Tema_10_Gormony

Краткое содержание

Конспект

1. Свойства и функции гормонов. Химическая природа гормонов, их классификация

3 иерархических уровня системы регуляции обмена веществ и функций организма:

Первый уровень – ЦНС.

Второй уровень – эндокринная система.

Третий уровень – внутриклеточный.

Основные системы регуляции метаболизма и межклеточной коммуникации

1. Центральная и периферическая нервные системы.

2. Эндокринная система через эндокринные железы и гормоны, которые секретируются в кровь и влияют на метаболизм различных клеток-мишеней.

3. Паракринная и аутокринная системы посредством различных соединений, которые секретируются в межклеточное пространство и взаимодействуют с рецепторами либо близлежащих клеток, либо той же клетки (простагландины, гормоны ЖКТ, гистамин и др.).

4. Иммунная система через специфические белки (цитокины, антитела).

Схема взаимосвязи регуляторных систем организма

Существуют эндокринные железы, для которых отсутствует регуляция тропными гормонами – паращитовидная железа, мозговое вещество надпочечников, ренин-альдостероновая система и поджелудочная железа. Они контролируются нервными влияниями или концентрацией определенных веществ в крови.

Системы регуляции метаболизма:

Физиологический эффект гормона:

• концентрацией гормона;

• сродством гормонов к белкам-переносчикам;

• количеством рецепторов на поверхности клеток-мишеней;

• типом рецепторов на поверхности клеток-мишеней.

Базальный (нестимулированный) уровень гормонов в крови – в пределах 10^-6-10^-12 М.

Классификация гормонов организма человека

Основные эндокринные системы и их ткани-мишени:

Обозначить системы регуляции метаболизма:

… - аутокринная система.

… - эндокринная система.

… - паракринная система.

Общие свойства гормонов:

- существует 3 класса гормонов (пептидные, стероидные, амины);

- некоторые полипептидные гормоны образуются из неактивных предшественников;

- гормоны действуют в очень низких концентрациях и в большинстве случаев имеют короткое время жизни;

- одни гормоны действуют быстро, другие – медленно;

- гормоны связываются со специфическими рецепторами, расположенными либо на поверхности, либо внутри клетки-мишени;

- действие гормонов может осуществляться через вторичные передатчики (посредники).

2. Механизм действия гормонов. Циклические АМФ и ГМФ, их функции. Механизм действия стероидных и тиреоидных гормонов. Механизм действия пептидных гормонов и катехоламинов

Эволюционно сформировались два основных механизма действия сигнальных молекул в зависимости от локализации рецептора:

1. Мембранный – рецептор расположен на мембране. По данному механизму работают пептидные и белковые гормоны, катехоламины, эйкозаноиды. 

2. Цитозольный – рецептор расположен в цитозоле.

Гормоны, связывающиеся с рецепторами на поверхности клетки:

1. Второй посредник – цАМФ: адренокортикотропный гормон (АКТГ), ангиотензин II, антидиуретический гормон (АДГ), фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), хорионический гонадотропин человека (ХГЧ), липотропин (ЛПГ), лютеинизирующий гормон (ЛГ), меланоцит-стимулирующий гормон (МСГ), тиреоид-стимулирующий гормон (ТСГ), паратиреоидный гормон (ПТГ), опиоиды, ацетилхолин, глюкагон, α₂-адренергические катехоламины, кортикотропин-рилизинг-гормон (КРГ; кортиколиберин), кальцитонин, соматостатин, β-адренергические катехоламины.

2. Второй посредник – кальций или фосфатидилинозиды (или то и другое): α₁-адренергические катехоламины, холецистокинин, гастрин, вещество Р, тиреотропин-рилизинг-гормон (ТРГ; тиреолиберин), вазопрессин, ацетилхолин (мускариновые рецепторы), гонадотропин-рилизинг-гормон (ГиРГ; гонадолиберин), ангиотензин II/

3. Внутриклеточный посредник неизвестен: хорионический соматомаммотропин (ХС), гормон роста, инсулин, инсулиноподобные факторы роста (ИФР1, ИФР2), пролактин, окситоцин, фактор роста нервов (ФРН), фактор роста эпидермиса (ФРЭ), фактор роста фибробластов (ФРФ), фактор роста из тромбоцитов.

Передача гормональных сигналов через мембранные рецепторы:

Гормоны, связывающиеся с внутриклеточными рецепторами:

Эстрогены, глюкокортикоиды, минералокортикоиды, прогестины, кальцитриол (1,25 [ОН]₂-D₃), андрогены, тиреоидные гормоны (Т₃ и Т₄).

Передача гормональных сигналов через внутриклеточные рецепторы:

Основные этапы передачи гормональных сигналов и результат их действия

3. Гипоталамо-гипофизарный комплекс. Гормоны гипоталамуса и гипофиза

Строение и функции гормонов гипоталамуса

Строение и биологические функции гормонов передней доли гипофиза

Соматотропный гормон (СТГ)

Гипофункция - при уменьшении выработки и снижении концентрации в крови возникает гипофизарный нанизм (карликовость), частота в России около 1:20000. Проявляется на 2-4 году жизни, критерием служит снижение скорости роста до 4 см в год и менее; при нарушении синтеза у взрослых отмечается снижение мышечной массы и тенденция к гипогликемии; при нарушении рецепции или пострецепторной передачи сигнала происходит пропорциональное, но недостаточное развитие тела. Примером могут служить пигмеи, племена Центральной Африки.

Гиперфункция - у детей возникает гигантизм, так как еще нет зарастания эпифизарных щелей и возможен ускоренный рост кости; у взрослых развивается акромегалия – из-за акрального роста кости происходит увеличение размера носа, стопы, кистей, челюсти.

Адренокортикотропный гормон (АКТГ)

В результате избыточного образования АКТГ гипофизом или его эктопического образования опухолью развивается синдром Кушинга. Слабое МСГ-подобное действие АКТГ, а также секреция β- или α-МСГ приводят к повышенной пигментации кожи. Возникающие метаболические нарушения обусловлены гиперпродукцией стероидов надпочечников, к ним относятся: 1) отрицательный азотный, калиевый и фосфорный баланс; 2) задержка натрия, которая может привести к повышению артериального давления и отекам; 3) нарушение толерантности к глюкозе или сахарный диабет; 4) повышение содержания жирных кислот в плазме; 5) уменьшение количества эозинофилов и лимфоцитов в крови при увеличении количества полиморфноядерных лейкоцитов. У больных с синдромом Кушинга может наблюдаться атрофия мышц и специфическое перераспределение жира с его отложением на туловище. Отсутствие АКТГ, связанное с опухолью, инфекцией или инфарктом гипофиза, вызывает противоположные сдвиги.

Подробная схема гипоталамо-гипофизарной системы

Гормоны задней доли гипофиза:

вазопрессин (антидиуретический гормон - АДГ), окситоцин.

Нарушения секреции или действия АДГ приводят к несахарному диабету, который характеризуется выделением больших объемов разбавленной мочи. Первичный несахарный диабет, связанный с дефицитом АДГ, обычно развивается при повреждении гипоталамо-гипофизарного тракта вследствие перелома основания черепа, опухоли или инфекции: однако он может иметь и наследственную природу. При наследственном нефрогенном несахарном диабете секреция АДГ остается нормальной, но клетки-мишени утрачивают способность реагировать на гормон, вероятно, из-за нарушения его рецепции. Этот наследственный дефект отличается от приобретенного нефрогенного несахарного диабета, который чаще всего возникает при терапевтическом введении лития больным с маниакально-депрессивным психозом. Синдром неадекватной секреции АДГ связан обычно с эктопическим образованием гормона различными опухолями (обычно опухолями легких), но может также наблюдаться и при болезнях мозга, легочных инфекциях или гипотиреозе. Неадекватной такая секреция считается потому, что продукция АДГ происходит с нормальной или повышенной скоростью в условиях гипоосмоляльности, и это вызывает устойчивую и прогрессивную гипонатриемию с выделением гипертонической мочи.

4. Связь между обменом белков, углеводов и липидов. Обмен веществ как единая система процессов

Интенсивность и направление любой химической реакции определяются ферментами, т.е. белками, которые оказывают непосредственное влияние на обмен липидов, углеводов и нуклеиновых кислот. В свою очередь синтез любого белка-фермента требует участия ДНК и всех 3 типов рибонуклеиновых кислот: тРНК, мРНК и рРНК. Если к этому добавить влияние гормонов, а также продуктов распада какого-либо одного класса веществ (например, биогенных аминов) на обмен других классов органических веществ, то становятся понятными удивительная согласованность и координированность огромного разнообразия химических процессов, совершающихся в организме.

Между циклом лимонной кислоты и орнитиновым циклом мочевинообразования имеются сложные связи, определяющие в известной степени скорость реакций, зависимую от энергетических потребностей клетки и концентраций конечных продуктов метаболизма.

В последние годы накоплено немало экспериментальных данных, свидетельствующих о существовании в живых организмах множества регулирующих механизмов, осуществляющих метаболический контроль и обеспечивающих как взаимопревращения белков, липидов и углеводов, так и интеграцию энергии. Не отрицая значение других типов регуляции метаболизма, следует подчеркнуть, что движущей силой во взаимопревращениях веществ и интенсивности метаболизма, вероятнее всего, является энергетическое состояние клетки, в частности уровень АТФ (точнее, отношение АМФ/АТФ).

Таким образом, скорость распада одних питательных веществ и биосинтеза других прежде всего определяется физиологическим состоянием и потребностями организма в энергии и метаболитах.

Благодаря динамичности и координации метаболической активности обеспечивается макро- и микроскопическое постоянство всех форм живого.

«Велосипед Кребса»

Выяснение фундаментальных проблем структуры и функций отдельных биомолекул может служить основой для раскрытия как молекулярных механизмов химических процессов, лежащих в основе состава и функций отдельных клеток и целостного организма, так и процессов, обеспечивающих биологическую индивидуальность живых организмов.

Любые нарушения этого динамического статуса организма сопровождаются развитием патологии, тяжесть и продолжительность которой будут определяться степенью повреждения структуры и функций отдельных молекулярных и надмолекулярных компонентов клеток.

5. Гормоны надпочечников

Гормоны коры надпочечников

Биологически активные кортикостероиды объединяют в 3 основные класса:

1. Глюкокортикоиды (С₂₁-стероиды). Основной глюкокортикоид человека – кортизол.

2. Минералокортикоиды (С₂₁-стероиды). Самый активный гормон этого класса – альдостерон.

3. Андрогены – С₁₉-стероиды. Самый мощный андроген надпочечников – тестостерон.

Строение и основные этапы синтеза кортикостероидов:

Патологическая биохимия:

Гипогликемия – первичная недостаточность надпочечников (аддисонова болезнь); вторичная недостаточность надпочечников вызывается дефицитом АКТГ; избыток глюкокортикоидов (болезнь Кушинга); первичный альдостеронизм (синдром Кона – сниженный ровень ренина и ангиотензина II); вторичный альдостеронизм (повышенный уровень ренина и ангиотензина II); врождённая гиперплазия надпочечников (недостаточность продукции кортизола на фоне гиперпродукции АКТГ); андрогенитальный синдром (гиперпродукция андрогенов).

Система ренин-ангиотензин-альдостерон

Гормоны мозгового вещества надпочечников:

дофамин, норадреналин, адреналин (катехоламиновые гормоны).

Эти гормоны – основные элементы реакции»борьбы или бегства».

Биосинтез катехоламинов:

ДОФА – дигидроксифенилаланин.

Патологическая биохимия: гиперпродукция адреналина и норадреналина (феохромоцитомы – опухоли мозгового слоя надпочечников).

6. Гормоны щитовидной и паращитовидной желёз

Гормоны щитовидной железы

Структура гормонов щитовидной железы:

Патологическая биохимия: зоб (увеличение щитовидной железы – недостаток или избыто йодида), гипотиреоз (дефицит свободных Т₃ или Т₄), гипертиреоз (тиреотоксикоз – избыточное образование тиреоидных гормонов).

Кальцитонин (КТ)

Кальцитонин человека

Патологическая биохимия: клинические проявления недостаточности КТ не выявлены. Избыточность КТ наблюдается при медуллярной тиреокарциноме – заболевании, которое может быть спорадическим или семейным.

Гормоны паращитовидных желёз

Паратиреоидный гормон (ПТГ)

Предшественники и продукты расщепления ПТГ и локализация отдельных этапов расщепления в паращитовидных железах и печени. Цифры в скобках соответствуют числу аминокислот в пре(31) и про(6) фрагментах:

Патологическая биохимия: недостаток ПТГ приводит к гипопаратиреозу (сниженный уровень ионизированного кальция и повышенный уровень фосфата в сыворотке крови); псевдогипопаратиреоз (органы-мишени резистентны к ПТГ); гиперпаратиреоз (избыточная продукция ПТГ возникает, как правило, вследствие аденомы паратиреоидных желёз); вторичный гиперпаратиреоз (гиперплазия паратиреоидных желёз и гиперсекреция ПТГ).

7. Гормоны половых желёз. Жёлтое тело

Гормоны половых желёз

Гормоны семенников: тестостерон, дигидротестостерон, андростендиол

Патологическая биохимия: гипогонадизм (снижение уровня синтеза тестостерона)

Женские половые гормоны: эстрон, эстриол, прогестерон, эстрадиол

Патологическая биохимия: первичный гипогонадизм (недостаточность выработки гормонов); вторичный гипогонадизм (выпадение гонадотропной функции гипофиза); дисгенезия гонад (синдром Тернера) (кариотип ХО); синдром поликистозных яичников (синдром штейна-Левенталя) – гиперпродукция андрогенов.

Жёлтое тело

Жёлтое тело – это особый временно существующий эндокринный орган, подготавливающий внутреннюю слизистую оболочку матки к приему эмбриона и его последующему развитию. Свое название эта железа получила благодаря своему содержимому – пигменту лютеину, имеющему желтый цвет.

Основная функция желтого тела заключается в синтезе гормона прогестерона, но кроме этого, им в небольших количествах вырабатываются андрогены, эстрогены, окситоцин, релаксин, ингибин и другие вещества, необходимые для сохранения и правильного развития беременности. В среднем размеры желтого тела составляют около 10-27 мм.

8. Поджелудочная железа и её функции

Гормоны поджелудочной железы: инсулин, глюкагон, саматостатин, панкреатический полипептид.

Структура проинсулина и инсулина человека

Проинсулин

Инсулин

Патологическая биохимия: сахарный диабет (сахарный диабет I типа – инсулинзависимый, сахарный диабет II типа – инсулин-незавысимый).

Гормоны желудочно-кишечного тракта: гастрин, холецистокинин (ХЦК), секретин, желудочный ингибиторный полипептид (ЖИП), вазоактивный интестинальный полипептид (ВИП), мотилин, соматостатин, панкреатический полипептид (ПП), энкефалины, вещества Р, бомбезиноподобная иммунореактивность (БПИ), нейротензин, энетероглюкагон.

Метаболические сдвиги при инсулиновой недостаточности (сахарный диабет)

9. Тимус

Тимус (вилочковая железа) – орган лимфопоэза человека и многих видов животных, в котором происходит созревание, дифференцировка и иммунологическое «обучение» Т-клеток иммунной системы.

Тимус расположен в верхней части грудной клетки, сразу за грудиной (верхнее средостение).

У человека тимус состоит из двух долей, которые могут быть сращены или же просто плотно прилегать друг к другу. Нижняя часть каждой доли широкая, а верхняя узкая; таким образом, верхний полюс может напоминать двузубую вилочку (отсюда и название).

Тимус вырабатывает гормоны:

• тимозин,

• тималин,

• тимопоэтин,

• инсулиноподобный фактор роста-1 (ИФР-1),

• тимусный гуморальный фактор.

Все они являются белками (полипептидами).

При гипофункции тимуса – снижается иммунитет, так как снижается количество Т-лимфоцитов в крови.

Секреция тимических гормонов и функция тимуса регулируется глюкокортикоидами – гормонами коры надпочечников, а также растворимыми иммунными факторами – интерферонов, лимфокинов, интерлейкинов, которые вырабатываются другими клетками иммунной системы.

Кровь доставляет в тимус незрелые стволовые клетки костного мозга (лимфобласты), где они вступают в контакт с эпителиальными клетками ("воспитателями", или "няньками") поверхностного коркового слоя долек и под влиянием гормонов тимуса (таких, как тимозин) трансформируются в белые кровяные клетки (лимфоциты) – клетки лимфотической системы. По мере созревания этих мелких лимфоцитов (называемых также тимоцитами) они переходят из коркового в мозговой слой долек.

10. Простагландины и тромбоксаны

Эйкозаноиды – обширная группа физиологически и фармакологически активных соединений, синтезируемых большинством клеток.

К ним относятся простаноиды (простагландины, простациклины, тромбоксаны) и лейкотриены.

Наиболее активным предшественником эйкозаноидов является входящая в состав фосфолипидов плазматических мембран арахидоновая кислота. Последняя освобождается из фосфолипидного бислоя мембраны при действии фосфолипазы А2. В образовании эйкозаноидов принимают участие также и другие незаменимые жирные кислоты (линолевая и α-линоленовая), но только после элонгации на два углеродных атома и десатурации, т.е. после превращения в 20-углеродные тетраеновые кислоты.

Простагландины проявляют свое действие в чрезвычайно низких концентрациях (1-10 нг/мл). Будучи введенными в организм, они вызывают сокращение гладкой мускулатуры, регулируют приток крови к определенному органу, оказывают переменчивое влияние на кровяное давление, контролируют транспорт ионов через мембраны и т.д.

Тромбоксаны образуются в тромбоцитах и после выхода в кровяное русло вызывают сужение кровеносных сосудов и агрегацию тромбоцитов.

Простациклины образуются в стенках кровеносных сосудов и являются сильными ингибиторами агрегации тромбоцитов.

Таким образом, тромбоксаны и простациклины выступают как антагонисты. Поэтому соотношение тромбоксана и простациклина во многом определяет условия тромбообразования на поверхности эндотелия сосудов.

Лейкотриены. Это производные 20-углеродных полиненасыщенных (эйкозановых) кислот.

Название «лейкотриены» происходит от двух слов: «лейкоциты» (впервые эти соединения были обнаружены в лейкоцитах) и «триены» (у всех представителей этого класса соединений из четырех ненасыщенных связей три являются конъюгированными).

Лейкотриены синтезируются из эйкозановых кислот в лейкоцитах, клетках мастоцитомы, тромбоцитах и макрофагах по липоксигеназному пути в ответ на иммунологические и неиммунологические стимулы.

Лейкотриены прежде всего рассматриваются как медиаторы воспалительных реакций; они вызывают сокращение мышечной ткани бронхов в концентрациях, в 100–1000 раз меньших, чем гистамин; способствуют сокращению коронарных сосудов.

Эйкозаноиды участвуют в таких процессах, как регуляции тонуса ГМК, влияют на АД, состояние бронхов, кишечника, матки, регулируют секрецию воды и натрия почками, влияют на образование тромбов, участвуют в развитии воспалительного процесса (которое происходит после повреждения тканей или инфекции).

Такие признаки воспаления, как боль, отёк, лихорадка, в значительной мере обусловлены действием эйкозаноидов. Избыточная секреция эйкозаноидов приводит к таким заболеваниям, как бронхиальная астма, аллергическим реакциям.

11. Другие гормоны млекопитающих. Гормоны насекомых. Фитогормоны

Гормоны желудочно-кишечного тракта:

• гастрин,

• холецистокинин (ХЦК),

• секретин,

• желудочный ингибиторный полипептид (ЖИП),

• вазоактивный интестинальный полипептид (ВИП),

• мотилин,

• соматостатин,

• панкреатический полипептид (ПП),

• энкефалины,

• вещества Р,

• бомбезиноподобная иммунореактивность (БПИ),

• нейротензин,

• нетероглюкагон.

Гормоны насекомых

Ювенильный гормон – гормон насекомых, регулирующий их постадийное развитие. По химической природе – изопреноид.

Образуется у насекомых как с полным, так и с неполным превращением. Содержание ювенильного гормона в организме очень мало (10^-1-10^-2 мкг/г). Биосинтез и секреция ювенильного гормона осуществляются прилежащими телами (corpora allata) и начинаются под действием белкового активационного гормона, вырабатываемого нейросекреторными клетками мозга, с момента вылупления личинки из яйца. В течение личиночного периода ювенильный гормон тормозит активность другого гормона – экдизона, который стимулирует рост личинки, ускоряет её линьку, и таким образом поддерживает нормальное развитие личинки до полной зрелости.

Гормоны растений (фитогормоны)

Фитогормоны – это вещества, вырабатывающиеся в процессе естественного обмена веществ и оказывающие в ничтожных количествах регуляторное влияние, координирующее физиологические процессы. В этой связи к ним часто применяется термин – природные регуляторы роста.

Известны следующие пять основных групп фитогормонов:

• ауксины (стимулирующие растяжение клеток),

• гиббереллины (стимулирующие рост растений),

• цитокинины (стимулирующие деление клеток),

• абсцизовая кислота (ингибитор роста растений),

газ этилен (ингибитор).

Таким образом сбалансированное взаимодействие ювенильного гормона и экдизона обеспечивает нормальное развитие насекомых.

Большинство физиологических процессов, в первую очередь рост, формообразование и развитие растений, регулируется гормонами. Гормоны играют ведущую роль в адаптации растений к условиям среды.

Дополнительная группа фитогормонов:

• Гормоны цветения (флориген, верналин).

• Витамины группы В (тиамин, ниацин, пиридоксин) – регулируют рост и питание растений.

Брассины (брассиностероиды) – некоторые из них стимулируют рост растений.