Гликолипиды (гликосфинголипиды)
Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной, в частности, мозге. Главной формой гликолипидов в животных тканях являются гликосфинголипиды. Последние содержат церамид, состоящий из спирта сфингозина и остатка жирной кислоты, и один или несколько остатков сахаров.
Простейшими гликосфинголипидами являются галактозилцерамиды и глюкозилцерамиды.
Галактозилцерамиды – главные сфинголипиды мозга и других нервных тканей, но в небольших количествах встречаются во многих других тканях. В состав галактозилцерамидов входит гексоза, которая связана эфирной связью с гидроксильной группой аминоспирта сфингозина. Кроме того, в составе галактозилцерамида имеется жирная кислота. Чаще всего это лигноцериновая, нервоновая или цереброновая кислота. Существуют сульфогалактозилцерамиды, которые отличаются от галактозилцерамидов наличием остатка серной кислоты, присоединенного к третьему углеродному атому гексозы. В мозге млекопитающих сульфогалактозилцерамиды в основном находятся в белом веществе, при этом содержание их в мозге намного ниже, чем галактозилцерамидов.
Структура галактозилцерамида (R = H) и сульфогалактозилцерамида (R = SO42-)
Глюкозилцерамиды – простые гликосфинголипиды, представлены в тканях, отличных от нервной. В отличие от галактозилцерамидов у них вместо остатка галактозы имеется остаток глюкозы.
Ганглиозиды, образующиеся из гликосфинголипидов, дополнительно содержат одну или несколько молекул сиаловой кислоты. Ганглиозиды в больших количествах находятся в нервной ткани. Они, по-видимому, выполняют рецепторные и другие функции.
Стероиды
Стероиды – широко распространенные в природе соединения. В отличие от вышерассмотренных липидов они не гидролизуются с высвобождением жирных кислот. Все стероиды в своей структуре имеют ядро, образованное гидрированным фенантреном (кольца А, В и С) и циклопентаном (кольцо D).
К стероидам относятся, например, гормоны коркового вещества надпочечников, желчные кислоты, витамины группы D, сердечные гликозиды и др. Среди стероидов выделяется группа соединений – стеринов (стеролов), для которых характерно наличие гидроксильной группы в положении 3, а также боковой цепи в положении 17. Важнейшим представителем стеринов является холестерин:
Неэтерифицированный холестерин вместе с фосфолипидами и белками обеспечивает избирательную проницаемость клеточной мембраны и оказывает регулирующее влияние на состояние мембраны и на активность связанных с ней ферментов. В цитоплазме холестерин находится преимущественно в виде эфиров с жирными кислотами. Холестерин – источник образования в организме млекопитающих желчных кислот, а также стероидных гормонов (половых и кортикоидных). Продукт окисления холестерина 7-дегидрохолестерин под действием УФ-лучей в коже превращается в витамин D3.
К группе неомыляемых липидов относятся терпены. Структурным компонентом изопреноидов является изопрен. Терпены, молекулы которых представляют собой соединения из 2, 3, 4, 6, 8 молекул изопрена, называют соответственно моно-, ди-, три- и тетратерпенами и т.д. Молекулы терпенов могут иметь линейную или циклическую структуру, содержать гидроксильные, карбонильные и карбоксильные группы.
Монотерпены (гераннол, мирцен, лимонен и т.д.) - летучие жидкие вещества с приятным запахом; являются основными компонентами душистых эфирных масел, получаемых из растительных тканей – цветов, листьев и плодов.
Дитерпены входят в состав многих биологически важных соединений. Так, дитерпеновый спирт фитол входит в состав хлорофилла; абиетиновая кислота – главный компонент смоляных кислот, известных в технике как канифоль. Натриевые соли канифоли – это один из компонентов хозяйственного мыла. Многие дитерпены являются компонентами эфирных масел – камфорен, каурен, стевиол и агатовая кислота. Дитерпеновые цепи входят в состав витаминов Е и К1.
Наиболее известным тритерпеном является сквален. Интерес из тритерпенов представляют тетрациклические производные углеводородов – циклоартана, даммарана, урсана – циклоартенолурсоловая кислота, которые являются предшественниками стеролов.
К более сложным тритерпенам относятся лимонин кукурбитацин А – соединения, обуславливающие горький вкус лимона и тыквы.
Вопросы и задачи
1. Какова роль и функции липидов в живых организмах?
2. Как классифицируются липиды?
3. Какие ненасыщенные жирные кислоты вам известны?
4. Назовите представителей различных классов липидов.
5. Почему липидные мембраны плохо проницаемы для полярных молекул?
Рекомендуемая литература
1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. – М.: Медицина, 1998. - 704 с.
2. Жеребцов Н.А., Попова Т.Н., Артюхов В.Г. Биохимия. – Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. уни-та, 2002. – 696 с.
3. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия: Учебник для биол. и мед. спец. вузов.– М.: Высшая шк., 2000. – 479 с.
4. Комов В.П. Биохимия. – М.: Дрофа, 2004. – 640 с.
5. Марри Р., Гриннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека: В 2 т.– Т.1 . – Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 384 с.
6. Филлипович Ю.Б. Основы биохимии: Учебник для хим. и биол. спец. ун-тов и ин-тов.– М.: Изд-во «Агар», 1999. – 512 с.
ГЛАВА 7. ГОРМОНЫ
Гормоны (от греч. hormae - привожу в движение, побуждаю) – биологически активные вещества, выделяемые железами внутренней секреции или скоплениями специализированных клеток организма и оказывающие целенаправленное действие на органы и ткани.
Термин «гормон» предложен в 1902 г. Э. Старлингом при изучении открытого им в 1902 г. гормона секретина, вырабатывающегося в двенадцатиперстной кишке и стимулирующего выработку сока поджелудочной железы и отделение желчи. К настоящему времени известно более сотни различных веществ, наделенных гормональной активностью.
Эндокринные железы, секретирующие гормоны, имеются не только у позвоночных, но и высокоорганизованных беспозвоночных – головогоногих моллюсков, ракообразных и насекомых. Сложная гормональная система существует и у растений. Биорегуляторы, несущие специфическую информацию о функциональном состоянии клеток, найдены у микроорганизмов.
Под контролем гормонов протекают все этапы развития организма с момента его зарождения до глубокой старости, все основные процессы жизнедеятельности (от транспорта ионов через цитоплазматическую мембрану до транскрипции гена). Избирательно контролируя практически все виды клеточного метаболизма, гормоны обуславливают нормальное течение роста тканей и организма в целом; активность генов, дифференцировку тканей, формирование пола и размножение, адаптацию к меняющимся условиям внешней среды и поддержание постоянства внутренней среды организма.
Установлены специфические особенности биологического действия гомонов:
- гормоны проявляют свое биологическое действие в ничтожно малых концентрациях (от 10-6 до 10-12 М);
- гормональный эффект реализуется через белковые рецепторы и внутриклеточные вторичные посредники (мессенджеры);
- гормоны осуществляют свое действие путем увеличения скорости синтеза ферментов de novo или изменением скорости ферментативного катализа;
- действие гормонов в целостном организме определяется в известной степени контролирующим влиянием ЦНС;
- железы внутренней секреции и продуцируемые ими гормоны составляют единую систему, тесно связанную при помощи механизмов прямой и обратной связи.
Под влиянием различных внешних и внутренних раздражителей возникают импульсы в специализированных рецепторах. Импульсы затем поступают в ЦНС, оттуда в гипоталамус, где синтезируются рилизинг-факторы (биологически активные гормональные вещества, оказывающие «дистантное действие»). Рилизинг-факторы через портальную систему сосудов достигают специфических клеток гипофиза, при этом стимулируют (или тормозят) биосинтез тропных гормонов гипофиза, которые с током крови достигают соответствующей эндокринной железы и способствуют выработке необходимого гормона:
Классификация гормонов
Гормоны классифицируют в зависимости от места их природного синтеза (гормоны гипоталамуса, гормоны гипофиза, гормоны щитовидной железы и др.) и на основе их химической природы. В соответствии с последней (современной) классификацией различают три группы истинных гормонов:
1) Пептидные и белковые гормоны (гормоны гипоталамуса, гипофиза, поджелудочной железы).
2) Гормоны – производные аминокислот, в основном представлены производными аминокислоты тирозина (гормоны – адреналин, норадреналин, тироксин и др.).
3) Гормоны стероидной природы (кортикостероиды, половые гормоны, витамин D).
4) Эйкозайноиды – гормоноподобные вещества (простагландины, тромбоксаны, лейкотриены).
Гормоны гипоталамуса
Гипоталамус является высшим отделом нейроэндокринной системы; он осуществляет регуляцию деятельности периферических желез внутренней секреции как через гипофиз (трансгипофизарно), так и минуя его (парагипофизарно). Гипоталамус и гипофиз представляют собой единую взаимосвязанную систему организма. Связь гипоталамических ядер с гипофизом осуществляется посредством нейросекреторных путей с помощью нейрогормонов (рилизинг-факторов). Среди нейрогормонов открыто 7 стимуляторов (либеринов) и 3 ингибитора (статины):
- соматолиберин (соматолиберин-рилизинг-фактор, гормон роста-рилизинг-гормон);
- cоматостатин (соматотропин-рилизинг-фактор, гормон роста-ингибирующий гормон);
- тиролиберин (тиротропин-рилизинг-фактор, тиреотропин-стимулирующий гормон);
- пролактолиберин (пролактин-рилизинг-фактор, пролактин-стимулирующий гормон);
- пролактостатин (пролактин-ингибирующий фактор, пролактин-ингибирущий гормон);
- кортиколиберин (кортикотропин-рилизинг-фактор, кортикотропин-рилизинг-фактор);
- гонадолиберин (гонадотропин-рилизинг-фактор, гонадотропин-рилизинг-гормон);
- меланолиберин (меланотропин-рилизинг-фактор, меланотропин-рилизинг-гормон);
- меланостатин (меланотропин-ингибирующий-фактор, меланотропин-ингибирущий гормон).
По химическому строению гормоны гипоталамуса являются низкомолекулярными пептидами, но точный аминокислотный состав и первичная структура установлены не для всех.
Помимо статинов и рилизинг-факторов в гипоталамической области и других частях ЦНС, а также в аденогипофизе, присутствуют и другие нейропептиды, оказывающие влияние на секрецию классических гипофизарных гормонов (нейротензин, нейропептид У и др.).
Гормоны гипофиза
В гипофизе синтезируется ряд биологически активных гормонов, оказывающих стимулирующий эффект на различные физиологические и биохимические процессы в тканях-мишенях (табл. 10).
Таблица 10
Гормоны гипофиза
| Гормон | Молекулярная масса | Основные клинические синдромы | |
| При избытке гормона | При недостатке гормона | ||
| Гормоны передней доли гипофиза | |||
| Гормон роста | Акромегалия (чрезмерный рост) | Карликовость (низкорослость) | |
| Кортикотропин | Синдром Иценко-Кушинга | Вторичная гипофункция коры надпочечников | |
| Тиротропин | Гипертиреоз | Вторичный гипотиреоз | |
| Пролактин | Аменорея, бесплодие, галакторея | Отсутствие лактации | |
| Фолликулостимулирующий гормон (фоллитропин) | Преждевременное половое созревание | Вторичная гипофункция половых желез; бесплодие | |
| Лютенизирующий гормон (лютропин) | То же | То же | |
| Липотропин | Истощение | Ожирение | |
| Гормоны задней доли гипофиза | |||
| Вазопрессин (антидиуретический гормон) | - | Несахарный диабет | |
| Окситоцин | - |
7.3.1. Гормоны задней доли гипофиза. К гормонам задней доли гипофиза относятся вазопрессин и окситоцин. Эти вещества синтезируются в гипоталамусе, а затем переносятся в заднюю долю гипофиза. Вазопрессин и окситоцин являются нонапептидами следующего строения:
Эти гормоны отличаются по структуре лишь двумя аминокислотными остатками в 3-м и 8-м положениях.
Основное действие вазопрессина направлено на регуляцию водного обмена. Он обладает антидиуретическим действием, стимулируя реабсорбцию воды в дистальных отделах почечных канальцев, что ведет к уменьшению диуреза. При недостаточной продукции АДГ у человека резко увеличивается количество отделяемой мочи и развивается заболевание «несахарный диабет».
Вазопрессин стимулирует также сокращение гладких мышечных волокон сосудов, оказывая сильное вазопрессорное действие (повышает кровяное давление).
Окситоцин (от греч. оxy - сильный, tocos - роды) стимулирует сокращение гладкой мускулатуры матки при родах и усиливает лактацию.
В регуляции секреции гормонов из задней доли гипофиза важная роль принадлежит разнообразным физиологическим, патологическим и фармакологическим стимулам. Один из важных факторов, стимулирующих секрецию АДГ, – осмотическое раздражение. Повышение осмотического давления крови вызывает резкое увеличение АДГ в крови и уменьшение мочеотделения.
Важное значение для регуляции секреции имеют импульсы с волюморецепторов, реагирующих на уменьшение объема крови.
Снижение артериального давления приводит к повышению концентрации вазопрессина.
7.3.2. Гормоны промежуточной доли гипофиза. Промежуточная доля гипофиза продуцирует меланоцитстимулирующие гормоны (меланотропины, МСГ). Выделены два типа гормонов: a-МСГ и b-МСГ. a-МСГ состоит из 13 аминокислотных остатков:
СН3-СО-NH-Cер-Тир-Сер-Мет-Глу-Гис-Фен-Арг-Трп-Гли-Лиз-Про-Вал-СО-NH2
У большинства млекопитающих b-МСГ состоит из 18 аминокислотных остатков, у человека из 22:
Н-Ала-Глу-Лиз-Асп-Глу-Гли-Про-Тир-Арг-Мет-Глу-Гис-Фен-Арг-Трп-Гли-Сер-Про-Про-Лиз-Асп-ОН
Основная функция МСГ заключается в стимулировании биосинтеза меланина в пигментных клетках меланоцитах и увеличении размеров и количества меланоцитов в кожных покровах. Под действием МСГ происходит не только усиление синтеза меланина, но и более равномерное распредение пигментных гранул в меланофорах по их многочисленным отросткам, что приводит к потемнению кожи. В норме меланин имеется также в сетчатке глаза, ресничном теле, сосудистой оболочке глаза, в субстанции «нигра» мозга и мозговом слое надпочечников.
7.3.3. Гормоны передней доли гипофиза.
Гормон роста (соматотропный гормон, СТГ). По химической природе этот гормон является простым белком. Молекулярная масса колеблется у различных видов от 20000 (лошадь) и до 46000 (кролик). У человека молекула СТГ представлена одной полипептидной цепью из 191 аминокислотного остатка. СТГ обладает широким спектром биологического действия. Он влияет на все клетки организма, определяя интенсивность обмена углеводов, белков, липидов и минеральных веществ. Он усиливает биосинтез белка, ДНК, РНК и гликогена и в то же время способствует мобилизации жиров из депо и распаду высших жирных кислот и глюкозы в тканях. Помимо активации процессов ассимиляции, сопровождающихся увеличением размеров тела, ростом скелета, СТГ координирует и регулирует скорость протекания обменных процессов.
СТГ регулирует процессы роста и развития всего организма. При гипофункции железы в результате недоразвития передней доли гипофиза у детей развивается гипофизарная карликовость. Результат усиления секреции СТГ зависит от возраста больных и проявляется в виде гигантизма или акромегалии (от греч. akros – конечность, megas – большой), или сочетания того и другого. В растущем организме (у детей) выявляются, прежде всего, изменения роста, что приводит к развитию гипофизарного гигантизма. Рост скелета и костей происходит в основном за счет увеличения хряща, пролиферации хондроцитов и синтеза коллагена и сульфополисахаридов. У взрослых после завершения роста, когда эпифизарные швы закрыты, происходит увеличение и утолщение конечностей и черепа вследствие периостального роста. Это состояние называют акромегалией. Оно характеризуется увеличением концевых частей тела – рук, ног, носа, челюстей, надбровных дуг. Одновременно увеличиваются в размерах и внутренние органы. Увеличение образования СТГ сопровождается нарушением обмена белков, углеводов и липидов.
Лактотропный гормон (ЛТГ, пролактин). ЛТГ белок с молекулярной массой 25000, его молекула состоит из 198 остатков аминокислот. Наибольшее функциональное значение пролактин имеет для женского организма. В период беременности он синергично с лютеинизирующим гормоном стимулирует функцию желтого тела и секрецию прогестерона, способствуя сохранению беременности. Пролактин регулирует синтез рецепторов ЛГ в яичниках. Содержание пролактина в крови резко повышается перед родами. В послеродовой период пролактин влияет на молочные железы, стимулируя лактацию – секрецию молока. При этом пролактин усиливает биосинтетические процессы, включая биосинтез белков, лактозы, липидов, и стимулирует процессы тканевого дыхания.
Гормон стимулирует также эритропоэз и усиливает эффект действия половых гормонов. Так, у самцов млекопитающих ЛТГ стимулирует рост простаты, семенных пузырьков, усиливает действие стероидных гормонов на эти процессы.
Регуляция секреции пролактина осуществляется путем выработки пролактинстимулирующего и пролактинингибирующего гормонов. Определенное влияние на высвобождение пролактина оказывают половые гормоны, тиротропин-рилизинг-гормон.
Гонадотропные гормоны (гонадотропины). К гонадотропинам относятся фолликулостимулирующий гормон (ФСГ, фоллитропин) и лютеинизирующий гормон (ЛГ, лютропин). Оба гормона продуцируются как в мужском, так и в женском организмах. Они регулируют стероидо- и гаметогенез в половых железах. Фоллитропин вызывает созревание фолликулов в яичниках у самок и сперматогенез – у самцов. Лютропин у самок стимулирует секрецию эстрогенов и прогестерона, как и разрыв фолликулов с образованием желтого тела, а у самцов – секрецию тестостерона и развитие интерстициальной ткани. По химическому строению ФСГ является сложным белком-гликопротеидом, содержащим в простетической группе сиаловую кислоту, с молекулярной массой около 30000. Молекула ФСГ состоит из двух субъединиц (a- и b-полипептидных цепей) и обладает видовой специфичностью.
ЛГ по своей структуре также является гликопротеидом, содержащим в простетической группе маннозу, галактозу, фруктозу, глюкозамин, галактозамин, сиаловую кислоту. Молекулярная масса ЛГ человека 26000, состоит из двух субъединиц.
Выделение гонадотропных гормонов гипофиза регулируется как гипоталамусом, путем образования гонадотропин-рилизинг-гормона, так и в существенной мере зависит от концентрации в периферической крови половых гормонов по принципу обратной связи.
Тиреотропный гормон (ТТГ, тиротропин). Тиротропин является сложным гликопротеином и содержит по две a- и b-субъединицы. Тиреотропин контролирует развитие и функцию щитовидной железы и регулирует биосинтез и секрецию в кровь тиреоидных гормонов.
Регулируется выделение тиротропина гипоталамическим тиреотропин-рилизинг -гормоном. Образование тиреотропин-рилизинг-гормона, в свою очередь, существенно зависит от концентрации йода в крови.
Адренокортикотропный гормон (АКТГ, кортикотропин). Молекула АКТГ представляет собой полипептид из 39 аминокислотных остатков, молекулярная масса гормона 4500.
Любое стрессорное воздействие сопровождается возбуждением ЦНС, которое передается гипоталамусу и приводит к освобождению кортикотропин-рилизинг-фактора. Последний стимулирует выделение АКТГ передней долей гипофиза. Процесс возбуждения гипоталамуса по симпатическим нервным путям достигает мозгового слоя надпочечников и стимулирует выработку адреналина. Адреналин является сильнейшим стимулятором секреции АКТГ, который, в свою очередь, индуцирует выделение гормонов коры надпочечников. Повышение концентрации кортикостероидов в крови тормозит продукцию АКТГ.
АКТГ, помимо основного действия – стимуляции синтеза и секреции гормонов коры надпочечников, обладает жиромобилизующей и меланоцитстимулирующей активностью.
Липотропные гормоны (ЛТГ, липотропины). Наиболее полно изученным является b-липотропный гормон. Молекула гормона представляет собой одиночную цепь из 91 аминокислотного остатка. b-ЛПГ обладает липолитической, меланостимулирующей и кортикотропной активностью. У гормона обнаружен также инсулиноподобный эффект и гипокальциемическое действие.