Характеристика гормонов — Мир науки

Характеристика гормонов

Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Общая характеристика и классификация гормонов

Общая характеристика и классификация гормонов

Одним из основных условий нормального функционирования всех органов и систем организма является гомеостаз, т.е. относительная, динамическая, количественная и качественная постоянство его внутренней среды. Это

означает, что все биохимические компоненты или показатели организма варьируются в относительно узких гомеостатических границах. Например, содержание сахара в крови здорового человека варьируется в пределах 3,3-5,5 ммоль / л, остаточного азота, т.е. азота всех небелковых соединений, — 14,3-28,6 ммоль / л, общего белка сыворотки крови — 6, 6-8,5 ммоль / л.

Эта относительная устойчивость в организме высших животных и человека обеспечивается сложной системой регуляции, координации и интеграции всех процессов, протекающих в организме.

Основными и универсальными регуляторами химических реакций, обеспечивающих обмен веществ у всех живых организмов, являются ферменты. Они продуцируются всеми живыми существами и являются катализаторами биохимических превращений, которые лежат в основе жизни.

В ходе эволюции, по мере развития организмов, усложнение их строения, функций и обмена, произошла дифференциация тканей и органов, и возникли новые, более совершенные, высшие формы регуляторных механизмов. У высших организмов главное значение в системе регуляции приобретает нервная система, которая является главным регулятором функций организма и его связей с внешней средой.

Наряду с нервной системой сформировался аппарат специализированных анатомо-физиологических образований — желез внутренней секреции, или эндокринных желез (endo — внутрь, krino — отделять, греч.).

В эндокринных железах синтезируются высокоактивные вещества, которые выделяются не в пролив, ведущий на поверхность тела или к одному из внутренних органов, а непосредственно в кровь или лимфу. По этой причине их называют железами без выводных проток, или железами внутренней секреции.

В 1855 году Клод Бернар установило, что печень обладает способностью превращать сахар крови на животный крахмал — гликоген и, наоборот, в случае необходимости использовать гликоген, превращая его в сахар. Способность печени выделять сахар в кровь, т.е. во внутреннюю среду организма, Клод Бернар назвал внутренней секрецией. Свойственную же этому органу способность вырабатывать желчь, которая через специальную выводной проток поступает в кишечник (орган, который соединяется с внешней средой), Клод Бернар назвал внешней секрецией.

Следует иметь в виду, что одни эндокринные железы, например, щитовидной, паращитовидных железах, гипофиз, надпочечники — действительно совершенно лишены выводных проток. Другие, например, поджелудочная железа, яичники, семенники имеют как внешнюю секрецию (через проливы), так и внутреннюю, то есть выделяют секреты, которые переносятся кровью. Секреты эндокринных желез, которые регулируют обмен веществ и развитие организма, были названы гормонами. Термин «гормон» был введен Бейлисом и Старлинг в году при изучении ими действия секретина. Термин образован от корня греческого слова hormao — «возбуждать», приводить в действие. Гормональная и нервная регуляция тесно взаимосвязаны и функционируют как единая нейроэндокринная система регуляции.

Гормоны функционируют как химические посредники, переносящие соответствующую информацию (или сигнал) в определенное место — клетку-мишень. Это обеспечивается наличием в последний высокоспецифического рецептора, с которым связывается гормон. В результате взаимодействия гормона с рецептором инициируется определенная последовательность процессов, природа которым определяется как химическим строением гормона, так и типом клетки, которой принадлежит рецептор.

Гормоны — это биологически активные вещества, которые секретируются железами внутренней секреции, и поступают в кровь или лимфу и регулируют обмен веществ и физиологические функции в тканях-мишенях. Биосинтез и секреция гормонов является главной функцией эндокринных желез.

Ряд структурно-функциональных образований центральной нервной системы является одновременно и железами внутренней секреции. Поэтому эндокринные железы делятся на центральные и периферические (табл. 17).

К центральным относятся: гипоталамус, гипофиз и эпифиз; к периферическим — щитовидная железа, паращитовидные железы, поджелудочная железа (клетки островков Лангерганса), надпочечники, половые железы (семенники и яичники), плацента (временная эндокринная железа периода беременности), тимус.

Система, по которой гормоны транспортируются к тканям-мишеням, и нервная система служат в организме высших животных и человека главными путями передачи информации. Эти два коммуникационные пути обеспечивают функционирование в каждом органе механизмов интеграции большого количества химических реакций.

Кроме гормонов в биологических жидкостях и тканях обнаружено большое количество различных соединений, которые являются биорегуляторы. Однако, в отличие от гормонов, эти биологически активные вещества синтезируются НЕ эндокринными железами, а клетками различных органов и тканей, предназначенными выполнять определенные функции. Например, энтерохромаффинных клеток кишечника выделяют серотонин, который регулирует функцию кишечника; в тучных клетках соединительной ткани образуются гистамин, а в клетках почек — ангио-Тензин, участвующих в регуляции артериального давления широко распространены в тканях и жидкостях организма калликреин, которые образуют кале -дин и брадикинин с их выраженным гипотензивным эффектом, благодаря сильной сосудорасширяющего действия и т.д.

Эти биологически активные соединения проявляют свое действие как дистантно, так и в месте своего образования. Они называются тканевыми гормонами, или парагормонамы.

По химической природе гормоны представляют собой весьма разнообразные вещества, но в основном их можно разделить на три группы: 1. Гормоны белковой и пептидной природы.

1.1. Гормоны-белки (гормон поджелудочной железы — инсулин, некоторые гормоны передней доли гипофиза — соматотропный гормон, гонадотропные гормоны и др..).

1.2. Гормоны-пептиды (гормоны гипоталамуса, гормоны задней доли гипофиза — окситоцин и вазопрессин, ангиотензин и др..).

2. Гормоны — производные аминокислот (адреналин, норадреналин — производные

фенилаланина и тирозина; тиреоидные гормоны — производные тирозина; мелатонин — производное триптофана и др..).

3. Гормоны липидной природы:

3.1. Гормоны-стероиды (кортикостероиды, половые гормоны).

В физиологических условиях для большинства гормонов (за исключением е-дтиронинив) характерен относительно небольшой период полураспада (от нескольких минут до 1-2 часов). Поэтому для эффективного функционирования в качестве регуляторов, поддерживающих нормальный физиологический состояние, гормоны должны постоянно синтезироваться и секретироваться, быстро действовать и в то же время быстро инактивироваться.

В организме высших животных и человека гормоны проявляют регулирующее влияние на такие процессы, обеспечивающие их нормальную жизнедеятельность: во-первых, обмен веществ, во-вторых, морфогенез (процессы роста, дифференцировки и формирования конституции), в-третьих, половое развитие и функцию репродукции; в-четвертых, такие реакции адаптации организма, как приспособление к условиям существования, меняются. Всем гормонам, независимо от химической структуры и места их биосинтеза и секреции, характерны некоторые общие свойства:

1) высокая биологическая активность — гормоны проявляют свое действие в очень малых концентрациях;

2) специфичность действия — каждый гормон вызывает строго специфические ответные реакции органов и тканей;

3) дистантность действия — гормоны проявляют свое влияние на метаболизм органов и тканей, расположенных на расстоянии от места их образования;

4) высокая избирательность действия — гормоны проявляют свое влияние только на чувствительные к ним органы-мишени, клетки которых имеют специфические белковые рецепторы к данного гормона.

Общая характеристика гормонов

Гормоны представляют собой биологически активные вещества, различные по химической природе, которые вырабатываются клетками эндокринных желез и специфическими клетками, рассеяными по всему организму в рабочих органах и тканях.

Все гормоны имеют несколько важных свойств, которые отличают их от других биологически активных веществ:

1. Гормоны вырабатываются в клетках эндокринных желез и секретируются в кровь.

2. Все гормоны являются чрезвычайно активными веществами, они вырабатываются в малых дозировках (0,001-0,01 моль/л), но оказывают выраженный и быстрый биологический эффект.

3. Гормоны специфически воздействуют на органы и ткани посредством рецепторов. Они подходят к рецептору как ключ к замку, а потому воздействуют только на восприимчивые клетки и ткани.

4. Гормоны отличаются тем, что имеют определенный ритм секреции, например, гормоны коры надпочечников имеют суточный ритм секреции, а иногда ритм является месячным (половые гормоны у женщин) или интенсивность секреции изменяется в течение более продолжительного периода времени (сезонные ритмы).

Стоит отметить, что биологически активные вещества, которые вырабатывают рассеянные по организму клетки, зачастую относят к так называемым тканевым гормонам. Их отличительными особенностями является секреция в тканевую жидкость и преимущественно местное действие, тогда как гормоны оказывают свой эффект дистанционно.

По своей химической природе все гормоны могут быть белками (пептидами), производными аминокислот или веществами стероидной природы.

Регуляция работы

Работа эндокринных желез (интенсивность синтеза гормонов) регулируется центральной нервной системой. При этом деятельность всех периферических желез внутренней секреции определяется также корригирующими влияниями из центральных структур эндокринной системы.

Существует два механизма влияния нервной системы на эндокринную: нейро-проводниковый и нейро-эндокринный. Первый заключается в непосредственном влиянии нервной системы за счет нервных импульсов на периферические железы. Например, интенсивность синтеза гормонов может изменяться за счет снижения или увеличения тонуса сосудов железы, т.е. изменения интенсивности ее кровоснабжения. Второй механизм заключается во влиянии нервной системы на гипоталамус, который посредством рилизинг факторов (стимуляторы – либерины, и подавляющие секрецию — статины) определяет работу гипофиза. Гипофиз, в свою очередь, продуцирует тропные гормоны, регулирующие деятельность периферических желез.

Все железы внутренней секреции связаны с центральными структурами по механизму обратной отрицательной связи – повышение концентрации гормонов в крови ведет к уменьшению стимулирующего влияния со стороны нервной системы и центральных структур эндокринной системы.

Образование

Большинство гормонов синтезируется эндокринными железами в активной форме. Некоторые поступают в плазму в виде неактивных веществ – прогормонов. Например, проинсулин, который становится активным только после отщепления от него небольшой части — так называемого С-пептида.

Выделение

Секреция гормонов – это всегда активный процесс, который строго регулируется нервными и эндокринными механизмами. При необходимости может не только снижаться продукция гормона, но и происходить его депонирование в клетках эндокринных желез, например, за счет связывания с белком, РНК, двухвалентными ионами.

Транспортировка

Транспорт гормона осуществляется исключительно кровью. При этом большая его часть в крови находится в связанной форме с белками (около 90%). Стоит отметить, что почти все гормоны связываются со специфическими белками, тогда как с неспецифическим белком (альбумином) связано лишь 10% пула. Связанные гормоны являются неактивными, они переходят в активную форму лишь после выхода из комплекса. Если гормон не понадобился организму, то со временем он выходит из комплекса и метаболизируется.

Рецепторные взаимодействия

Связывание гормона с рецептором является важнейшим этапом гуморальной передачи сигнала. Именно рецепторное взаимодействие обуславливает специфическое действие гормона на клетки-мишени. Большая часть рецепторов представляет собой гликопротеиды, которые встроены в мембрану, т.е. находятся в специфическом фосфолипидном окружении.

Взаимодействие рецептора и гормона происходит по закону действующих масс согласно кинетике Михаэлиса. В ходе взаимодействия возможно проявление как положительного, так и отрицательного кооперативного эффектов. Иными словами, связывание гормона с рецептором может улучшить связывание с ним всех последующих молекул, либо сильно затруднить его.

Взаимодействие гормона и рецептора может приводить к разным биологическим эффектам, во многом они определяются типом рецептора, а именно его расположением. В связи с этим выделяют следующие варианты локализации рецепторов:

1. Поверхностные. При взаимодействии с гормоном меняют свою структуру (конформацию), за счет чего увеличивается проницаемость мембраны, и в клетку проходят определенные вещества.

2. Трансмембранные. Поверхностная часть взаимодействует с гормоном, а противоположная ей (внутри клетки) — с ферментом (аденилатциклаза или гаунилатциклаза), способствует выработке внутриклеточных медиаторов (циклический аденин- или гаунинмонофосфат). Последние являются так называемыми внутриклеточными мессенджерами, они усиливают синтез белка или его транспортировку, т.е. оказывают определенный биологический эффект.

3. Цитоплазматические. Находятся в цитоплазме в свободном виде. С ними связывается гормон, комплекс поступает в ядро, где усиливает синтез

информационной РНК и, таким образом, стимулирует образование белка на рибосомах.

4. Ядерные. Это негистоновый белок, который связан с ДНК. Взаимодействие гормона и рецептора приводит к усилению синтеза белка клеткой.

Эффект гормона зависит от множества факторов, в частности, от его концентрации, от количества рецепторов, плотности их расположения, аффинности (сродства) гормона и рецептора, а также наличия антагонистического или потенцирующего воздействия на эти же клетки или ткани других биологически активных веществ.

Чувствительность рецепторов имеет не только академическое, но и большое клиническое значение, поскольку, например, рецепторная резистентность к инсулину лежит в основе развития сахарного диабета второго типа, а блокирование рецепторов при гормончувствительных опухолях (в частности, молочной железы) значительно увеличивает эффективность лечения.

Инактивация

Гормоны могут подвергаться метаболизму в самих эндокринных железах, если в них нет необходимости, в крови, а также в органах-мишенях после того, как они выполнили свою функцию.

Метаболизм гормонов может осуществляться несколькими путями:

1. Расщепление молекулы (гидролиз).

2. Изменение структуры активного центра за счет присоединения дополнительных радикалов, например, метилирование или ацетилирование.

3. Окисление или восстановление.

4. Связывание молекулы с остатком глюкуроновой или серной кислоты с образованием соответствующей соли.

Разрушение гормонов является не только средством их утилизации после того, как они справились со своей функцией, но и важным механизмом регуляции уровня гормонов в крови и их биологического эффекта. Стоит отметить, что усиление катаболизма повышает пул свободных гормонов, делая их, таким образом, более доступным для органов и тканей. Если достаточно долгое время сохраняется повышенным катаболизм гормонов, то происходит снижение уровня транспортных белков, что также повышает биодоступность.

Выведение из организма

Гормоны могут выводиться всеми без исключения путями, в частности, почками с мочой, печенью через желчь, желудочно-кишечным трактом с пищеварительными соками, дыхательными путями с выдыхаемыми парами, кожей с потом. Пептидные гормоны гидролизируются до аминокислот, которые попадают в общий пул и могут быть снова использованы организмом. Преимущественный способ выведения того или иного гормона определяется его растворимостью в воде, структурой, особенностями метаболизма и так далее.

По количеству гормонов или их метаболитов в моче зачастую удается отследить общую величину секреции гормона за сутки. Поэтому моча является одной из основных сред для функционального изучения эндокринной системы, не меньшее значение для лабораторной диагностики имеет и исследование плазмы крови.

8. Общая характеристика гормонов.

Гормоны – биологически активные вещества разнообразного строения, вырабатывающиеся в специализированных органах – железах внутренней секреции, — поступающие с кровью в различные органы и оказывающие в них регулирующее влияние на метаболизм и физиологические функции.

В клетках, на которые действуют гормоны – клетках мишенях – имеются на клеточных мембранах особые белки, называемые рецепторами. К ним и прикрепляются гормоны.

Внутриклеточные механизмы действия гормонов разнообразны. Можно, однако, выделить три главных механизма присущие большинству гормонов.

1. Гормоны влияют на скорость синтеза ферментов, ускоряя или замедляя его. В результате такого воздействия в органах-мишенях повышается или снижается концентрация определенных ферментов, что сопровождается соответствующим изменением скорости ферментативных реакций.

2. Гормоны влияют на активность ферментов в этих органах. В одних органах они выступают активаторами, а в других ингибиторами ферментативных реакций.

3. Гормоны влияют на проницаемость клеточных мембран по отношению к определенным химическим соединениям. В результате такого воздействия в клетки поступает больше или меньше субстратов для ферментативных реакций, что тоже обязательно сказывается на скорости химических процессов.

Все указанные механизмы влияют на скорость метаболизма, что в свою очередь влияет на физиологические функции.

По химическому строению гормоны можно разделить на несколько групп.

1. Гормоны белковой природы: гормоны гипоталамуса, гормоны гипофиза, кальцитонин щитовидной железы, гормон паращитовидных желез, гормоны поджелудочной железы.

2. Гормоны производные аминокислоты тирозина: йодсодержащие гормоны щитовидной железы, гормоны мозгового слоя надпочечников.

3. Гормоны стероидного строения: Гормоны коры надпочечников, гормоны половых желез.

Синтез и выделение гормонов в кровь находится под контролем нервной системы и других гормонов. Причем, нервная система действует через гуморальную, главным образом через гормоны гипоталамическо-гипофизарной системы.

9. Биохимия крови.

В спортивной практике анализ крови используется для оценки влияния на организм спортсмена тренировочных и соревновательных нагрузок, оценки функционального состояния спортсмена и его здоровья. Поэтому специалист в области физической культуры должен иметь представление о химическом составе крови.

Объём крови у человека около 5 л, что составляет примерно 1/13 часть от объёма или массы тела.

Кровь, как известно, состоит из плазмы (55% объема) и форменных элементов (45%).

Функции крови. ( из курса физиологии)

Функции крови можно разделить на две группы:

Функции исключительно плазмы крови,

Функции, выполняемые совместно плазмой крови и форменными элементами.

Самостоятельно плазма крови выполняет следующие функции:

Перенос растворимых органических веществ от тонкого кишечника к различным органам и тканям, где эти вещества откладываются про запас или участвуют в обмене веществ.

Транспорт подлежащих выделению веществ из тканей, где они образуются, к органам выделения.

Перенос побочных продуктов обмена веществ из мест их образования к другим участкам тела.

Транспорт гормонов из желез внутренней секреции к органам «мишеням».

Перенос тепла от глубоко расположенных органов, предупреждающий перегрев этих органов и поддерживающий равномерное распределение тепла в организме.

Совместно с форменными элементами плазма крови выполняет следующие функции:

Доставка кислорода из легких по всем тканям организма (эритроциты) и перенос в обратном направлении углекислого газа.

Защита от болезней в которой участвуют три механизма: свертывание крови, фагоцитоз, синтез антител.

Химический состав плазмы крови в покое относительно постоянный. Вот его основные компоненты:

Прочие органические вещества около 2%

Минеральные вещества около 1%

Белки плазмы крови делятся на две основные группы альбумины и глобулины.

Альбумины – низкомолекулярные белки. Они выполняют две основные функции.

1. Транспортная. Благодаря хорошей растворимости они переносят с током крови нерастворимые в воде вещества

2. Задерживают воду в кровяном русле. Воды в кровяном русле больше, чем в других тканях, поэтому она стремится покинуть его. Альбумины препятствуют этому.

Глобулины – это высокомолекулярные белки. Они также участвуют в транспортной и удерживающей функциях. Однако, помимо этого многие глобулины крови участвуют в создании иммунитета и свертывании крови.

Белки плазмы синтезируются в печени.

(На рисунке, приведенном ниже, имеется таблица, где сведены основные свойства белков плазмы крови, их функции и то, как осуществляется электрофорез белков.)