Підручник - БІОЛОГІЧНА ХІМІЯ - Губський Ю.І. - 2000
Розділ V. ГОРМОНИ В СИСТЕМІ МІЖКЛІТИННОЇ ІНТЕГРАЦІЇ ФУНКЦІЙ ОРГАНІЗМУ
ГЛАВА 23. ГОРМОНАЛЬНА РЕГУЛЯЦІЯ МЕТАБОЛІЗМУ ТА БІОЛОГІЧНИХ ФУНКЦІЙ КЛІТИНИ. I. БІОХІМІЧНІ СИСТЕМИ ВНУТРІШНЬОКЛІТИННОЇ ТРАНСДУКЦІЇ ГОРМОНАЛЬНИХ СИГНАЛІВ
Визначальною особливістю багатоклітинних організмів є диференціація клітин з утворенням тканинних структур та органів, що виконують спеціалізовані фізіологічні функції, які забезпечують виживання цілісної особини. Координація клітинних та тканинних реакцій на зміни умов внутрішнього та зовнішнього середовища забезпечується механізмами міжклітинних комунікацій. У процесі еволюції вищих тваринних організмів було сформовано дві фізіолого-біохімічні системи, що забезпечують зв’язок та координацію між окремими клітинними угрупованнями: нервовасистема, що функціонує шляхом електрохімічного проведення сигналів, та ендокринна, дія якої реалізується за рахунок секреції і транспортування специфічних гуморальних факторів дистантної дії — гормонів.
23.1. ГОРМОНИ ТА БІОРЕГУЛЯТОРИ: ВИЗНАЧЕННЯ, КЛАСИФІКАЦІЯ
Гормони — фізіологічно активні сполуки (ФАС), біорегулятори, що продукуються залозами внутрішньої секреції (ендокринними залозами) або іншими спеціалізованими клітинами і діють як регулятори метаболічних процесів та фізіологічних функцій в організмі. Біологічні ефекти гормонів здійснюються в надзвичайно низьких концентраціях — 10-11-10-6 моль/л.
Вперше термін гормон(hormao — збуджую, стимулюю, грецьк.) був запропонований у 1905 р. Е. Старлінгом для позначення секретину — гуморального фактора, що продукується дванадцятипалою кишкою і збуджує екзокринну секрецію підшлункової залози. В подальшому термін був поширений стосовно фізіологічно активних сполук, які виробляються в спеціалізованих залозах внутрішньої секреції.
Рис. 23.1. Старлінг (Starling) Ернест Г. (1866-1927), англійський фізіолог, біохімік. Професор фізіології Лондонського ун-ту. Один із засновників вчення про гормони.
Класи гормонів та інших біорегуляторів
Гормони, що синтезуються в ендокринних залозах («справжні», істинні гормони), секретуються в кров’яне русло і після перенесення спеціалізованими транспортними білками здійснюють свої біологічні ефекти, як правило, на відстані, тобто діють на віддалений чутливий орган або органи.
До «справжніх» гормонів належать:
- гормони гіпоталамуса та гіпофіза;
- гормони щитовидної залози;
- гормони паращитовидної залози;
- гормони ендокринних клітин підшлункової залози;
- гормони коркової частини наднирникових залоз;
- гормони чоловічих та жіночих статевих залоз;
- гормони епіфіза.
Близькі за біологічними функціями до гормонів фізіологічно активні сполуки, що є гуморальними регуляторними факторами неендокринного походження. Ці біорегулятори виробляються не в ендокринних залозах, а в спеціалізованих клітинах, які містяться в інших тканинних елементах, зокрема, в лімфоїдній системі, лейкоцитах, сполучній тканині, шлунку, кишечнику, нервовій системі, нирках, міокарді тощо, і мають назву гормоноподібних сполук (гормоноїдів), або тканинних гормонів (гістогормонів). На відміну від «справжніх» гормонів, що характеризуються дистантністю дії, гістогормони можуть справляти свій регулювальний вплив на чутливі до них клітини-мішені на місці свого утворення («ізокринна», місцева дія).
Загальною рисою у біорегуляторів різного походження є їх інформаційна функція, спрямована на контроль, регуляцію, модуляцію метаболічних і фізіологічних функцій чутливих біоструктур (інформони, інформофери).
Найбільш вивченими на даний час є такі класи біорегуляторів:
- гормони («справжні» гормони);
- нейромедіатори та опіоїдні пептиди;
- фізіологічно активні ейкозаноїди;
- гормони та медіатори імунної системи;
- пептидні фактори росту (цитомедини, інтермедини);
- гастроінтестинальні гормони;
- пептиди кінінової системи;
- натрійуретичні пептиди серця та мозку.
Хімічна структура гормонів
За хімічною будовою всі гормони поділяють на такі класи:
(1) білково-пептидні гормони (прості білки; глікопротеїни; пептиди): гіпоталамо-гіпофізарні гормони; гормони паращитовидної залози; гормони острівкової частини підшлункової залози; гастроінтестинальні гормони; нейропептиди; численні тканинні біорегулятори пептидної природи;
(2) гормони — похідні амінокислот: гормони щитовидної залози; гормоноїди мозкової частини наднирникових залоз (катехоламіни); інші нейромедіатори з властивостями гістогормонів (серотонін, дофамін, гістамін); гормон епіфіза — мелатонін;
(3) гормони стероїдної природи: глюкокортикоїди та мінералокортикоїди кори наднирникових залоз; чоловічі та жіночі статеві гормони; похідні вітаміну D;
(4) біорегулятори — похідні арахідонової кислоти (ейкозаноїди): простагландини, простацикліни, тромбоксани, лейкотрієни.
Синтез гормонів здійснюється в спеціалізованих клітинах («справжніх» гормонів — у залозах внутрішньої секреції). Багато гормонів продукуються первісно у вигляді біологічних попередників — препрогормонів та прогормонів, які поступово трансформуються в біологічно активний гормон. У разі білково-пептидних гормонів така активація здійснюється шляхом посттрансляційної модифікації (процесингу) за механізмом обмеженого протеолізу первинних продуктів рибосомальної трансляції.
Мішені гормональної дії
Реалізація фізіологічного ефекту гормонів та інших біорегуляторів здійснюється в клітинах-(тканинах-, органах-)-мішенях.
Мішені (клітини, тканини, органи), або гормонокомпетентні структури — чутливі до гормону біоструктури, які вибірково відповідають на взаємодію з гормоном специфічною фізіологічною та біохімічною реакцією; відповідно до ступеня впливу гормону на їх біологічні властивості, виділяють гормонозалежні та гормоночутливі клітини (рис. 23.2).
Рис. 23.2. Типи реакцій клітин на дію гормонів (В.Б. Розен, 1984): 1 — гормонозалежні клітини-мішені; 2 — гормоночутливі клітини-мішені; 3 — клітини-немішені.
Прикладами гормонозалежних структур є тканини периферійних ендокринних залоз (щитовидної, кори наднирникових злоз) відносно дії тропних гормонів гіпофіза (ТТГ та АКТГ, відповідно) або клітини чоловічої та жіночої статевої сфери стосовно присутності та ефектів відповідних статевих гормонів. Гормоночутливими є клітини органів, що реагують на дію інсуліну, який контролює в них обмін глюкози, ліпідів та амінокислот (клітини м’язів, жирової тканини, лімфоїдної системи).
Здатність клітин-(тканин-)-мішеней специфічним чином реагувати на певний гормон визначається наявністю рецепторних молекул, що сполучаються з гормоном або хімічно близькими до нього сполуками. З іншого боку, взаємодія з рецептором відбувається за рахунок певного домену молекули гормону — «активного центру», що за молекулярною будовою, конформацією є комплементарним відповідному сайту рецептора.