Гормоны

Общая информация

Первоначальное определение гормона, данное Старлингом в 1905 году, звучало так: «гормон — это вещество, вырабатываемое железами внутренней секреции, которые служат для передачи сигналов через кровь к органам-мишеням».

Сегодня считается, что это определение является не совсем точным, однако более новые определения также не охватывают всего значения гормонов как конкретных носителей информации.

Один из основных нюансов заключается в том, что нет разграничения между гормонами и другими сигнальными молекулами, такими как цитокины, факторы роста или аутакоидные соединения.

Представляется, что точное определение даже невозможно, поскольку некоторые цитокины и факторы роста, такие как цитокины эритропоэтин, липокалин-2 и аспрозин или фактор роста фибробластов 23, действуют как гормоны при определенных условиях.

История

На рубеже XX века была сформулирована важная медицинская дисциплина, существенно расширившая наши представления о различных процессах регуляции организма – эндокринология. Были проведены исследования действия экстрактов коры надпочечников, щитовидной железы, селезенки и гипофиза.

Соединения, обладающие регулирующими функциями, назывались гормонами с 1905 года, после того, как этот термин впервые был использован физиологом Эрнестом Генри Старлингом в июне того же года на лекции для Лондонского Королевского колледжа врачей.

В своем исследовании воздействия секрета двенадцатиперстной кишки на поджелудочную железу он обнаружил составной секретин, который вызывал эффект даже после того, как все нервы были удалены из двенадцатиперстной кишки, тем самым показывая, что сигнал проходит не по нервам, а по крови.

Таким образом, гормон был определен как соединение, которое вырабатывается в секреторной ткани и транспортируется системой кровообращения к тканям-мишеням, где оно вызывает функциональные изменения.

Это понятие о гормоне позже появилось в учебниках с формулировкой: «гормон – это вещество, вырабатываемое железами внутренней секреции, которое служит для проведения сигналов через кровь к органам-мишеням».

Однако, гормоны могут продуцироваться в тканях, отличных от специализированных желез с внутренней секрецией, и транспорт к месту их действия не связан с кровеносной системой.

У растений каждая клетка способна вырабатывать гормоны. Гормоны действительно являются носителями информации, но существует огромное количество сигнальных соединений, которые мы не считаем гормонами.

Альтернативные формулировки

Эти химические вещества могут контролировать многие процессы, от метаболизма до поведения, и необходимы организму для выживания и размножения.

Спорт

Большой интерес к изучению механизмов работы эндокринной системы имеют не только работники здравоохранительных органов, а также представители различных спортивных дисциплин. Ведь на сегодняшний день известно, что влияние гормонов на спортивные показатели весьма существенно.

Некоторые вещества, из группы гормонов, способны оказывать мощное влияние на повышение работоспособности организма. В связи с этим некоторые гормональные препараты представляют большую ценность для спортивной фармакологии

Нейрогормоны

Гормональная регуляция тесно связана с регуляцией, осуществляемой нервной системой, и эти два процесса обычно различаются скоростью, продолжительностью и степенью действия.

То есть эффекты эндокринной регуляции могут медленно развиваться, но иметь продолжительное и обширное влияние по всему телу, тогда как нервная регуляция обычно связана с быстрыми реакциями, которые имеют короткую продолжительность и локализованы по спектру своего действия.

Современные научные достижения достижения несколько изменили эти представления.

Нервные клетки являются секреторными, так как ответы на нервные импульсы зависят от продукции химических веществ-передатчиков или нейротрансмиттеров, таких как ацетилхолин и норадреналин. Нейротрансмиттеры высвобождаются в нервных окончаниях в незначительных количествах и имеют только кратковременное действие.

Однако было установлено, что некоторые специализированные нервные клетки, которые называются нейросекреторными клетками, могут преобразовывать нервные сигналы в химические стимулы в виде веществ, которые называются нейрогормонами.

Нейрогормоны часто представляют из себя полипептиды — соединения, подобные белкам, но состоящие из меньшего количества аминокислот. Нейрогормоны проходят по отросткам нервных клеток, или аксонам, и обычно выделяются в кровоток в специальных областях, называемых нейрогемальными органами, где аксоны находятся в тесном контакте с кровеносными капиллярами.

Высвобождаясь таким образом, нейрогормоны действуют аналогично гормонам, которые передаются в кровоток и синтезируются в железах внутренней секреции.

Различия между нервной и эндокринной регуляцией, уже не столь четкие, как казалось раньше, и еще больше ослабляются тем фактом, что нейросекреторные нервные окончания иногда настолько близки к своим клеткам-мишеням, что сосудистая передача становится необязательной.

Имеются убедительные доказательства того, что гормональная регуляция происходит путем диффузии у растений и у низших животных (например, кишечнополостных), у которых отсутствует сосудистая система

Пептидные гормоны

Пептидные гормоны представляют собой водорастворимые молекулы, которые состоят из аминокислот, связанных амидными связями. Они существуют в виде одиночных полипептидных цепей или в виде мультимерных белков, насчитывающих от 3 до 200 аминокислот.

Пептидные гормоны действуют на рецепторы клеточной поверхности и, следовательно, должны быть способны к экзоцитозу после трансляции. Эти гормоны широко варьируются по размеру и структуре, но следует отметить несколько семейств пептидов.

Гликопротеины представляют собой группу гликозилированных гетеродимеров альфа- и бета-субъедениц. Альфа-субъединица состоит из 92 аминокислот и является общей для всех пептидов этого класса.

Это семейство включает тиреотропный гормон (ТТГ) и гонадотропины: фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), лютеинизирующий гормон (ЛГ) и хорионический гонадотропин человека (ХГЧ).

Проопиомеланокортин — это семейство состоит из гормонов, полученных из одного белкового продукта, который расщепляется по различным остаткам лизина на несколько активных пептидов, включая адренокортикотропный гормон (АКТГ) и бета-липотропин.

Задняя доля гипофиза вырабатывает два пептидных гормона, которые отличаются только двумя аминокислотами: окситоцин и антидиуретический гормон (АДГ). Оба являются нонапептидами с дисульфидным мостиком, которые упакованы с белками-носителями, называемыми нейрофизинами.

Инсулин и инсулиноподобный фактора роста (IGF) это семейство, которое также относится к пептидным гормонам.

Инсулин состоит из 51 аминокислоты и представляет собой гормон из двух полипептидных цепей, связанных дисульфидной связью. Тогда как ИФР-1 — это один полипептид, состоящий из 70 аминокислот.

Семейство гормона роста (GH) представляет собой большие негликозилированные одиночные полипептидные цепи, состоящие примерно из 200 аминокислот, которые имеют две внутренние дисульфидные связи. В эту группу входят гормон роста, пролактин и плацентарный лактоген человека.

Стероидные гормоны

Стероидные гормоны синтезируются из холестерина и поэтому имеют сродство к жирам, свободно диффундируют через клеточные мембраны и имеют структуру из трех смежных циклогексильных колец, соединенных с одним циклопентильным кольцом.

Эти производные холестерина отличаются своими боковыми группами и ковалентными связями, что позволяет связываться с разными внутриклеточными рецепторами.

Синтез стероидов начинается, когда эндокринная клетка стимулируется пептидным гормоном, например, адренокортикотропным гормоном, что приводит к расщеплению хранящихся в цитоплазме сложных эфиров холестерина и перемещению вновь освобожденного холестерина в митохондрии.

Затем боковая цепь холестерина расщепляется холестериндесмолазой с образованием прегненолона. Тканеспецифические ферменты определяют дальнейшее превращение прегненолона в конечные стероидные продукты.

Производные тирозина

В хромаффинных клетках мозгового слоя надпочечников одна молекула тирозина превращается в норадреналин или эпинефрин, а также водорастворимые катехоламины, которые действуют как лиганды для рецепторов клеточной поверхности.

В цитоплазме тирозин превращается в дигидроксифенилаланин (ДОФА) с помощью тирозингидроксилазы. Затем ДОФА превращается в дофамин с помощью декарбоксилазы аминокислот.

Дофамин упаковывается в везикулы через везикулярный переносчик моноаминов, где он превращается в норадреналин с помощью дофамин-бета-гидроксилазы.

Около 80% норадреналина затем превращается в адреналин через фенилэтаноламин-N-метилтрансферазу, активность которой значительно повышается под действием кортизола

В фолликулах щитовидной железы тирозин превращается в тиреоидный гормон (ТГ) — липофильную полийодированную молекулу дитирозина, взаимодействующую с внутриклеточными рецепторами.

ТТГ стимулирует поглощение йодида вдоль базальной поверхности фолликулярных клеток через натрий-йодидный симпортер. Этот транспорт опосредуется АТФ и работает против электрохимического градиента, обеспечивая адекватное поглощение йодида. [3] Внутри клетки перекись водорода действует как окислитель с образованием йода через фермент тиреопероксидазу (ТПО).

Затем йод активно транспортируется через апикальную поверхность в просвет фолликула, где остатки тирозина откладываются на больших молекулах тиреоглобулина. Эти остатки соединяются и образуют либо трииодированные, либо тетрайодированные остатки дитирозина.

После этого фолликулярный тиреоглобулин подвергается эндоцитозу в клетке, где эндосома сливается с лизосомой. Это приводит к отщеплению этих остатков дитирозина от тиреоглобулина с образованием тетрайодированного тироксина (Т4) и трийодтиронина (Т3), более активной формы тиреоидного гормона. ТТГ стимулирует этот процесс.

Тиреоидный гормон транспортируется черех кровоток с помощью белков-переносчиков. К ним относятся тироксинсвязывающий глобулин (70%), альбумин (от 15 до 20%) и транстиретин (от 10 до 15%).

Тиреоидный гормон активен, когда он свободно диссоциирует в кровотоке. Его эффективность еще больше увеличивается на периферии, когда Т4 превращается в Т3 с помощью фермента 5'-дейодиназы. [5]

Гормоны и другие сигнальные молекулы сходства и отличия

Текущие определения гормона приблизительны и охватывают фундаментальные аспекты этих соединений как сигнальных молекул, необходимых для переноса сигналов к тканям-мишеням.

Между гормонами и другими типами сигнальных молекул не существует четких границ, поскольку некоторые цитокины, факторы роста и аутакоидные факторы в определенных ситуациях действуют как типичные гормоны.

Цитокины

Цитокины представляют собой группу сигнальных белков, в основном играющих роль в иммунном ответе, включая интерфероны, интерлейкины, лимфокины, хемокины и факторы некроза опухоли.

Цитокин эритропоэтин является гемопоэтическим фактором и в основном синтезируется в почках. Однако эритропоэтин и его рецепторы также присутствуют в различных других тканях и обладают плейотропными эффектами.

Эритропоэтин также обладает антиапоптотической активностью и обладает потенциальной нейропротекторной, нефропротекторной и кардиопротекторной ролью при ишемии и других повреждениях тканей.

Он также участвует в ангиогенезе, нейрогенезе и иммунном ответе. У больных сахарным диабетом эритропоэтин снижает гипергликемию и замедляет распространение ретинопатии. Таким образом, эритропоэтин также можно считать гормоном.

Цитокин липокалин-2 регулирует толерантность к глюкозе, чувствительность к инсулину и секрецию инсулина. Липокалин-2 вырабатывается в различных тканях, и возможно, что его функция зависит от ткани происхождения.

Факторы роста

Другие примеры можно найти в нескольких факторах роста. Из 27 известных факторов роста фибробластов три классифицируются как эндокринные факторы роста (FGF19, FGF21 и FGF23).

Факторы роста — это вещества или раздражители, влияющие на рост организма или его части. Они включают главным образом группу белков, стимулирующих клеточную пролиферацию и дифференцировку.

Фактор роста фибробластов 23 (FGF23), продуцируемый в костях, снижает реабсорбцию фосфатов и выработку кальцитриола в почках, а также снижает выработку паратгормона в паращитовидных железах и, как таковой, является важным регулятором метаболизма кальциофосфатов.

FGF23 следует рассматривать как гормон, который является частью оси регуляции кости и почек. Он защищает организм от избытка витамина D и регулирует минерализацию костей посредством почечного воздействия на доступность фосфатов.

Дефекты в производстве или секреции FGF23 приводят к дисбалансу гомеостаза фосфатов.

Аутакоиды

Аутакоиды — это биологические факторы (сигнальные молекулы), которые действуют как локальные факторы (местные гормоны), характеризуются кратковременной активностью и функционируют вблизи места их синтеза.

К ним относятся такие молекулы, как эйкозаноиды (простагландины, тромбоксаны, лейкотриены, липоксины, резолвины и эоксины), ангиотензин, нейротензин, газообразные гормоны (закись азота – NO, азот – N, сероводород – H₂S), кинины, гистамин, серотонин, эндотелины, эндоканнабиноиды и пальмитоилэтаноламид.

Больше информации о гормонах в разделе Эндокринные гормоны