15.4.3. Гормоны – производные аминокислот
Помимо гормонов пептидной и стероидной природы имеются гормоны, являющиеся по своему строению производными аминокислот. Наиболее важными представителями этой группы являются гормоны, нарабатываемые в щитовидной железе – тетрайодтиронин (тироксин) и трийодтиронин, а в мозговом веществе надпочечников – адреналин, норадреналин, дофамин, объединяемые термином катехоламины. Адреналин (эпинефрин) по химической структуре является метиламиноэтанолпирокатехином.
15. Интеграция и регуляция обмена веществ. Гормоны 335 CH 3 NH CH 2 CHOH адреналин OH OH Это бесцветный кристаллический порошок с температурой плавления 215-216°С. Обладая ассиметрическим углеродным атомом, адреналин существует в виде двух оптических изомеров. Из них левовращающий по гормональному действию в 15 раз активнее правовращающего. В надпочечниках синтезируется L-адреналин. Адреналин в щелочной среде легко окисляется, образуя окрашенные в розовый цвет хиноидные производные, не обладающие биологической активностью. В мозговом веществе надпочечников человека, кроме адреналина (5 мг) найдены его гомологи: норадреналин (0,5 мг) и изопропиладренадин (следы). Биосинтез адреналина и его гомологов осуществляется из тирозина:
| NH 2 -CH-COOH | NH 2 -CH-COOH | NH 2 | CH 2 | ||||
| CH 2 | |||||||
| CH | CH 2 | декарбоксилирование | |||||
| 2 | |||||||
| окисление | ||
| OH | OH | окисление |
| OH | ||
| OH | OH | |
| ДОФАМИН | ||
| тирозин | ДОФА | (диоксифенилаланинамин) |
| (диоксифенилаланин) | ||
| окисление | ||
| NH 2 -CH-COOH | ||
| CHOH | ||
| декарбоксилирование | ||
| OH | ||
| OH | ||
| диоксифенилсерин | ||
336 15. Интеграция и регуляция обмена веществ. Гормоны
| окисление | H | C-NH- | CH 2 | |||
| NH CH | ||||||
| 2 | 2 | 3 | ||||
| CHOH | CHOH | |||||
| метилирование | ||||||
| декарбоксилирование | OH | OH | ||||
| OH | OH | |||||
| норадреналин | адреналин | |||||
| алкилирование | ||||||
| H 3 C | HC-NH- | CH 2 | ||||
| H 3 C | ||||||
| CHOH | ||||||
OH OH изопропиладреналин Норадреналин, являющийся медиатором, в основном синтезируется в симпатической и центральной нервной системе, адреналин же продуцируется только мозговым веществом надпочечников и хромафинными клетками, рассеянными во многих тканях. Поступая в кровь, катехоламины циркулируют преимущественно в связанном с белками состоянии. Биологической активностью обладают свободные, не связанные катехоламины, сохраняющие свою активность лишь в течение короткого отрезка времени, исчисляемого минутами. Инактивация катехоламинов осуществляется в организме двумя путями: путем извлечения из кровотока и редепонирования в нервных окончаниях и хромафинных клетках, либо путем метаболизирования. Основные пути метаболизма катехоламинов осуществляются при участии моноаминоксидазы и ка- техол-О-метилтрансферазы с образованием конечного продукта ванилилминдальной кислоты. Кроме превращений по основным путям метаболизма катехоламины могут под влиянием пирокатехиноксидазы подвергаться хиноидному окислению, в процессе которого образуются биологически активные продукты адренохром и адренолютин, по характеру своего действия отличные от действия адреналина. В частности, под влиянием адренохрома развивается психотропный эффект и галлюцинации (адренохром – вещество страха). Адренолютин, в который может восстанавливаться адренохром, снимает это состояние.
15. Интеграция и регуляция обмена веществ. Гормоны 337
| H 3 C | N | CH 2 | |||||||||||
| H 3 C-NH- | CH 2 | H 3 C-NH- | CH 2 | H 3 C N | CH 2 | CHOH | |||||||
| CHOH | CHOH | CHOH | |||||||||||
| -2Н | -2Н | +2Н | OH | ||||||||||
| O | |||||||||||||
| OH | O | ||||||||||||
| OH | |||||||||||||
| OH | O | O | |||||||||||
| адренолютин | |||||||||||||
| адреналин | адреналинхинон | адренохром | |||||||||||
Из физиологического действия адреналина, прежде всего, следует указать на его свойство повышать кровяное давление(сужение сосудов) в сосудах кожи, слизистых оболочек и в области инервации чревного нерва. В сосудах мозга и легких кровяное давление не меняется, а артериолы сердца и скелетных мышц, наоборот, расширяются. Под влиянием адреналина сокращаются некоторые гладкие мышцы (матки, зрачка), но расслабляются мускулатура бронхов и кишечника, работа сердца повышается. Обмен веществ и потребление кислорода под влиянием адреналина повышается. При этом следует помнить, что связывание адреналина с бета-рецепторами клеток-мишеней вызывает активирование аденилатциклазы и увеличение ц-АМФ, а связывание с альфарецепторами – активирование гуанилатциклазы и увеличение ц-ГМФ с соответствующими изменениями внутриклеточного обмена. В этой связи адрена- лин, подобно глюкагону, при участии ц-АМФ усиливает распад гликогена с образованием через глюкозо-1-фосфат глюкозы-6-фосфата в печени и мышцах. В печени, благодаря ферменту глюкозо-6-фосфатазе от глюкозо-6-фос- фата отщепляется остаток фосфата и глюкоза поступает в кровь. В мышцах, где отсутствует глюкозо-6-фосфатаза, глюкозо-6-фосфат расщепляется по гликолитическому пути до молочной кислоты. При этом образуется АТФ, необходимый для мышечного сокращения. Этим объясняется увеличение под влиянием адреналина силы и продолжительности реакции поперечнополосатых мышц в ответ на раздражение. Молочная кислота поступает в кровь, а затем в печень, где из нее образуется гликоген. Наряду с воздействием на углеводный обмен, адреналин и норадреналин вызывают повышение липолиза путем активирования липазы жировой ткани, что приводит к повышению уровня свободных жирных кислот в крови. Адреналин также активирует окисление жирных кислот. Таким образом, адреналин мобилизует энергетические ресурсы, активируя гликогенолиз и липолиз.
338 15. Интеграция и регуляция обмена веществ. Гормоны Во многих отношениях норадреналин действует подобно адреналину, но он повышает кровяное давление во всех областях кровеносных сосудов и не влияет на обмен углеводов. Существенное влияние на организм оказывают также продукты обмена адреналина и его гомологов. В крови животных и человека, находящихся в спокойном состоянии, содержится очень мало адреналина. Увеличение концентрации адреналина в несколько раз происходит при внезапной боли, охлаждении, физическом напряжении, при резких эмоциональных возбуждениях. Считается, что адреналин служит механизмом мобилизации сил организма в случае внезапно повышенных запросов к его деятельности(В. Кеннон), что позволило считать адреналин гормоном адаптации. Согласно Л.А. Орбели, адреналин и симпатическая нервная система усиливает работу утомленных мышц, осуществляя трофическую функцию. Таким образом, симпатоадреналовая система играет существенную роль в сохранении гомеостаза, в приспособлении физиологических и биохимических процессов организма к потребностям данного момента. Рассмотрим другую группу гормонов – производных аминокислоты тирозина. В щитовидной железе синтезируются иодтиронины: тироксин, являющийся по своему строению 3,5,3’,5’-тетраиодтиронином, и трииодтиронин, являющийся 3,5,3’-трииодтиронином.
| H N | CH COOH | H 2 N | CH COOH | H 2 N | CH COOH | ||||
| 2 | |||||||||
| CH 2 | CH 2 | CH 2 | |||||||
| 6 | 1 | 2 | |||||||
| 5 | 3 | 5 | 3 | 5 | 3 | ||||
| I | I | I | I | ||||||
| 4 | |||||||||
| O | O | O | |||||||
| 1′ | |||||||||
| 6′ | 2′ | ||||||||
| 5′ | 3′ | 5′ | 3′ | 5′ | 3′ | ||||
| I | I | I | |||||||
| 4′ | |||||||||
| OH | OH | OH | |||||||
| тиронин | тироксин | 3,5,3′-трииодтиронин | |||||||
| (3,5,3′,5′-тетраиодтиронин) | |||||||||
Биосинтез тиреоидных гормонов осуществляется в щитовидной железе путем конденсации двух молекул дийодтирозина в молекулу тетрайодтиронина в составе белка тиреоглобулина с образованием йодтиреоглобулина. Введение йода в молекулу тиреоглобулина осуществляется в специфической области щитовидной железы, получившей название «коллоид».
15. Интеграция и регуляция обмена веществ. Гормоны 339
| NH CH CO | |||||||
| H 2 N | CH COOH | NH | CH CO | ||||
| CH | CH 2 | CH 2 | |||||
| 2 | + | H 2 N | CH COOH | ||||
| + | |||||||
| I | I | I | CH 3 | ||||
| I | I | I | аланин | ||||
| OH | O | ||||||
| OH | |||||||
| свободный | связанный |
| дийодтирозин | |
| дийодтирозин | |
| I | I |
OH связанный тироксин (тетрайодтиронин) Здесь при посредстве особого фермента идет включение йода в радикалы тирозина, содержащиеся в полипептидной цепи субъединиц тиреоглобулина. Затем осуществляется реакция конденсации свободного дийодтирозина с -ра дикалом связанного дийодтирозина с образованием тетрайодтиронина в составе тиреоглобулина (образуется иодтиреоглобулин). Вместе с тем возможна конденсация свободного монойодтирозина со связанным дийодтирозином. Это приводит к синтезу связанного трийодтиронина. В дальнейшем в результате гидролиза иодтиреоглобулина тироксин и его производные поступают из железы в кровь. Связываясь с a 2 -глобулином, который является носителем, а также альбумином и преальбумином плазмы, йодтиронины доставляются клетками тканей организма, где и проявляют свое действие. Трийодтиронины связываются в 3-5 раз меньше белками плазмы, чем тетрайодтиронины, и поэтому оказывают больший эффект. Поскольку гормональная активность свойственна только свободным гормонам, йодтиронины действуют на многие ткани, т.е. обладают универсальностью действия, регулируя энергетический обмен и деление и дифференцировку клеток. Механизм действия йодтиронинов связывают с действием их как через цитозольные рецепторы на хромосомы, так и через ак- тивирование аденилатциклазы с образованием повышенного количества- ц АМФ (смешанный механизм действия). Это приводит к редупликации ДНК в клетке, активированию транскрипции определенных генов, активированию гликогенолиза и липолиза. Основной эффект этих гормонов проявляется стимулированием синтеза ферментов энергетического обмена(биологического окисления) и усиления врезультате этого катаболической фазы метаболизма, особенно, тканевого дыхания. В итоге усиления окислительных процессов повышается интенсивность расщепления углеводов, жиров и белков в процессе обмена веществ с освобождением большого количества энергии. Одновременно усиливается теплопродукция, что связывают с повышенным расходом АТФ на различные синтетические процессы или разобщением окисления и фосфо-
Источник
10.1. Классификация гормонов по их химической природе
Синтез гормонов. Гормоны белковой природы синтезируются по принципам трансляции. Гормоны — производные аминокислот синтезируются путём химической модификации аминокислот. Стероидные гормоны образуются путём химической модификации холестерина. Некоторые гормоны синтезируются в активной форме (адреналин), другие синтезируются в виде неактивных предшественников (препроинсулин). Некоторые гормоны могут активироваться за пределами эндокринной железы. Например, тестостерон в предстательной железе переходит в более активный дигидротестостерон. Синтез большинства гормонов регулируется по принципу обратной связи (авторегуляция) Под действием импульсов ЦНС в гипоталамусе синтезируется либерины (кортиколиберин, тиреолиберин, соматолиберин, пролактолиберин, гонадолиберин), которые активируют функцию передней доли гипофиза, и статины, тормозящие функцию передней доли гипофиза (соматостатин, пролактостатин, меланостатин). Либерины и статины регулируют выработку тропных гормонов передней доли гипофиза. Тропины передней доли гипофиза, в свою очередь, активируют функцию периферических эндокринных желез, которые вырабатывают соответствующие гормоны. Высокая концентрация гормонов тормозит либо выработку тропных гормонов, либо выработку либеринов (отрицательная обратная связь). При нарушении регуляции синтеза гормонов может возникать либо гиперфункция, либо гипофункция. Транспорт гормонов. Водорастворимые гормоны (белково-пептидные гормоны, гормоны — производные аминокислот (исключая тироксин)) транспортируются свободно в виде водных растворов. Водонерастворимые (тироксин, стероидные гормоны) транспортируются в комплексе с транспортными белками. Например, кортикостероиды транспортируются белком транскортином, тироксин — тироксинсвязывающим белком. Белковосвязанные формы гормона расцениваются как определённое депо гормонов. Концентрация гормонов в плазме крови очень мала, находится в диапазоне 10 -15 -10 -19 моль. Циркулирующие в крови гормоны оказывают эффект на определённые ткани – мишени, в которых имеются рецепторы к соответствующим гормонам. Рецепторы чаще всего являются олигомерными гликопротеидами или липопротеидами. Рецепторы к различным гормонам могут располагаться или на поверхности клеток, или внутри клеток. Количество рецепторов, их активность может изменяться под действием различных факторов. Катаболизм гормонов. Гормоны белковой природы распадаются до аминокислот, аммиака, мочевины. Гормоны — производные аминокислот инактивируются различными способами – дезаминирование, отщепление йода, окисление, разрыв кольца. Стероидные гормоны инактивируются путём окислительно-восстановительных превращений без разрыва стероидного кольца, путём реакции конъюгирования с серной кислотой и глюкуроновой кислотой.
Источник