Гормоны – это органические вещества, которые образуются в тканях одного типа (эндокринные железы, или железы внутренней секреции),...

Информация о документе:

Дата добавления: 16/12/2014 в 01:29
Количество просмотров: 38
Добавил(а): Илья Петров
Название файла: gormony_eto_organicheskie_veschestva_kotorye_obraz.docx
Размер файла: 741 кб
Рейтинг: 0, всего 0 оценок

Гормоны – это органические вещества, которые образуются в тканях одного типа (эндокринные железы, или железы внутренней секреции),...

Гормоны – это органические вещества, которые образуются в тканях одного типа (эндокринные железы, или железы внутренней секреции), поступают в кровь, переносятся по кровяному руслу в ткани другого типа (ткани-мишени), где оказывают своё биологическое действие (т. е. регулируют обмен веществ, поведение и физиологические функции организма, а также рост, деление и дифференцировку клеток).

Классификация гормонов

  • По химической природе:

1. пептидные – гормоны гипоталамуса, гипофиза, инсулин, глюкагон, гормоны паращитовидных желез;

2. производные аминокислот – адреналин, тироксин;

3. стероидные – глюкокортикоиды, минералокортикоиды, половые гормоны;

4. эйкозаноиды – гормоноподобные вещества, которые оказывают местное действие; они являются производными арахидоновой кислоты (полиненасыщенная жирная кислота).

  • По месту образования гормоны делятся на гормоны гипоталамуса, гипофиза, щитовидной железы, паращитовидных желёз, надпочечников (коркового и мозгового вещества), женские половые гормоны, мужские половые гормоны, местные или тканевые гормоны.

  • По действию на биохимические процессы и функции:

1. гормоны, регулирующие обмен веществ (инсулин, глюкагон, адреналин, кортизол);

2. гормоны, регулирующие обмен кальция и фосфора (паратиреоидный гормон, кальцитонин, кальцитриол);

3. гормоны, регулирующие водно-солевой обмен (альдостерон, вазопрессин);

4. гормоны, регулирующие репродуктивную функцию (женские и мужские половые гормоны);

5. гормоны, регулирующие функции эндокринных желёз (адренокортикотропный гормон, тиреотропный гормон, лютеинизирующий гормон, фолликулостимулирующий гормон, соматотропный гормон);

6. гормоны стресса (адреналин, глюкокортикоиды и др.);

7. гормоны, влияющие на ВНД (память, внимание, мышление, поведение, настроение): глюкокортикоиды, паратиреоидный гормон, тироксин, адренокортикотропный гормон)

Свойства гормонов

  • Высокая биологическая активность. Концентрация гормонов в крови очень мала, но их действие сильно выражено, поэтому даже небольшое увеличение или уменьшение уровня гормона в крови вызывает различные отклонения в обмене веществ и функционировании органов и может привести к патологии.

  • Короткое время жизни, обычно от нескольких минут до получаса, после чего гормон инактивируется или разрушается. Но с разрушением гормона его действие не прекращается, а может продолжаться в течение часов и даже суток.

  • Дистантность действия. Гормоны вырабатываются в одних органах (эндокринных железах), а действуют в других (тканях-мишенях).

  • Высокая специфичность действия. Гормон оказывает своё действие только после связывания с рецептором. Рецептор – это сложный белок-гликопротеин, состоящий из белковой и углеводной частей. Гормон связывается именно с углеводной частью рецептора. Причём строение углеводной части имеет уникальную химическую структуру и соответствует пространственному строению гормона. Поэтому гормон безошибочно, точно, специфично связывается только со своим рецептором, несмотря на малую концентрацию гормона в крови.

Общая характеристика рецепторов

Рецепторы пептидных гормонов и адреналина располагаются на поверхности клеточной мембраны. Рецепторы стероидных и тиреоидных гормонов находятся внутри клетки:

  • внутриклеточные рецепторы для глюкокортикоидов, локализованы в цитозоле,

  • для таких гормонов как андрогены, эстрогены, тиреоидные гормоны, рецепторы расположены в ядре клетки.


Рецепторы по своей химической природе являются белками и, как правило, состоят из нескольких доменов.

В структуре мембранных рецепторов 3 функционально разных участка:

Первый домен (домен узнавания) расположен в N-концевой части полипептидной цепи на внешней стороне клеточной мембраны; он содержит гликозилированные участки и обеспечивает узнавание и связывание гормона.

Второй домен - трансмембранньгй. У рецепторов одного типа, сопряжённых с G-белками, он состоит из 7 плотно упакованных α-спиральных полипептидных последовательностей. У рецепторов другого типа трансмембранный домен включает только одну α-спирализованную полипептидную цепь (например, обе β-субъединицы гетеротетра-мерного рецептора инсулина α2β2).

Третий (цитоплазматический) домен создаёт химический сигнал в клетке, который сопрягает узнавание и связывание гормона с определённым внутриклеточным ответом. Цитоплазматический участок рецептора таких гормонов, как инсулин, фактор роста эпидермиса и инсулиноподобный фактор роста-1 на внутренней стороне мембраны обладает тирозинкиназной активностью, а цитоплазматические участки рецепторов гормона роста, пролактина и цитокинов ассоциируются с другими цитоплазматическими протеинкиназами, которые их фосфорилируют и активируют.

Рецепторы стероидных и тиреоидных гормонов содержат 3 функциональные области. На С-концевом участке полипептидной цепи рецептора находится домен узнавания и связывания гормона. Центральная часть рецептора включает домен связывания ДНК. На N-концевом участке полипептидной цепи располагается домен, называемый вариабельной областью рецептора, отвечающий за связывание с другими белками, вместе с которыми участвует в регуляции транскрипции.



Типы биологического действия гормонов

1. Метаболическое – действие гормона на организм проявляется регуляцией обмена веществ (например, инсулин, глюкокортикоиды, глюкагон).

2. Морфогенетическое – гормон действует на рост, деление и дифференцировку клеток в онтогенезе (например, соматотропный гормон, половые гормоны, тироксин).

3. Кинетическое или пусковое – гормоны способны запускать функции (например, пролактин – лактацию, половые гормоны – функцию половых желёз).

4. Корригирующее. Гормонам принадлежит важнейшая роль в адаптации человека к различным факторам внешней среды. Гормоны изменяют обмен веществ, поведение и функции органов так, чтобы приспособить организм к изменившимся условиям существования, т.е. осуществляют метаболическую, поведенческую и функциональную адаптацию, тем самым поддерживают постоянство внутренней среды организма.

Механизм действия пептидных гормонов и адреналина

 Рецепторы к этим гормонам находятся на наружной поверхности клеточной мембраны, гормон внутрь клетки не проникает. Действие гормона в клетку передается при помощи так называемых вторых посредников, к которым относятся циклический АМФ (цАМФ), цГМФ, кальций, инозитолтрифосфат, диацилглицерол (ДАГ) и некоторые другие. Первым посредником является сам гормон. Каждый из вторых посредников активирует специфическую протеинкиназу. Протеинкиназы фосфорилируют ферменты, и это изменяет активность ферментов.

Главным вторым посредником является цАМФ (рис. 1). Большинство гормонов действует через него. Другие посредники, действуя через свои протеинкиназы, могут изменять содержание цАМФ в клетке путём повышения или снижения активности ферментов, синтезирующих или разрушающих цАМФ.

http://coollib.com/i/51/247451/pic_1.jpg

Циклический АМФ образуется в клетке из АТФ под действием аденилатциклазной системы (рис. 2). В состав аденилатциклазной системы входят: рецептор, G-белок и фермент аденилатциклаза. G- белок называется так, т.к. он способен связывать гуаниловые нуклеотиды (ГТФ или ГДФ). 2 разновидности G-белка: Gs – стимулирует АЦ и увеличивает образование цАМФ и Gi – ингибирует АЦ и уменьшает образование цАМФ.

Белки Gs и Gi оказывают своё активирующее или ингибирующее действие только когда находятся в! активном состоянии. G-белок активен, когда он связан с ГТФ, и наоборот, связанный с ГДФ G- белок неактивен.

Пока гормон не действует на клетку, аденилатциклазная система неактивна; все её компоненты разобщены и с G-белком связан ГДФ. После связывания гормона с рецептором происходит последовательное изменение конформации всех компонентов аденилатциклазной системы, G-белок обменивает ГДФ на ГТФ, переходит в активное состояние и активирует АЦ, которая из АТФ синтезирует цАМФ. Циклический АМФ активирует специфическую цАМФ-зависимую протеинкиназу А, которая фосфорилирует внутриклеточные ферменты, в результате чего изменяется активность ферментов.

http://coollib.com/i/51/247451/pic_2.jpg

Протеинкиназа состоит из 4 субъединиц (тетрамер), две из которых являются регуляторными, а две – каталитическими. В таком виде протеинкиназа неактивна. При связывании протеинкиназой 4 молекул цАМФ происходит отсоединение каталитических субъединиц, которые фосфорилируют белки (ферменты), изменяя их активность.

Разрушается цАМФ фосфодиэстеразой.

http://coollib.com/i/51/247451/pic_3.jpg

Циклический ГМФ образуется из ГТФ под действием гуанилатциклазы по аналогии с синтезом цАМФ. Циклический ГМФ активирует специфическую цГМФ-зависимую протеинкиназу или протеинкиназу G, которая фосфорилирует ферменты, что сопровождается изменением их активности. Разрушается цГМФ фосфодиэстеразой.

Кальций

Концентрация Са2+ во внеклеточной жидкости в 10 000 раз больше, чем в цитоплазме. Клетка борется с избытком Са2+ в цитоплазме путём откачивания его наружу с помощью Са2+- АТФазы, расположенной в плазматической мембране.

Под действием гормонального сигнала концентрация Са2+ в клетке возрастает в 10 и более раз за счет притока Са2+ из внеклеточной жидкости, а также выхода Са2+ из ЭПР и митохондрий. В клетке Са2+ связывается с белком кальмодулином и активирует специфическую Са2+-кальмодулин-зависимую протеинкиназу. В ответ на гормональный сигнал и повышение концентрации Са в клетке специфическая протеинкиназа катализирует фосфорилирование множества внутриклеточных ферментов, регулируя, тем самым, их активность.

Инозитолтрифосфат и ДАГ

Эти вторые посредники являются производными фосфолипида мембран -фосфатидилинозитола. Он фосфорилируется в мембране под действием фермента фосфатидилинозитолкиназы при участии 2 молекул АТФ (рис. 4).

Образующийся фосфатидилинозитолдифосфат расщепляется под действием специфического мембраносвязянного фермента фосфолипазы С, в результате чего образуются два вторых посредника: диацилглицерол (ДАГ) и инозитолтрифосфат (ИФ3.)

ДАГ активирует Са2+-зависимую протеинкиназу С, которая катализирует фосфорилирование внутриклеточных ферментов, изменяя их активность.

ИФ3 связывается со специфическим рецептором на ЭПР, способствуя выходу из него Са2+ в цитоплазму. Далее Са2+ связывается с кальмодулином и активирует Са2+-кальмодулин-зависимую протеинкиназу, которая катализирует фосфорилирование ферментов, изменяя их активность (рис. 5.)

 

http://coollib.com/i/51/247451/pic_5.jpg

Механизм действия стероидных гормонов и тироксина

Стероидные и тиреоидные гормоны связываются с рецепторами внутри клетки и регулируют скорость транскрипции специфических генов

В отсутствие гормона внутриклеточные рецепторы связаны обычно с другими белками в цитозоле или ядре. Например, рецепторы глюкокортикоидов образуют в цитозоле комплекс с шапероном, что препятствует связыванию рецептора с молекулой ДНК (рис. 11-6).

Взаимодействие гормона с центром связывания на С-концевом участке полипептидной цепи рецептора вызывает конформационные изменения и освобождение рецептора от шаперона. Происходит объединение 2 молекул рецептора с образованием гомодимера. Димер рецептора узнаёт специфическую последовательность нуклеотидов, которая расположена в промоторной области гена. Взаимодействие со специфическим участком ДНК НРЕ (от англ. hormone response element, элемент, реагирующий на воздействие гормона) обеспечивает центральный домен рецептора. Этот домен содержит аминокислотную последовательность, образующую 2 «цинковых пальца».

В структуре одного «цинкового пальца» имеется последовательность аминокислот, отвечающая за связывание с ДНК, а второй «цинковый палец» содержит последовательность аминокислот, участвующую в димеризации рецепторов. Взаимодействие комплекса гормон-рецептор с определённой последовательностью нуклеотидов в промоторной части ДНК приводит к активации транскрипции.

Рецепторы тиреоидных гормонов всегда связаны с ДНК. В отсутствие гормонов соответствующие рецепторы ингибируют экспрессию генов. Напротив, взаимодействие с гормоном превращает их в активаторы транскрипции.

Т.о., под действием пептидных гормонов и адреналина в клетке изменяется активность ферментов; стероидные гормоны и тироксин приводят к изменению количества ферментов.

http://coollib.com/i/51/247451/pic_6.jpg


Гормоны щитовидной железы

В щитовидной железе синтезируются тиреоидные гормоны. К ним относят 3,5,3'-трийодтиронин (три-йодтиронин, Т3) и 3,5,3',5'-тетрайодтиронин (Т4), или тироксин . Для синтеза этих гормонов необходим иод, который активно захватывается из крови клетками фолликулов щитовидной железы. Тироксин и трииодтиронин являются производными аминокислоты тирозина. Тироксин содержит 4 атома иода, в состав трииодтиронина входит 3 атома иода.

В клетках эпителия фолликулов щитовидной железы находится белок тиреоглобулин. Это гликопротеин, содержащий много остатков  тирозина (3 % от массы белка).Тиреоглобулин синтезируется на рибосомах шероховатого ЭР в виде претиреоглобулина, затем переносится в цистерны ЭР, где происходит формирование вторичной и третичной структуры, включая процессы гликозилирования. Из цистерн ЭР тиреоглобулин поступает в аппарат Гольджи, включается в состав секреторных гранул и секретируется во внеклеточный коллоид, где происходит йодирование остатков тирозина и образование йодтиронинов.

Йод в виде органических и неорганических соединений поступает в ЖКТ с пищей и питьевой водой. Суточная потребность в йоде составляет 150-200 мкг. 25-30% этого количества йодидов захватывается щитовидной железой. 

Синтез тиреоидных гормонов идет из тирозина и атомов иода составе молекулы тиреоглобулина и включает 2 стадии. На апикальных мембранах клеток фолликулов сначала происходит иодирование тирозина с образованием моноиодтирозина (МИТ) и дииодтирозина (ДИТ).Эта реакция катализируется тиреопероксидазой.Следующим этапом является конденсация МИТ и ДИТ с образованием Т3 и Т4 (рис. 7) .

http://coollib.com/i/51/247451/pic_7.jpg

Такая иодированная молекула тиреоглобулина секретируется в просвет фолликула, в коллоид. Когда в щитовидную железу приходит сигнал в виде ТТГ (тиреотропного гормона), клетки фолликула захватывают капельки коллоида вместе с тиреоглобулином, ферменты лизосом протеазы гидролизуют белок до аминокислот, и готовые Т3 и Т4 поступают в кровь.

В крови тиреоидные гормоны связываются с белком- переносчиком и в таком виде транспортируются в ткани-мишени. Концентрация Т4 в крови в 10 раз больше, чем Т3, но Т3 в 10 раз активнее, чем Т4.

Транспорт йодтиронинов. Большая часть их циркулирует в крови в связанной форме в комплексе с белками: тироксинсвязывающим глобулином (ТСГ) и тироксинсвязывающим преальбумином (ТСПА). Биологическая активность йодтиро-нинов обусловлена несвязанной фракцией.

Ткани-мишени тиреоидных гормонов – все, кроме селезёнки и семенников.

В тканях-мишенях тиреоидные гормоны освобождаются от белка и поступают в клетку. В клетках 90 % Т4 теряет 1 атом иода и превращается в Т3. Таким образом, главной внутриклеточной формой гормона является Т3.

В периферических тканях в результате дейодирования части Т4 по пятому углеродному атому образуется «реверсивная» форма Т3, которая почти лишена биологической активности. Другие пути метаболизма йодтиронинов включают полное дейодирование, дезаминирование или декарбоксилирование. Йодированные продукты катаболизма йодтиронинов конъюгируют-ся в печени с глюкуроновой или серной кислотами (см. раздел 12), секретируются с жёлчью, в кишечнике вновь всасываются, дейодируются в почках и выделяются с мочой.

Действие тиреоидных гормонов на организм зависит от их концентрации в крови: в физиологических дозах они оказывают анаболическое действие, в больших дозах – катаболическое.

Действие физиологических концентраций Т4

Главное действие физиологических концентраций тиреоидных гормонов направлено на синтез белка и на энергетический обмен.

Действие Т4 на синтез белка. Через рецепторы цитоплазмы гормон действует на хроматин ядра, в результате чего увеличивается синтез нуклеиновых кислот (ДНК, мРНК) и белка. Наработка новых молекул белка ускоряет рост, деление и дифференцировку клеток, что особенно важно для растущего организма.

Тиреоидные гормоны абсолютно необходимы для структурного, биохимического и функционального созревания мозга. Считают, что в ЦНС клетки продолжают делиться в течение 1–1,5 летпосле рождения. Поэтому если в этот период или еще до рождения возникает дефицит тиреоидных гормонов (гипотиреоз), это приводит к снижению синтеза белка во всем организме и, в частности, в мозговой ткани, нарушается процесс дифференцировки коры больших полушарий и мозжечка, и развивается умственная и физическая отсталость. Гипотиреоз у детей - кретинизм.

Действие Т4 на энергетический обмен.Тиреоидные гормоны активируют энергетический обмен, т.е. расходование и синтез АТФ. Поскольку одновременно активируются 2 противоположно направленных процесса, между ними сохраняется равновесие. Внешне это проявляется увеличением потребления кислорода тканями и образованием тепла для поддержания нормальной температуры тела.

Молекулярный механизм действия тиреоидных гормонов на энергетический обмен. Тиреоидные гормоны увеличивают расходование АТФ на энергозависимые процессы, в результате чего образуется АДФ. АДФ является активатором цепи тканевого дыхания (ЦТД), где из АДФ вновь образуется АТФ, которая снова расходуется на энергозависимые процессы.

Из всех энергозависимых процессов наиболее энергоёмким процессом является работа по поддержанию электрохимического градиента концентрации  ионов Na+ и K+ по обеим сторонам клеточной мембраны. В процессе жизнедеятельности любая клетка, и нервная клетка в частности, может находиться в состоянии покоя и функционирования. В покое концентрация K+ в клетке больше, чем Na+, снаружи – наоборот. При функционировании клетки K+ выходит из неё, Na+ – входит в клетку.

Чтобы вернуть клетку в состояние покоя, надо выкачать из неё Na+ и ввести K+, что выполняет фермент Na+,К+-АТФаза. Процесс идет с затратой энергии АТФ.

Тиреоидные гормоны стимулируют АТФазу, тем самым увеличивая расщепление АТФ и образование АДФ и Ф в цитоплазме. АДФ затем переносится из цитоплазмы в митохондрию, где АДФ активирует ЦТД и, таким образом, повышает синтез АТФ, который используется при функционировании АТФазы.

Таким образом, тиреоидные гормоны одновременно увеличивают использование АТФ и его образование, т. е. поддерживают энергетическое равновесие в клетке.

Поддержание электрохимического градиента Na+ и K+ по обеим сторонам клеточной мембраны является основой для нормального функционирования нервной ткани, т.е. для координации процессов возбуждения и торможения в мозге. Благодаря участию тиреоидных гормонов, процессы возбуждения и торможения в мозге скоординированы.

Действие высоких (избыточных) концентраций Т4

При гипертиреозе (тиреотоксикоз, или Базедова болезнь) в организме образуется избыточное количество тироксина. Большие концентрации гормона действуют на митохондрии, которые являются «энергетическими станциями» клетки. В митохондриях находится ЦТД - цепь переносчиков, которая окисляет субстраты при помощи кислорода и в которой образуется энергия. В норме часть этой энергии запасается в виде АТФ, а часть идет на образование тепла для поддержания нормальной температуры тела. Образование АТФ в ЦТД называется окислительным фосфорилированием. Большие концентрации тиреоидных гормонов разобщают ЦТД и окислительное фосфорилирование. В результате ЦТД работает, субстраты окисляются, энергия в ЦТД образуется, но из-за разобщения ЦТД и окислительного фосфорилирования энергия не запасается в виде АТФ, а рассеивается в виде тепла. Поэтому одним из характерных признаков гипертиреоза является повышение температуры тела. Поскольку образование АТФ при этом заболевании снижается, то наблюдается сильная слабость, так как АТФ необходим для мышечного сокращения и поддержания тонуса мускулатуры. Дефицит АТФ в организме приводит к усиленному распаду белков, углеводов и жиров тела (катаболическое действие больших концентраций тироксина), что сопровождается резким общим похуданием.

Кроме перечисленных симптомов, при гипертиреозе наблюдаются: увеличение щитовидной железы (зоб), пучеглазие (экзофтальм), увеличение частоты сердечных сокращений (тахикардия), возбужденность, беспокойство, нервозность, плаксивость, бессонница, эмоциональная лабильность, потливость, кожа становится влажной и горячей.

Гипофункция щитовидной железы (гипотиреоз) у взрослых называется микседема. Развиваются слизеподобный отек тканей, ожирение, выпадение волос и зубов, апатия, сонливость, психическая инертность, снижение интереса и инициативы, гиперхолестеринемия, жировое перерождение печени, речь становится медленной и невнятной, мимика невыразительной, кожа – сухая, бледная и холодная, снижается температура тела.

Гипотиреоз у детей - кретинизм.

Особой формой гипотиреоза является эндемический зоб. Он возникает при недостаточном содержании йода в воде и пище. Компенсаторно разрастается ткань щитовидной железы, но в отсутствии иода это не приводит к увеличению выработки тиреоидных гормонов.

Гормоны паращитовидных желёз

В паращитовидных железах образуется паратиреоидный гормон (паратгормон) и кальцитонин. Однако основное количество кальцитонина вырабатывается в щитовидной железе.

Паратгормон – это гормон белковой природы, который повышает содержание кальция (Са ) и снижает концентрацию фосфата (Р) в крови. Действие паратгормона направлено на следующие ткани-мишени:

1. кости – гормон увеличивает выход Са и Р из кости в кровь; тормозит синтез коллагена в остеобластах, увеличивает разрушение минеральной и органической части кости остеокластами и остеоцитами;

2. кишечник – увеличивает всасывание Са2+ и Р из кишечника в кровь;

3. почки – увеличивает реабсорбцию Са2+ из мочи в кровь, но увеличивает выведение Р с мочой.

Патология

Гиперпаратиреоз – повышенное образование паратгормона, возникающее при опухоли паращитовидных желёз. Так как Са2+ усиленно выходит из кости, то наблюдаются самопроизвольные переломы вследствие рассасывания костной ткани. Повышение концентрации Са2+ в крови приводит:

1. к окостенению внутренних органов, обызвествлению ушибов, кровоподтёков;

2. к понижению нервно-мышечной возбудимости, что проявляется как атрофия и слабость мышц, а также депрессией, нарушением памяти и внимания.

Избыток паратгормона резко увеличивает секрецию гастрина, что, в свою очередь, приводит к повышению секреции HCl и пепсина в желудке, поэтому при избытке паратгормона могут развиться язвы желудка.

Гипопаратиреоз – может наблюдаться после операций на щитовидной железе, когда по ошибке были удалены и паращитовидные железы, либо возникает у детей при инфекциях дыхательных путей. Такое состояние сопровождается снижением концентрации Са2+ в крови, что приводит к повышению нервно- мышечной возбудимости. У взрослых наблюдаются конвульсии, судороги, что характеризуется как тетания. У детей может возникнуть спазмофилия, когда ребенок во время плача внезапно синеет из-за спазма дыхательных мышц.

Кальцитонин – понижает концентрацию и Са2+, и Р в крови. Оказывает влияние на те же ткани-мишени, что и паратгормон, однако действие кальцитонина, в основном, противоположно эффектам паратгормона. Однако, как и паратгормон, кальцитонин увеличивает выведение Р с мочой.

Гормоны поджелудочной железы

В островковой части поджелудочной железы (островки Лангерханса) выделяют 4 типа клеток, секретирующих разные гормоны: А- (или α-) клетки секретируют глюкагон, В- (или β-) - инсулин, D- (или δ-) - соматостатин, F-клетки секретируют панкреатический полипептид.

Инсулин – гормон белковой природы, запасается в секреторных гранулах в связи с цинком и выделяется в кровь в ответ на повышение концентрации глюкозы в крови.

Строение, синтез и секреция

Инсулин - полипептид, состоящий из двух полипептидных цепей. Цепь А содержит 21 аминокислотный остаток, цепь В - 30 аминокислотных остатков. Обе цепи соединены


между собой двумя дисульфидными мостиками. Молекула инсулина содержит также внутримолекулярный дисульфидный мостик, соединяющий 6 и 11 остатки в А-цепи. Инсулин может существовать в нескольких формах: мономера, димера и гексамера. Гексамерная структура инсулина стабилизируется ионами цинка, который связывается остатками Гис в положении 10 В-цепи всех 6 субъединиц.

Биосинтез инсулина включает образование двух неактивных предшественников, препроинсулина и проинсулина, которые в результате последовательного протеолиза превращаются в активный гормон. Биосинтез препроинсулина начинается с образования сигнального пептида на рибосомах, связанных с ЭР. Сигналыный пептид проникает в просвет ЭР и направляет поступление в просвет ЭР растущей полипептидной цепи. После окончания синтеза препроинсулина сигнальный пептид, включающий 24 аминокислотных остатка, отщепляется .

Проинсулин (86 АК) поступает в аппарат Гольджи, где под действием специфических протеаз расщепляется в нескольких участках с образованием инсулина (51 аминокислотный остаток) и С-пептида, состоящего из 31 аминокислотного остатка.

В гранулах инсулин соединяется с цинком, образуя димеры и гексамеры. Зрелые гранулы сливаются с плазматической мембраной, и инсулин и С-пептид секретируются во внеклеточную жидкость в результате экзоцитоза.

Разрушение инсулина происходит под действием фермента инсулиназы в основном в печени и в меньшей степени в почках.



По чувствительности к инсулину все ткани можно разделить на 3 группы:

1. Главные ткани-мишени или абсолютно зависимые от инсулина ткани. Они обладают максимальной чувствительностью к инсулину. К этой группе относятся жировая ткань и мышцы. Глюкоза не проникает в эти ткани и не утилизируется в них в отсутствие инсулина.

2. Абсолютно независимые от инсулина ткани. К ним относятся головной мозг, эритроциты, слизистая оболочка (эпителий) тонкого кишечника, мозговое вещество почек, семенники. В клетки этих тканей глюкоза проникает легко даже в отсутствие инсулина и является для них единственным энергетическим субстратом. Эти ткани (клетки) выполняют важнейшие функции организма.

3. Относительно зависимые от инсулина ткани. Это все остальные ткани.

Регуляция синтеза и секреции инсулина. Глюкоза - главный регулятор секреции инсулина, а β-клетки - наиболее важные глюкозо-чувствительные клетки в организме. При стимуляции глюкозой инсулин быстро освобождается из секреторных гранул, что сопровождается активацией транскрипции мРНК инсулина.


Синтез гормона стимулируется глюкозой, а секреция его является Са2+-зависимым процессом и при дефиците Са2+ снижается даже в условиях высокой концентрации глюкозы, которая стимулирует синтез инсулина.

Потребление глюкозы β-клетками происходит в основном при участии ГЛЮТ-1 и ГЛЮТ-2, и концентрация глюкозы в клетках быстро уравнивается с концентрацией глюкозы в крови. В β-клетках глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат глюкокиназой.

В клетках печени инсулин индуцирует синтез глюкокиназы. В результате фосфорилирования концентрация свободной глюкозы в клетках поддерживается на низком уровне, что способствует её транспорту из крови по градиенту концентрации.



Действие инсулина на внутриклеточный метаболизм

1. Инсулин – единственный гормон, снижающий концентрацию глюкозы в крови. Такой эффект гормона обусловлен следующими механизмами:

• инсулин увеличивает проницаемость мембран для транспорта глюкозы из крови в клетки;Транспорт глюкозы в клетки происходит при участии специальных белков-переносчиков (см. раздел 7). Переносчик, регулируемый инсулином (ГЛЮТ-4), содержится только в мышцах и жировой ткани (инсулинзависимые ткани). В отсутствие инсулина ГЛЮТ-4 находятся в цитозольных везикулах. Под влиянием инсулина происходит транслокация везикул в плазматическую мембрану; при снижении концентрации гормона глюкотранспортёры возвращаются в цитозоль, и транспорт глюкозы прекращается.

• инсулин активирует использование глюкозы по пути гликолиза (окислительный распад глюкозы) и на синтез гликогена;

• инсулин тормозит распад гликогена (гликогенолиз) и глюконеогенез (процесс образования глюкозы из аминокислот).

Инсулин стимулирует утилизацию глюкозы в клетках разными путями. Около 50% глюкозы используется в процессе гликолиза, 30-40% превращается в жиры и около 10% накапливается в форме гликогена. Общий результат стимуляции этих процессов - снижение концентрации глюкозы в крови.

2. Инсулин является универсальным анаболическим гормоном. Он усиливает процессы синтеза нуклеиновых кислот, белка, жиров, гликогена и тормозит их распад. Кроме того, анаболическое действие инсулина проявляется в том, что он активирует процессы, дающие энергию для синтезов (гликолиз, цикл трикарбоновых кислот).

Механизм действия инсулина

Действие инсулина начинается с его связывания со специфическим гликопротеиновым рецептором на поверхности клетки-мишени. Рецепторы инсулина обнаружены почти во всех типах клеток, но больше всего их в гепатоцитах и клетках жировой ткани.


Инсулиновый рецептор (IR) постоянно синтезируется и разрушается. При высокой концентрации инсулина в плазме крови, например, при ожирении, число инсулиновых рецепторов может уменьшаться, и клетки-мишени становятся менее чувствительными к инсулину, что может быть одной из причин сахарного диабета II типа.

Снижение чувствительности клеток к гормону (десенситизация) опосредуется 2 механизмами. Комплекс инсулин-рецептор захватывается внутрь клетки эндоцитозом и подвергается разрушению в лизосомах, а часть возвращается в плазматическую мембрану. Второй механизм - ковалентная модификация рецептора в результате фосфорилирования, что снижает его сродство к инсулину.

Рецептор инсулина относят к типу рецепторов, обладающих тирозинкиназной активностью. Стимулированное инсулином аутофосфорилирование β-субъединицы IR по остаткам тирозина приводит к фосфорилированию других внутриклеточных белков - субстратов инсулинового рецептора (IRS). Известно несколько таких субстратов: IRS-1, IRS-2.

Главную роль в формировании ответной реакции клетки на инсулиновый сигнал играет IRS-1. IRS-1 - фосфопротеин. При стимуляции инсулином степень фосфорилирования IRS-1 увеличивается и придаёт ему способность соединяться с другими цитозольными белками. Это приводит к активации нескольких сигнальных путей, представляющих каскад реакций активации специфических протеинкиназ. В результате активации

протеинкиназ происходит фосфорилирование ферментов и факторов транскрипции, что составляет основу многочисленных эффектов инсулина.

Патология

Сахарный диабет – заболевание, обусловленное недостатком инсулина в организме. Наблюдается повышенное содержание глюкозы в крови (гипергликемия), может появляться глюкоза в моче (глюкозурия), усиливается распад (катаболизм) белков, жира, гликогена, тормозится их синтез, активируется глюконеогенез и резко снижается активность гликолиза. В крови и моче повышается концентрация кетоновых тел (кетонемия и кетонурия).

Гиперинсулинизм – наблюдается при инсулиноме (опухоли, развивающейся из Р-клеток островков Лангерганса) и при передозировке инсулина в ходе лечения сахарного диабета. Основными симптомами являются гипогликемия (снижение концентрации глюкозы в крови), судороги, потеря сознания; при тяжелой гипогликемии может наступить смерть.

ИЗМЕНЕНИЯ ГОРМОНАЛЬНОГО СТАТУСА И МЕТАБОЛИЗМА ПРИ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ

Сахарный диабет - заболевание, возникающее вследствие абсолютного или относительного дефицита инсулина.

А. ОСНОВНЫЕ КЛИНИЧЕСКИЕ ФОРМЫ САХАРНОГО ДИАБЕТА

две основные формы: диабет I типа - инсулинзависимый (ИЗСД), и диабет II типа - инсулиннезависимый (ИНСД).

1. Инсулинзависимый сахарный диабет25-30%

Инсулинзависимый сахарный диабет - заболевание, вызываемое разрушением β-клеток островков Лангерханса поджелудочной железы.

Деструкция β-клеток - результат аутоиммунных реакций. В аутоиммунной реакции принимают участие лимфоциты и макрофаги (моноциты). Эти клетки продуцируют цитоки-ны, которые либо непосредственно повреждают β-клетки, либо опосредуют клеточные реакции против β-клеток.

Провоцировать возникновение диабета I типа может вирусная инфекция, вызывающая деструкцию в-клеток (вирусы оспы, краснухи, кори, цитомегаловирус, аденовирус) Известны некоторые токсические вещества, например, производные нитрозомочевины и другие нитро или аминосодержащие соединения, избирательно поражающие β-клет-ки и индуцирующие аутоиммунную реакцию.


Как правило, разрушение β-клеток происходит медленно, и начало заболевания не сопровождается нарушениями метаболизма. Когда погибает 80-95% клеток, возникает абсолютный дефицит инсулина, и развиваются тяжёлые метаболические нарушения. ИЗСД может проявиться в любом возрасте (начиная с годовалого).

2. Инсулинонезависимый сахарный диабет

- общее название нескольких заболеваний, развивающихся в результате относительного дефицита инсулина, возникающего вследствие

  • нарушения секреции инсулина,

  • нарушения превращения проинсулина в инсулин,

  • повышения скорости катаболизма инсулина,

  • повреждения механизмов передачи инсулинового сигнала в клетки-мишени (например, дефекта рецептора инсулина, повреждения внутриклеточных посредников инсулинового сигнала и др.).

ИНСД поражает людей, как правило, старше 40 лет.

Возможными причинами ИНСД могут быть:

  • образование антител к рецепторам инсулина;

  • генетический дефект пострецепторного аппарата инсулинзависимых тканей;

  • нарушения регуляции секреции инсулина.

К факторам, определяющим развитие и клиническое течение болезни, относят ожирение, неправильный режим питания, малоподвижный образ жизни, стресс.


Ожирение, с одной стороны, важнейший фактор риска, а с другой - одно из ранних проявлений сахарного диабета.

ИЗМЕНЕНИЯ МЕТАБОЛИЗМА ПРИСАХАРНОМ ДИАБЕТЕ

При сахарном диабете, как правило, соотношение инсулин/глюкагон снижено. При этом ослабевает стимуляция процессов депонирования гликогена и жиров, и усиливается мобилизация запасов энергоносителей. Печень, мышцы и жировая ткань даже после приёма пищи функционируют в режиме постабсорбтивного состояния.

1. Симптомы сахарного диабета

Для всех форм диабета характерно повышение концентрации глюкозы в крови - гипергликемия. После приёма пищи концентрация глюкозы может достигать 300-500 мг/дл и сохраняется на высоком уровне в постабсорбтивном периоде, т.е. снижается толерантность к глюкозе.

Повышение концентрации глюкозы в плазме крови обусловлено снижением скорости использования глюкозы тканями вследствие недостатка инсулина или снижения биологического действия инсулина в тканях-мишенях.


При дефиците инсулина уменьшается количество белков-переносчиков глюкозы (ГЛЮТ-4) на мембранах инсулинзависимых клеток (жировой ткани и мышц). В мышцах и печени глюкоза не депонируется в виде гликогена, в жировой ткани уменьшается скорость синтеза и депонирования жиров. Кроме того, при снижении инсулин-глюкагонового индекса активируется глюконеогенез из аминокислот, глицерола и лактата. Повышение концентрации глюкозы в крови при сахарном диабете превышает концентрационный почечный порог, что становится причиной выделения глюкозы с мочой (глюкозурия). В норме проксимальные канальцы почек реабсорбируют всю фильтрующуюся в клубочках глюкозу, если её уровень не превышает 8,9 ммоль/л (160 мг/дл).

К характерным признакам сахарного диабета относят также повышение концентрации в крови кетоновых тел - кетонемия. При низком соотношении инсулин/глюкагон жиры не депонируются, а ускоряется их катаболизм, так как гормончувствительная липаза в жировой ткани находится в фосфорилированной активной форме. Концентрация неэтерифицированных жирных кислот в крови повышается. Печень захватывает жирные кислоты, окисляет их до ацетил-КоА, который, в свою очередь, превращается в β-гидроксимасляную и ацетоуксусную кислоты. В тканях ацетоацетат частично декар-боксилируется до ацетона, запах которого исходит от больных сахарным диабетом и ощущается даже на расстоянии. Увеличение концентрации кетоновых тел в крови (выше 20 мг/дл, иногда до 100 мг/дл) приводит к кетонурии. Накопление кетоновых тел снижает буферную ёмкость крови и вызывает ацидоз.

Ещё один характерный признак сахарного диабета - повышенный уровень в крови липопротеинов (в основном, ЛПОНП) - гипер-липопротеинемия. Пищевые жиры не депонируются в жировой ткани вследствие ослабления процессов запасания, а поступают в печень, где частично превращаются в триацилглицеролы, которые транспортируются из печени в составе ЛПОНП.


При сахарном диабете дефицит инсулина приводит к снижению скорости синтеза белков в организме и усилению распада белков. Это вызывает повышение концентрации аминокислот в крови. Аминокислоты поступают в печень и дезаминируются. Безазотистые остатки глико-генных аминокислот включаются в глюконеогенез, что ещё более усиливает гипергликемию. Образующийся при этом аммиак вступает в орнитиновый цикл, что приводит к увеличению концентрации мочевины в крови и, соответственно, в моче - азотемия и азотурия.

Высокие концентрации глюкозы, кетоновых тел, мочевины требуют усиленной экскреции их из организма. Поскольку концентрационная способность почек ограничена, резко увеличивается выделение большого количества воды, в результате чего может наступить обезвоживание организма. Выделение мочи у больных возрастает в несколько раз и в некоторых случаях достигает 8-9 л в сутки, но чаще не превышает 3-4 л - полиурия. Потеря воды вызывает постоянную жажду - полидипсия.

2. Острые осложнения сахарного диабета. Механизмы развития диабетической комы

Нарушения обмена углеводов, жиров и белков при сахарном диабете могут приводить к развитию коматозных состояний (острые осложнения). Диабетическая кома проявляется в резком нарушении всех функций организма с потерей сознания. Основные предшественники диабетической комы - ацидоз и дегидратация тканей (рис. 11-31).

Параллельно кетоацидозу при декомпенсации диабета развивается нарушение водно-электролитного обмена. В его основе лежит гипергликемия, сопровождающаяся повышением осмотического давления в сосудистом русле. Для сохранения осмолярности начинается компенсаторное перемещение жидкости из клеток и внеклеточного пространства в сосудистое русло. Это ведёт к потере тканями воды и электролитов, прежде всего ионов Na+, K+, Cl-, HCO3.


В результате развиваются тяжёлая клеточная дегидратация и дефицит внутриклеточных ионов (прежде всего К+), затем возникает общая дегидратация. Это приводит к снижению периферического кровообращения, уменьшению мозгового и почечного кровотока и гипоксии. Диабетическая кома развивается медленно, в течение нескольких дней, но иногда может возникнуть и в течение нескольких часов. Первыми признаками могут быть тошнота, рвота, заторможенность. АД у больных снижено.

Коматозные состояния при сахарном диабете могут проявляться в трёх основных формах: кетоацидотической, гиперосмолярной и лакто-ацидотической.


3. Поздние осложнения сахарного диабета

Главная причина поздних осложнений сахарного диабета - гипергликемия. Гипергликемия приводит к повреждению кровеносных сосудов и нарушению функций различных тканей и органов.

http://vmede.org/sait/content/Biohimija_severin_2009/11_files/mb4_035.jpeg

Рис. 11-31. Изменение метаболизма при сахарном диабете и причины диабетической комы.

Одним из основных механизмов повреждения тканей при сахарном диабете является гликозиирование белков, приводящее к изменению их конформации и функций. К одним из первых признаков сахарного диабета относят увеличение в 2-3 раза количества гликозилированного гемоглобина. Другим примером медленно обменивающихся белков служат кристаллины - белки хрусталика. При гликозилировании кристаллины образуют многомолекулярные агрегаты, увеличивающие преломляющую способность хрусталика. Прозрачность хрусталика уменьшается, возникает его помутнение, или катаракта.

К медленно обменивающимся белкам относятся белки межклеточного матрикса, базаль-ных мембран. Утолщение базальных мембран, одно из характерных осложнений сахарного диабета, приводит к развитию диабетических ангиопатий.

Причиной многих поздних осложнений сахарного диабета также служит повышение скорости превращения глюкозы в сорбитол.


•   У больных сахарным диабетом сорбитол накапливается в сетчатке и хрусталике глаза, клетках клубочков почек, шванновских клетках, в эндотелии.

•  Сорбитол в высоких концентрациях токсичен для клеток. Его накопление в нейронах приводит к увеличению осмотического давления, набуханию клеток и отёку тканей. Так, например, помутнение хрусталика

может развиться вследствие вызванного накоплением сорбитола набухания хрусталика и нарушения упорядоченной структуры кристаллинов.






Глюкагон- одноцепочечный полипептид, состоящий из 29 аминокислотных остатков. Биосинтез глюкагона происходит в α-клетках островков Лангерханса, в нейроэндокринных клетках кишечника и в некоторых отделах ЦНС. Неактивный предшественник проглюкагон в результате частичного протеолиза превращается в несколько пептидов. Особенно много глюкагона синтезируется при голодании, то есть глюкагон является главным гормоном, поддерживающим уровень глюкозы в крови.

В плазме крови глюкагон не связан с каким-либо транспортным белком. 

Главные ткани-мишени для глюкагона: печень, жировая ткань, корковое вещество почек, сердечная (но не скелетная) мышца.

В печени гормон стимулирует распад гликогена до глюкозы в течение первых суток голодания. Запасы гликогена в печени полностью исчезают через сутки.

Начиная со вторых суток голодания, глюкагон активирует в печени глюконеогенез.

Глюкагон не действует на гликоген мышц.

Впечени глюкагон ингибирует гликолиз, снижает синтез гликогена и жирных кислот, но активирует синтез кетоновых тел.

В жировой ткани глюкагон увеличивает распад жира и тормозит его синтез.

В корковом веществе почек глюкагон активирует глюконеогенез.

Во всех тканях-мишенях глюкагон увеличивает распад белка, уменьшает его синтез.

Патология. Глюкагонома – опухоль островков Лангерганса, состоящая преимущественно из а-клеток.

ИЗМЕНЕНИЯ ГОРМОНАЛЬНОГО СТАТУСА И МЕТАБОЛИЗМА ПРИ ГОЛОДАНИИ И ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЕ

1. В постабсорбтивном периоде и голодании уровень глюкозы в плазме крови падает до нижней границы нормы. Отношение инсулин - глюкагон снижается. В этих условиях возникает состояние, для которого характерно преобладание процессов катаболизма жиров, гликогена и белков на фоне общего снижения скорости метаболизма. Под влиянием контринсулярных гормонов в этот период происходит обмен субстратами между печенью, жировой тканью, мышцами и мозгом. Этот обмен служит двум целям:

•  поддержанию концентрации глюкозы в крови за счет глюконеогенеза для обеспечения глюкозозависимых тканей (мозга, эритроцитов);

•  мобилизации других «топливных» молекул, в первую очередь жиров, для обеспечения энергией всех других тканей.

Проявление этих изменений позволяет условно выделить три фазы голодания. Вследствие переключения метаболизма на режим мобилизации энергоносителей даже после 5-6 недель голодания концентрация глюкозы в крови составляет не менее 65 мг/дл. Основные изменения при голодании происходят в печени, жировой ткани и мышцах (рис. 11.14).

2. Фазы голодания. Голодание может быть кратковременным - в течение суток (первая фаза), продолжаться в течение недели (вторая фаза) или нескольких недель (третья фаза).

В первую фазу концентрация инсулина в крови снижается примерно в 10-15 раз по сравнению с периодом пищеварения, а концентрация глюкагона и кортизола увеличивается. Запасы гликогена исчерпываются, нарастает скорость мобилизации жиров и скорость глюконеогенеза из аминокислот и глицерола, концентрация глюкозы в крови снижается до нижней границы нормы (60 мг/дл).


http://vmede.org/sait/content/Biohimija_severin_2011/13_files/mb4_019.jpegРис. 11.14. Изменения метаболизма основных энергоносителей при голодании:

1 - снижение инсулин-глюкогонового индекса; 2 - мобилизация гликогена; 3, 4 - транспорт ГЛК в мозг и эритроциты; 5 - мобилизация ТАГ; 6 - транспорт ЖК в мышцы; 7 - синтез кетоновых тел; 8 - транспорт ЖК в печени; 9 - транспорт АК в печень; 10 - глюконеогенез из АК; 11 - транспорт лактата в печень; 12 - транспорт глицерола в печень. Пунктиром обозначены процессы, скорость которых снижается

Во вторую фазу продолжается мобилизация жиров, концентрация жирных кислот в крови повышается, увеличивается скорость образования кетоновых тел в печени и, соответственно, их концентрация в крови; ощущается запах ацетона, который выделяется с выдыхаемым воздухом и потом от голодающего человека. Глюконеогенез продолжается за счет распада тканевых белков.

В третью фазу снижается скорость распада белков и скорость глюконеогенеза изаминокислот. Скорость метаболизма замедляется. Азотистый баланс во все фазы голодания отрицательный. Для мозга важным источником энергии, наряду с глюкозой, становятся кетоновые тела.

3. Изменения метаболизма основных энергоносителей при голодании. Обмен углеводов. Запасы гликогена в организме истощаются в течение 24-часового голодания. Таким образом, за счет мобилизации гликогена обеспечивается только кратковременное голодание. Основной процесс, обеспечивающий ткани глюкозой в период голодания, - глюконеогенез. Глюконеогенез начинает ускоряться через 4-6 часов после последнего приема пищи и становится единственным источником глюкозы в период длительного голодания. Основные субстраты глюконеогенеза - аминокислоты, глицерол и лактат.

4. Обмен жиров и кетоновых тел. Основным источником энергии в первые дни голодания становятся жирные кислоты, которые образуются из ТАГ в жировой ткани. В печени ускоряется синтез кетоновых тел. Синтез кетоновых тел начинается в первые дни голодания. Используются кетоновые тела в основном в мышцах. Энергетические потребности мозга частично обеспечиваются также кетоновыми телами. После 3 недель голодания в мышцах снижается скорость окисления кетоновых тел и мышцы почти исключительно используют жирные кислоты. Концентрация кетоновых тел в крови возрастает. Использование кетоновых тел мозгом продолжается, но становится менее активным из-за снижения скорости глюконеогенеза и снижения концентрации глюкозы.


5. Обмен белков. В течение нескольких первых дней голодания быстро распадаются мышечные белки - основной источник субстратов для глюконеогенеза. После нескольких недель голодания скорость глюконеогенеза изаминокислот снижается в основном вследствие снижения потребления глюкозы и использования кетоновых тел в мозге. Снижение скорости глюконеогенеза изаминокислот необходимо для сбережения белков, так как потеря 1/3 всех белков может привести к смерти. Продолжительность голодания зависит от того, как долго могут синтезироваться и использоваться кетоновые тела. Однако для окисления кетоновых тел необходим оксалоацетат и другие компоненты ЦТК. В норме они образуется из глюкозы и аминокислот, а при голодании только из аминокислот.



Гормоны мозгового вещества надпочечников

http://coollib.com/i/51/247451/pic_8.jpg

В мозговом веществе надпочечников вырабатываются адреналин и норадреналин. Они образуются из  тирозина (рис. 8).Синтез катехоламинов происходит в цитоплазме и гранулах клеток мозгового слоя надпочечников. В гранулах происходит также запасание катехоламинов в комплексе с АТФ



Биохимические особенности адреналина и норадреналина

1. Наибольшая секреция адреналина наблюдается при стрессе и физической нагрузке

2. На адреналин и норадреналин организм реагирует очень быстро.

3. Адреналин и норадреналин готовят организм к выполнению быстрой и интенсивной работы.

4. Адреналин может действовать через в- и через а-рецепторы. Норадреналин действует в основном на а-рецепторы.

5. Мозговое вещество надпочечников секретирует в кровь как адреналин, так и норадреналин. Вне мозгового вещества надпочечников адреналин нигде не образуется. Норадреналин образуется еще в окончаниях симпатических нервов (является медиатором симпатической нервной системы).

Распад адреналина и норадреналина происходит в печени (рис. 9) . При этом образуются метоксинорадреналин глюкуронид и метоксиадреналин глюкуронид, составляющие 30 % от всех продуктов распада адреналина и норадреналина, а остальное количество приходится на ванилилминдальную кислоту (ВМК), которая используется для диагностики.

http://coollib.com/i/51/247451/pic_9.jpg Основные пути метаболизма кагехоламиноа на примере адреналина

Главные ткани-мишени для адреналина – печень, мышцы, жировая ткань и сердечно-сосудистая система.

В печени гормон увеличивает распад гликогена до глюкозы и повышает её концентрацию в крови.

В мышцах адреналин является стимулятором распада гликогена до глюкозо-6-фосфата, который не может выйти из клетки в кровь, а утилизируется по пути гликолиза с образованием молочной кислоты. Таким образом, в отличие от печени, при распаде гликогена в мышцах никогда не образуется свободная глюкоза.

В жировой ткани гормон увеличивает распад жира до жирных кислот, что сопровождается повышением их концентрации в крови.

Действие адреналина на сердечно-сосудистую систему проявляется в том, что он увеличивает силу и частоту сердечных сокращений, повышает артериальное давление, сужает артериолы кожи, слизистых оболочек и приносящие артериолы клубочков почек (поэтому при стрессе наблюдаются бледность и анурия – прекращение образования мочи), но расширяет сосуды сердца, мышц и внутренних органов. Действуя через систему кровообращения, адреналин затрагивает практически все функции всех органов, в результате чего мобилизуются силы организма для противодействия стрессовым ситуациям.

Кроме указанных эффектов, адреналин расслабляет гладкую мускулатуру бронхов, кишечника, тела мочевого пузыря, но сокращает сфинктеры желудочно-кишечного тракта, мочевого пузыря, мышцы, поднимающие волосы на коже, расширяет зрачок.

Механизм действия и биологические функции катехоламинов

Катехоламины действуют на клетки-мишени через рецепторы, локализованные в плазматической мембране. Выделяют 2 главных класса таких рецепторов: α-адренергические и β-адренергические. Все рецепторы катехоламинов - гликопротеины, которые передают сигналы в клетки с помощью разных вторичных посредников. Это определяет характер их влияния на метаболизм клеток-мишеней.

Адреналин взаимодействует как с α-, так и с β-рецепторами; норадреналин в физиологических концентрациях взаимодействует с α-рецепторами.


Взаимодействие гормона с β-рецепторами активирует аденилатциклазу, тогда как связывание с α2-рецептором её ингибирует. При взаимодействии гормона с α1-рецептором происходит активация фосфолипазы С и стимулируется инозитолфосфатный путь передачи сигнала 

Патология

Гиперфункция возникает при опухоли феохромоцитоме. Содержание адреналина в крови увеличивается в 500 и более раз. Наблюдается повышение артериального давления, в крови резко увеличивается концентрация жирных кислот и глюкозы. В моче появляется адреналин и глюкоза.

Гормоны коры надпочечников

В коре надпочечников образуются из холестерина стероидные гормоны: кортикостероиды (глюкокортикоиды и минералокортикоиды) и половые гомоны (женские и мужские).

Распад стероидных гормонов

Обезвреживание стероидных гормонов происходит в печени двумя путями.

1. Около 90 % стероидных гормонов сначала восстанавливается, затем конъюгирует с глюкуроновой кислотой и легко экскретируется с мочой.

2. У 10 % глюкокортикоидов, минералокортикоидов и мужских (но не женских) половых гормонов происходит отщепление боковой цепи у 17-го углеродного атома и его окисление с образованием кетогруппы, в результате чего образуются 17-кетостероиды (17-КС), которые также выделяются с мочой в связанном с глюкуроновой кислотой виде. 17-КС – это продукты распада гормонов: глюкокортикоидов, минералокортикоидов и мужских (но не женских) половых гормонов.

Глюкокортикоиды

http://coollib.com/i/51/247451/pic_10.jpg

Представителями глюкокортикоидов являются гидрокортизон (кортизол), кортизон и кортикостерон.

Глюкокортикоиды, С21-стероиды, играют важную роль в адаптации к стрессу. Они оказывают разнообразные эффекты, но наиболее важный - стимуляция глюконеогенеза

Ткани-мишени для этой группы гормонов: печень, мышцы, жировая, лимфоидная и соединительная ткани. Причем в печени глюкокортикоиды повышают проницаемость мембран для транспорта веществ в клетку и активируют анаболические процессы (то есть синтез веществ), а в остальных тканях – понижают проницаемость мембран и стимулируют катаболизм (то есть распад веществ).

Действие глюкокортикоидов на метаболизм

Углеводный обмен. Во всех тканях-мишенях глюкокортикоиды тормозят гликолиз. В печени гормоны усиливают глюконеогенез и синтез гликогена, в остальных тканях – уменьшают транспорт глюкозы в клетку, в мышцах – снижают синтез гликогена.

При избытке глюкокортикоидов (применение их для лечения в больших дозах или длительно, а также повышенное образование глюкокортикоидов в организме) развивается гипергликемия вследствие активации глюконеогенеза в печени и понижения утилизации глюкозы в периферических тканях. Длительная гипергликемия может привести к срыву инсулярного аппарата поджелудочной железы и развитию стероидного диабета.

Липидный обмен. В печени глюкокортикоиды повышают синтез триглицеридов, липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП) и кетоновых тел. В жировой ткани гормоны увеличивают распад жира на конечностях, но усиливают отложение жира на туловище и лице. Поэтому при избытке глюкокортикоидов наблюдается так называемое паукообразное ожирение и повышение уровня кетоновых тел в крови.

Белковый обмен. В печени глюкокортикоиды увеличивают синтез белка, в остальных тканях – снижают синтез и стимулируют распад тканевых белков. В связи с этим при избытке глюкокортикоидов наблюдаются замедление заживления ран, атрофия и слабость мышц, в костях – остеопороз (разрежение кости, что сопровождается легко возникающими переломами, например, компрессионными переломами позвонков и длинных костей уже при минимальной травме).

В лимфоидной ткани избыток глюкокортикоидов приводит к угнетению синтеза антител и уменьшению образования лимфоцитов, поэтому при стрессе (когда вырабатывается много глюкокортикоидов) снижается иммунная защита организма и повышается восприимчивость к инфекционным заболеваниям. Указанный механизм действия глюкокортикоидов на лимфоидную ткань лежит в основе их применения при лечении аллергии и при трансплантации для подавления реакции отторжения пересаженного органа.

Системное действие глюкокортикоидов

1. Глюкокортикоиды усиливают секрецию HCl в желудке. Механизм их действия обусловлен тем, что глюкокортикоиды тормозят синтез простагландинов, которые снижают секрецию HCl, поэтому при избытке глюкокортикоидов в организме могут развиваться стероидные язвы желудка.

2. Глюкокортикоиды обладают противовоспалительным действием. Они воздействуют на все стадии воспалительного процесса, но особенно сильно снижают проницаемость мембран и ингибируют синтез простагландинов, которые являются тканевыми факторами воспаления, поэтому применение глюкокортикоидов возможно для лечения воспалений.

3. Глюкокортикоиды снижают повышенную реактивность организма, т.е. гиперчувствительность, поэтому используются при лечении аллергии, и, в частности, анафилактического шока.

4. Глюкокортикоиды повышают устойчивость организма к повреждающим факторам (травмы, инфекции, интоксикации, боль, холод, физическая нагрузка, тяжелые психические потрясения).

5. Глюкокортикоиды оказывают пермиссивное действие на организм, т.е. усиливают действие других гормонов.

Минералокортикоиды, С21-стероиды, необходимы для поддержания уровня Na+ и К+.

http://coollib.com/i/51/247451/pic_11.jpg

Представителями минералокортикоидов являются альдостерон (рис. 11) и дезоксикортикостерон. Они регулируют обмен натрия,

Главной тканью-мишенью для действия гормонов является эпителий дистальных канальцев почек, где альдостерон увеличивает реабсорбцию натрия из мочи в кровь. Поэтому альдостерон называют натрийзадерживающим гормоном. Поскольку натрий «тянет» за собой воду, то при избытке минералокортикоидов в организме повышается артериальное давление, усиливаются отеки и воспалительные процессы.

Одновременно с увеличением реабсорбции натрия под действием альдостерона возрастает экскреция калия с мочой. Поэтому при избытке гормона в организме снижается концентрация калия в крови, что приводит к повышению возбудимости миокарда, нарушению работы сердца, возникают сильная слабость, характерные изменения на ЭКГ, и может развиться сердечная недостаточность.

Другой тканью-мишенью для минералокортикоидов являются потовые железы. В жару альдостерон препятствует чрезмерной потере натрия с потом.

При недостаточном синтезе альдостерона натрий теряется с мочой, что приводит к потере воды, т.е. дегидратации организма.

Глюкокортикоиды обладают частичным действием минералокортикоидов, поэтому при длительном применении с лечебной целью глюкокортикоидов больным обязательно назначают препараты калия.

Нарушения гормональной функции коры надпочечников

Гиперфункция коры надпочечников, или гиперкортицизм, может проявляться либо повышенной секрецией всех групп гормонов, либо преимущественно одной из групп гормонов. В последнем случае выделяют 3 вида гиперкортицизма.

1. Синдром Иценко-Кушинга (опухоль пучковой зоны коры надпочечников, синтезирующая, главным образом, кортизол) и болезнь Иценко-Кушинга (неопухолевая гиперплазия, то есть разрастание, коры надпочечников под влиянием избыточной секреции кортикотропина гипофизом).

2. Первичный альдостеронизм, или болезнь Конна – избыточное образование минералокортикоидов в организме (в клубочковой зоне коры надпочечников).

3. Адреналовый вирилизм, или адреногенитальный синдром – сопровождается гиперсекрецией мужских половых гормонов в сетчатой зоне коры надпочечников. При этом у женщин наблюдается появление мужских признаков, у мужчин – усиление мужских признаков, у детей – преждевременное половое созревание.


Гипокортицизм, называемый Аддисоновой, или бронзовой болезнью, сопровождается дефицитом глюко- и минералокортикоидов и смешанными изменениями обмена веществ и функций организма. Причиной гипокортицизма может явиться туберкулёз или атрофия коры надпочечников. Недостаточное образование кортикостероидов приводит к сильной слабости, утомляемости, снижению артериального давления, наблюдаются пигментации кожи, тяга к соленой пище, высокая чувствительность к стрессам и инфекциям, непереносимость голода из-за выраженной гипогликемии. В крови снижается концентрация натрия и увеличивается концентрация калия.

Гормоны половых желёз

http://www.menselijk-lichaam.com/wp-content/uploads/progesteron.gifhttp://coollib.com/i/51/247451/pic_12.jpg


Женские половые гормоны представлены эстрогенами и прогестинами (гестагенами).

К эстрогенам относятся: эстрадиол (рис. 12) образуется в фолликулах яичников), эстриол (гормон плаценты) и эстрон (синтезируется в коре надпочечников). Представителем прогестинов является прогестерон, который вырабатывается в желтом теле яичников.

В печени β-эстрадиол инактивируется в результате гидроксилирования ароматического кольца по атому углерода С2 и образования конъюгатов с серной или глюкуроновой кислотами, которые и выводятся из организма с жёлчью или мочой.

Примерно 95% циркулирующих в крови эстрогенов связано с транспортными белками - СГСБ (секс-гормонсвязывающий белок) и альбумином. Биологической активностью обладает только свободная форма эстрогенов.



Ткани, чувствительные к действию эстрогенов, делятся на 2 группы: половые органы и неполовые органы.

Действие женских половых гормонов на половые органы

В половых органах женские половые гормоны способствуют развитию и функционированию этих органов и формированию вторичных половых признаков в период полового созревания.

В матке увеличивается рост железистого эпителия эндометрия и гладкой мускулатуры миометрия, усиливается васкуляризация органа.

Во влагалище увеличивается число слоев клеток, что является диагностическим критерием действия эстрогенов на организм.

В молочной железе эстрогены стимулируют рост протоков, прогестерон – рост железистой ткани.

Действие женских половых гормонов на неполовые органы

В неполовых органах эстрогены оказывают также характерное действие.

ЦНС, гипоталамус, гипофиз – под влиянием гормонов происходит формирование типичного полового поведения, инстинкта, психики женщины.

Кости, хрящи, гортань – эстрогены способствуют формированию характерного «женского» типа скелета, гортани и голоса. Эстрогены ускоряют окостенение эпифизов, где находятся зоны роста кости, поэтому, если у девочки в период полового созревания образуется мало эстрогенов, замедляется окостенение эпифизов, и в этом случае девочка может иметь необычно высокий рост. У взрослых женщин при продолжительном введении эстрогенов или их избыточном образовании в организме происходит интенсивное обызвествление костей, и могут исчезать полости, в которых находится костный мозг, что приводит к развитию анемии.

Кожа – эстрогены способствуют росту волос по женскому типу, тормозят рост волос на коже, снижают секреторную активность сальных желез (понижают сальность кожи).

Печень – эстрогены стимулируют синтез специфических белков печени: ангиотензиногена, способствующего повышению артериального давления, и некоторых факторов свертывания крови (II, VII, IX, X). Поэтому при избытке эстрогенов в организме наблюдается склонность к гипертонии и тромбозам.

Кроме этого, эстрогены, воздействуя на печень, увеличивают образование в ней липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП) и липопротеинов высокой плотности (ЛПВП). ЛПОНП на 50 % состоят из триглицеридов (нейтрального жира), из печени они через кровь доставляются в жировую ткань, где жир откладывается. Поэтому у женщин мышцы всегда покрыты слоем подкожного жира. ЛПВП уменьшают концентрацию холестерина в крови, способствуют его выведению из организма. Поэтому женщины реже, чем мужчины, заболевают атеросклерозом и инфарктом миокарда.

Жировая ткань – в ней эстрогены и прогестерон увеличивают синтез жира, тормозят его расщепление, способствуют формированию типично женских жировых отложений.

Почки – эстрогены способствуют задержке натрия в организме, прогестерон усиливает потерю натрия с мочой. Поскольку при беременности образуется много прогестерона, натрий усиленно теряется организмом, отсюда – тяга к соленой пище.

Мужские половые гормоны

http://coollib.com/i/51/247451/pic_13.jpg

Мужские половые гормоны (андрогены) представлены тестостероном (рис. 13) и андростероном. Они образуются в семенниках, коре надпочечников, предстательной железе. Небольшое количество андрогенов синтезируется у женщин в яичниках.

Суточная секреция тестостерона у мужчин составляет в норме примерно 5 мг и сохраняется на протяжении всей жизни организма. Гормон циркулирует в крови в связанном с белками плазмы состоянии: альбумином (40%) и специфически связывающим половые гормоны β-глобулином (называемым секс-гормонсвязывающим глобулином, СГСГ). Лишь 2% от общего количества гормона в крови транспортируется в свободном виде, и именно такие молекулы проявляют биологическую активность.

Действие мужских половых гормонов на половые органы

В половых органах мужские половые гормоны оказывают андрогенное действие, то есть способствуют развитию и функционированию этих органов и формированию вторичных половых признаков в период полового созревания.

Действие мужских половых гормонов на неполовые органы

В неполовых органах андрогены обладают генерализованным анаболическим действием, то есть стимулируют синтез нуклеиновых кислот, белка, задерживают в организме азот и кальций, усиливают синтез фосфолипидов мембран.

ЦНС, гипоталамус, гипофиз – под влиянием андрогенов происходит формирование типичного полового поведения, инстинкта и психики мужчины, то есть образуются поведенческие особенности мужского пола. Андрогены влияют на развитие мозга. Если во внутриутробном периоде в критические стадии развития и дифференцировки мозга развивается недостаточность андрогенов, то в будущем у этого юноши или мужчины могут возникнуть варианты половой ориентации. Избыток андрогенов в организме способствует агрессивности.

Кости, хрящи, гортань – андрогены способствуют формированию характерных физиологических особенностей мужского скелета, гортани, голоса, усиливают отложение фосфорно-кальциевых солей в эпифизарных зонах роста. Чрезмерная выработка гормонов может приводить к преждевременному заращению эпифизов и развитию низкорослости.

Мышцы – андрогены увеличивают мышечную массу и силу, создают характерную рельефность мышц.

Кожа – андрогены обладают стимулирующим действием на сальные железы, повышая сальность кожи, усиливают пигментацию кожи (солнечный загар), увеличивают рост волос на лице и теле, способствуют росту волос по мужскому типу. Избыток гормонов может привести к облысению.

Жировая ткань – андрогены ускоряют расщепление жира в жировой ткани, тормозят его синтез.

В печени и почках андрогены резко увеличивают синтез белка, в кроветворных органах усиливают эритропоэз.



 РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ОСНОВНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ

Основные пищевые вещества (углеводы, жиры, белки) окисляются в организме с освобождением свободной энергии, которая используется в анаболических процессах и при осуществлении физиологических функций.


Энергетическая ценность основных пищевых веществ выражается в килокалориях и составляет: для углеводов - 4 ккал/г, для жиров - 9 ккал/г, для белков - 4 ккал/г. Взрослому здоровому человеку в сутки требуется 2000-3000 ккал (8000-12 000 кДж) энергии.

Во время пищеварения и абсорбтивного периода (2-4 ч) основные энергоносители, используемые тканями (глюкоза, жирные кислоты, аминокислоты), могут поступать непосредственно из пищеварительного тракта. В постабсорбтивном периоде и при голодании энергетические субстраты образуются в процессе катаболизма депонированных энергоносителей.

Изменения в потреблении энергоносителей и энергетических затратах координируются путём чёткой регуляции метаболических процессов в разных органах и системах организма, обеспечивающей энергетический гомеостаз.

Основную роль в поддержании энергетического гомеостаза играют гормоны инсулин и глюкагон, а также другие контринсулярные гормоны - адреналин, кортизол, йодтиронины и соматотропин.

А. АБСОРБТИВНЫЙ ПЕРИОД

Абсорбтивный период характеризуется временным повышением концентрации глюкозы, аминокислот и жиров в плазме крови. Клетки поджелудочной железы в ответ усиливают секрецию инсулина и снижают секреции глюкагона. Увеличение отношения инсулин/глюкагон вызывает ускорение использования метаболитов для запасания энергоносителей: происходит синтез гликогена, жиров и белков. Режим запасания включается после приёма пищи и сменяется режимом мобилизации запасов после завершения пищеварения. Главные органы, связанные с изменениями потока метаболитов при смене режимов мобилизации и запасания энергоносителей, - печень, жировая ткань и мышцы.


1. Изменения метаболизма в печени в абсорбтивном периоде

После приёма пищи печень становится главным потребителем глюкозы, поступающей из пищеварительного тракта. Почти 60 из каждых 100 г глюкозы, транспортируемой портальной системой, задерживается в печени.

При повышении концентрации глюкозы в гепатоцитах происходит активация глюкокиназы, превращающей глюкозу в глюкозо-6-фосфат. Инсулин индуцирует синтез мРНК глюкокиназы. Повышение концентрации глюкозо-6-фосфата в гепатоцитах обусловливает ускорение синтеза гликогена. Этому способствуют одновременная инактивация гликогенфосфорилазы и активация гликогенсинтазы.

Под влиянием инсулина в гепатоцитах ускоряется гликолиз в результате повышения активности и количества ключевых ферментов: глюкокиназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы.

В то же время происходит торможение глюконеогенеза в результате инактивации фруктозо-1,6-бисфосфатазы и снижения количества фосфоенолпируваткарбоксикиназы - ключевых ферментов глюконеогенеза.

Повышение концентрации глюкозо-6-фосфата в гепатоцитах в абсорбтивном периоде сочетается с активным использованием NADPH для синтеза жирных кислот, что способствует стимуляции пентозофосфатного пути. Ускорение синтеза жирных кислот обеспечивается доступностью субстратов (ацетил-КоА и NADPH), образующихся при метаболизме глюкозы, а также активацией и индукцией ключевых ферментов синтеза жирных кислот.


В абсорбтивном периоде в печени ускоряется синтез белков. Излишек аминокислот либо поступает в кровь и транспортируется в другие ткани, либо дезаминируется с последующим включением безазотистых остатков в общий путь катаболизма.

2. Изменения метаболизма в адипоцитах

Основная функция жировой ткани - запасание энергоносителей в форме триацилглицеролов. Под влиянием инсулина ускоряется транспорт глюкозы в адипоциты. Повышение внутриклеточной концентрации глюкозы и активация ключевых ферментов гликолиза обеспечивают образование ацетил-КоА и глице-рол-3-фосфата, необходимых для синтеза ТАГ.

Стимуляция пентозофосфатного пути обеспечивает образование NADPH, необходимого для синтеза жирных кислот. Однако биосинтез жирных кислотde novo в жировой ткани человекапротекает с высокой скоростью только после предшествующего голодания.

При нормальном ритме питания для синтеза ТАГ используются в основном жирные кислоты, поступающие из ХМ и ЛПОНП под действием ЛП-липазы .

3. Изменение метаболизма в мышцах в абсорбтивном периоде

В абсорбтивном периоде под влиянием инсулина ускоряется транспорт глюкозы в клетки мышечной ткани. Глюкоза фосфорилируется и окисляется для обеспечения клетки энергией, а также используется для синтеза гликогена. Жирные кислоты, поступающие из ХМ и ЛПОНП, в этот период играют незначительную роль в


энергетическом обмене мышц. Поток аминокислот в мышцы и биосинтез белков также увеличиваются под влиянием инсулина, особенно после приёма белковой пищи.

Б. ПОСТАБСОРБТИВНЫЙ ПЕРИОД

Постабсорбтивным состоянием называют период после завершения пищеварения до следующего приёма пищи.

В начале постабсорбтивного периода концентрация глюкозы в крови снижается, вследствие чего снижается секреция инсулина и повышается концентрация глюкагона. При снижении индекса инсулин/глюкагон ускоряются процессы мобилизации депонированных энергоносителей.

Основные изменения метаболизма в этот период происходят в печени и жировой ткани.

1. Изменения метаболизма в печени

В печени прежде всего ускоряется мобилизация гликогена. Однако запасы гликогена в печени истощаются в течение 18- 24 ч голодания. Главным источником глюкозы по мере исчерпания запасов гликогена становится глюконеогенез, который начинает ускоряться через 4-6 ч после последнего приёма пищи. Субстратами для синтеза глюкозы служат глицерол, аминокислоты и лактат. При высокой концентрации глюкагона скорость синтеза жирных кислот снижается вследствие фосфорилирова

ния и инактивации ацетил-КоА-карбоксилазы, а скорость β-окисления возрастает. Вместе с тем увеличивается снабжение печени жирными кислотами, которые транспортируются из жировых депо. Ацетил-КоА, образующийся при окислении жирных кислот, используется в печени для синтеза кетоновых тел.

2. Изменения метаболизма в жировой ткани

В жировой ткани при повышении концентрации глюкагона снижается скорость синтеза ТАГ и стимулируется липолиз. Стимуляция липолиза - результат активации гормончувствительной ТАГ-липазы адипоцитов под влиянием глюкагона. Жирные кислоты становятся важными источниками энергии в печени, мышцах и жировой ткани.

Таким образом, в постабсорбтивном периоде концентрация глюкозы в крови поддерживается на уровне 80-100 мг/дл, а уровень жирных кислот и кетоновых тел возрастает.