Биохимические особенности гормонов

Биохимия гормонов, их химический состав и функции настолько сложны, что составили отдельную отрасль биологической химии, сложившейся, как наука, в начале прошлого столетия.

Важность изучения механизма воздействия гормонов

Практически все гормоны участвуют в естественном метаболизме человеческого организма, выполняя при этом сигнальные и регуляторные функции, в любых его процессах.

Механизм, с помощью которого биологически активные химические вещества, вырабатываемые в клетках одних органов тела, влияют, посредством химических реакций, на деятельность других клеток и органов настолько же сложен, насколько и до сих пор не изучен. Непосредственное воздействие гормонов на жизнедеятельность человеческого организма неоспорима, но знаний о них пока недостаточно, чтобы в должной мере ими управлять.

Биохимия гормонов в организме человека

Структура уже изученных гормонов показала, что они обладают общими свойствами, как и другие сигнальные молекулы, и служат источником передачи информации. Почему некоторые из них собраны в отдельные железы, притом, что другие циркулируют по организму, почему одна железа вырабатывает несколько видов различных биологически активных веществ, какие именно химические вещества оказывают влияние на запуск сложного механизма цепной реакции, еще предстоит изучать.

В тот момент, когда человечество научится управлять, с достоверной точностью, деятельностью гормонов в отдельном организме, откроется новая страница в его науке, и истории.

Эндокринная система человеческого организма

Только в середине прошлого столетия были открыты гормоны и витамины, и изучены реакции, которые обеспечивают клеткам энергетический потенциал. Деятельность эндокринной системы, которая их синтезирует, и регулирует поставляемость к необходимым зонам воздействия посредством циркулирующих жидкостей, распространяется по всему организму человека.

Биология, изучающая гландулярный аппарат, осуществляет общее изучение структуры, но, для того, чтобы исследовать весь механизм взаимодействия, включая свободно транспортируемые компоненты деятельности эндокринных желез, потребовались совместные усилия двух наук, на грани которых появилась биохимия. Изучение деятельности гормонов имеет огромное значение, потому что эндокринная система занимает важнейшее место в работе организма, и осуществлении его жизненных функций.

В процессе жизнедеятельности эндокринная система:

  • обеспечивает координацию органов и структур;
  • участвует практически во всех химических процессах;
  • стабилизирует деятельность относительно условий внешней среды;
  • контролирует развитие и рост;
  • отвечает за половую дифференциацию;
  • превалирующе влияет на репродуктивную функцию;
  • выступает одним из генераторов человеческой энергии;
  • формирует психоэмоциональные реакции и поведение.
Эндокринная система человека
Эндокринная система человека

Все это обеспечивает сложная по структуре система, состоящая из гландулярного аппарата, и диффузной части в виде эндокринных клеток, рассеянных по организму. Воздействие на рецептор определенного раздражителя приводит к сигналу, посылаемому центральной нервной системой в гипоталамус, продуцирующий соответствующий посыл в гипофиз.

Гипофиз передает команду тропным гормонам, которые выделяет для этой цели, и рассылает их в другие железы. Те, в свою очередь, вырабатывают собственных агентов, выбрасывая их в кровь, где происходит химическая реакция от взаимодействия с определенными клетками.

Многообразие и вариабельность обеспечиваемых функций, и провоцируемых реакций, заставляет эндокринную систему вырабатывать значительный ассортимент химически и биологически активных веществ абсолютно различного типа воздействия, которые, для простоты их осознания, описываются под общим собирательным термином гормоны.

Виды гормонов и их функции

Перечисление всех вырабатываемых человеческим организмом гормонов невозможно, хотя бы потому, что не все из них еще выявлены и изучены. Однако, и известных человеку веществ достаточно для очень длинного списка. Передняя доля гипофиза продуцирует:

  • гормон роста (соматропин);
  • меланин, отвечающий за красящий пигмент;
  • тиреотропный гормон, регулирующий деятельность щитовидной железы;
  • пролактин, который отвечает за деятельность грудных желез и лактацию.

Лютеинизирующий и фолликулостимулирующий стимулируют половые железы, и поэтому отнесены к гонадотропинам. Задняя доля гипофиза вырабатывает:

  • вазопрессин, поддерживающий в норме кровеносные сосуды;
  • окситоцин, вызывающий тонус матки.

Вазопрессин

У многих гормонов основная функция не является единственной, и они обеспечивают дополнительно некоторые процессы.

Щитовидная железа вырабатывает:

  • тиреоидиные гормоны, отвечающие за синтез белка и распад питательных веществ. Обмен углеводов, и стимуляция естественного метаболизма осуществляется с их участием и взаимодействием с другими химическими соединениями;
  • кальцитонин, который ранее ошибочно считали продуктом деятельности паращитовидных желез, тоже вырабатывается в щитовидной железе, и отвечает за уровень кальция, а его гипервыработка, или недостаток, могут стать причиной серьезных патологий.

Другие гормонопродуцирующие органы

Мозговой слой надпочечников вырабатывает адреналин, обеспечивающий реакцию организма на опасность, и, соответственно, выживаемость самого организма. Это далеко не единственная функция адреналина, если рассматривать его взаимодействие в химических реакциях с другими биологически активными веществами.

Гормон адреналин

Функции гормонов, которые вырабатывает кора надпочечников, еще более многообразны:

  • глюкокортикоиды влияют на обмен веществ и иммунную деятельность;
  • минералокортикоиды поддерживают солевой баланс;
  • андрогены и эстрогены выступают в роли половых стероидов.

Андрогены вырабатывают также семенники, а яичники вырабатывают эстрогены и прогестерон. Они готовят матку к оплодотворению.

Поджелудочная железа вырабатывает инсулин и глюкагон, несущие ответственность за уровень глюкозы в крови, осуществляют регуляцию посредством химических реакций.

Желудочно-кишечные гормоны – гастрин, холецистокинин, секретин и панкреозимин являются ответом слизистой ЖКТ на специфическую стимуляцию, и обеспечивают переваривание пищи. Нервные клетки синтезируют группу нейрогормонов, представляющих собой гормоноподобные вещества. Это химические соединения, которые стимулируют, или подавляют деятельность других клеток.

Структура некоторых из них изучена относительно хорошо, и применяется для регуляции секреторных механизмов, в виде готовых лекарственных средств. Многие гормоны удалось с этой целью синтезировать, однако, это все еще непаханое поле для научной деятельности, творческих экспериментов, и будущих монографий исследователей.

Несомненно, что дальнейшее исследование биохимических взаимодействий, и деятельности эндокринных желез, принесет значительную пользу для излечения многих наследственных заболеваний и патологий.

Классификация гормонов

На сегодняшний день науке известно более ста видов различных гормонов, и их многообразие служит серьезным препятствием для сколько-нибудь обоснованной номенклатурной классификации. Четыре распространенные гормональные типологии составлены по различным классифицирующим признакам, и ни одна не дает достаточно полного представления.

Наиболее распространена классификация по месту синтезирования, которая относит активные вещества к продуцирующей железе. Несмотря на то, что это очень удобно людям, не имеющим к биохимии гормонов, как к науке, никакого отношения, место выработки не вполне дает представление о строении и характере биологического компонента эндокринной системы.

Классификация по химическому строению еще более запутывает дело, потому что условно делит гормоны на:

  • стероиды;
  • белково-пептидные вещества;
  • производные жирных кислот;
  • производные аминокислот.

Стероидные гормоны

Но это условное деление, потому что одинаковые химические соединения выполняют различные биологические функции, и это затрудняет понимание механизма взаимодействий.

Функциональная классификация делит гормоны на:

  • эффекторные (действующие на одиночную мишень);
  • тропные, отвечающие за выработку эффекторных;
  • рилизинг-гормоны, которые продуцируют синтез тропных и других гипофизарных гормонов.

Основной классификацией, которой можно руководствоваться в понимании биохимии гормонов, является их подразделение по биологическим функциям:

  • липидный, углеводный и аминокислотный обмен;
  • кальциево-фосфатный обмен;
  • метаболический обмен в гормонопродуцирующих клетках;
  • контроль и обеспечение деятельности репродуцирующей функции.

Химический состав биологических веществ, условно соотнесенных в терминологическую группу под общим название гормоны, отличается своеобразием строения, которое обусловлено выполняемыми функциями.

Структурное строение и биосинтез

Строение гормонов – тема довольно общая, потому что многие из них образуются специализированными клетками, и синтезируются в различных железах эндокринной системы. Структура отдельного гормона обусловлена как химическими веществами в нее входящими, так и качественным производным реакций, в которые вступает каждый отдельно взятый реагент.

Большинство эндокринных желез вырабатывает по нескольку химически и биологически активных веществ, каждое из которых имеет индивидуальное строение, и соответствующие этому обустройству функциональные обязанности. Дефекты в структуре гормона могут быть причиной системных, или наследственных заболеваний, и нарушать осуществление метаболизма, деятельность их рецепторов, деструктурировать механизм передачи сигнала в эффект-мишени.

По химическому строению гормоны делятся на 3 основные большие группы:

  • белково-пептидные;
  • стероидные;
  • смешанные, не относящиеся к первым двум.

Белково-пептидные гормоны

Структура белковых гормонов состоит из аминокислот, которые связаны пептидными связями, а полипептидными называются те, что состоят из менее чем 75 аминокислот. Те из них, что содержат углеводные остатки, носят собственное название – гликопротеины.

Несмотря на сходную структуру, белковые гормоны продуцируются различными железами и ничего общего по месту воздействия, или его механизму, и даже по размерам, и строению молекул не имеют. К белковым относятся:

  • рилизинг-гормоны;
  • обменные;
  • тканевые;
  • гипофизарные.

Структура большинства белковых гормонов на сегодняшний день расшифрована, и продуцируется в виде синтетических, используемых для лечебных мероприятий средств.

Стероиды образуются только в надпочечниках (коре), и половых железах, и содержат циклопентанпергидрофенантреновое ядро. Все стероиды являются производными холестерина, и самыми известными их представителями являются кортикостероиды.

Многие стероиды также синтезированы в научных лабораториях. Третья группа, в некоторых источниках именуемая амины, практически не поддается каким-либо обобщающим характеристикам, потому что содержит и пептидные группы, и химических посредников, вроде окиси азота, и длинноцепочечные жирные кислоты, и производные аминов. Химический состав смешанной группы, безусловно, нельзя свести только к аминам, потому что в нее условно внесены многие химические производные.

Амины

Механизм действия и его особенности

Выполняемые гормонами функции, настолько многообразны, что их сложно даже сложно представить непосвященному воображению:

  • пролиферативные процессы, которые они регулируют в совмещенных и чувствительных к ним тканях;
  • развитие вторичных половых признаков;
  • действие сократительных мускулов;
  • интенсивность метаболического обмена, его ход;
  • адаптация, посредством химических реакций сразу в нескольких системах, к меняющимся условиям внешней среды;
  • психоэмоциональное возбуждение и действие определенных органов.

Все это осуществляется посредством определенных механизмов взаимодействия. Их механизмы взаимодействия, несмотря на разное химическое строение биологически и химически активных веществ, имеют некоторые сходные особенности.

Гормоны, биохимия которых направлена на осуществление нескольких десятков видов реакций, взаимодействуют с мишенями в клеточном ядре, или после присоединения к клеточной мембране. Эффект взаимодействия обеспечивается только в том случае, если гормон соединился с рецептором, и привел в действие его механизм. В некоторых исследованиях рецептор сравнивается с замком, ключом которого и является гормон.

Гормоны циркулируют в крови

Только тесное взаимодействие, поворот ключа, открывает закрытый, до поры до времени, замок. Немаловажным в этом примере является и соответствие гормона рецептору.

Механизм взаимодействия гормонов и других структур

Активность синтеза, дерепрессии, трансляции и транскрипции, обусловливает интенсивность обмена веществ. Действие гормонов на процессы, в которые вовлекаются ферменты, подтверждается, или блокируется цитостатиками, имеющимися в клетке.

Информационная РНК выполняет роль второго посредника, в обеспечении ферментативной активности. Будучи производными эндокринных желез, которые выделяются в кровь, они достигают очень низкой концентрации в циркулирующей жидкости, и только наличие специфических рецепторов позволяет мишени улавливать направленный к ней активатор.

Современные исследования позволили установить наличие специализированных активных веществ, которые отвечают за синтез и репродукцию гормонов, необходимых организму, а участие гормонов и нейрогормонов, действующих через нервные ткани для передачи нервных импульсов, происходит через разные механизмы.

Нейрогормоны

Гормоны взаимодействуют с моторной концевой пластинкой, в то время, как нейрогормоны проходят транспортными путями ЦНС, или через портальную систему гипофиза.

Гормональный механизм взаимодействия обусловлен не только химическим строением активного вещества, но и способом его транспортировки, транспортными путями и местом, где гормон синтезируется.

Механизм действия является четкой системой осуществления контакта и влияния на клеточную мембрану, или ядро, обусловленной биохимическими реакциями и информацией, заложенной на генетическом уровне.

Несмотря на существенную разницу в строении гормонов, механизме передачи, и собственно, рецептора, некоторые общие моменты в этом процессе несомненно наличествуют. Фосфорилирование белков является несомненным участником передачи сигнала. Активация, и ее прекращение происходит с помощью специальных механизмов регуляции, в которых имеется несомненный момент отрицательной обратной связи.

Гормоны – гуморальные регуляторы функций организма, причем основных его специфических функций, и их задачей является поддержание его физиологического равновесия, с помощью специальных химических и биохимических реакций.

Гормоны

[profit8]

Биохимические механизмы передачи сигнала и воздействия на клетку-мишень

Белок-рецептор, имеет на одном из своих доменов, участок, который по своему составу комплементарен составляющей сигнальной молекулы. Определяющим в процессе взаимодействия становится момент, когда часть сигнальной молекулы подтверждена в относительном тождестве, и сопровождается моментом, схожим с образованием фермент-субстратного сообщества.

Механизм этой реакции изучен недостаточно хорошо, равно, как и большинство рецепторов. Биохимии гормонов известно лишь, что в момент установления комплементарности между рецептором, и частью сигнальной молекулы, устанавливаются гидрофобные и электростатические взаимодействия.

В момент, когда белок-рецептор связывается с комплексом сигнальной молекулы, происходит биохимическая реакция, которая и запускает весь механизм, внутриклеточные реакции, иногда весьма специфического свойства.

Практически все эндокринные нарушения базируются на утрате способности клеточного рецептора распознавать сигнал, или осуществлять стыковку с сигнальными молекулами. Причиной таких нарушений могут быть как генетические изменения, так и выработка организмом специфических антител, или недостаточность синтеза рецепторов.

Эндокринные нарушения

Если стыковка все же благополучно состоялась, то начинается процесс взаимодействия, который, в изученном на сегодняшний день формате, дифференцируется по двум типам:

  • липофильному (рецептор находится внутри клетки-мишени);
  • гидрофильному (месторасположение рецептора в наружной мембране).

Какой механизм передачи избирается в конкретном случае, зависит от способности молекулы гормона проникать через липидный слой клетки-мишени, или, если ее величина этого не позволяет, или она полярна, осуществлять связь снаружи. В клетке находятся вещества-посредники, которые обеспечивают передачу сигнала и регулируют активность ферментных групп внутри мишени.

На сегодня известно об участии в механизме урегулирования циклических нуклеотидов, инозитолтрифосфата, протеинкиназы, кальмодулина (белка, связывающего кальций), ионов кальция, и некоторых ферментов, участвующих в фосфорилировании белков.

Биологическая роль гормонов в организме

Гормоны играют огромную роль в обеспечении жизнедеятельности человеческого организма. Об этом свидетельствует тот факт, что нарушение выработки определенного гормона эндокринными железами, способно привести к появлению у человека серьезных патологий как врожденных, так и приобретенных.

Роль гормонов в жизнедеятельности человека

[profit9]

Избыток, или недостаточная выработка гормона в человеческом теле нарушает нормальный, физиологический процесс его жизни, и создают конкретное ухудшение физического, или психоэмоционального состояния. Дисфункция паращитовидной железы создает проблемы с опорно-двигательным аппаратом, влияет на костную систему, нарушает работу печени и почек.

Выработка паратгормона в отличном от нормы количестве приводит к психическим расстройствам, кальцинации стенок сосудов, или даже внутренних органов. Головные боли, мышечные судороги, учащение ритма сердца – все это последствия сбоя в работе только одной из эндокринных желез. Ненормальная выработка гормонов коры надпочечников:

  • лишает человека возможности подготовиться к стрессовому состоянию;
  • нарушает обмен углеводов;
  • приводит к патологической беременности, негативным ее протеканиям, выкидышам;
  • половому бесплодию.

Гормоны поджелудочной железы:

  • регулируют процесс пищеварения;
  • выработку инсулина;
  • активируют процесс расщепления жиров;
  • повышают уровень глюкозы в крови.

Гормоны поджелудочной железы

Гипофиз влияет на образование меланина, лютеинизирующего гормона, влияющего на репродуктивную функцию, отвечает за нормальное развитие человеческого организма во все его периоды.

Все виды обмена, рост и развитие, репродуктивная функция, генетическая информация, формирование плода во внутриутробном развитии, процесс овуляции и зачатия, гомеостаз, адаптация к внешней среде – вот только некоторые из процессов, обеспечение механизма которых возложено на гормоны.

Внешние и общие симптомы гормонального сбоя

Биохимия гормонов – наука, выделенная в самостоятельное изучение, и это обусловлено той важной ролью, которую гормоны играют в организме. Ее невозможно переоценить, потому что от нормального гормонального фона зависит и жизненный цикл, и работоспособность, и психоэмоциональное состояние. Неполадки с воспроизводством гормонов легко диагностируются даже без проведения специальных анализов, потому что человека начинают сопровождать:

  • головные боли;
  • нарушения нормального, полноценного сна;
  • циклические, или спонтанные перепады настроения;
  • необоснованная агрессия и перманентная раздражительность;
  • приступы внезапной паники и страха.

Головные боли

Все это прямое следствие нарушения гормональной выработки, и эти тревожные симптомы служат сигналом для обращения к врачу. Выработка, и биохимия гомонов – сложные процессы, которые зависят от многих составляющих, в том числе, и от наследственных факторов. Изучение этих процессов способно оказать значительную помощь современной медицине, поэтому биохимии гормонов и уделяется такое пристальное внимание.

Доказано, что число человеческих гормонов даже больше, чем сто с лишним, изученных на сегодняшний день, а механизмы рецепторной связи и нейрогуморальные реакции все еще требуют самого пристального изучения.

Только после расшифровки анализов специалист может приступать к лечению гормональных нарушений, и регулировать деятельность человеческого организма с помощью гормональных препаратов, разработать и синтезировать которые в огромной степени позволила биохимия гормонов, наука, созданная на грани биологии, химии и медицины, и являющаяся одним из самых перспективных биохимических направлений на сегодняшний день.

Дальнейшее ее развитие может привести к предотвращению старения, препятствованию появления генетических уродств, излечению раковых опухолей, решению многих глобальных проблем человеческого здоровья.