Кальцитонин секретируется С-клетками щитовидной железы (ЩЖ). Это — полипептид (32 аминокислоты). Регулятор секреции — повышение концентрации Са++ в крови более 2,25 ммоль/л. Основной эффект гормона — снижение уровней Са++ и фосфора в крови. Он ускоряет минерализацию костной ткани и стимулирует включение в неё фосфора, ингибирует активность и уменьшает количество остеокластов. В почках гормон, связываясь с 7-ТМС-(R), которые расположены в дистальных канальцах, усиливает выведение фосфатов и кальция.
Общее содержание кальция в плазме крови — 2,2–2,7 ммоль/л. Половину составляет диффузионный Са2+ (способен проходить через биомембраны), часть Са2+ связана с белками крови (недиффузионный кальций), некоторое количество находится в составе цитратов и фосфатов плазмы крови. Основное депо кальция — Са-апатиты костной ткани. Кальций всасывается из кишечника в кровь с помощью специального Са2+-связывающего протеина, синтезируемого слизистой кишечника. Этот белок осуществляет свою функцию совместно с Са2+-зависимой АТФ-азой. Стимулятором синтеза Са2+-связывающего протеина является
1,25-(ОН)2-D3 (кальцитриол, витамин D3).
Роль кальция в организме. Соли кальция составляют основу скелета и зубов. Ионы кальция принимают участие в многочисленных процессах: регуляции нервно-мышечной возбудимости, сократительной и секреторной активности, проницаемости клеточных мембран. Са2+ активирует процесс свёртывания крови, адгезию и рост клеток. Наряду с циклическими нуклеотидами Са2+ считается вторичным посредником в реализации механизма действия гормонов.
Регулируется уровень кальция в крови гормонами-антагонистами: паратирином и тиреокальцитонином, а также витамином D.
1,25-(ОН)2-D3 (кальцитриол, витамин D3).
Роль кальция в организме. Соли кальция составляют основу скелета и зубов. Ионы кальция принимают участие в многочисленных процессах: регуляции нервно-мышечной возбудимости, сократительной и секреторной активности, проницаемости клеточных мембран. Са2+ активирует процесс свёртывания крови, адгезию и рост клеток. Наряду с циклическими нуклеотидами Са2+ считается вторичным посредником в реализации механизма действия гормонов.
Регулируется уровень кальция в крови гормонами-антагонистами: паратирином и тиреокальцитонином, а также витамином D.
Все минеральные вещества в зависимости от их концентрации, подразделяются на макро- и микроэлементы. Содержание макроэлементов превышает 50 мг/кг массы тела (натрий и калий, кальций, магний, фосфат, хлорид, сульфат). Содержание микроэлементов составляет менее 50 мг/кг массы тела (медь, цинк, селен, кобальт и др.). К микроэлементам относят также и железо, хотя его концентрация превышает указанную величину.
К макроэлементам относят электролиты К+ и Na+ важны для поддержания электролитного баланса, надлежащего осмотического давления; они создают определённые условия растворимости, участвуют в механизмах возбудимости, влияют на обменные процессы путём активирования или ингибирования ферментов, используются в процессах минерализации костей скелета и зубов.
Концентрация электролитов вне и внутри клетки существенно различается: натрий и кальций преобладают во внеклеточном пространстве, калий и магний — внутри клетки.
К макроэлементам относят электролиты К+ и Na+ важны для поддержания электролитного баланса, надлежащего осмотического давления; они создают определённые условия растворимости, участвуют в механизмах возбудимости, влияют на обменные процессы путём активирования или ингибирования ферментов, используются в процессах минерализации костей скелета и зубов.
Концентрация электролитов вне и внутри клетки существенно различается: натрий и кальций преобладают во внеклеточном пространстве, калий и магний — внутри клетки.
Изменения секреции половых гормонов оказывают существенное влияние на интенсивность метаболических процессов и лежат в основе развития организма и механизмов старения. Половые гормоны действует через внутриклеточные рецепторы Синтез андрогенов в яичках. Вначале из прегненолона (или прогестерона) при участии 17-гидроксилазы образуется С17-ОН производное — 17-ОН прегненолон (17-ОН прогестерон).
Затем от Д-кольца отщепляется боковая цепь с помощью С17–20 лиазы. При этом образуются мужские половые гормоны дигидроэпиандростерон, андостендион и тестостерон, которые могут взаимопревращаться друг в друга под действием изомеразы. Важнейшим мужским половым гормоном является тестостерон. Однако в большинстве периферических тканей основным активным андрогеном является дигидротестостерон, рецепторы для которого обнаружены в простате, семенных пузырьках, коже гениталий и наружных половых органах. Фермент, катализирующий превращение тестостерона в дигидротестостерон, называется 5- -редуктазой.
Синтез мужских половых гормонов стимулирует лютеинизирующий гормон гипофиза, синтез и секреция которого, в свою очередь, регулируется гонадолиберином.
Затем от Д-кольца отщепляется боковая цепь с помощью С17–20 лиазы. При этом образуются мужские половые гормоны дигидроэпиандростерон, андостендион и тестостерон, которые могут взаимопревращаться друг в друга под действием изомеразы. Важнейшим мужским половым гормоном является тестостерон. Однако в большинстве периферических тканей основным активным андрогеном является дигидротестостерон, рецепторы для которого обнаружены в простате, семенных пузырьках, коже гениталий и наружных половых органах. Фермент, катализирующий превращение тестостерона в дигидротестостерон, называется 5- -редуктазой.
Синтез мужских половых гормонов стимулирует лютеинизирующий гормон гипофиза, синтез и секреция которого, в свою очередь, регулируется гонадолиберином.
Инсулин (I) — анаболический гормон, способствующий сохранению глюкозы, жирных кислот и аминокислот. Глюкагон, наоборот, — катаболический: он мобилизует глюкозу, жирные кислоты и аминокислоты из тканевых запасов в кровоток. Эти два гормона функционально взаимосвязаны.
I — полипептид, состоящий из двух цепей: А-цепь содержит 21 аминокислоту, B-цепь
— 30. Обе цепи связаны двумя S-S-мостиками. I человека отличается от инсулина свиньи только одной аминокислотой. Синтез I проходит по законам синтеза секретируемых белков.
Эффекты I многообразны, имеют временную зависимость: 1) быстрый (секунды) — ускорение транспорта глюкозы, аминокислот и калия в инсулинзависимые ткани; 2) промежуточный (минуты) — стимуляция синтеза белков и торможение их распада, активирование ферментов гликолиза и гликогенсинтазы, угнетение ферментов глюконеогенеза и фосфорилазы; 3) длительный (часы) — увеличение синтеза иРНК, ферментов липогенеза и др. Результирующий эффект влияния I — накопление углеводов, белков и жиров. Эффекты I тканеспецифичны.
I — полипептид, состоящий из двух цепей: А-цепь содержит 21 аминокислоту, B-цепь
— 30. Обе цепи связаны двумя S-S-мостиками. I человека отличается от инсулина свиньи только одной аминокислотой. Синтез I проходит по законам синтеза секретируемых белков.
Эффекты I многообразны, имеют временную зависимость: 1) быстрый (секунды) — ускорение транспорта глюкозы, аминокислот и калия в инсулинзависимые ткани; 2) промежуточный (минуты) — стимуляция синтеза белков и торможение их распада, активирование ферментов гликолиза и гликогенсинтазы, угнетение ферментов глюконеогенеза и фосфорилазы; 3) длительный (часы) — увеличение синтеза иРНК, ферментов липогенеза и др. Результирующий эффект влияния I — накопление углеводов, белков и жиров. Эффекты I тканеспецифичны.
Тиреоидные гормоны оказывают влияние на фундаментальные физиологические процессы: клеточную дифференцировку, рост и метаболизм тканей.
В фолликулах щитовидной железы (ЩЖ) образуются 2 основных гормона: Т3 и Т4,
которые действуют на клетки через внутриклеточные ядерные (R).
Особенностью гормонов ЩЖ является присутствие в их молекуле йода. В основе их структуры лежит тирониновое ядро, состоящее из двух конденсированных молекул L- тирозина. В ядро могут включаться 3 или 4 атома йода: 3,5,3’,5'-тетрайодтиронин (Т4, тироксин) и 3,5,3'-трийодтиронин (Т3). Третье производное тиронина — 3,3',5-T3 — не обладает гормональной активностью. Это «обратный Т3». Несмотря на то что Т3 намного активнее, чем Т4, в ЩЖ синтезируется главным образом Т4. Трийодтиронин образуется из Т4 путём дейодирования последнего в периферических тканях. Т3 обладает на порядок более высоким сродством к (R) периферических тканей, чем Т4.
Синтез гормонов ЩЖ осуществляется в 4 этапа. Во-первых, включение йода в ЩЖ с помощью йодного насоса, в работе которого принимает участие Na+-K+-зависимая АТФ-аза. Во-вторых, синтез тиреоидных гормонов, который начинается с включения йода в молекулы тирозинов, входящих в состав тиреоглобулина. Тиреоглобулин — главный белок коллоида, заполняющего фолликулы. Процесс йодирования тирозинов осуществляется с помощью тиреопероксидазы и H2О2 и стимулируется ТТГ. В-третьих, конденсация моно- и дийодтиронинов с образованием Т3 из Т4 под влиянием тиреопероксидазы. По мере йодирования остатков тирозина молекулы тиреоглобулина перемещаются в просвет фолликула, где они накапливаются «про запас». В-четвертых, секреция гормонов, которые освобождаются из тиреоглобулина при участии гидролаз лизосом эпителиальных клеток.
В фолликулах щитовидной железы (ЩЖ) образуются 2 основных гормона: Т3 и Т4,
которые действуют на клетки через внутриклеточные ядерные (R).
Особенностью гормонов ЩЖ является присутствие в их молекуле йода. В основе их структуры лежит тирониновое ядро, состоящее из двух конденсированных молекул L- тирозина. В ядро могут включаться 3 или 4 атома йода: 3,5,3’,5'-тетрайодтиронин (Т4, тироксин) и 3,5,3'-трийодтиронин (Т3). Третье производное тиронина — 3,3',5-T3 — не обладает гормональной активностью. Это «обратный Т3». Несмотря на то что Т3 намного активнее, чем Т4, в ЩЖ синтезируется главным образом Т4. Трийодтиронин образуется из Т4 путём дейодирования последнего в периферических тканях. Т3 обладает на порядок более высоким сродством к (R) периферических тканей, чем Т4.
Синтез гормонов ЩЖ осуществляется в 4 этапа. Во-первых, включение йода в ЩЖ с помощью йодного насоса, в работе которого принимает участие Na+-K+-зависимая АТФ-аза. Во-вторых, синтез тиреоидных гормонов, который начинается с включения йода в молекулы тирозинов, входящих в состав тиреоглобулина. Тиреоглобулин — главный белок коллоида, заполняющего фолликулы. Процесс йодирования тирозинов осуществляется с помощью тиреопероксидазы и H2О2 и стимулируется ТТГ. В-третьих, конденсация моно- и дийодтиронинов с образованием Т3 из Т4 под влиянием тиреопероксидазы. По мере йодирования остатков тирозина молекулы тиреоглобулина перемещаются в просвет фолликула, где они накапливаются «про запас». В-четвертых, секреция гормонов, которые освобождаются из тиреоглобулина при участии гидролаз лизосом эпителиальных клеток.
Окситоцин и вазопрессин принято считать гормонами задней доли гипофиза, хотя они образуются и секретируются нейронами гипоталамуса. Эти нанопептиды схожи по строению. Свое название вазопрессин получил из-за способности повышать артериальное давление, а название «окситоцин» связано со способностью гормона ускорять роды.
Вазопрессин, помимо сосудосуживающего действия, обеспечивает сохранение воды в организме, стимулируя её реабсорбцию в почечных канальцах. Регулятором секреции гормона является изменение осмотического давления и объёма циркулирующей крови.
Окситоцин усиливает сокращение мышц матки во время родов, стимулирует лактацию, регулирует поведенческую активность, связанную с беременностью, лактацией и уходом за потомством. Обнаружено участие окситоцина в механизмах памяти. Главными стимулами высвобождения окситоцина являются эстрогены и нервные импульсы, возникающие при раздражении грудных сосков. Прогестерон ингибирует продукцию окситоцина. У мужчин окситоцин стимулирует семявыносящие протоки (эякуляцию), влияет на поведенческую активность, связанную с половой функцией.
Недостаточность вазопрессина проявляется в форме несахарного диабета, главными симптомами которого являются жажда и полиурия, но, в отличие от сахарного диабета, моча при недостаточности вазопрессина не имеет сладкого вкуса, а её удельный вес низкий
Вазопрессин, помимо сосудосуживающего действия, обеспечивает сохранение воды в организме, стимулируя её реабсорбцию в почечных канальцах. Регулятором секреции гормона является изменение осмотического давления и объёма циркулирующей крови.
Окситоцин усиливает сокращение мышц матки во время родов, стимулирует лактацию, регулирует поведенческую активность, связанную с беременностью, лактацией и уходом за потомством. Обнаружено участие окситоцина в механизмах памяти. Главными стимулами высвобождения окситоцина являются эстрогены и нервные импульсы, возникающие при раздражении грудных сосков. Прогестерон ингибирует продукцию окситоцина. У мужчин окситоцин стимулирует семявыносящие протоки (эякуляцию), влияет на поведенческую активность, связанную с половой функцией.
Недостаточность вазопрессина проявляется в форме несахарного диабета, главными симптомами которого являются жажда и полиурия, но, в отличие от сахарного диабета, моча при недостаточности вазопрессина не имеет сладкого вкуса, а её удельный вес низкий
Гормон роста (СТГ). Многие эффекты СТГ опосредуются соматомединами — тканевыми факторами, секретируемыми под влиянием гормона роста. Соматомедины- факторы сульфатирования усиливают использование сульфата и синтез коллагена хрящевой тканью; соматомедины-факторы роста (особенно схожие по строению с инсулин- рецепторными субстратами IRS-1 и IRS-2) активируют рост клеток и тканей.
Связываясь с IRS, гормон роста оказывает разнообразное влияние на метаболизм. Основное действие СТГ — обеспечить рост и развитие организма. Под влиянием гормона усиливается синтез белков и нуклеиновых кислот в костях, хрящах, мышцах, печени и других внутренних органах; ускоряется транспорт аминокислот внутрь клеток. Одновременно тормозится катаболизм белков, что проявляется снижением уровня остаточного азота и мочевины в крови, положительным азотистым балансом.
СТГ стимулирует липолиз. Образующаяся при этом энергия используется на процессы анаболизма. СТГ участвует в регуляции уровня глюкозы в крови — это «контринсулярный» гормон (он снижает использование глюкозы жировыми и мышечными клетками и активирует глюконеогенез в печени). Секреция СТГ увеличивается при преимущественно белковом питании и голодании, физических упражнениях, стрессе, сразу же после засыпания.
Избыточная секреция СТГ у детей и подростков приводит к развитию гигантизма (рост костей пропорционален). У взрослых избыток СТГ проявляется акромегалией (диспропорциональным ростом костей скелета, мягких тканей, внутренних органов).
Связываясь с IRS, гормон роста оказывает разнообразное влияние на метаболизм. Основное действие СТГ — обеспечить рост и развитие организма. Под влиянием гормона усиливается синтез белков и нуклеиновых кислот в костях, хрящах, мышцах, печени и других внутренних органах; ускоряется транспорт аминокислот внутрь клеток. Одновременно тормозится катаболизм белков, что проявляется снижением уровня остаточного азота и мочевины в крови, положительным азотистым балансом.
СТГ стимулирует липолиз. Образующаяся при этом энергия используется на процессы анаболизма. СТГ участвует в регуляции уровня глюкозы в крови — это «контринсулярный» гормон (он снижает использование глюкозы жировыми и мышечными клетками и активирует глюконеогенез в печени). Секреция СТГ увеличивается при преимущественно белковом питании и голодании, физических упражнениях, стрессе, сразу же после засыпания.
Избыточная секреция СТГ у детей и подростков приводит к развитию гигантизма (рост костей пропорционален). У взрослых избыток СТГ проявляется акромегалией (диспропорциональным ростом костей скелета, мягких тканей, внутренних органов).
Нейроны гипоталамуса синтезируют гормоны и секретируют их в капиллярную сеть, доставляющую гормоны к клеткам гипофиза. Эти гормоны являются пептидами. Они делятся на: 1) гормоны, усиливающие (высвобождающие, либерины) секрецию и выделение соответствующих тропных гормонов передней доли гипофиза, и 2) угнетающие (ингибирующие, статины) эти процессы.
Витамин Д, ретиноевая кислота, стероидные и тиреоидные гормоны взаимодействуют непосредственно с внутриклеточными (R), поскольку они, будучи гидрофобными, свободно диффундируют через плазматическую мембрану. Эти рецепторы делятся на:
1) (R) стероидных гормонов (минералокортикоидов, андрогенов, прогестерона); 2) (R) тиреоидных гормонов (в том числе витамина Д и ретиноевой кислоты).
(R) стероидных гормонов находятся в цитозоле. Они образуют комплексы с белками теплового шока hsp (heat shock proteins), которые присоединяются к (R) таким образом, что закрывают его ДНК-связывающий домен. Кода гормон взаимодействует с (R), то белок- ингибитор hsp отделяется от (R), в результате чего (R) активируется. Активированный гормон-рецепторный комплекс перемещается в ядро, где он взаимодействует со строго определенными гормон-узнающими элементами ДНК (hormone response element).
(R) тиреоидных гормонов находятся в ядре в связанном с хроматином состоянии (за исключением рецепторов эстрогенов, которые в ядре образуют комплексы с hsp). После взаимодействия с гормоном изменяется конформация (R), что повышает его сродство к ДНК, т. е. (R) может связываться со специфическими генами в ядре, регулируя их экспрессию.
1) (R) стероидных гормонов (минералокортикоидов, андрогенов, прогестерона); 2) (R) тиреоидных гормонов (в том числе витамина Д и ретиноевой кислоты).
(R) стероидных гормонов находятся в цитозоле. Они образуют комплексы с белками теплового шока hsp (heat shock proteins), которые присоединяются к (R) таким образом, что закрывают его ДНК-связывающий домен. Кода гормон взаимодействует с (R), то белок- ингибитор hsp отделяется от (R), в результате чего (R) активируется. Активированный гормон-рецепторный комплекс перемещается в ядро, где он взаимодействует со строго определенными гормон-узнающими элементами ДНК (hormone response element).
(R) тиреоидных гормонов находятся в ядре в связанном с хроматином состоянии (за исключением рецепторов эстрогенов, которые в ядре образуют комплексы с hsp). После взаимодействия с гормоном изменяется конформация (R), что повышает его сродство к ДНК, т. е. (R) может связываться со специфическими генами в ядре, регулируя их экспрессию.
К 1-TMС-(R) относятся гуанилатциклазы, катализирующие образование цГМФ из ГТФ. Первый тип гуанилатциклаз, локализующийся в плазматической мембране, активируется внеклеточными лигандами (предсердным натрийуретическим фактором); второй —цитозольный фермент, активируемый оксидом азота (NO۬). Оксид азота вызывает расслабление гладкой мускулатуры сосудов, в том числе коронарных.
Гормон, присоединившись к 1-TMС-(R), его активирует. Этот гормон-рецепторный комплекс проявляет гуанилатциклазную активность, катализируя образование цГМФ из ГТФ. цГМФ (вторичный посредник) активирует протеинкиназу С, которая начинает фосфорилировать остатки Сер и Тре в белках-мишенях, что приводит эти белки в функционально активное состояние. цГМФ является также активатором фосфодиэстераз, катализирующих распад цАМФ (т. е. цГМФ и цАМФ – антагонисты). Конечный эффект цГМФ проявляется в изменении транспорта ионов и воды в почках и кишечнике; в сердечной мышце цГМФ способствует мышечному расслаблению; в палочках и колбочках сетчатки глаза цГМФ стимулирует открытие ионных каналов.
Гормон, присоединившись к 1-TMС-(R), его активирует. Этот гормон-рецепторный комплекс проявляет гуанилатциклазную активность, катализируя образование цГМФ из ГТФ. цГМФ (вторичный посредник) активирует протеинкиназу С, которая начинает фосфорилировать остатки Сер и Тре в белках-мишенях, что приводит эти белки в функционально активное состояние. цГМФ является также активатором фосфодиэстераз, катализирующих распад цАМФ (т. е. цГМФ и цАМФ – антагонисты). Конечный эффект цГМФ проявляется в изменении транспорта ионов и воды в почках и кишечнике; в сердечной мышце цГМФ способствует мышечному расслаблению; в палочках и колбочках сетчатки глаза цГМФ стимулирует открытие ионных каналов.
Первый этап действия гормона заключается во взаимодействии гормона с 7-ТМС-(R) (к ним относятся α- и β- адренергические (R), (R) гистамина, серотонина, соматостатина, гликопротеиновых гормонов, глюкагона, паратирина, кальцитонина, гормонов гипоталамуса).
Второй участник передачи гормонального сигнала — G-белки. Обнаружены: 1) большие, состоящие из нескольких субъединиц G-белки (связаны с мембранами); 2) низкомолекулярные, состоящие из одной полипептидной цепи (цитозольные). Все G-белки обладают ГТФ-азной активностью, и их конформация зависит от того, связаны ли они в данный момент с ГДФ или ГТФ. Мембранный G-белок состоит из 3 субъединиц: α, β и γ.