Метаболизм и механизм действия гормонов

Гормоны синтезируются в высокоспециализированных клетках желез внутренней секреции, после чего поступают в кровь и включаются в регуляцию внутриклеточных биохимических процессов, чем обеспечивают поддерживание постоянства внутренней среды организма и координируют взаимоотношения его с внешней средой.

Доминировало представление о действии гормонов лишь при неизменной их химической структуре, а обмен гормонов связывался с завершением гормональной функции. Количественное содержание циркулирующих в организме гормонов позволяло учитывать лишь гипо-, нормо- и гиперфункциональное состояние эндокринной железы.

В секрете любой эндокринной железы содержатся не только гормоны с полным завершенным циклом биосинтеза, но и соединения, предшествующие синтезу, продукты превращений. Так, в механизме действия катехоламинов - гормонов мозгового слоя надпочечников - существенную роль играют процессы окисления, орто- и метаксилирования, образование парных соединений, связывание с белками как самих катехоламинов, так и продуктов их окисления и т. д. Для метаболизма половых гормонов характерна следующая схема: эстрон < > эстрадиол ----> эстриол,

It It тестостерон ,

т. е. гормон коры надпочечников и яичников эстрон обратимо превращается в более активную форму - эстрадиол. Представляет интерес возможность обратимого превращения андрогенов в эстрон и эстрадиол, т. е. превращение гормонов одного пола в гормоны другого пола. Заканчивается метаболизм эстрона переходом его в неактивную и необратимую форму - эстриол, усиливающий питание матки и вызывающий сосудосуживающий эффект.

Процессы метаболизма характерны и для других групп гормонов. Метаболизм действия гормонов не может рассматриваться вне особенностей влияния гормонов на биологический катализ, ферментативные процессы и ферментные системы, биологическую динамичность клеток и особенно генетическую направленность клеточных изменений.

Известно, что образование ферментов, так же как и синтез белка (ферменты - специфические белки), происходит при участии генов. Предполагают, что синтез последних находится под регулирующим влиянием гормонов (рис. И). Обмен веществ регулируется по схеме:

гормон ---> ген ---> ферментный белок

Следовательно, одним из главных веществ, управляющих синтезом, является гормон, так как его поступление в кровь постоянно меняется под действием эндогенных и экзогенных факторов и импульсов центральной нервной системы.

Гормоны, в отличие от ферментов, в своем действии специфичны и обычно катализируют течение какой-нибудь определенной реакции, стимулируют течение обмена веществ и функции органов.

Ген-регулятор

__ Оперон __________

Структурный Структурный

(в том числе ферментные)

Рис. 11. Пути гормональной регуляции биосинтеза белков

Гормоны стимулируют и координируют метаболические процессы через ферментные системы.

гормон _днк

I------>ген

транскрипция

и-РНК

трансляция

белок-фермент

Регуляция ферментной активности гормонами бывает 2-х видов: мгновенная и длительная.

1. Мгновенное регулирование ферментативной активности осуществляется гормонами путем влияния их на активность энзимов. Например:

+Н₃РО₄

(С₆Н_|0О₅)_п ^адР^еналин---? (С₆Н_|0О₅)_п., + глюкоза-1-фосфат

фосфорилаза

2. Путем постоянного стимулирования синтеза коферментов, специфических активаторов и ингибиторов ферментативной активности, имеющих белковую природу.

Одним из важных факторов в механизме действия гормонов является их влияние на проницаемость клеточных мембран. Так, гормоны корковой части надпочечников влияют на межклеточное распределение электролитов в тканях. В частности, установлено стимулирующее влияние альдостерона и дезоксикортикостерона на перенос натрия в изолированном мочевом пузыре жабы (рис. 12).

В опытах in vivo путем определения разности потенциалов между внешней и внутренней поверхностью слизистой оболочки толстой кишки было установлено, что после инъекции адрена-лэктомированным крысам альдостерона увеличивалось всасывание воды и натрия. Приведенные данные указывают на повышенную проницаемость мембраны клеток слизистой оболочки кишок для ионов натрия под действием альдостерона. Этот гормон увеличивает также реадсорбцию натрия в проксимальных канальцах почек собак.

На распределение электролитов между клеткой и ее средой влияют и другие гормоны. Так, после введения экстракта щитовидной железы крысам в дозах, эквивалентных 0,002 мг тироксина на 100 г массы, уменьшается содержание натрия в эритроцитах.

Рис. 12. Механизм действия некоторых полипептидных гормонов

На обмен электролитов оказывают воздействие и половые гормоны - эстрадиол, эстрон, эстриол, прегнан, тестостерон, прегнандиол и др. Эстрогены, например, наряду с кортикостеронами задерживают выделение NaCI и воды из организма. Имеются также сообщения о прямом влиянии антидиуретического гормона на перенос ионов натрия через клетку и о непосредственном воздействии его на ток воды через межклеточные пространства, на выделение муколитического фермента. Известно, что ионный перенос электролитов зависит от состояния энергетического обмена и активности АТФ-азы. Поэтому влияние гормонов на клеточную проницаемость, прежде всего, можно объяснить их воздействием на соответствующие ферментные процессы (рис. 13).

Рис. 13. Механизм действия стероидных гормонов

Рассмотренные выше механизмы действия гормонов - ведущие, однако в механизмах действия отдельных гормонов возникают дополнительные специфические факторы регуляции метаболизма.

Особенностью в действии гормонов является не общее их регулирующее влияние на обменные процессы, а высокая специфичность в активизации конкретных видов обмена веществ, позволяющая эффективно использовать их в клинической практике для восстановления функционального равновесия организма.

Гормон щитовидной железы тироксин регулирует основной обмен в организме, усиливая катаболические процессы, а в связи с этим и распад гликогена. За счет активизации окислительных процессов регулирует синтез жиров и ускоряет обмен белков, особенно в период роста, регулирует содержание в головном мозге аммиака, глютамина, АТФ, повышает возбудимость интерорецепторов. Результатом основных влияний тироксина является более слабое, но определенное воздействие на водносолевой баланс организма.

Гормон поджелудочной железы инсулин, как и тироксин, участвует в регуляции основного обмена, но главная функция принадлежит ему в области регуляции углеводного обмена. Повышая проницаемость клеточной оболочки мышц, ускоряет резорбцию глюкозы цитоплазмой и катализ ее ферментными системами клетки.

Большие дозы гормона снижают утилизацию углеводов и увеличивают распад белков. Регулируя гликогеносинтез, гликогенолиз, гликолиз, протеосинтез и др. анаболические и катаболические процессы, инсулин вторично контролирует ионное равновесие организма, снижая уровень калия и повышая содержание натрия и кальция при неизменной концентрации магния в крови.

Вторым гормоном, регулирующим углеводный обмен в организме, является гормон мозгового слоя надпочечников - адреналин. Если инсулин усиливает в организме гликогенообразовательный процесс, то адреналин, наоборот, способствует превращению гликогена в глюкозу. Если при повышенном содержании инсулина в крови развивается гипогликемия, то при увеличенной концентрации в крови адреналина, наоборот, развивается гипергликемия. Глюкагон вызывает эффект, аналогичный адреналиновому эффекту, т. е. вызывает гипергликемию.

Гипергликемический эффект, вызванный адреналином и глюка-гоном, связан с увеличением содержания циклического 3-5-адено-зинмонофосфата, стимулирующего образование активной формы фермента гликогенфосфорилазы. Циклический АМФ образуется из АТФ в результате воздействия аденилциклазы, которую активируют опять же адреналин и глюкагон.

Особенно широк диапазон регулирующего влияния на мета-болизмы у кортикостероидов - гормонов коры надпочечников. Под действием этих препаратов изменяется интенсивность течения углеводного, белкового, жирового, водно-солевого обмена веществ. Преимущественным влиянием на углеводный и белковый обмен веществ обладают кортикостероиды группы глюкокортикоидов - кортизон, гидрокортизон, преднизолон и др., а на водно-солевой обмен - минералокортикоиды - альдостерон и дезоксикортикостерон ацетат (ДОКСа).

Глюкокортикоиды усиливают отложение гликогена в печени и скелетных мышцах за счет распада белков до аминокислот с образованием углеводов из белков.

Катаболический характер регуляции белкового обмена глюкокортикоидами связан с повышенным распадом нуклеопротеидов, дезаминированием аминокислот и превращением безазотистых продуктов дезаминирования в глюкозу, что повышает концентрацию свободных аминокислот в плазме и мочевой кислоты в моче.

Максимальное влияние на водно-солевой баланс организма оказывают минералокортикоиды.

Определенное регулирующее влияние на процессы метаболизма оказывают половые гормоны - андрогены и эстрогены.

Андро- и эстрогены повышают синтез белков в некоторых органах и тканях, прежде всего в половых железах. Анаболический эффект связан с задержкой азотсодержащих веществ в организме, накоплением актомиозина в сердечной и других поперечнополосатых мышцах и повышением чувствительности последних к АТФ. Эстрогены усиливают тканевое дыхание матки и влагалища и ослабляют его интенсивность в других органах. Половые гормоны интенсифицируют остеосинтез за счет преимущественного образования белковой основы костяка и частичной задержки кальция и инертного фосфора в организме. У молодых и взрослых животных при высоких дозах эстрогенов и андрогенов это ведет к стабилизации роста. Эстрогены повторяют минералокортикоидное влияние на водно-солевой баланс организма, задерживают в органах и тканях натрий и воду.

Таким образом, биохимические и физиологические эффекты, несомненно указывают на то, что под влиянием гормонов изменяется каталитическая сила ферментов, действующих в определенных звеньях обмена веществ.