о синтезироваться и секретироваться, действовать быстро и в то же время быстро инактивироваться.

1530

V. БИОХИМИЯ ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ

Система циркуляции, по которой гормоны доставляются к тканям-мишеням, и нервная система служат в организме животных двумя главными путями передачи информации. Эти два коммуникационных пути обеспечивают функционирование в каждом органе-механизмов интеграции большого числа реакций; в результате вместо изолированных, несогласованных (или даже «противодействующих») реакций наблюдается совокупность процессов, которые вписываются в гармоничный баланс нормально функционирующего организма. Нарушения этого баланса либо в условиях эксперимента, либо при патологии вызывают различные отклонения в метаболизме, изучение которых имеет важное значение для понимания процессов, протекающих в здоровом и больном организмах. Анатомической и биохимической основой интеграции обоих путей потока информации служит гипоталамус (см. ниже).

Помимо хорошо изученных гормонов в биологических жидкостях и тканях обнаружено большое число различных соединений, которые также влияют на скорости реакций, протекающих в клетках. К их числу относятся полипептиды, которые тормозят пролиферацию клеток; они оказались специфичными для данного органа-мишени (например, соответствующие полипептиды нз кожи тормозят пролиферацию клеток кожи), но не обладающими видовой специфичностью. Ингибиторы этого типа получили название халоны (от греческого слова, имеющего смысл «ослаблять», «замедлять») . Халоны сильно влияют на скорость клеточных процессов; подобно кининам (разд. 35.4) и простагландинам (гл. 19) они могут продуцироваться клетками, не относящимися к эндокринной системе. Следует отметить, что некоторые гормоны также синтезируются в клетках, которые не принято рассматривать как эндокринные (например, в клетках слизистой оболочки желудка и кишечника, гл. 34).

Эндокринология изучает структуру и функцию эндокринных желез, продукты их секреции и другие соединения, выполняющие функции химических «посредников», а также последствия избыточного или недостаточного образования гормонов. При изучении гормона биохимик стремится установить его химическое строение, механизм синтеза и секреции, его метаболизм, а также механизм действия на клеточном и молекулярном уровнях.

41.1. Общие сведения о структуре гормонов, регуляции их секреции и механизме действия

41.1.1. Структура гормонов

Гормоны млекопитающих по химической природе можно разделить на три большие группы. Одну группу образуют белки и полипептиды (табл. 41.1); вторую группу — стероиды (табл. 41.2);

41. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1531

третью группу составляют небольшие молекулы, образующиеся в ходе метаболизма из аминокислот; эти соединения приведены в табл. 41.1.

Предшественниками ряда приведенных в табл. 41.1 полипептидных гормонов являются синтезируемые в соответствующих эндокринных железах более крупные молекулы, называемые прогормо-нами. В некоторых случаях продуктами рибосомального синтеза являются еще более крупные белки, называемые препрогормонами.

Следует напомнить, что в эукариотических клетках экстрацел-люларные белки синтезируются на связанных с мембранами рибосомах (гл. 26). Было показано, что информационные РНК, полученные из связанных с мембранами рибосом клеток ряда эндокринных желез, имеют, по-видимому, общую структурную черту, а именно несколько дополнительных кодонов в области 5'-конца. При трансляции мРНК ряда прогормонов образуются полипептиды, имеющие на ?-конце сходный дополнительный сегмент из 15—20 аминокислот, богатый гидрофобными аминокислотами. Эта последовательность, вероятно, распознается при ассоциации рибосом с эндоплазматический ретикулумом. При добавлении микро-сом in vitro к транслирующей системе происходит отщепление дополнительного пептидного сегмента, занимающего ?-концевое положение. У исследованных прогормонов расщепление полипептидной цепи происходит по связям Lys—Arg или Arg—Arg. Оно осуществляется в комплексе Гольджи, куда (после синтеза в шероховатом эидоплазматической ретикулуме) предшественник транспортируется за счет поставляющих энергию процессов при участии клеточных микрофиламентов и микротрубочек.

Образование прогормонов и препрогормонов в ряде эндокринных желез было продемонстрировано путем инкубации срезов желез в среде с изотопно меченными аминокислотами. Изучение процесса внедрения меченых аминокислот в экстрагируемые тканевые белки (разделенные с помошью гель-хроматографии; см. гл. 5) показало, что вначале метка появляется в относительно крупных белках, а при продолжении инкубации она оказывается в молекулах, идентичных по размерам секретируемым гормонам.

В некоторых случаях предшественники гормонов, а также продукты, образующиеся наряду с гормонами при действии протеиназ на предшественники гормонов, могут появляться в системе циркуляции. Наличие предшественников установлено в настоящее время для ряда гормонов, например для инсулина и паратгормона. Взаимоотношения предшественник — гормон будут рассматриваться в последующих главах. Целесообразно, однако, прокомментировать некоторые аспекты этого феномена.

Образование предшественников биологически активных белков было давно установлено в случае протеолитических ферментов желудочно-кишечного тракта; превращение неактивных зимогенов

Таблица 41.1

Главные эндокринные железы, образующие белковые и полипептидные гормоны и гормоны, являющиеся

производными аминокислот

ю

Эндокринная железа

Гормон

Основное место действия

Основные процессы, подвергающиеся влиянию

Щитовидная железа Тироксин и трииодтиро-нин

Кальцитонин

Паращитовидная же- Паратгормон леза

Желтое тело Плацента

Кальцитонин

Релаксин

Гонадотропин

Релаксин

Мозговой слой надпо- Адреналин чечников

Норадреналин

Поджелудочная желе- Инсулин за

Глкжагон Соматостатщ

Общее Скелет

Лонное сочленение

То же, что и для адено-гипофизарных гонадотро-пинов (LH и FSH) То же, что и для гормона желтого тела

Мышца сердца, гладкие мышцы, артериолы Печень и мышцы Жировая ткань Артериолы

Жировая ткань

Общее

Жировая ткань Печень

Ж»ровая ткань

Скорость метаболизма и потребление Oj тканями

Метаболизм Са2+ и фосфата

Скелет, почкн, желудоч- То же

но-кишечный тракт

Скелет »

Тонус мышц

Сходные (но не идентичные) с теми, на которые действуют аденогнпофизарные гормоны

Те же, что и для гормона желтого тела

Частота пульса н кровяное давление, сокращение большинства гладких мышц Гликогенолиз Освобождение липидов Сокращение, увеличение сопротивления периферических сосудов Освобождение лнпидов

Утилизация углеводов, синтеза белка Липогенез Гликогенолиз Освобождение липидов

стимулирование

В!

S

%

S

СУ

я » о

S

к к

V

У-

я

и

?

?

Аденогипофиз

Нейрогипофиз

Панкреатический полипептид

Лютеотропин (пролак-тин)а

Адренокортикотропин

(кортикотропин;

АСТН)

Тнреотропин (TSH)

(гормон

Соматотропин роста)

Поджелудочная железа,

аденогипофиз

Печень

Молочная железа

Желтое тело

Кора надпочечников

Жировая ткань Щитовидная железа

Жировая ткань

Общее

Лготеиннзиругощий (или Яичники стимулирующий интер-стициальные клетки) гор- Семенники моны (LH или ICSH) Фолликулостимулирую- Яичники щий гормон (FSH)

Семенники

а- и ?-Лппотроплны Окситоцин

Вазопрессин (антидиуретический гормон) Когерин

Клетки жировой ткани

Гладкие мышцы, особенно в матке

Молочная железа (в послеродовом периоде) Артериолы Почечные канальцы Мышцы кишечника

Торможение секреции глюкагона и сома-тотропнна

Усиление гликогенолиза

Пролиферация и инициация секреции молока

Пролиферация желтого тела; стимуляция секреции прогестерона Образование и (или) секреция кортико-стероидов

Освобождение липидов Образование и секреция гормонов щитовидной железы Освобождение липидов

Рост костей и мышц; анаболическое действие на метаболизм Саг+, фосфата и азота, на метаболизм углеводов и липидов; увеличение содержания гликогена в мышцах и сердце Лютеннизация; секреция прогестерона (см. FSH)

Развитие интерстициальной ткани; секреция андрогенов

Развитие фолликулов; секреция эстрогенов и овуляция (совместно с LH) Развитие семявыводящих протоков, сперматогенез

Освобождение липидов

Сокращение мышц, роды

Выделение молока

Кровяное давление Реабсорбция воды

Регуляция ритма перистальтики кишечника

о и

В я

m

о и м Ja и X Я а

сл w W

Продолжение 5

Эндокринная железа

Гормон

Основное место действия]

Основные процессы, подвергающиеся влиянию

Промежуточная доля Меланоцитстимулирую-гипофиза щий гормон (MSH)

Меланофорные клетки

Рассредоточение пигмента, сопровождающееся потемнением кожи

Шишковидная железа Мелатонин, 5-окситри-птофол

Тимус

Тимозин6

Желудочно-кишечный Гастрины тракт0 Соматостатин

Секретин Холецистокинин

Половые железы

Лимфоидные клетки

Желудок

Агрегация пигмента, сопровождающаяся просветлением кожи

Функция половых желез

Стимуляция лимфоцитопоэза, ускорение созревания иммунологически компетентных лимфоцитов; клеточный иммунитет

Секреция кислоты

Поджелудочная железа, Торможение секреции глюкагона и сома-

аденогипофиз Поджелудочная железа

Желчный пузырь

тотропина

Секреция панкреатического сока Секреция ферментов поджелудочной железы

Сокращение и опорожнение

и я

X

Я ??

? я S о

я я я в*

X

m

m ?

» Имеется также в плаценте. Гормон плаценты называется плацентарным лактогеном. б Один из нескольких активных гормонов (гл. 47). » См. гл. 34,

Таблица Hi

Главные эндокринные железы, продуцирующие стероидные гормоны

Эндокринная железа

Гормон

Основное место действия

Основные процессы, подвергающиеся влиянию

Семенники Семенные пузырьки

Яичники

Желтое тело Плацента

Кора надпочечников

Тестостерон Простагландиныа

Эстрон и эстрадиол

Прогестерон

Эстрогены Прогестерон

Кортикостероиды Альдостерон Кортикостерон, корти-зол

Наружные половые органы

Общее

Гладкие мышцы, жировая ткань, тромбоциты, мозг, желудочно-кишечный тракт

Наружные половые органы

Моло