БІОНЕОРГАНІЧНА ТА БІООРГАНІЧНА ХІМІЯ - М.В. Яцков - 2014
III.ПРИРОДНІ КАТАЛІЗАТОРИ, РЕГУЛЯТОРИ ТА СТИМУЛЯТОРИ БІОХІМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ
3.2. Гормони
Гормони - органічні молекули, що утворюються в ендокринних залозах і регулюють метаболізм та розвиток організму. Вони є тими хімічними речовинами, які передають інформацію у відповідь на специфічні сигнали.
Залежно від хімічної будови гормони поділяють на три групи: білково-пептидні, стероїдні і пептидні (похідні амінокислот).
На сьогодні відомо понад 60 гормонів. Більшість із них білкові та пептидні речовини.
За біохімічною класифікацією вони поділяються на гормони гіпотамуса і гіпофіза, щитовидної залози, підшлункової залози, надниркових і статевих залоз тощо.
Білково-пептидні гормони
До гормонів пептидної природи належать трипептид- тиромберин, вазопресин, кортикотропін:
Гормон передньої частки гіпофіза кортикотропін складається з 39 амінокислот.
До гормонів щитовидної залози належить поліпептид кальцитонін, який складається з 32 амінокислот, підшлункової залози - глюкагон (C153H225О49N43).
Пептидні гормони
До гормонів - похідних амінокислот належать тироксин, адреналін, мелатонін:
Стероїди
До стероїдів належать тритерпенові сполуки рослинного і тваринного походження. Стероїди виявлено у всіх організмах, де вони виконують різні функції.
Всі стероїди мають подібну структуру, в основі якої лежить конденсована система пергідроциклопентано-фенантрену. Різноманітність структури стероїдів обумовлена значною мірою ненасиченістю і наявністю кількох груп в різних положеннях.
До сполук стероїдної будови відносяться стероли (стерини) й ацилстероли (стерини), жовчні кислоти, жовчні спирти, стероїдні гормони, аглікони серцевих гликозидів, стероїдних сапонінів, а також вітаміни D, стероїдні алкалоїди, глікозиди, сульфати тощо.
Стероли
Стеролами називаються одноатомні вторинні спирти. Найважливішими представниками стеролів є холістерол (холестерин). Він бере участь в утворенні клітинних мембран і виявляє захисні функції в організмі. При порушенні холестеринового обміну він відкладається на стінках кровоносних судин, що викликає хворобу - атеросклероз.
Стероли організмів тварин називаються зоостеролами, рослин - фітостеронами, різних грибів - мікостеролами.
До зоостеролів належать ланостерол, який виявлений в натуральному латексі, вовні овець, багатьох рослин, дріжджів.
Рослинні стероли виявлені в соєвій олії, в насінні пшениці, у кукурудзі, горосі. До них відноситься β-ситостерол (С29Н49ОН) і стерол (С29Н47ОН).
З мікостеролів заслуговує на увагу ергостерол та бразикастерол, які входять до складу дріжджів.
До ацилстеролів належать сполуки, що являють собою естери стеролів і вищих карбонових кислот, які в організмі тварин містяться поряд з холестерином. їх кількість в організмах значно менша ніж кількість холестерину.
Жовчні кислоти
Жовчні кислоти представляють собою циклопентанофенантренове ядро та аліфатичний залишок з карбоксильною групою. Вони утворюються з холестеролу в печінці та виділяються у складі жовчі і відіграють значну роль у процесах травлення та всмоктування ліпідів.
До складу жовчі входять холева, літохолева, глікохолеві та таурохолеві кислоти. Глікохолеві кислоти складають приблизно 75% від загального вмісту жовчних кислот в організмі, а таурохолеві - до 25%.
Холеву кислоту, з якої синтезують гормон надниркових залоз кортизон та інші похідні, отримують шляхом виділення з жовчі великої рогатої худоби.
До стероїдних гормонів належать статеві гормони, гормони кори надниркових залоз.
Статеві гормони
Найважливішими статевими гормонами стероїдної будови є естрогени, гестоени (жіночі) та андрогени (чоловічі). Єстрогенні гормони естрон, естрадіол та естриол були виявлені в плодах кокосової пальми, плодах і квітах верби, пшениці, у деяких інших рослинах. Вперше естрон був виявлений з сечі вагітної жінки. Естрадіол синтезується, в основному, яєчниками і в меншій кількості плацентою, наднирковими залозами і яєчниками. Він контролює комплекс біологічних функцій, пов’язаних із розмноженням.
Естріол синтезується плацентою. В організмі частина естріолу перебуває у вільному стані, основна його частина - у вигляді глюкуронілових і сульфопірованих похідних.
Ці гормони регулюють обмін білків, збільшують стійкість організму до дії зовнішнього середовища. Крім того, вони сприяють уповільненню старіння.
Еестагенний гормон прогестерон проявляє властивості ненасиченого кетону, що містить 4-ен-3-онове угрупування. Він утворюється в жовтому тілі, плаценті і надниркових залозах. Через гормонрецепторний комплекс прогестерон зв’язується з певною ділянкою хроматину до ДНК, що призводить до транскрипції певних генів.
Андрогенні гормони тестостерон і андростерон беруть участь у розвитку і функціонуванні чоловічої генітальної системи.
Тестостерон регулює розвиток вторинних статевих ознак, а частина його перетворюється на більш активну сполуку - дігідростерон.
Крім того, тестостерон сприяє затриманню в організмі Нітрогену, Фосфору, Кальцію, що прискорює утворення білків, нуклеїнових кислот. Це призводить до збільшення маси м’язів (анаболізм). Тому такі сполуки ще називають анаболічними стероїдами.
Слід зазначити, що статеві гормони в живому організмі, проявляють також протипухлинну дію.
Гормони кори надниркових залоз
Гормони кори надниркових залоз (кортикостероїди) виконують функції регуляторів процесів обміну. Відомо близько 50 кортикоїдів. Ці гормони умовно поділяють на глюкокортикоїди та мінералокортикоїди.
До глюкокортикоїдів належать картизол (гідрокортизон), кортизон, кортикостерон. Вони регулюють обмін вуглеводів, підвищують вміст глюкози у крові, сприяють накопиченню глікогену в печінці.
Гідрокортизон - основний глюкокортикоїдний гормон, який утворюється в пучковій зоні кіркової речовини надниркових залоз. Кортизон і його продукти метаболізму становлять 80% гідроксикортикостероїдів плазми крові. Вони стимулюють синтез глюкози шляхом глюконеогенезу.
Відомі також гормони мозкової речовини надниркових залоз - адреналін та норадреналін. Андреналін впливає на внутрішньоклітинні процеси, а особливо на глікогеноліз і гліколіз. Він спричиняє мобілізацію захисних сил організму в умовах стресової дії шляхом активації системи гіпофіз - гіпоталамус (кіркова речовина надниркових залоз).
Симпатична нервова система, зв’язуючи норадреналін, відіграє центральну роль у мобілізації вільних жирних кислот.
До мінералокортикоїдів відносяться альдостерон, кортикостерон, дезоксикортикостерон тощо. Вони регулюють в організмі водно- сольовий обмін йонів K+, Na+, а також води. Це сприяє утриманню йонів Na+ і Cl в організмі та вилученню йонів K+ з сечею.
Альдостерон - найбільш активний з усіх мінералокортикоїдів, який секретує в клубочковій зоні кори надниркових залоз. Він дуже швидко виводиться з крові печінкою. Це спричинено відсутністю в плазмі відповідного транспортного білка. У печінці альдостерон перетворюється на тетрагідроальдостерон-3-глюкуронід, який екскретується з сечею. Він діє на нирки, що проявляється в затримці йонів Na+ в організмі і виділенні йонів K+, H+, NH4+.
Відомі синтетичні аналоги мінералоартикоїдів, такі як дезоксикортикостеронацетат спіронолактон тощо.
Серцеві глікозиди
Англікони серцевих глюкозидів і стероїдних сапонінів є глікозидами рослинного походження. Англікони серцевих глікозидів містяться в рослинах: олеандрі, конвалії звичайній, наперстянці тощо. Вони у малих дозах стимулюють діяльність серцевого м’язу, а у великих дозах є сильними отрутами.
Залежно від будови аглікони серцевих глікозидів поділяють на дві групи: карденоліди і буфадієноліди. До них входять: D-глюкоза, D-фруктоза, D-ксилоза, D-рамноза, D-фукоза, дигітоксигенін, строфантин, сциларен тощо.
Стероїдні сапоніни
Англікони стероїдних сапонінів представляють собою групу глікозидів рослинного походження. Вони мають високу поверхневу активність і можуть викликати гемоліз еритроцитів. Найбільший їх вміст виявлений в рослинах родин лілійних, бобових, амарилісових тощо. Найпоширеними є похідні спіростану, фуростану. Це амірини, ланостан, дамаран, кукурбітан, діогенін, дигітогенін тощо.
З англіконів стероїдних сапонінів добувають синтетичні гормони прогестерон, кортизон та інші.
Ліпіди простагландини, тромбоксани, лейкотриєни, ліпоксини належать до низькомолекулярних біологічних регуляторів. Вони є гормонами місцевої дії, тобто стимулюють роботу кишківника, бронхів, легенів, інгібують згортання крові, активують синтез глікогену в печінці, викликають скорочення або послаблення м’язів, впливають на артеріальний тиск.
Більшість простагландинів утворюється в організмі при окисненні арахідонової кислоти під дією внутрішньоклітинних ензимів, нейромедіаторів.
Простагландини знайшли широке використання у сільському господарстві як препарати для ефективного штучного запліднення.
Тромбоксани як і простангландини проявляють високу біологічну активність, викликають агрегацію тромбоцитів. Вони синтезуються з поліненасичених вищих карбонових кислот. їхнім попередником є арахідонова кислота.
Лейкотриєни є групою ліпідних біорегуляторів, які синтезуються в організмі при окисненні ейкозаполієнових кислот під дією ензиму ліпоксигенази. Вони виявлені у тварин, а також знайдені у бульбах картоплі. Лейкотриєни є важливими регуляторами імунної системи, вони відіграють суттєву роль при розвитку деяких паталогічних станів, впливають на процес дихання, є важливими медіаторами запальних процесів та анафілаксії.
За аналогією до лейкотриєнів ліпоксини є також важливими регуляторами імунної системи. Вони є метаболітами арахідонової кислоти (ейкозаноїдів).
Хімічні властивості гормонів
Реакція на гормон тироксин
Гормони щитовидної залози є йодовмісними сполуками. При їх руйнуванні утворюється калій йодид, який окиснюється калій йодатом в кислому середовищі з утворенням молекулярного йоду:
Результатом реакції йоду з крохмалем є сполука синього кольору.
Реакції на гормони (адреналін та норадреналін)
При додаванні до розчину адреналіну ферум(ІІІ) хлориду рідина забарвлюється в оксамитово - зелений колір внаслідок утворення комплексної сполуки типу феноляту феруму(ІІІ):
Адреналін має слаболужну реакцію, легко окиснюється на повітрі з утворенням адренохрома, внаслідок чого розчин забарвлюється в червоний колір.