Основы биохимии - Филиппович Ю. Б. 1999

Гормоны и их роль в обмене веществ
Прочие гормоны

Из гормонов, не являющихся по своей химической природе стероидами или пептидами, у человека и животных хорошо известны адреналин, тироксин и простагландини, а также аналогичные им соединения; в растительном царстве широко представлены ауксины, гиббереллины и цитокинины.

Адреналин — гормон, синтезируемый в мозговом веществе надпочечных желез. О его существовании известно более столетия. В 1901 г. адреналин был выделен из экстракта надпочечников в кристаллическом состоянии Такамине, Альдрихом и И. Фюртом. Двумя годами позже Ф. Штольц дал окончательное доказательство его структуры путем синтеза. Адреналин оказался 1-(3,4-диоксифенил)-2-метиламиноэтанолом:

Это бесцветный кристаллический порошок с t_пл = 215—126° С. Обладая асим­метрическим атомом углерода (отмечен звездочкой), адреналин существует в виде двух оптических изомеров. Из них левовращающий ([а]_D20 = —53,5°) по гормональному действию в 15 раз активнее правовращающего. Именно он синтезируется в надпочечниках.

В мозговом слое надпочечников человека, весящих 10 г, содержится около 5 мг адреналина. Кроме того, в них же найдены гомологи адреналина: норад­реналин (0,5 мг) и изопропиладреналин (следы). Формулы их приведены ниже при рассмотрении путей биосинтеза этих гормонов.

Адреналин и норадреналин есть также в крови человека. Содержание их в венозной крови составляет 0,04 и 0,2 мкг% соответственно. Предполагают, что адреналин и норадреналин в виде соли с АТФ в небольших количествах откладываются в окончаниях нервных волокон, высвобождаясь в ответ на их раздражение. В результате этого устанавливается химический контакт между окончанием нервного волокна и клеткой или между двумя нейронами.

Все три вещества — адреналин, норадреналин и изопропиладреналин — оказывают мощное влияние на сосудистую систему организма. Кроме того, они повышают уровень обмена углеводов в организме, усиливая распад гликогена в мышцах. Это объясняется тем, что фосфорилаза мышц под опосредствован­ным аденилатциклазой действием адреналина переходит из неактивной формы (фосфорилаза в) в активную форму (фосфорилаза а) (см. с. 334).

Таким образом, адреналин в мышцах выполняет ту же функцию, что глюкагон в печени, обеспечивая запуск аденилатциклазной реакции после взаимодействия с поверхностным гормональным рецептором клетки-мишени (см. рис. 137).

Биосинтез адреналина и его гомологов осуществляется из тирозина в соот­ветствии со следующей схемой:

Все указанные реакции осуществляются при участии соответствующих ферментов.

Тироксин — гормон, возникающий в щитовидной железе. Первые сведения о тиреоидном гормоне относятся к концу прошлого столетия (Ф. Блюм, 1896), но лишь сравнительно недавно Е. Кендаль, Дж. Рош и Р. Питт-Риверс устано­вили, что непосредственным действующим началом, выделяемым железой в кровь, являются иодтиронины:

Схема 13. Пути биосинтеза адреналина и его гомологов

Связываясь с переносчиком — а₂-глобулином крови, они попадают в клет­ки тканей организма, где и проявляют свое действие. В течение суток в кровь поступает около 1 мг тироксина, что в три раза превышает суточную потреб­ность в нем. В тканях осуществляется дальнейшее видоизменение иодтиронинов, в результате чего из них возникают более активные в биологическом отношении вещества, являющиеся, возможно, истинными носителями гормо­нальной активности.

Перечисленные выше соединения в разной степени проявляют нижеследу­ющую биологическую активность. При их недостатке (гипофункция щитовид­ной железы) замедляется обмен веществ, развивается ожирение, задерживается рост у детей, приостанавливается психическое развитие. Все эти явления часто объединяют под общим названием — кретинизм. При избытке тироксина и его производных (гиперфункция щитовидной железы) резко усиливается обмен веществ, учащается пульс, повышается раздражимость, падает масса, развива­ется пучеглазие. Весь комплекс перечисленных нарушений принято называть базедовой болезнью (по имени врача Базедова, детально описавшего гиперфун­кцию щитовидной железы).

Механизм действия тиреоидных гормонов окончательно не установлен. Однако ясно, что он сводится к индукции биосинтеза ферментов, так как уровень продукции более 100 из них изменяется под влиянием L-тироксина. Есть достаточно оснований считать, что белки-рецепторы тиреоидных гормо­нов сосредоточены непосредственно в хроматине ядра; связываясь с ними, иодтиронины изменяют метаболическую активность последнего. Вместе с тем установлено, что тиреоидные гормоны повышают активность аденилатциклазы и содержание цАМФ в клетках-мишенях, т. е. действуют через рецепторы аденилатциклазной системы (см. рис. 136).

В биосинтезе тиреоидных гормонов есть черты большого своеобразия. Клю­чевой реакцией является конденсация двух молекул дииодтирозина в молекулу тетраиодтиронина. Процесс осуществляется в щитовидной железе при участии особого белка — тиреоглобулина (М = 660 000; 2 x 330000). Полипептидная цепь каждой из субъединиц его включает ≈2600 аминокислотных остатков и является претендентом на самую длинную из известных природных полипептидных цепей.

Установлено, что иодированный тирозин не вступает в полипептидную цепь тиреоглобулина в процессе его биосинтеза. В специфической области щитовидной железы, которую называют коллоид, при посредстве тиреоид-перо ксидазы в присутствии эндогенной Н₂О₂ идет включение атомов иода в N-концевой остаток тирозина полипептидной цепи субъединицы тирео­глобулина. Затем осуществляется реакция конденсации свободного дииодтиро­зина с радикалом связанного дииодтирозина:

Вместе с тем возможна конденсация N-концевого моноиодтирозина со свободным дииодгирозином или моноиодтирозином. Это приводит к синтезу TV-концевых трииодтиронина и дииодтиронина.

В результате реакции гидролиза N-концевые тироксин, трииодтиронин или дииодтиронин отщепляются и поступают в железу, а затем — в кровь. Как показано выше, синтез тироиодных гормонов стимулируется тиреотропином.

Простагландини — соединения с широким спектром гормонального дей­ствия. Первые данные об их существовании относятся к 1930 г., хотя свое название они получили только в 1957 г., когда С. Бергстрем и сотр. выделили их в кристаллическом состоянии. Простагландины оказались производными полиеновых 20-углеродных жирных кислот, из которых они синтезируются во многих тканях человека и животных, преимущественно в репродуктивных органах. В зависимости от строения циклической части молекулы различают природные простагландины А, В, С, D, Е, F, G и Н, а число двойных связей в боковых цепях перечисленных типов простагландинов обозначают цифровыми индексами:

В настоящее время известно около 30 природных простагландинов и син­тезировано около 500 их аналогов. За работы по изучению простагландинов С. Бергстрему (выделение), Б. Самуэлсону (выяснение структуры) и Дж. Вейну (синтез аналогов) в 1982 г. присуждена Нобелевская премия.

Действие простагландинов отличается крайне разнообразными физиологи­ческими и фармакологическими эффектами. В связи с этим они находят все более широкое применение при создании принципиально новых лекарствен­ных средств. Видимо, это связано с тем, что механизм их действия сводится к усилению или ослаблению влияния многих других гормонов на фундамен­тальные стороны обмена веществ на генетическом, аденилатциклазном и дру­гих уровнях. Постепенно укрепляется мнение, что простагландины являются модуляторами гормон-рецепторных комплексов, т. е. способны изменять их активность, опосредуя действие гормонов.

Ауксины — гормоны, стимулирующие рост целых растений и отдельных их частей. Открыты в период 1924—1928 гг. Н. Г. Холодным во-время его рабо­ты в Германии. Они содержатся в корнях, стеблях и листьях. Известно два ауксина — а и b:

Это жирорастворимые вещества, в ничтожных количествах ускоряющее рас­тяжение клеток и рост растений.

Гетероауксин — гормон, содержащийся в растениях и образуемый дрожжа­ми, плесневыми грибами и бактериями. В 1934 г. Ф. Кёгль установил, что он представляет собой ß-индолилуксусную кислоту:

Особенно хорошо ускоряет рост корней, в связи с чем его широко ис­пользуют практически при размножении растений черенкованием.

Гиббереллины — гормоны, образуемые грибком из рода фузариум, были выделены в 20-е годы нашего столетия в Токийском университете под руковод­ством Т. Ябута. Сейчас известно несколько десятков гиббереллинов. Струк­турная формула одного из них представлена ниже:

Гиббереллины инициируют прорастание семян, ускоряют рост растений, стимулируют начало цветения и т. п.

Этилен (СН₂ = СН₂). Его гормональная активность подмечена в 1901 г. Д. Н. Нелюбовым (С.-Петербургский университет) и переоткрыта в 20-е годы нашего столетия. Он ускоряет созревание плодов, вызывает укорочение и утолщение стебля растений, препятствуя полеганию хлебов, способствует опадению листьев и плодов. В Уэльском университете (Великобритания) М. Холлом и в Висконсинском университете (США) Т. Бликкером секвенированы гены рецепторов этилена и интенсивно ведутся эксперименты по выясне­нию механизма действия этого простейшего гормона растений. Недавно вы­яснено, что в растениях этилен возникает при окислении 1-аминоциклопропан- 1-карбоновой кислоты при участии этиленобразующего фермента (М=35 кДа, оптимум pH = 7,2, оптимум t = 26° С).

Кинетин — гормон, относящийся к группе цитокининов, случайно обнару­жил ассистент Висконсинского университета Ф. Скуч в продуктах распада ДНК (1940—1950). Он резко ускоряет клеточное деление, способствует биоси­нтезу нуклеиновых кислот и белков. Его химическая природа такова:

В последнее время предпринимают очень активные попытки выяснить механизм действия гормонов растений. Особенно интересные данные получе­ны при изучении механизма действия гетероауксина, гиббереллина и кинетина. Оказалось, что перечисленные вещества воздействуют на один из фундамен­тальных процессов в живой природе —метилирование ДНК и тем самым могут контролировать транскрипцию, т. е. экспрессию генов. Кроме того, в цитоплазме растительных клеток найдены белки, похожие на рецепторы стероидных гормонов животных и способные под влиянием фитогормонов вовлекаться в модуляцию транскрипции генов. Отсюда проистекают все те разнообразные влияния, которые названные соединения оказывают на раз­витие растений, индуцируя или активируя синтез белков, необходимых для прохождения определенных физиологических процессов в растительном ор­ганизме.