синтеза других белков организма. Тем не менее, гормон вначале появляется в неактивной форме, как большой малоподвижной моллекулы, так называемого предшественника гормона. Эта молекула содержит аминокислотную окончательную последовательность гормона с прибавкой некоторых внешних остатков, которые отщепляются ферментативно. Эта ступень (этот этап) называется «посттрансляционным процессом» (процесс после передачи). В своей окончательной форме гормон упаковывается в гранулы, которые находтся в готовности к реализции (действию).
В общем гормональная синтетическая продукция производит не только белковые и пептидные гормоны, но и фрагменты, которые в конечном счете вычленяются из предшественников. Мало, что известно о биологической функции концевых последовательностей (фрагментов). Тем не менее установлено, что в некоторых системах эти «остатки» еще имеют некоторое биологическое значение. Например, инсулин и паратиреоидный гормон (ПТГ), синтезирующиеся как препрогормоны, гидрализуются до прогормонов, а затем гидрализуются до гормонов, которые и синтезируются.
Белковые и полипептидные гормоны, вероятно, накапливаются исключительно в субклеточных мембрано-ограничеснных секреторных гранулах в цитоплазме эндокринных клеток, эти гормоны выделяются в кровь посредством экзоцитоза, который способствует слиянию секреторных гранул и выделению за клеточную мемрану посредством вытеснения содержимого гранул в кровоток. Полупериод жизни различных пептид/белковых гормонов следующий:
1. Антидиуретического гормона (АДГ) и окситоцина – 1 минута;
2. Инсулина – 7 минут;
3. Пролактина – 12 минут;
4. Адренокортикотропного гормона – 15-25 минут;
5. Фолликуло-стимулирующего гормона – 180 минут;
Б. Производные аминокислот.
Катехоламины (адреналин, норадреналин), которые являются водорастворимыми и тиреоидные гормоны, являющиеся жирорастворимыми циркулируют в плазме, главным образом, связавшись с глобулинами.
Катехоламины являются производными аминокислоты тирозина. Тиреоидные гормоны произошли из двух иодированных остатков тирозина. Гормоны, произошедшие из тирозина, кроме того, еще называют производными фенола.
Синтез гормонов, производных аминокислот.
Адреналин и норадреналин синтезируются в хромафинных клетках, которые являются модифицированными постганглионарными нейронами. Тиреоидные гормоны синтезируются в тиреоидных фолликулярных клетках. Гормоны, производные аминокислот, секретируются эндокринной тканью мозгового вещества надпочечников и щитовидной железы.
Катехолаимны накапливаются в секреторных гранулах. Секреция происходит, когда мемрана хромафинных гранул сливается с плазматической мембраной, вызывая выделение содержимого гранул в кровоток.
Щитовидная железа секретирует так называемые иодтирониные соединения, формирующиеся из объединения двух иодированных тирозиновых молекул. Тиреоидные гормоны накапливаются за пределами фолликулярных клеток в форме тиреоглобулина, гликопротеина – предшественника. Вследствие эндоцитоза и протеолиза тиреоглобулина, тиреоидный гормон секретируется в кровоток путем простой диффузии.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
