ых волокон, высвобождаясь в ответ на их раздражение. В результате этого устанавливается химический контакт между окончанием нервного волокна и клеткой или между двумя нейронами.

Все три вещества—адреналин, норадреналин и изопропиладреналин — оказывают мощное влияние на сосудистую систему организма. Кроме того, они повышают уровень обмена углеводов в организме, усиливая распад гликогена в мышцах. Это объясняется тем, что фосфорилаза мышц под опосредствованным аденилатциклазой действием адреналина переходит из неактивной формы (фосфорилаза в) в активную форму (фосфорилаза а) (см. с. 334).

Таким образом, адреналин в мышцах выполняет ту же функцию, что глюкагон в печени, обеспечивая запуск аденилатциклазной реакции после взаимодействия с поверхностным гормональным рецептором клетки-мишени (см. рис. 137).

Биосинтез адреналина и его гомологов осуществляется из тирозина в соответствии со следующей схемой:

460

HjN—CH, Окситирамин

ОН

Дноксиф икл-алаиин (ДОФА)

СНОН I

H2N—СН, Норадреиалнн

H2N—СН—СО ОН Диокснфеиил-серкн

СН3 СНОН

НаС—СН—NH—СН2 Изопропиладреналпи

Все указанные реакции осуществляются при участии соответствующих ферментов.

Тироксин—гормон, возникающий в щитовидной железе. Первые сведения о тиреоидном гормоне относятся к концу прошлого столетия (Ф. Блюм, 1896), но лишь сравнительно недавно Е. Кендаль, Дж. Рош и Р. Питт-Риверс установили, что непосредственным действующим началом, выделяемым железой в кровь, являются иодтиронины:

он

он

соон

L-Тнронин

СН, • I

H-f^H-NHj СООН L-Тироксин (3,5,31,51- тетраиод-тироиин)

Н—СН—NH2

СООН

Ь-З^з'-Трн-иодтироиин

Н—CH-NHj

СООН

L-З.З'-Ди-иодтиронии

Схема 13. Пути биосинтеза адреналина и его гомологов

Связываясь с переносчиком—а2-глобулином крови, они попадают в клетки тканей организма, где и проявляют свое действие. В течение суток в кровь поступает около 1 мг тироксина, что в три раза превышает суточную потребность в нем. В тканях осуществляется дальнейшее видоизменение иодтирони-нов, в результате чего из них возникают более активные в биологическом отношении вещества, являющиеся, возможно, истинными носителями гормональной активности.

Перечисленные выше соединения в разной степени проявляют нижеследующую биологическую активность. При их недостатке (гипофункция щитовидной железы) замедляется обмен веществ, развивается ожирение, задерживается рост у детей, приостанавливается психическое развитие. Все эти явления часто объединяют под общим названием—кретинизм. При избытке тироксина и его

461

I

производных (гиперфункция щитовидной железы) резко усиливается обмен веществ, учащается пульс, повышается раздражимость, падает масса, развивается пучеглазие. Весь комплекс перечисленных нарушений принято называть базедовой болезнью (по имени врача Базедова, детально описавшего гиперфункцию щитовидной железы).

Механизм действия тиреоидных гормонов окончательно не установлен. Однако ясно, что он сводится к индукции биосинтеза ферментов, так как уровень продукции более 100 из них изменяется под влиянием L-тироксина. Есть достаточно оснований считать, что белки-рецепторы тиреОидных гормонов сосредоточены непосредственно в хроматине ядра; связываясь с ними, иодтиронины изменяют метаболическую активность последнего. Вместе с тем установлено, что тиреоидные гормоны повышают активность аденилатциклазы и содержание цАМФ в клетках-мишенях, т. е. действуют через рецепторы аденилатциклазной системы (см. рис. 136).

В биосинтезе тиреоидных гормонов есть черты большого своеобразия. Ключевой реакцией является конденсация двух молекул дииодтирозина в молекулу тетраиодтиронина. Процесс осуществляется в щитовидной железе при участии особого белка—тиреоглобулина (М=660 ООО; 2 x 330000). Полипептидная цепь каждой из субъединиц его включает «2600 аминокислотных остатков и является претендентом на самую длинную из известных природных полипептидных цепей.

Установлено, что иодированный тирозин не вступает в полипептидную цепь тиреоглобулина в процессе его биосинтеза. В специфической области щитовидной железы, которую называют коллоид, при посредстве тиреоид-пероксидазы в присутствии эндогенной Н202 идет включение атомов иода в N-концевой остаток тирозина полипептидной цепи субъединицы тиреоглобулина. Затем осуществляется реакция конденсации свободного дииодтирозина с радикалом связанного дииодтирозина: он он

JL л

Специфический фермент _

I + Z I

СН2 СН2

I I

NHj— СН — СО —... HjN — СН — СООН

Свободный дняодтяроакк

ОН

I

СН3

+ H2N - СН — СООН

Алания

К- концевой тироксин

462

Вместе с тем возможна конденсация N-концевого моноиодтирозина со свободным дииодтирозином или моноиодтирозином. Это приводит к синтезу jv-концевых трииодтиронина и дииодтиронина.

В результате реакции гидролиза N-концевые тироксин, трииодтиронин или дииодтиронин отщепляются и поступают в железу, а затем—в кровь. Как показано выше, синтез тироиодных гормонов стимулируется тиреотропином.

Простагландины—соединения с широким спектром гормонального действия. Первые данные об их существовании относятся к 1930 г., хотя свое название они получили только в 1957 г., когда С. Бергстрем и сотр. выделили их в кристаллическом состоянии. Простагландины оказались производными поли-еновых 20-углеродных жирных кислот, из которых они синтезируются во многих тканях человека и животных, преимущественно в репродуктивных органах. В зависимости от строения циклической части молекулы различают природные простагландины А, В, С, D, E,F,GviH,& число двойных связей в боковых цепях перечисленных типов простагландинов обозначают цифровыми индексами:

Простагландив 02 Простагландии Hj

В настоящее время известно около 30 природных простагландинов и синтезировано около 500 их аналогов. За работы по изучению простагландинов С. Бергстрему (выделение), Б. Самуэлсону (выяснение структуры) и Дж. Вейну (синтез аналогов) в 1982 г. присуждена Нобелевская премия.

. Действие простагландинов отличается крайне разнообразными физиологическими и фармакологическими эффектами. В связи с этим они находят все

463

более широкое применение при создании принципиально новых лекарственных средств. Видимо, это связано с тем, что механизм их действия сводится к усилению или ослаблению влияния многих других гормонов на фундаментальные стороны обмена веществ на генетическом, аденилатциклазном и других уровнях. Постепенно укрепляется мнение, что простагландины являются модуляторами гормон-рецепторных комплексов, т. е. способны изменять их активность, опосредуя действие гормонов.

Ауксины—гормоны, стимулирующие рост целых растений и отдельных их частей. Открыты в период 1924—1928 гг. Н. Г. Холодным во время его работы в Германии. Они содержатся в корнях, стеблях и листьях. Известно два ауксина—а и Ь:

^CH(OH)—СН2—CH(OH)—CH(OH)—соон I Ауксин а

Н3С—СН2—СН-^^^СН—СН2—СН3

CHj сн3

_^СН(ОН)—СН2—СО—СН2—СООН

Ауксин b

Н3С—СН2—CH'^4^S^CH—СН2—СН3 СН, СН3

Это жирорастворимые вещества, в ничтожных количествах ускоряющие растяжение клеток и рост растений.

Гетероаукснн—гормон, содержащийся в растениях и образуемый дрожжами, плесневыми грибами и бактериями. В 1934 г. Ф. Кёгль установил, что он представляет собой Р-индолилуксусную кислоту:

Особенно хорошо ускоряет рост корней, в связи с чем его широко используют практически при размножении растений черенкованием.

Гиббереллины—гормоны, образуемые грибком из рода фузариум, были выделены в 20-е годы нашего столетия в Токийском университете под руководством Т. Ябута. Сейчас известно несколько десятков гиббереллинов. Структурная формула одного из них представлена ниже:

Гибберелловая кислота

Гиббереллины инициирут прорастание семян, ускоряют рост растений, стимулируют начало цветения и т. п.

464

Этилен (СН2==СН2). Его гормональная активность подмечена в 1901 г. Д. Н. Нелюбовым (С.-Петербургский университет) и переоткрыта в 20-е годы нашего столетия. Он ускоряет созревание плодов, вызывает укорочение и утолщение стебля растений, препятствуя полеганию хлебов, способствует опадению листьев и плодов. В Уэльском университете (Великобритания) М. Холлом и в Висконсинском университете (США) Т. Бликкером секвениро-ваны гены рецепторов этилена и интенсивно ведутся эксперименты по выяснению механизма действия этого простейшего гормона растений. Недавно выяснено, что в растениях этилен возникает при окислении 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты при участии этиленобразующего фермента (М = 35 кДа, оптимум рН = 7,2, оптимум /=26° С).

Кинетин—гормон, относящийся к группе цитокининов, случайно обнаружил ассистент Висконсинского университета Ф. Скуч в продуктах распада ДНК (1940—1950). Он резко ускоряет клеточное деление, способствует биосинтезу нуклеиновых кислот и белков. Его химическая природа такова:

В последнее время предпринимают очень активные попытки выяснить механизм действия гормонов растений. Особенно интересные данные получены при изучении механизма действия гетероауксина, гиббереллина и кинетина. Оказалось, что перечисленные вещества воздействуют на один из фундаментальных процессов в живой природе—метилирование ДНК и тем самым могут контролировать транскрипцию, т. е. экспрессию генов. Кроме того, в цитоплазме растительных клеток найдены белки, похожие на рецепторы стероидных гормонов животных и способные под влиянием фитогормонов вовлекаться в модуляцию транскрипции генов. Отсюда проистекают все те разнообразные влияния, которые названные соединения оказывают на развитие растений, индуцируя или активируя синтез белков, необходимых для прохождения определенных физиологических процессов в растительном организме.

Гормоны широко используют в практической медицине для лечения болезней, вызванных гормональной недостаточностью. В частности, их применяют для лечения аддисоновой болезни, болезни щитовидной железы и диабета. Стероидные гормоны и их многочисленные синтетические аналоги применяют с успехом для лечения ревматических осложнений, ожогов, глазных болезней. Половые гормоны и их производные, в частности тестостерон-пропионат, используют для лечения грудных желез. Адренокортикотропный гормон и кортизон благоприятно действуют при острой лейкемии (рак крови).

Под влиянием эстрогенов и анаболических стероидов привес откармливаемых животных увеличивается на 16—20% при экономии расхода корма на 1 кг привеса на 8—12%. Применение соматотропного и тире-оидных гормонов в молочном животноводстве сопровождается приростом

Кииетии (N4-фурфурнл-аминопурии)

ПРИМЕНЕНИЕ ГОРМОНОВ

465

удоев на 10—25% и возрастанием жирности молока. Эти же препараты стимулируют рост шерсти у овец. Стероидные гормоны важны для регуляции репродуктивных циклов у животных. Естественно, что применение перечисленных препаратов в мясном и молочном животноводстве должно сопровождаться жестким контролем остаточных гормональных препаратов в готовых продуктах.

Одно из самых перспективных направлений в практическом использовании фитогормонов—применение для регулирования роста и развития растений ауксинов, гетероауксина, гиббереллинов, кинетина и многих десятков более активных, чем перечисленные, природных и синтетических препаратов. На базе тех представлений, развитию которых дали толчок исследования по регулированию роста растений, возникли практические способы борьбы с сорняками при посредстве гербицидов, задержки прорастания семян при их хранении, предотвращения преждевременного сбрасывания плодов фруктовыми деревьями, предуборочного удаления листьев у хлопчатника при помощи дефолиантов и т. п.

Особенно большой интерес представляет практическое использование гормонов и их аналогов для создания Ш и IV поколений инсектицидов. Дело в том, что насекомые, уничтожающие ежегодно до 15% урожая и конкурирующие с человечеством за источники питания, обладают гормонами, которых нет у теплокровных животных и человека. К их числу относятся ювенильные гормоны, поддерживающие фазовое состояние насекомых:

сн, сн, Н,С—С—-СН—СН,—СН,—С=>СН—сн,—сн,—сн=сн—соосн, Т5/

Ювеяильлы* гор моя ///

Их называют гормонами молодости, так как обработанные ими насекомые не в состоянии перейти к следующей фазе развития (например, личинка не превращается в куколку, а куколка—в бабочку) и погибают. Такой же и даже более мощный эффект оказывают аналоги ювенильных гормонов—ювеноиды. Их синтезировано сейчас более двух тысяч, и некоторые из них отобраны для уничтожения насекомых. Это и есть инсектициды Ш поколения, действие которых основано на нарушении гормональной регуляции обмена веществ у насекомых. Ювеноиды совершенно безвредны для человека и сельскохозяйственных животных.

Оказалось также, что действие ювенильных гормонов у насекомых уравновешивается другими их гормонами—экдизонами, относящимися к стероидным гормонам:

Р-экдтон

466

И на ювенильные гормоны насекомых, и на экдизоны оказывают сильное влияние блокирующие их действие вещества—антигормоны. Например, действие экдизона блокируется дифторбензуроном (техническое название—ди-милин):

Дифторбензурон N[[(4-xnop4«mui)iMKHo]Kjp6oHM]-2>iiHjrrQp0cH3a»m

Они дали начало четвертому поколению инсектицидов. Есть все основания полагать, что исследование нейрогормонов насекомых приведет к созданию пятого поколения средств борьбы с насекомыми.

Чем глубже исследуют ученые строение и механизм действия гормонов, тем ближе подходят они к разработке глубоко научных и наиболее эффективных способов управления ростом и развитием животных и растений, а также здоровьем человека.

ГЛАВА XIII

ВЗАИМОСВЯЗЬ И РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

Было бы большой ошибкой думать, что обмен различных классов органических соединений осуществляется независимо друг от друга. Между тем в такую ошибку легко впасть, так как по необходимости изучение превращений веществ, принадлежащих к различным классам, ведется раздельно. Поэтому, рассмотрев вопросы обмена белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов, необходимо разобраться во взаимосвязях между этими процессами и закономерностями их регуляции.

ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРОЦЕССОВ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ

Если обратиться к первичному биосинтезу органического вещества, то легко убедиться в том, что первым стабильным соединением, которое образуется в результате фиксации С02 на рибулозо-1,5-дифосфате, является 3-фосфо-глицериновая кислота. Уже от этого простейшего соединения начинаются цепи реакций, ускоряемых ферментами, в результате которых синтезируются углеводы, аминокислоты, глицерин, высшие жирные кислоты, полиизопреноиды, стеролы и другие соединения. Из аминокислот, С02 и NH3 возникают пуриновые и пиримидиновые основания. Следовательно, прямым продолжением первичной фиксации С02 сразу являются многообразные процессы создания мономеров, из которых далее строятся биополимеры (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты и т. п.), разнообразные липиды и многие другие органические соединения, входящие в состав растений, животных и микробов.

Однако уже у автотрофов наряду с прямым, первичным биосинтезом органических веществ осуществляется новообразование органических соединений одних классов за счет таковых других классов. Такого рода превращ