бык, овца, свинья, крыса и др.) молекулярная масса кристаллического препарата гормона роста колеблется от 20 ООО до 22000.

В гипофизе человека содержится от 3,7 до 6,0 мг СТГ. Обладая М = 21000, он представлен одной полипептидной цепочкой из 191 аминокислотного остатка. Первичная структура ее выяснена Ч. Ли и сотр. (1969) и уточнена Г. Найлом с сотр. (1973). Известна также первичная структура СТГ быка и овцы (по 191 аминокислотному остатку). Изучена последовательность аминокислотных остатков в гормоне роста многих рыб (байкальского омуля, кеты, форели, угря, трески, лосося, щуки и др.) и выявлена множественность генов, кодирующих слегка различающиеся варианты полипептидньк цепей СТГ даже у одного и того же вида рыб. Эти данные открывают новое направление в химии гормонов пептидной природы, раскрывающее причину множественности не только у СТГ, но и во многих других случаях.

Третичная структура СТГ человека характеризуется сближенностью С-и N-концевых аминокислот, наличием четырех мощных спиралей, охватывающих половину его полипептидной цепи и присутствием неорганизованной последовательности, составляющей вторую половину молекулы. В узнавании рецептора СТГ участвуют его 1-ая и 2-ая а-спирали и часть неупорядоченной петли, соединяющей 1-ую и 2-ую спирали; вслед за этим по 1-ой и 3-ей спиралям присоединяется вторая молекула рецептора, что обеспечивает его димеризацию и передачу гормонального сигнала. Содержание СТГ в крови человека в норме колеблется в широких пределах—от 0—3 мкг/мл после ночного голодания до 100 мкг/мл после приема сахара.

Гормон роста обладает ярко выраженным анаболическим действием и влияет на все клетки организма, повышая в них уровень биосинтетических процессов. Он усиливает биосинтез белков, ДНК, РНК и гликогена, но способствует мобилизации жиров из жировых депо и ускоряет распад высших жирных кислот и глюкозы. СТГ улучшает функции почечных канальцев и нормализует минеральный и водный обмен организма. Все это способствует росту организма, но в конечном счете действие СТГ гораздо шире, нежели только регуляция роста.

Исследования на молекулярном уровне показали, что СТГ стимулирует деятельность РНК-полимераз и полирибосомного аппарата клетки. Как свидетельствуют опыты с меченым фосфором, самым ранним эффектом действия гормона роста является синтез в ядрах клеток предшественников мРНК и рРНК. Вместе с тем велико его влияние и на проницаемость клеточных стенок, так как фонд внутриклеточных аминокислот в присутствии СТГ значительно возрастает, что способствует новообразованию белков. Возможно, первопричиной всех этих явлений служит все же активирование мембран-но-связанной аденилатциклазы. Вместе с тем показано, что СТГ повышает содержание в крови особых стимулирующих рост факторов—соматомеди-нов—белков с М«7000. Механизм их действия активно изучают.

Гормон ожирения—лептин (от греч. leptos—тонкий) открыт группой исследователей во главе с Дж. Фридманом в 1992 г., хотя первые сведения о мутациях гена «ob» (obese—ожирение), вызывающих ожирение у мышей, были получены в начале 50-ых гг. Этот белковый гормон, экспрессирующийся в адипоцитах в виде 167-членного предшественника, экскретируется в кровь

455

в качестве активного пептидного гормона, составленного из 145 аминокислотных остатков, последовательность которых выяснена. При парэнтеральном и внутривенном введении его в количестве нескольких микрограммов на животное в день происходит повышение энергетического обмена, снижение потребления пищи, увеличение двигательной активности и снижение веса мышей вследствие уменьшения запасов жира в организме. После прекращения введения лептина все исследованные параметры достаточно быстро возвращаются к исходному уровню. Предполагают, что гормон ожирения секретирует-ся адипоцитами в кровь в изменяющихся количествах в зависимости от потребностей организма. Какие клетки или ткани играют роль «липостата» и каков механизм взаимодействия гормона с рецептором и метаболических изменений, происходящих в ответ на рецепцию, остается неизвестным. Заметим, что вопрос об использовании лептина для лечения ожирения у человека потребует специального исследования.

Механизм действия пептидных гормонов. Пептидные гормоны не проникают внутрь клеток-мишеней и взаимодействуют с белковыми рецепторами, расположенными на их поверхности, в плазматической мембране. Поэтому их механизм действия принципиально отличается от такового стероидных гормонов.

Подавляющее большинство гормонов пептидной природы в результате связывания с рецепторным комплексом клеточной мембраны возбуждает активность аденилатциклазы, встроенной в эту же мембрану:

NH

он он он

I I I

но—Р—О—Р—о—Р—о—сн

о о о

н >| г н

JH он Аденозин-5'-трифосфат

У*ГНг . ОН ОН

' С^н н^Ъ + НО—Р—О—\—он

<( HNLJf4 ii I

НО—Р-о он

Аденозин-3',5'-монофосфат (циклический АМФ; цАМФ)

Возникающее при этом соединение—циклический аденозинмонофосфат, открытое в 1957 г. одновременно двумя группами исследователей—Е. Сатерлэн-дом с сотр. и Д. Маркхэмом с сотр., оказалось тем веществом, которое передает гормональный сигнал метаболическим системам клетки, т. е. является, по существу, вторичным посредником в передаче этого сигнала (первичный посредник— рецепторный белок, воспринимающий гормональный сигнал). Дело в том, что цАМФ является аллостерическим регулятором протеинкиназ, при участии которых фосфорилируются гистоны и негистоновые белки хроматина (это сказывается на метаболической активности генома клетки и, в частности, на уровне биосинтеза мРНК), рибосомальные белки и белковые факторы трансляции (это отражается на интенсивности новообразования белков в рибосомальном аппарате клетки), многие ферменты (что предопределяет степень их активности) и т. п. Поскольку это затрагивает фундаментальные стороны обмена веществ, то вполне объяснимы биохимические и физиологические явления, наблюдаемые при недостатке или избытке пептидных гормонов. Ряд конкретных примеров такого механизма действия пептидных гормонов был рассмотрен ранее при изучении реакции фосфоролиза гликогена, липолитических процессов и др.

Передача гормонального сигнала аденилатциклазе осуществляется в результате работы гормон-рецепторного комплекса, структура которого представлена на рис. 137. Ключевыми в системах сопряжения гормонального

456

Рис. 137. Механизм действия гормонов пептидной природы:

Р—рецептор гормона; G—регулярный белок, способный связывать гуаниловые нуклеотнды (отсюда название—G-белок), сопрягающий мембранный рецептор с системой вторичных посредников; АЦ— аденилатциклаза, Г—гормон. При взаимодействии рецептора с гормоном сигнал передается регулятор-рому G-белку, в котором связанная с ним ГДФ заменяется на ГТФ. Это приводит к активированию аденилатциклазы и синтезу цАМФ

и иных сигналов с образованием вторичных посредников являются G-белки. Они могут стимулировать (Gs=белки) и ингибировать (Gj-белки) передачу сигналов. Многие из них выделены в гомогенном состоянии, расшифрован их субъединичный состав: содержать всегда а (М = 39—52 тыс

Мембраны клеточной оболочки

глюкагон, паратгормон, тиреотропин, лютропин, фоллитропин, АКТГ, каль-цитонин, Ji -меланотропин, вазопрессин, адреналин

?Наружный слой мембраны

Внутренний слой мембраны

Рибосомы

цЛМ9+РР

I

Протеинкиназы

-\-

XXXWCXXX Хроматин

Ферменты и другие белки

Да), р (35 тыс. Да) и у (8—10 тыс. Да). Выяснена первичная структура ряда субъединиц и их функциональная активность (рис. 138). Что касается рецепторов, обеспечивающих сопряжение действия сигнала с гетеротримерными G-белками, то сейчас их уже известно более сотни. Они не только обеспечивают передачу сигнала к G-белкам, но и способны умножать этот сигнал до тех пор, пока на них действует лиганд, так как каждый рецептор может активировать множество G-белков, пока с ним продолжает оставаться связанной сигнальная молекула. Таким образом G-белок-сопряженные. взаимодействия образуют многовекторную и многоуровневую сеть передачи и обработки сигнальной информации. Рецепторы, несмотря на функциональные различия, обладают высокой степенью структурной гомологии, так как каждый из них включает 7 трансмембранных доменов, представленных а-спиральными конформациями полипептидной цепи.

Концентрация цАМФ, а также другого вторичного посредника (цГМФ) контролируется фосфодиэстеразами циклических нуклеотидов, которые ускоряют гидролиз цАМФ и цГМФ и прекращают их регуляторное действие. Активность же фосфодиэстеразы цАМФ ингибируется 2', 5'-олигоаденилатом. Так создается многозвенная система регуляции протеинкиназных реакций в клетке:

457

ГТФ ГДФ

Рис. 138. Структура и механизм действия G-белка:

/—под воздействием рецептора гормона ГДФ отделяется от G-белка и заменяется на ГТФ, а сам G-белок диссоциирует на а<субъединицу и комплекс 0- и у-субъединнц, //—а-субъединица сближа • ется с аденилатциклаэой и активирует ее. что обеспечивает образование цАМФ; ///—медленно работающий ГТФазный центр гидролизует ГТФ, что приводит к утрате а-субъедиинцей ее активирующего воздействия на аденилатциклазу и инактивации последней; синтез цАМФ прекращается; IV—о-субъединица высвобождает аденилатциклазу и ассоциируется с комплексом н у-субъединиц; система приходит в исходное состояние и готова снова принять и реализовать гормональный сигнал

Однако некоторые из гормонов пептидной природы действуют не по аденилатциклазному механизму. Например, инсулин, связываясь с белковым рецептором (М=460 ООО, гликопротеин, состоящий из 4 еубъединиц) плазматической мембраны клетки-мишени, изменяет ее проницаемость (см. рис. 136). В результате этого усиливается проникновение в клетку субстратов (глюкоза, аминокислоты и др.) и в ней на полную мощность включаются в работу соответствующие ферменты. Аналогичным образом действует окситоцин: образование гормон-рецепторного комплекса сопровождается усилением переноса Са2+, что инициирует сокращение мышечных волокон альвеол молочных желез.

Биосинтез пептидных гормонов. Биосинтез всех пептидных гормонов, за исключением рилизинг-факторов (см. ниже в этом разделе), протекает в соответствии со схемами, известными для биосинтеза белковых тел. Однако есть, по крайней мере, три особенности в биосинтезе пептидных гормонов, которые следует отметить.

Первая из них состоит в том, что, как правило, пептидные гормоны возникают путем протеолитической фрагментации высокомолекулярных предшественников—препрогормонов. При этом от них сначала отщепляются

458

сигнальные пептиды (см. с. 300), способствовавшие выведению предшественников гормонов из железистых клеток, а потом—пептидные фрагменты про-гормонов.

Вторая особенность касается биосинтеза пептидных гормонов, молекулы которых состоят из нескольких пептидных цепочек, как, например, у инсулина. Выяснено, что соединение пептидных цепочек друг с другом идет при участии инсулин: глутатионтрансгидрогеназы:

2SS-глутатион

ч

(HS)2-uenb А + (HS)2-uerib В-\^ — цепь A-(SS)2-uenb В

Шв-глутатиои

Впрочем, в последнее время выявлено, что вообще замыкание SS-мостиков в биологически активных белках осуществляется ферментативным путем. Поэтому, возможно, эта реакция не столь специфична для пептидных гормонов.

Третья особенность заключается в том, что биосинтез пептидных гормонов регулируется в ряде случаев нейрогормонами, продуцируемыми особым участком головного мозга—гипоталамусом. Они представлены олигопептидами, и их насчитывается около десяти. Структура 4 из них выяснена. Так как они либо усиливают синтез пептидных гормонов гипофиза, попадая в него по капиллярной системе прямо из гипоталамической области, либо ослабляют его, их называют либеринами и статинами соответственно (сохраняется и первоначальное название, а именно—рилизинг-факторы, т. е. облегчающие высвобождение тройных пептидных гормонов). Так, благодаря титанической работе, проведенной двумя группами ученых (Р. Гиллемин с сотр. и Э. Шелли с сотр.; половина Нобелевской премии 1977 г. по физиологии и медицине), в конце 70-х годов была установлена структура тиролиберина—трипептида, резко повышающего выделение гипофизом тиреотропина:

сн2—сн2—сн-

СО-NH

;Н7—СН2—СН—СО—NH—СН—СО—N—г—CONHj

.н2

Пироглу-гис-про (NH2)

Не следует забывать также, что пептидные гормоны с тропными функциями подчиняются регуляции по принципу обратной связи теми конкретными гормонами, биосинтез которых они ускоряют.

Открытие рилизинг-факторов послужило толчком для мощного всплеска работ по изучению регуляторных функций пептидов. Наиболее выдающимся их результатом оказалось обнаружение семейства опиоидных, эндогенных пептидов (эндорфины и энкефалины), являющихся индукторами ощущений удовольствия, приятного настроения, состояния эйфории в результате их прямого морфиноподобного воздействия на опиатные рецепторы центральной нервной системы. Они же оказывают болеутоляющее действие, влияют на кровяное давление, двигательную и дыхательную функцию, температуру тела и т. п. Будучи пептидами протяженностью от 5 до 31 аминокислотного остатка, опиоидные пептиды возникают из проопиокортина (М = 29 кДа, 265 аминокислотных остатков, синтезируется в мозге) путем его селективного гидролиза. Так как характерная для них последовательность с N-конца молекулы—тир-гли-гли-фен- довольно распространена в пищевых белках, они могут возникать при деструкции последних.

459

Открытие опиоидных пептидов и ряда других нейропептидов поставило проблему возможных социальных последствий развития этой области эндокринологии; его расценивают сейчас как «нейропептидную революцию».

ПРОЧИЕ ГОРМОНЫ

Из гормонов, не являющихся по своей химической природе стероидами или пептидами, у человека и животных хорошо известны адреналин, тироксин и простагландины, а также аналогичные им соединения; в растительном царстве широко представлены ауксины, гиббереллины и гштокинины.

Адреналин—гормон, синтезируемый в мозговом веществе надпочечных желез. О его существовании известно более столетия. В 1901 г. адреналин был выделен из экстракта надпочечников в кристаллическом состоянии Такамине, Альдрихом и И. Фюртом. Двумя годами позже Ф. Штольц дал окончательное доказательство его структуры путем синтеза. Адреналин оказался 1-(3,4-диоксифенил)-2-метиламиноэтанолом:

ОН

I

H3C-NH-CH2

Это бесцветный кристаллический порошок с /пл = 215—126° С. Обладая асимметрическим атомом углерода (отмечен звездочкой), адреналин существует в виде двух оптических изомеров. Из них левовращающий ([a]D20= —53,5°) по гормональному действию в 15 раз активнее правовращающего. Именно он синтезируется в надпочечниках.

В мозговом слое надпочечников человека, весящих 10 г, содержится около 5 мг адреналина. Кроме того, в них же найдены гомологи адреналина: норад-реналин (0,5 мг) и изопропиладреналин (следы). Формулы их приведены ниже при рассмотрении путей биосинтеза этих гормонов.

Адреналин и норадреналин есть также в крови человека. Содержание их в венозной крови составляет 0,04 и 0,2 мкг% соответственно. Предполагают, что адреналин и норадреналин в виде соли с АТФ в небольших количествах откладываются в окончаниях нервн