Биохимия человека Том 2 - Марри Р. 1993
Биохимия внутри- и межклеточных коммуникаций
Характеристика эндокринной системы
Разнообразие эндокринной системы
Одно из самых замечательных свойств эндокринной системы состоит в том, что она предоставляет организму множество вариантов решения возникающих проблем. В этом разделе мы очень коротко обсудим отдельные примеры, иллюстрирующие это разнообразие.
Тканевое происхождение и локализация эндокринных желез
Большинство эндокринных желез развивается из эпителиальных клеток. Важные исключения из этого правила тестостерон-продуцирующие клетки Лейдига в семенниках и эстроген-продуцирующие клетки гранулезы яичников, имеющие соединительнотканное происхождение, а также секреторные клетки нейрогипофиза (дифференцирующиеся из клеток нервной ткани). Предполагается, что в эмбриогенезе некоторые типы эндокринных клеток возникли из нервного гребня (ганглионарной пластинки). Если это так, то становится понятной связь между нервной и эндокринной системами. Ткань нервного гребня может оказаться в любом органе, воз почему некоторые гормоны синтезируются в головном мозге и тканях, образовашихся из передней и средней кишки. Кроме того, это объясняет синдромы эктопической продукции гормонов, т. е. продукцию гормонов «не той» тканью, например выработку паратиреоидного гормона (ПТГ) и АКТГ злокачественными клетками в случаях рака легкого. Эти синдромы охватывают обычно довольно ограниченное число пептидных гормонов, но большое разнообразие тканей. Считается, что они обусловлены активацией «молчащих» генов в той или иной клетке, однако, возможно, что дело в активации «молчащих» клеток, имеющихся в ткани и эмбриологически родственных клеткам эндокринной железы. Другой любопытный пример — это синдромы множественной эндокринной неоплазии (МЭН), для которых характерно семейное накопление. Для этих синдромов характерна избыточная продукция пептидных гормонов либо катехоламинов, причем нередко в одной ткани вырабатывается несколько гормонов одного класса.
Распределение гормон-продуцирующих клеток не случайно: они присутствуют в разных тканях в силу тех или иных специфических причин. Локальное повышение концентрации отдельных гормонов (по сравнению с концентрацией в плазме крови) часто служит необходимым условием протекания специфических процессов. Например, для протекания сперматогенеза необходим более высокий, чем в плазме, уровень тестостерона; соответственно клетки Лейдига, секретируюшие тестостерон, и семявыносящие канальцы расположены рядом. Формирование желтого тела требует очень высокой концентрации эстрогенов, и соответственно оно окружено клетками гранулезы. Основное действие инсулина и глюкагона — регуляция продукции глюкозы печенью; соответственно существует тесная связь между островками поджелудочной железы и воротной циркуляцией печени. В мозговом слое надпочечников высокие концентрации кортизола обеспечивают индукцию фенилэганоламин-N-метилтрансферазы (фермента, определяющего скорость биосинтеза катехоламинов); в эту ткань кортизол попадает по сосудам воротной системы, идущим от коры надпочечников. Существует тесная анатомическая связь между гипоталамусом и передней долей гипофиза, благодаря чему крайне лабильные рилизинг-гормоны гипоталамуса быстро достигают своей мишени — гипофиза: они транспортируются кровью по еще одной специальной воротной системе. Наконец, совершенно уникальные анатомические отношения сложились между различными клетками панкреатических островков, благодаря которым клетки регулируют секреторную активность друг друга посредством изменения локальных градиентов концентраций соматостатина, панкреатического полипептида, глюкагона и инсулина.
Биосинтез и превращения гормонов
Как химическая природа активных гормонов, так и механизмы их биосинтеза и постсинтетических превращений очень разнообразны. Гормоны образуются из липидных предшественников в результате модификации аминокислоты тирозина либо путем белковою синтеза (простые и сложные пептиды и углевод-содержащие гликопротеины).
Некоторые гормоны синтезируются и секретируются сразу в своей конечной форме; примеры тому альдостерон, гидрокортизон трииодтиронин (Т3), эстрадиол, катехоламины. Другие гормоны — перед секрецией или для приобретения полной биологической активности — должны подвергнуться внутри клетки модификации. Например, инсулин синтезируется в виде проинсулина — типичного белка-предшественника, а у паратиреоидного гормона (ПТГ; паратгормон) есть по крайней мере два петида-предшественника, содержащие препропоследовательности, отщепление которых необходимо для проявления полной биологической активности. Описание белков-предшественников, их синтеза и превращения в конечный продукт (внутриклеточный процессинг) содержится в гл. 42. Упомянем более сложный случай: про-опиомеланокортин (ПОМК) — пептид, состоящий из 285 аминокислотных остатков, продукт одного гена; при его расщеплении образуются АКТГ, ß-липотропин, ß-эндорфин, а-МСГ и ß-МСГ, и не исключено, что предшественник ПОМК содержит последовательности, представляющие собой еще не идентифицированные пептидные гормоны. Процессинг молекулы-предшественника имеет тканевую специфичность (см. гл. 45).
Вероятно, наиболее яркий пример несоразмерно большого предшественника — тиреоглобулин. Этот крупный белок (мол. масса 660000) присутствует в просвете фолликулов щитовидной железы. Он содержит 5000 аминокислотных остатков, в том числе 120 остатков тирозина, из них только часть подвергается иодированию в ходе синтеза тиреоидных гормонов (см. гл. 46). В конечном итоге вся молекула тиреоглобулина подвергается расщеплению, чтобы высвободить лишь несколько молекул Т3 и тетраиодтиронина (Т4).
В периферических тканях некоторые гормоны превращаются в более активные соединения. Это может происходить в тканях-мишенях, например Т4 превращается в Т, в печени и гипофизе, а тестостерон в дигидротестостерон — в андроген-чувствительных тканях. Периферическое превращение может иметь место и в тканях, не являющихся мишенями. Так, дигидроэпиандростерон синтезируется в надпочечниках, а превращается в андростендион в печени; этот последний превращается в тестостерон либо в эстрон или эстрадиол в клетках жировой ткани, печени и кожи. Возможно комбинированное превращение неактивного соединения в активный гормон в периферических тканях-мишенях и не-мишенях. Пример тому — превращение витамина D3 (из кожи) в 25-гидроксикальциферол в печени с последующим образованием из него 1,25-дигидроксихолекальциферола в почках (гл. 47). Гормоны, секретируемые различными тканями и проявляющие разную клеточную специфичность, могут обладать структурным сходством. Так, гликопротеиновые гормоны гипофиза и плаценты (ТСГ, ЛГ, ФСГ и ХГЧ) являются гетеродимерами, состоящими из а- и ß-субъединиц, и их а-субъединицы идентичны.