Моноамины: Дофамин, норадреналин, адреналин, мелатонин.

Йодтиронины: Тетрайодтиронин (тироксин, Т 4), трийодтиронин (Т 3).

Белково-пептидные: рилизинг-гормоны гипоталамуса, гормоны гипофиза, гормоны поджелудочной железы и желудочно-кишечного тракта, ангитензины и др.

Стероиды: глюкокортикоиды, минералокортикоиды, половые гормоны, метаболиты холекальциферола (витамин D ).

Цикл жизни гормона

1. Синтез.

2. Секреция.

3. Транспорт. Аутокринное, паракринное и дистантное действие. Значение белков-переносчиков для стероидных и тиреоидных гормонов.

4. Взаимодействие гормона с рецепторами клеток-мишеней.

а) водорастворимые гормоны (пептиды, катехоламины) соединяются с рецепторами на мембране клеток-мишеней. Мембранные рецепторы для гормонов: хемочувствительный ионный канал; G -белки. В результате в клетке-мишени появляются вторичные посредники (например, цАМФ). Изменение активности ферментов → биологический эффект.

б) жирорастворимые гормоны (стероидные, йодсодержащие тиреоидные) проникают сквозь клеточную мембрану и соединяются с рецепторами внутри клетки-мишени. Комплекс «гормон-рецептор» регулирует экспрессию → развитие биологического эффекта.

5. Биологический эффект (сокращение или расслабление гладких мышц, изменение скорости обмена веществ, проницаемости клеточной мембраны, секреторные реакции и др.).

6. Инактивация гормонов и/или их экскреция (роль печени и почек).

Обратная связь

Скорость секреции гормона точно контролируется внутренней системой контроля. В большинстве случаев секреция регулируется механизмом отрицательной обратной связи (хотя крайне редко имеет место и положительная обратная связь). Итак, эндокринная клетка способна воспринимать последствия секреции определенного гормона. Это позволяет ей приспособить уровень секреции гормона для обеспечения желаемого уровня биологического эффекта.

А. Простая отрицательная обратная связь.

Если биологический эффект возрастает , количество гормона, секретируемого эндокринной клеткой, в дальнейшем будет снижаться .

Контролируемый параметр – уровень активности клетки-мишени. Если клетка-мишень слабо отвечает на гормон, эндокринная клетка будет выделять больше гормона, чтобы достигнуть желаемого уровня активности.

Б. Сложная (составная) отрицательная обратная связь осуществляется на различных уровнях.

Пунктирными линиями показаны различные варианты отрицательной обратной связи.

В. Положительная обратная связь: в конце фолликулярной фазы женского полового цикла возрастает концентрация эстрогенов, что приводит к резкому увеличению секреции (пику) ЛГ и ФСГ, возникающему перед овуляцией.

Самостоятельная работа по теме: «Физиология эндокринной системы»

Женские половые гормоны

_______________________

_______________________

_______________________

_______________________

Дни от пика ЛГ

Дни от начала цикла

Рис. 1. Изменение уровня гонадотропинов аденогипофиза (ЛГ, ФСГ), гормонов яичников (прогестерона и эстрадиола) и базальной температуры тела во время женского полового цикла.

Укажите рядом с графиками названия гормонов.

В яичнике в период женского полового цикла (продолжительностью в 28 дней) различают:

1. Фолликулярную фазу, которая длится с ______ по ______ день цикла. В эту фазу в яичнике ____________________________________________________________________________

2. Овуляция (О ) происходит на _____ день цикла. Овуляция – это ______________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Овуляции предшествует пик _______________________________ гормона.

3. Фазу желтого тела, которая длится с ______ дня по ________ день. В эту фазу в яичнике ______________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

В матке в период женского полового цикла различают:

1. Менструацию (М ) – ____________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

2. Пролиферативную фазу – ______________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Секреторную фазу – __________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пользуясь рис. 1 , дополните предложения:

1. Наибольшая концентрация в плазме эстрадиола на _______ день цикла, т.е. в ________________________ фазу.

2. Наибольшая концентрация в плазме прогестерона на ________ день цикла, т.е. в ________________________ фазу.

3. Непосредственно перед овуляцией наблюдается пик гормонов __________________.

4. Подъем базальной температуры тела во время овуляции и в фазу желтого тела связан с секрецией гормона ________________________________.

Менопауза

Менопауза – это ________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

В менопаузу секреция:

а) прогестерона, эстрадиола ________________________

б) ФСГ, ЛГ ________________________

в) половых гормонов (андрогенов) в корковом веществе надпочечников _________________

В период менопаузы изменяется деятельность систем организма: ______________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Эпифиз (шишковидная железа)

Гормон эпифиза: __________________________________________

(аминокислота триптофан → серотонин → ____________________)

Регуляция секреции:

Темнота (стимулирующее влияние) → сетчатка глаза → ретино-гипоталамический тракт → латеральная область гипоталамуса → спинной мозг → симпатические нервы (преганглионарный нейрон) → верхний шейный ганглий → постганглионарный нейрон → пинеалоциты эпифиза → увеличение синтеза и секреции мелатонина.

Примечание: 1) медиатор постганглионарного нейрона, который взаимодействует с β-адренорецепторами пинеалоцитов эпифиза, _____________________________________

2) свет оказывает _________________________ влияние на синтез и секрецию мелатонина

3) на ночные часы приходится 70% суточной продукции гормона

4) стресс ___________________________ секрецию мелатонина

Механизм действия и эффект

1. Мелатонин _____________ секрецию гонадолиберинов гипоталамуса и ________________ аденогипофиза → снижение половых функций.

2. Введение мелатонина вызывает легкую эйфорию, сон.

3. К началу полового созревания уровень мелатонина _______________________________.

4. Во время женского полового цикла уровень мелатонина изменяется: во время менструации – ___________________________, а во время овуляции – _________________________.

5. Эпифиз – биологические часы, т.к. благодаря ему происходит временная адаптация.

Клинические проявления недостатка и избытка гормона:

1. Опухоли, разрушающие эпифиз, _______________________ половую функцию.

2. Опухоли, происходящие из пинеалоцитов, сопровождаются______________________

половой функции.

Регуляция уровня Ca 2+ в крови

Регуляция физиологических процессов, роста и продуктивности сельскохозяйственных животных осуществляется комплексно, в виде рефлекторных реакций и гормональных воздействий на клетки, ткани и органы.

При участии нервной системы гормоны оказывают коррелирующее воздействие на развитие, дифференцировку и рост тканей и органов, стимулируют воспроизводительные функции, процессы метаболизма и продуктивность. Как правило, один и тот же гормон может оказывать соответствующее влияние на несколько физиологических процессов. В то же время различные гормоны, выделяемые одной или несколькими эндокринными железами, могут проявлять свое действие как синергисты или антагонисты.

Регулирование обмена веществ с помощью гормонов во многом зависит от интенсивности их образования и поступления в кровь, от продолжительности срока действия и скорости распада, а также от направленности их влияния на обменные процессы. Результаты действия гормонов зависят от их концентрации, а также от чувствительности эффекторных органов и клеток, от физиологического состояния и функциональной лабильности органов, нервной системы и всего организма. У одних гормонов влияние на процессы метаболизма проявляется, в основном, как анаболическое (соматотропин, инсулин, половые гормоны), а у других гормонов - как катаболическое (тироксин, глюкокортикоиды).

Широкая программа исследований влияния гормонов и их аналогов на обмен веществ и продуктивность животных выполнена в НИИФБиП сельскохозяйственных животных. Этими исследованиями доказано, что анаболическое использование азота, принятого с кормом, зависит не только от его количества в рационе, но и от функциональной активности соответствующих эндокринных желез (гипофиза, поджелудочной, половых желез, надпочечников и др.), гормоны которых во многом определяют интенсивность азотистого и других видов обмена. В частности, определено влияние соматотропина, инсулина, тироксина, тестостерон-пропионата и многих синтетических препаратов на организм животных и установлено, что все перечисленные препараты проявляют четко выраженный анаболический эффект, связанный с повышением биосинтеза и ретенции белка в тканях.

Для роста животных, их важнейшей продуктивной функции, связанной с наращиванием живой массы, важным регулирующим гормоном является СТГ, который действует непосредственно на метаболические процессы в клетках. Он улучшает использование азота, усиливает синтез белков и других веществ, митоз клеток, активирует образование коллагена и рост костей, ускоряет расщепление жиров и гликогена, что в свою очередь улучшает метаболизм и энергетические процессы в клетках.

Действие на рост животных СТГ оказывает в синергизме с инсулином. Они совместно активируют функции рибосом, синтез ДНК, и другие анаболические процессы. На инкрецию соматотропина оказывают влияние тиротропин, глюкагон, вазопрессин, половые гормоны.

На рост животных путем регуляции метаболизма, в частности углеводного и жирового обменов, оказывает влияние пролактин, который действует аналогично соматотропину.

В настоящее время изучаются возможности стимуляции продуктивности животных воздействием на гипоталамус, где образуются соматолиберин - стимулятор инкреции СТГ. Имеются данные о том, что возбуждение гипоталамуса простагландинами, глюкагоном и некоторыми аминокислотами (аргинином, лизином) стимулирует аппетит и поедаемость корма, что положительно сказывается на метаболизме и продуктивности животных.

Одним из важнейших анаболических гормонов является инсулин. Наибольшее влияние он оказывает на обмен углеводов. Инсулин регулирует синтез гликогена в печени и мышцах. В жировой ткани и печени он стимулирует превращение углеводов в жиры.

Анаболическим действием, особенно в период активного роста, обладают гормоны щитовидной железы. Тиреоидные гормоны - тироксин и трийодтиронин оказывают влияние на интенсивность обмена веществ, дифференцировку и рост тканей. Недостаток этих гормонов сказывается отрицательно на основном обмене. При избытке они обладают катаболическим действием, усиливают расщепление белков, гликогена и окислительное фосфорилирование в митохондриях клеток. С возрастом инкреция тиреоидных гормонов у животных уменьшается, что согласуется с замедлением интенсивности обмена веществ и процессов по мере старения организма. С понижением активности щитовидной железы животные более рационально используют питательные вещества и лучше откармливаются.

Таким же действием обладают андрогены. Они улучшают использование питательных веществ корма, синтез ДНК и белков в мышцах и других тканях, стимулируют процессы метаболизма и рост животных.

На рост и продуктивность животных существенное влияние оказывает кастрация. У некастрированных бычков интенсивность роста, как правило, значительно выше, чем у кастратов. Среднесуточный привес у кастратов на 15- 18% ниже, чем у интактных животных. Кастрация бычков отрицательно влияет и на использование корма. По данным некоторых авторов, бычки-кастраты на 1 кг привеса потребляют кормов и переваримого протеина на 13% больше, чем интактные бычки. В связи с этим в настоящее время кастрацию бычков многие считают нецелесообразной.

Лучшее использование корма и усиление роста животных обеспечивают также эстрогены. Они активируют генный аппарат клеток, стимулируют образование РНК, клеточных белков и ферментов. Эстрогены влияют на обмен белков, жиров, углеводов и минеральных веществ. Малые дозы эстрогенов активируют функцию щитовидной железы и намного увеличивают концентрацию инсулина в крови (до 33%). Под действием эстрогенов в моче возрастает концентрация нейтральных 17-кетостероидов (до 20%), что является подтверждением повышенной инкреции андрогенов, обладающих анаболическим действием и, следовательно, дополняющих ростовой эффект СТГ. Эстрогены обеспечивают преобладающее действие анаболических гормонов. В результате этого осуществляется ретенция азота, стимулируется процесс роста, увеличивается содержание аминокислот и белков в мясе. Некоторым анаболическим действием обладает и прогестерон, повышающий эффективность использования корма, особенно у беременных животных.

Из группы кортикостероидов у животных особо важное значение имеют глюкокортикоиды - гидрокортизон (кортизол), кортизон и кортикостерон, которые участвуют в регуляции всех видов обмена веществ, влияют на рост и дифференцировку тканей и органов, на нервную систему и многие эндокринные железы. Они принимают активное участие в защитных реакциях организма при действии стрессовых факторов. Ряд авторов считает, что животные с повышенной функциональной активностью коры надпочечников растут и развиваются интенсивнее. Молочная продуктивность у таких животных более высокая. При этом важную роль играет не только количество глюкокортикоидов в крови, но и их соотношение, в частности гидрокортизона (более активный гормон) и кортикостерона.

На разных этапах онтогенеза различные анаболические гормоны влияют на рост животных неодинаково. В частности, установлено, что концентрация соматотропина и гормонов щитовидной железы в крови крупного рогатого скота с возрастом уменьшается. Уменьшается также и концентрация инсулина, что свидетельствует о тесной функциональной связи этих гормонов и ослаблении интенсивности анаболических процессов в связи с возрастом животных.

В начальном периоде откорма у животных отмечается усиление роста и анаболических процессов на фоне повышенной инкреции СТГ, инсулина и гормонов щитовидной железы, затем инкреция этих гормонов постепенно уменьшается, наступает ослабление процессов ассимиляции и роста, повышается жироотложение. В конце откорма инкреция инсулина значительно уменьшается, так как функция островков Лангерганса, после ее активации в интенсивный период откорма, угнетается. Поэтому на заключительной стадии откорма использование инсулина для стимуляции мясной продуктивности животных весьма целесообразно. Для стимуляции обмена веществ и мясной продуктивности животных, наряду с гормонами и их аналогами, как установлено Ю. Н. Шамберевым и сотрудниками, важное значение имеют алиментарные факторы - углеводистые и белковые корма, а также отдельные компоненты (масляная кислота, аргинин, лизин, комплексы аминокислот и простейших полипептидов и др.), которые оказывают стимулирующее воздействие на функциональную активность желез и метаболические процессы.

Лактация у животных регулируется нервной системой и гормонами ряда эндокринных желез. В частности, эстрогены стимулируют развитие протоков молочных желез, а прогестерон - их паренхимы. Эстрогены, а также гонадолиберин и тиролиберин усиливают инкрецию пролактина и соматотропина, которые стимулируют лактацию. Пролактин активирует в железах пролиферацию клеток и синтез предшественников молока. Соматотропин стимулирует развитие молочных желез и их секрецию, повышает содержание жира и лактозы в молоке. Своим влиянием на обмен белков, жиров и углеводов стимулирует лактацию также инсулин. Кортикотропин и глюкокортикоиды совместно с соматотропином и пролактином обеспечивают необходимый запас аминокислот для синтеза белков молока. Гормоны щитовидной железы тироксин и трийодтиронин усиливают секрецию молока путем активации ферментов и увеличения в клетках железы содержания нуклеиновых кислот, ЛЖК и молочного жира. Лактация усиливается при соответствующем соотношении и синергическом действии перечисленных гормонов. Их излишнее и малое количество, а также рилизинг-гормон пролактостатин тормозят лактацию.

Многие гормоны оказывают регулирующее влияние на рост шерсти. В частности, тироксин и инсулин усиливают рост шерсти. Соматотропин своим анаболическим действием стимулирует развитие фолликулов и образование шерстных волокон. Пролактин тормозит рост шерсти, особенно у беременных и лактирующих животных. Тормозящее влияние на рост шерсти оказывают некоторые гормоны коры и мозгового вещества надпочечников, в частности, кортизол и адреналин.

Для определения взаимосвязи гормонов и различных видов обмена веществ и продуктивности с учетом возраста, пола, породы, условии кормления и содержания животных, а также для правильного выбора и применения гормональных препаратов с целью стимуляции продуктивности животных, необходимо учитывать состояние их гормонального статуса, так как действие гормонов на процессы метаболизма и рост животных тесно связано с функциональной активностью эндокринных желез и содержанием гормонов. Весьма важным показателем является определение концентрации различных гормонов в крови и других биологических жидкостях.

Как уже отмечалось, одним из основных звеньев гормональной стимуляции роста и продуктивности животных является влияние на частоту митозов клеток, их количество и размеры; В ядрах активируется образование нуклеиновых кислот, что способствует синтезу белков. Под влиянием гормонов усиливается активность соответствующих ферментов и их ингибиторов, охраняющих клетки и их ядра от излишней стимуляции процессов синтеза. Поэтому с помощью гормональных препаратов можно достичь лишь определенной умеренной стимуляции роста и продуктивности в пределах возможных изменений уровня обменных и пластических процессов у каждого вида животных, обусловленных филогенезом и активной адаптацией этих процессов к факторам среды обитания.

Эндокринология уже располагает обширными данными о гормонах и их аналогах, обладающих свойствами стимулирующего влияния на обмен веществ, рост и продуктивность животных (соматотропин, инсулин, тироксин и др.). По мере дальнейшего прогресса наших знаний в этой области и изыскания новых высокоэффективных и практически безвредных эндокринных препаратов, наряду с другими биологически активными веществами, они найдут все более широкое применение в промышленном животноводстве для стимуляции роста, сокращения сроков откорма, повышения молочной, шерстной и других видов продуктивности животных.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Регуляция метаболизма Система регуляции обмена веществ и функций организма образуют три иерархических уровня: 1 – ЦНС. Нервные клетки получают сигналы, поступающие из внешней среды, преобразуют их в нервный импульс и передают через синапсы, используя медиаторы (химические сигналы), которые вызывают изменения метаболизма в эффекторных клетках. 2 – эндокринная система. Включает гипоталамус, гипофиз и периферические эндокринные железы (а также отдельные клетки), синтезирующие гормоны и высвобождающие их в кровь при действии соответствующего стимула. 3 -внутриклеточный. Его составляют изменения метаболизма в пределах клетки или отдельного метаболического пути, в результате: изменения активности ферментов (активация, ингибирование) ; изменение кол-ва ферментов (индукция или репрессия синтеза или изменение скорости их разрушения) ; изменение скорости транспорта в-ва через мембраны клеток.

Регуляция метаболизма Синтез и секреция гормонов стимулируется внешними и внутренними сигналами, поступающими в ЦНС; Эти сигналы по нейронам поступают в гипоталамус, где стимулируют синтез пептидных релизинг-гормонов -либеринов и статинов, которые стимулируют или ингибируют, соответственно, синтез и секрецию гормонов передней доли гипофиза (тропных гормонов) ; Тропные гормоны стимулируют образование и секрецию гормонов периферических эндокринных желез, которые выделяются в общий кровоток и взаимодействуют с клетками-мишенями. Поддержание уровня гормонов за счет механизма обратной связи характерно для гормонов надпочечников, щитовидной железы, половых желез.

Регуляция метаболизма Не все эндокринные железы регулируются подобным образом: Гормоны задней доли гипофиза (окситоцин и вазопрессин) синтезируются в гипоталамусе в виде предшественников и хранятся в гранулах терминальных аксонов нейрогипофиза. Секреция гормонов поджелудочной железы (глюкагон и инсулин) напрямую зависит от концентрации глюкозы в крови.

Гормоны Гормоны – вещества органической природы, вырабатывающиеся в специализированных клетках желез внутренней секреции, поступающие в кровь и оказывающие регулирующее влияние на обмен веществ и физиологические функции. Классификация гормонов, основанная на их химической природе: 1) пептидные и белковые гормоны; 2) гормоны – производные аминокислот; 3) гормоны стероидной природы; 4) эйкозаноиды – гормоноподобные вещества, оказывающие местное действие.

Гормоны 1) Пептидные и белковые гормоны включают: гормоны гипоталамуса и гипофиза (тиролиберин, соматолиберин, соматостатин, гормон роста, кортикотропин, тиреотропин и др. – см. далее) ; гормоны поджелудочной железы (инсулин, глюкагон). 2) Гормоны – производные аминокислот: гормоны мозгового вещества надпочечников (адреналин и норадреналин) ; гормоны щитовидной железы (тироксин и его производные). 3) Гормоны стероидной природы: гормоны коркового вещества надпочечников(кортикостероиды) ; половые гормонами (эстрогены и андрогены) ; гормональная форма витамина D. 4) Эйкозаноиды: простагландины, тромбоксаны и лейкотриены.

Гормоны гипоталамуса Гипоталамус — место взаимодействия высших отделов ЦНС и эндокринной системы. В гипоталамусе открыто 7 стимуляторов (либерины) и 3 ингибитора (статины) секреции гормонов гипофиза, а именно: кортиколиберин, тиролиберин, люлиберин, фоллилиберин, соматолиберин, пролактолиберин, меланолиберин, соматостатин, пролактостатин и меланостатин; По химическому строению –низкомолекулярные пептиды. ц. АМФ участвует в передаче гормонального сигнала.

Гормоны гипофиза В гипофизе синтезируется ряд биологически активных гормонов белковой и пептидной природы, оказывающих стимулирующий эффект на различные физиологические и биохимические процессы в тканях-мишенях. В зависимости от места синтеза различают гормоны передней, задней и промежуточной долей гипофиза. В передней доле вырабатываются тропные гормонами (тропинами) , вследствие их стимулирующего действия на ряд других эндокринных желез.

Гормоны задней и средней долей гипофиза Гормоны задней доли гипофиза: Окситоцин у млекопитающих связан со стимуляцией сокращения гладких мышц матки при родах и мышечных волокон вокруг альвеол молочных желез, что вызывает секрецию молока. Вазопрессин стимулирует сокращение гладких мышечных волокон сосудов, однако основная роль его в организме сводится к регуляции водного обмена, откуда его второе название антидиуретического гормона. Гормональные эффекты, в частности вазопрессина, реализуются через аденилатциклазную систему. Гормоны средней доли гипофиза: Физиологическая роль меланотропинов заключается в стимулировании меланиногенеза у млекопитающих.

Гормоны щитовидной железы Синтезируются гормоны –йодированные производные аминокислоты тирозина. Трийодтиронин и тироксин (тетрайодтиронин). Регулируют скорость основного обмена, рост и дифференцировку тканей, обмен белков, углеводов и липидов, водно-электролитный обмен, деятельность ЦНС, пищеварительного тракта, гемопоэз, функцию сердечно- сосудистой системы, потребность в витаминах, сопротивляемость организма инфекциям и др. Точкой приложения действия тиреоидных гормонов, считается генетический аппарат.

Гормоны поджелудочной железы Поджелудочная железа относится к железам со смешанной секрецией. Панкреатические островки (островки Лангерганса) : α- (или А-) клетки продуцируют глюкагон, β- (или В-) клетки синтезируют инсулин, δ-(или D-) клетки вырабатывают соматостатин, F-клетки – малоизученный панкреатический полипептид. Инсулин Полипептид. В физиологической регуляции синтеза инсулина доминирующую роль играет концентрация глюкозы в крови. Повышение содержания глюкозы в крови вызывает увеличение секреции инсулина в панкреатических островках, а снижение ее содержания, наоборот.

Гормоны поджелудочной железы Глюкагон Полипептид. Вызывает увеличение концентрации глюкозы в крови главным образом за счет распада гликогена в печени. Органами-мишенями для глюкагона являются печень, миокард, жировая ткань, но не скелетные мышцы. Биосинтез и секреция глюкагона контролируются главным образом концентрацией глюкозы по принципу обратной связи. Действие через аденилатциклазную систему с образованием ц. АМФ.

Гормоны надпочечников Мозговое вещество вырабатывает гормоны, которые считаются производными аминокислот. Корковое вещество секретирует гормоны стероидной природы. Гормоны мозгового вещества надпочечников: Катехоламины (дофамин, адреналин и норадреналин) синтезируются из тирозина. Оказывают мощное сосудосуживающее действие, вызывая повышение АД. Регулируют обмен углеводов в организме. Адреналин вызывает резкое повышение уровня глюкозы в крови, что обусловлено ускорением распада гликогена в печени под действием фермента фосфорилазы. Адреналин, как и глюкагон, активирует фосфорилазу не прямо, а через систему аденилатциклаза-ц. АМФ-протеинкиназа

Гормоны надпочечников Гормоны коркового вещества надпочечников: Глюкокортикоиды -кортикостероиды, оказывающие влияние на обмен углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот; кортикостерон, кортизон, гидрокортизон (кортизол), 11 — дезоксикортизол и 11 -дегидрокортикостерон. Минералокортикоиды -кортикостероиды, оказывающие преимущественное влияние на обмен солей и воды; дезоксикортикостерон и альдостерон. В основе их структуры лежит циклопентанпергидрофенантрен. Оказывают действие через ядерный аппарат. См. лекцию 13.

Молекулярные механизмы передачи гормонального сигнала По механизму действия гормоны можно разделить на 2 группы: 1) Гормоны, взаимодействующие с мембранными рецепторами (пептидные гормоны, адреналин, цитокины и эйкозаноиды) ; Действие реализуется в основном путем посттрансляционных (постсинтетических) модификаций белков в клетках, 2) Гормоны (стероидные, тиреоидные гормоны, ретиноиды, витамин D 3 -гормоны), взаимодействующие с внутриклеточными рецепторами выступают в качестве регуляторов экспрессии генов.

Механизмы передачи гормонального сигнала Гормоны, взаимодействующие с клеточными рецепторами, передают сигнал на уровне клетки через вторичные посредники (ц. АМФ, ц. ГМФ, Са 2+ , диацилглицерол). Каждой из этих систем посредников гормонального эффекта соответствует определенный класс протеинкиназ. протеинкиназа типа А регулируется ц. АМФ, протеинкиназы G – ц. ГМФ; Са 2+ — кальмодулинзависимые протеинкиназы — под контролем внутриклеточной [Са 2+ ], протеинкиназа типа С регулируется диацилглицеролом в синергизме со свободным Са 2+ и кислыми фосфолипидами. Повышение уровня какого-либо вторичного мессенджера приводит к активации соответствующего класса протеинкиназ и последующему фосфорилированию их белковых субстратов. В результате меняется не только активность, но и регуляторные и каталитические свойства многих ферментных систем клетки.

Молекулярные механизмы передачи гормонального сигнала Аденилатциклазная мессенджерная система: В нем задействовано мимимум пять белков: 1) рецептор гормона; 2) G-белок, осуществляющий связь между аденилатциклазой и рецептором; 3) фермент аденилатциклаза, выполняющая функцию синтеза циклического АМФ (ц. АМФ); 4) ц. АМФ-зависимая протеинкиназа, катализирующая фосфорилирование внутриклеточных ферментов или белков-мишеней, соответственно изменяя их активность; 5) фосфодиэстераза, которая вызывает распад ц. АМФ и тем самым прекращает (обрывает) действие сигнала

Молекулярные механизмы передачи гормонального сигнала Аденилатциклазная мессенджерная система: 1) C вязывание гормона с β-адренергическим рецептором приводит к структурным изменениям внутриклеточного домена рецептора, что обеспечивает взаимодействие рецептора со вторым белком сигнального пути – ГТФ-связывающим G -белком. 2) G-белок – представляет собой смесь2 типов белков: активного Gs и ингибиторного G i. Гормонрецепторный комплекс сообщает G-белку способность не только легко обменивать эндогенный связанный ГДФ на ГТФ, но и переводить Gs-белок в активированное состояние, при этом активный G-белок диссоциирует в присутствии ионов Mg 2+ на β-, γ-субъединицы и комплекс α-субъединицы Gs в ГТФ-форме; этот активный комплекс затем перемещается к молекуле аденилатциклазы и активирует ее.

Молекулярные механизмы передачи гормонального сигнала Аденилатциклазная мессенджерная система: 3) Аденилатциклаза представляет собой интегральный белок плазматических мембран, его активный центр ориентирован в сторону цитоплазмы и в активированном состоянии катализирует реакцию синтеза ц. АМФ из АТФ:

Молекулярные механизмы передачи гормонального сигнала Аденилатциклазная мессенджерная система: 4) Протеинкиназа А– это внутриклеточный фермент, через который ц. АМФ реализует свой эффект. Протеинкиназа А может существовать в 2 формах. В отсутствие ц. АМФ протеинкиназа не активна и представлена в виде тетрамерного комплекса из двух каталитических (С 2) и двух регуляторных (R 2) субъединиц. В присутствии ц. АМФ протеинкиназный комплекс обратимо диссоциирует на одну R 2 -субъединицу и две свободные каталитические субъединицы С; последние обладают ферментативной активностью, катализируя фосфорилирование белков и ферментов, соответственно изменяя клеточную активность. Адреналин, глюкагон.

Молекулярные механизмы передачи гормонального сигнала Ряд гормонов оказывает тормозящий эффект на аденилатциклазу, соответственно снижая уровень ц. АМФ и фосфорилирование белков. В частности, гормон соматостатин, соединяясь со своим специфическим рецептором – ингибиторным G-белком (Gi), ингибирует аденилатциклазу и синтез ц. АМФ, т. е. вызывает эффект, прямо противоположный вызываемому адреналином и глюкагоном.

Молекулярные механизмы передачи гормонального сигнала К внутриклеточной системе мессенджеров относят также производные фосфолипидов мембран эукариотических клеток, в частности фосфорилированные производные фосфатидилинозитола. Эти производные освобождаются в ответ на гормональный сигнал (например, от вазопрессина или тиротропина) под действием специфической мембраносвязанной фосфолипазы С. В результате последовательных реакций образуются два потен- циальных вторичных мессенджера – диацилглицерол и инозитол-1, 4, 5 -трифосфат.

Молекулярные механизмы передачи гормонального сигнала Биологические эффекты этих вторичных мессенджеров реализуютсяпо-разному. Диацилглицерол, как и свободны t ионов Са 2+ , действует через мембраносвязанный Са-зависимый фермент протеинкиназу С, которая катализирует фосфорилирование внутриклеточных ферментов, изменяя их активность. Инозитол-1, 4, 5 -трифосфат связывается со специфическим рецептором на эндоплазматическом ретикулуме, способствуя выходу из него ионов Са 2+ в цитозоль.

Молекулярные механизмы передачи гормонального сигнала Гормоны, взаимодействующие с внутриклеточными рецепторами: Изменяют экспрессию генов. Гормон после доставки с белками крови в клетку проникает (путем диффузии) через плазматическую мембрану и далее через ядерную мембрану и связывается с внутриядерным рецептором–белком. Комплекс стероид–белок затем связывается с регуляторной областью ДНК, с так называемыми гормончувствительными элементами, способствуя транскрипции соответствующих структурных генов, индукции синтеза белка de novo и изменению метаболизма клетки в ответ на гормональный сигнал.

Уровни организации регуляторных систем.

Роль гормонов в регуляции метаболизма.

Гормоны мозгового вещества надпочечников, щитовидной, паращитовидной и поджелудочной желез.

Для нормального функционирования многоклеточного организма необходима взаимосвязь между отдельными клетками, тканями и органами. Эту взаимосвязь осуществляют 4 основные системы регуляции.

Центральная и периферическая нервные системы через нервные импульсы и нейромедиаторы;

Эндокринная система через эндокринные железы и гормоны, которые секретируются в кровь и влияют на метаболизм различных клеток-мишеней;

Паракринная и аутокринная системы посредством различных соединений, которые секретируются в межклеточное пространство и взаимодействуют с рецепторами либо близлежащих клеток, либо той же клетки (простагландины, гормоны ЖКТ, гистамин и др.);

Иммунная система через специфические белки (цитокины, антитела).

Системы регуляции метаболизма. А - эндокринная - гормоны секретируются железами в кровь, транспортируются по кровеносному руслу и связываются с рецепторами клеток-мишеней;

Б - паракринная - гормоны секретируются во внеклеточное пространство и связываются с мембранными рецепторами соседних клеток;

В - аутокринная - гормоны секретируются во внеклеточное пространство и связываются с мембранными рецепторами клетки, секретирующей гормон:

Уровни организации регуляторных систем

3 иерархических уровня.

Первый уровень - ЦНС. Нервные клетки получают сигналы, поступающие из внешней и внутренней среды, преобразуют их в форму нервного импульса и передают через синапсы, используя химические сигналы - медиаторы. Медиаторы вызывают изменения метаболизма в эффекторных клетках.

Второй уровень - эндокринная система. Включает гипоталамус, гипофиз, периферические эндокринные железы (а также отдельные клетки), синтезирующие гормоны и высвобождающие их в кровь при действии соответствующего стимула.

Третий уровень - внутриклеточный. Его составляют изменения метаболизма в пределах клетки или отдельного метаболического пути, происходящие в результате:

- изменения активности ферментов путём активации или ингибирования;

- изменения количества ферментов по механизму индукции или репрессии синтеза белков или изменения скорости их разрушения;

- изменения скорости транспорта веществ через мембраны клеток.

Роль гормонов в регуляции обмена веществ и функций

Интегрирующими регуляторами, связывающими различные регуляторные механизмы и метаболизм в разных органах, являются гормоны. Они функционируют как химические посредники, переносящие сигналы, возникающие в различных органах и ЦНС. Ответная реакция клетки на действие гормона очень разнообразна и определяется как химическим строением гормона, так и типом клетки, на которую направлено действие гормона.

Гормоны (греч. hormao – привожу в движение) – это биологически активные вещества, различные по химической природе, вырабатываемые специализированными органами и тканями (железами внутренней секреции) поступающие непосредственно в кровь и осуществляющие гуморальную регуляцию обмена веществ и функций организма. Для всех гормонов характерна большая специфичность действия.

Гормоноиды – вещества, вырабатываемые в ряде тканей и клеток (не в специализированных органах), подобно гормонам влияющие на обменные процессы и функции организма. Гормоноиды часто оказывают свое действие внутри тех клеток, в которых они образуются, или же они распространяются путем диффузии и действуют вблизи места своего образования, некоторые же гормоноиды попадают и в кровоток. Резких различий между гормонами и гормоноидами нет.

Эндокринная система представляет собой функциональное объединение специализированных для внутренней секреции клеток, тканей и органов. Основной их функцией является синтез и секреция во внутреннюю среду организма (инкреция) молекул гормонов. Таким образом, эндокринная система осуществляет гормональную регуляцию процессов жизнедеятельности. Эндокринной функцией обладают: 1) органы или железы внутренней секреции, 2) эндокринная ткань в органе, функция которого не сводится лишь к внутренней секреции, 3) клетки, обладающие наряду с эндокринной и неэндокринными функциями.

Органы, ткани и клетки с эндокринной функцией

Система клеток, способных трансформировать аминокислоты в различные гормоны, и имеющих общее эмбриональное происхождение образует АПУД-систему (около 40 типов клеток, обнаруживаемых в ц.н.с. (гипоталамусе, мозжечке), железах внутренней секреции (гипофизе, шишковидном теле, щитовидной железе, островках поджелудочной железы, надпочечниках, яичниках), в желудочно-кишечном тракте, легких, почках и мочевых путях, параганглиях и плаценте) APUD - аббревиатура, образованная из первых букв англ. слов amines амины, precursor предшественник, uptake усвоение, поглощение, decarboxylation декарбоксилирование; синоним диффузная нейроэндокринная система. Клетки АПУД-системы - апудоциты - способны к синтезу биогенных аминов (катехоламинов, серотонина, гистамина) и физиологически активных пептидов, располагаются диффузно или группами среди клеток других органов. Созданию концепции АПУД-системы способствовало одновременное обнаружение в пептидпродуцирующих эндокринных клетках и нейронах большого числа пептидов, играющих роль нейромедиаторов или секретирующихся в кровоток как нейрогормоны. Было установлено, что биологически активные соединения, вырабатываемые клетками АПУД-системы, выполняют эндокринную, нейрокринную и нейроэндокринную

Особенности гормонов:

- в крови гормоны присутствуют в очень низкой концентрации

(до 10 -12 моля);

- эффект их реализуется через посредников – мессенджеров;

- гормоны меняют активность уже существующих ферментов или усиливают синтез ферментов;

- действие ферментов контролируется ЦНС;

- гормоны и железы внутренней секреции связаны механизмом прямой и обратной связи.

Многие гормоны переносятся по крови не самостоятельно, а с белками плазмы крови – переносчиками. Разрушаются гормоны в печени, а выводятся продукты их разрушения почками.

В органах-мишенях (которых достигают гормоны) на поверхности клеток имеются специфические рецепторы , которые «узнают» свой гормон, иногда эти рецепторы не на клеточной мембране, а на ядре внутри клетки.

Синтезированные гормоны депонируются в соответствующих железах в разных количествах:

Запас стероидных гормонов – хватает на обеспечение организма в течение нескольких часов ,

Запас белково-пептидных гормонов (в форме прогормонов) хватает на

1 сутки,

Запас катехоламинов - на несколько суток ,

Запас тиреоидных гормонов - на несколько недель .

Секреция гормонов в кровь(путем экзоцитоза или диффузии) происходит неравномерно – она носит пульсирующий характер, или наблюдается циркадный ритм. В крови белково-пептидные гормоны и катехоламины обычно находятся в свободном состоянии, стероидные и тиреоидные гормоны связываются со специфическими белками-переносчиками. Период полужизни гормонов в плазме составляет: катехоламинов - секунды, белково-пептидных гормонов - минуты, стероидных гормонов - часы, тиреоидных гормонов - несколько суток. Гормоны воздействуют на клетки-мишени, взаимодействуя с рецепторами, их отделение от рецепторов происходит через десятки секунд или минуты. Все гормоны в конечном счете разрушаются, частично в клетках-мишенях, особенно интенсивно - в печени. Выделяются из организма главным образом метаболиты гормонов, неизмененные гормоны - в очень малых количествах. Основной путь их выведения - через почки с мочой.

Физиологический эффект гормона определяется разными факторами, например:

концентрацией гормона (которая определяется скоростью инактивации в результате распада гормонов, протекающего в основном в печени, и скоростью выведения гормонов и его метаболитов из организма),

сродством к белкам-переносчикам (стероидные и тиреоидные гормоны транспортируются по кровеносному руслу в комплексе с белками),

количеством и типом рецепторов на поверхности клеток-мишеней.

Синтез и секреция гормонов стимулируются внешними и внутренними сигналами, поступающими в ЦНС .

Эти сигналы по нейронам поступают в гипоталамус, где стимулируют синтез пептидных рилизинг-гормонов (от англ, release - освобождать) -либеринов и статинов .

Либерины стимулируют, а статины ингибируют синтез и секрецию гормонов передней доли гипофиза.

Гормоны передней доли гипофиза, называемые тропными гормонами , стимулируют образование и секрецию гормонов периферических эндокринных желёз, которые поступают в общий кровоток и взаимодействуют с клетками-мишенями.

Схема взаимосвязи регуляторных систем организма . 1 - синтез и секреция гормонов стимулируется внешними и внутренними сигналами; 2 - сигналы по нейронам поступают в гипоталамус, где стимулируют синтез и секрецию рилизинг-гормо-нов; 3 - рилизинг-гормоны стимулируют (либерины) или ингибируют (статины) синтез и секрецию тройных гормонов.гипофиза; 4 - тройные гормоны стимулируют синтез и секрецию гормонов периферических эндокринных желез; 5 - гормоны эндокринных желез поступают в кровоток и взаимодействуют с клетками-мишенями; 6 - изменение концентрации метаболитов в клетках-мишенях по механизму отрицательной обратной связи подавляет синтез гормонов эндокринных желез и гипоталамуса; 7 - синтез и секреция тройных гормонов подавляется гормонами эндокринных желез; ⊕ - стимуляция синтеза и секреции гормонов; ⊝ - подавление синтеза и секреции гормонов (отрицательная обратная связь).

Поддержание уровня гормонов в организме обеспечивает механизм отрицательной обратной связи. Изменение концентрации метаболитов в клетках-мишенях по механизму отрицательной обратной связи подавляет синтез гормонов, действуя либо на эндокринные железы, либо на гипоталамус . Синтез и секреция тропных гормонов подавляется гормонами эндокринных периферических желёз . Такие петли обратной связи действуют в системах регуляции гормонов надпочечников, щитовидной железы, половых желёз.

Не все эндокринные железы регулируются подобным образом:

Гормоны задней доли гипофиза - вазопрессин и окситоцин - синтезируются в гипоталамусе в виде предшественников и хранятся в гранулах терминальных аксонов нейрогипофиза;

Секреция гормонов поджелудочной железы (инсулина и глюкагона) напрямую зависит от концентрации глюкозы в крови.

В регуляции межклеточных взаимодействий участвуют также низкомолекулярные белковые соединения - цитокины . Влияние цитокинов на различные функции клеток обусловлено их взаимодействием с мембранными рецепторами. Через образование внутриклеточных посредников сигналы передаются в ядро , где происходят активация определённых генов и индукция синтеза белков. Все цитокины объединяются следующими общими свойствами:

синтезируются в процессе иммунного ответа организма, служат медиаторами иммунной и воспалительной реакций и обладают в основном аутокринной, в некоторых случаях паракринной и эндокринной активностью;

действуют как факторы роста и факторы дифференцировки клеток (при этом вызывают преимущественно медленные клеточные реакции, требующие синтеза новых белков);

обладают плейотропной (полифункциональной) активностью.