Механизмы действия гормонов

Гормоны оказывают влияние на клетки-мишени.

Клетки-мишени - это клетки, которые специфически взаимодействуют с гормонами с помощью специальных белков-рецепторов. Эти белки-рецепторы располагаются на наружной мембране клетки, или в цитоплазме, или на ядерной мембране и на других органеллах клетки.

Биохимические механизмы передачи сигнала от гормона в клетку-мишень.

Любой белок-рецептор состоит, минимум из двух доменов (участков), которые обеспечивают выполнение двух функций:

1. узнавание гормона;
2. преобразование и передачу полученного сигнала в клетку.

Каким образом белок-рецептор узнает ту молекулу гормона, с которой он может взаимодействовать?Один из доменов белка-рецептора имеет в своем составе участок, комплементарный какой-то части сигнальной молекулы. Процесс связывания рецептора с сигнальной молекулой похож на процесс образования фермент-субстратного комплекса и может определяется величиной константы сродства.

Механизмы действия гормонов на клетки-мишени.
В зависимости от строения гормона существуют два типа взаимодействия. Если молекула гормона липофильна, (например, стероидные гормоны), то она может проникать через липидный слой наружной мембраны клеток-мишеней. Если молекула имеет большие размеры или является полярной, то ее проникновение внутрь клетки невозможно. Поэтому для липофильных гормонов рецепторы находятся внутри клеток-мишеней, а для гидрофильных - рецепторы находятся в наружной мембране.

Для получения клеточного ответа на гормональный сигнал в случае гидрофильных молекул действует внутриклеточный механизм передачи сигнала. Это происходит с участием веществ, которых называют вторыми посредниками. Молекулы гормонов очень разнообразны по форме, а "вторые посредники" - нет.

Надежность передачи сигнала обеспечивает очень высокое сродство гормона к своему белку-рецептору.

При мышечной деятельности наблюдается выделение в кровяное русло многих гормонов. Однако наибольший вклад в функциональную и биохимическую перестройку организма вносят гормоны надпочечников.

Мозговой слой надпочечников вырабатывает два гормона - адреналин и норадреналин, причем значительно преобладает адреналин. Выделение гормонов мозгового слоя в кровь происходит при различных эмоциях, и поэтому адреналин называют гормоном эмоций или гормоном стресса. Отсюда вытекает биологическая роль адреналина -создание оптимальных условий для выполнения мышечной работы большой мощности и продолжительности путем воздействия на физиологические функции и метаболизм.

Попадая с кровью в легкие, катехоламины дублируют действие симпатических импульсов. Они также вызывают повышение частоты дыхания и расширение бронхов, что приводит к увеличению легочной вентиляции и улучшению снабжения организма кислородом.

Под влиянием адреналина значительно повышается частота сердечных сокращений, а также увеличивается их сила, что способствует еше большему возрастанию скорости кровообращения.

Еще одно важное изменение в организме, вызываемое адреналином, -перераспределение крови в сосудистом русле. Под влиянием адреналина расширяются кровеносные сосуды органов, участвующих в обеспечении мышечной деятельности, и одновременно суживаются сосуды органов, не принимающих прямого участия в обеспечении функционирования мышц. В результате такого воздействия значительно улучшается кровоснабжение мышц и внутренних органов, имеющих отношение к выполнению мышечной работы.

В печени под влиянием адреналина ускоряется распад гликогена до глюкозы, которая затем выходит в кровь. В результате возникает эмоциональная гипергликемия, способствующая лучшему обеспечению глюкозой как источником энергии функционирующих органов. У спортсменов гипергликемия может возникать еще до начала мышечной работы, в предстартовом состоянии.

В жировой ткани катехоламины активируют фермент липазу, что приводит к ускорению расщепления жира на глицерин и жирные кислоты. Образовавшиеся продукты распада жира сравнительно легко попадают в печень, скелетные мышцы и миокард. В скелетных мышцах и миокарде глицерин и жирные кислоты используются в качестве источника энергии. В печени из глицерина может синтезироваться глюкоза, а жирные кислоты превращаются в кетоновые тела. Более подробно эти превращения будут описаны ниже.

Еще одной, причем очень важной, мишенью катехоламинов являются скелетные мышцы. Под действием адреналина в мышцах усиливается распад гликогена, но свободная глюкоза не образуется. В зависимости от характера работы гликоген превращается либо в молочную кислоту, либо в углекислый газ и воду. В любом случае за счет ускоренного расщепления гликогена улучшается энергообеспечение мышечной работы.

Корковый слой надпочечников продуцирует гормоны стероидной природы под общим названием кортикостероиды. По биологическому действию кортикостероиды делятся на глюкокортикоиды и минералокортикоиды. Для регуляции метаболизма во время выполнения физических нагрузок большее значение имеют глюкокортикоиды, главными из которых являются кортизол, кортизон и кортикостерон. Глюкокортикоиды угнетают гексокиназу - фермент, катализирующий переход глюкозы в глюкозо-6-фосфат. С этой реакции в организме начинаются все превращения глюкозы. Поэтому глюкокортикоиды тормозят любое использование глюкозы клетками организма, что приводит к накоплению ее в крови. Можно предположить, что исключением из этого правила является мозг, в который глюкокортикоиды, по-видимому, не попадают из-за наличия гематоэнцефалического барьера. Мозг оказывается в более выгодном положении по сравнению с другими органами, так как подобный механизм регуляции позволяет использовать глюкозу крови преимущественно для питания нервных клеток и дольше поддерживать в крови достаточный уровень глюкозы. Это имеет для мозга исключительно важное значение, поскольку нервные клетки в качестве источника энергии потребляют в основном глюкозу.

Глюкокортикоиды тормозят анаболические процессы, в первую очередь синтез белков. На первый взгляд для организма такой механизм действия должен быть неблагоприятным, так как белки выполняют многие жизненно важные функции. Однако если учесть, что синтез белков - это энергоемкий процесс, потребляющий значительное количество АТФ и, следовательно, являющийся конкурентом мышечного сокращения и расслабления в использовании АТФ, то становится ясно, что торможение синтеза белков во время выполнения физических нагрузок позволяет улучшить энергообеспечение мышечной деятельности.

Еще один механизм действия глюкокортикоидов заключается в стимулировании ими глюконеогенеза - синтеза глюкозы из неуглеводов. Во время мышечной работы глюконеогенез протекает в печени. Обычно глюкоза синтезируется из аминокислот, глицерина и молочной кислоты. С помощью этого процесса удается поддерживать в крови необходимую концентрацию глюкозы, что очень важно для питания мозга.

 

Эндокринная система Железы внутренней секреции, или эндокринные железы, вырабатывают особые биологические вещества — гормоны. Термин «гормон» происходит от греческого «hormo» — побуждаю, возбуждаю. Гормон -продукт внутр. Секреции, кот. вырабатывается секреторными клетками. Их делят:1.производные аминокислот(щит. Железа, мозговой слой надпочечников) 2.пептидные гормоны (гипофиз, поджелудочная) 3. Стероидные гормоны(кортикостероиды, половые гормоны) Механизм действия гормонов: они действуют на клетки-мишени, кот. Имеют специф. Рецепторы. Они позволяют считывать информацию. Образ.

Гормонрецепторный комплекс (может образовываться на мембране клетки, в цитоплазме или ядре клетки). Гормоны обеспечивают гуморальную (через кровь, лимфу, межтканевую жидкость) регуляцию физиологических процессов в организме, попадая во все органы и ткани. Часть гормонов продуцируется только в определенные периоды, большинство же — на протяжении всей жизни человека. Они могут тормозить или ускорять рост организма, половое созревание, физическое и психическое развитие, регулировать обмен веществ и энергии, деятельность внутренних органов. К железам внутренней секреции относят: щитовидную, околощитовидные, зобную, надпочечники, поджелудочную, гипофиз, половые железы и ряд других.

Некоторые из перечисленных желез вырабатывают кроме гормонов еще секреторные вещества (например, поджелудочная железа участвует в процессе пищеварения, выделяя секреты в двенадцатиперстную кишку; продуктом внешней секреции мужских половых желез — яичек являются сперматозоиды и т.д.). Такие железы называют железами смешанной секреции. Гормоны, как вещества высокой биологической активности, несмотря на чрезвычайно малые концентрации в крови способны вызывать значительные изменения в состоянии организма, в частности в осуществлении обмена веществ и энергии. Они обладают дистанционным действием, характеризуются специфичностью, которая выражается в двух формах: одни гормоны (например, половые) влияют только на функцию некоторых органов и тканей, другие управляют лишь определенными изменениями в цепи обменных процессов и в активности регулирующих эти процессы ферментов. Гормоны сравнительно быстро разрушаются и для поддержания их определенного количества в крови необходимо, чтобы они неустанно выделялись соответствующей железой. Практически все расстройства деятельности желез внутренней секреции вызывают понижение общей работоспособности человека. Функция эндокринных желез регулируется центральной нервной системой, нервное и гуморальное воздействие на различные органы, ткани и их функции представляют собой проявление единой системы нейрогуморальной регуляции функций организма.

Нервы пронизывают все тело и образуют разветвленную информационную систему. Нервная система обеспечивает четкое взаимодействие органов тела. Сигналы или импульсы принимает и передает мозг. И как мы уже знаем, мозг - это очень сложный орган, способный обрабатывать огромный объем информации. Нервная система состоит из отдельных клеток, называемых нейронами. Каждый нейрон имеет три главных элемента: тело клетки, дедриот и аксон. Именно они, собираясь в пучки, образуют периферические нервы, которые являются транспортными каналами не только для нервного импульса, но и для переноса различных питательных веществ к органам и тканям организма человека и животных. Для всех нейронов характерны высокий уровень обмена веществ, особенно синтеза белков и РНК. Интенсивный белковый синтез необходим для обновления структурных и метаболических белков цитоплазмы нейронов и его отростков. Нейроны концентрируются в нервные узлы, которые называются ганглии. Они связаны нервными волокнами между собой, а также с рецепторами и исполнительными органами (мышцы, железы). В нашем теле роль коммуникационной системы выполняет нервная система, в которую входят мозг и нервы, расположенные по всему телу. Следует обратить внимание, что диаметр нервов в разных частях тела сильно различается. Нейрон имеет множество синапсов, через которые он получает возбуждение и тормозные воздействия от других нейронов. Благодаря этому нейрон может получать в больших количествах информацию. Наряду с нервной регуляцией функций в организме человека существует гормональная регуляция с помощью биологически активных веществ - гормонов. Нервная и гормональная регуляция взаимосвязаны. В организме человека они влияют на такие процессы, как: -обмен веществ и энергии; -рост, развитие; -размножение; -адаптация.

Гормоны - это биологически активные вещества, вырабатываемые специальными железами внутренней секреции, поступающие в кровь и изменяющие функции органов-мишеней. Гормоны обладают следующими свойствами:

образуются специальными клетками эндокринных желез;

обладают высокой биологической активностью;

поступают в кровь;

действуют на расстоянии от места образования - дистантно;

большинство из них не обладает видовой специфичностью;

быстро разрушаются.

Железы - органы животных и человека, вырабатывающие и выделяющие особые вещества, участвующие в жизненных процессах. Железы делятся на железы внутренней секреции и железы внешней секреции. В свою очередь, железы внутренней секреции делятся на центральные и периферические. К центральным железам относятся:

гипофиз (ведущая железа внутренней секреции);

эпифиз;

гипоталамус (структура промежуточного мозга). Периферические железы делятся на гипофиззависимые и гипофизнезависимые.

К гипофиззависимым относятся:

щитовидная железа;

корковое вещество надпочечников;

половые железы.

К гипофизнезависимым относятся:

паращитовидные железы; " поджелудочная железа;

тимус (вилочковая железа);

мозговое вещество надпочечников.

Кроме того, следует отметить, что половые железы и поджелудочная железа являются смешанными, потому что они имеют и внешнесекреторную, и внутрисекреторную части. В организме человека также имеются и отдельные гормонпродуцирующие клетки, которые находятся в органах желудочно-кишечного тракта или тканях. Гипофиз - ведущая железа внутренней секреции. Он находится на основании мозга и имеет три доли:

переднюю - аденогипофиз;

промежуточную долю;

заднюю - нейрогипофиз.

Гипофиз связан с гипоталамусом и составляет с ним вместе единую гипоталамо-гипофизарную систему. В передней доле вырабатываются гормон роста и группа тройных гормонов, которые оказывают влияние на щитовидную железу, половые железы и надпочечники. Недостаток гормона роста приводит к карликовости. Избыток - к гигантизму. Гормон пролактин оказывает влияние на выработку молока в молочных железах. Средняя доля вырабатывает гормон, который влияет на пигментообразующую функцию кожи. В нейрогипофизе, то есть в задней доле образуются два гормона, которые влияют на функции почек и матки. Они реализуют свое действие через гипоталамус. Гормон задней доли гипофиза (антидиуретический) регулирует водно-солевой обмен в организме.

Эпифиз - его внутрисекреторная функция связана с регуляцией половых функций организма.

Разрушение эпифиза приводит к преждевременному половому созреванию. Функция эпифиза связана с регуляцией биологических ритмов в организме. Гипоталамус - особый отдел промежуточного мозга. Гипоталамус и гипофиз тесно связаны между собой в своей деятельности и образуют единую систему, которая так и называется гипоталамо-гипофизарная. Контроль гипоталамуса над внутренними органами возможен только потому, что он регулирует функции гипофиза. А гипофиз - это главная железа внутренней секреции. В работу гипоталамо-гипофизарной системы заложен принцип обратной связи. Если какая-нибудь железа внутренней секреции будет выделять много или мало гормонов, гипоталамус улавливает отклонение в их работе через кровь. А затем через гипофиз регулирует, восстанавливает нормальную работу железы. Щитовидная железа регулирует различные виды обмена веществ, а также влияет на энергетический обмен. Особенность щитовидной железы - активное извлечение йода из плазмы крови. Железа продуцирует йодсо-держащие гормоны:

тироксин (Т4);

трийодтиронин (ТЗ).

А также - тирокальцитонин, который имеет отношение к регуляции уровня кальция в крови. Кальцитонин, или тирокальцитонин, состоит из 32 аминокислотных остатков, продуцируется в щитовидной железе, а также в паращитовидной железе и в клетках АПУД-системы (система клеток, в которых продуцируются вещества, подобные гормонам). Физиологическое значение кальцитонина в том, что он не позволяет повышаться уровню кальция в крови выше 2,55 ммоль/л. Механизм действия этого гормона заключается в том, что в костях он угнетает активность остеобластов, а в почках подавляет реабсорбцию кальция и таким образом является антагонистом парагормона. Он препятствует чрезмерному увеличению уровня кальция в крови. Парагормон продуцируется в паращитовидных железах. Он состоит из 84 аминокислотных остатков. Гормон действует на клетки-мишени, расположенные в костях, кишечнике и почках, в результате чего уровень кальция в крови не падает ниже 2,25 ммоль/л.

Надпочечники.

Гормоны корковой части надпочечников поддерживают на высоком уровне работоспособность мышечной ткани. Также они способствуют быстрому восстановлению сил после утомительной физической работы и регулируют водно-солевой обмен в организме. Препараты коры надпочечников (кортизон) применяют при лечении некоторых заболеваний обмена веществ. Удаление коры надпочечников приводит к летальному исходу. Каждый надпочечник состоит из коркового и мозгового вещества. Образование гормонов коры надпочечников находится под влиянием гипофиза. Кортикоидные гормоны влияют на:

углеводный обмен;

обмен минеральных веществ;

клеточный и гуморальный иммунитет.

Изменение концентрации кортикоидов особенно отчетливо проявляется при действии стрессоров. Так как эти гормоны повышают резистентность организма к действию стрессоров, их называют гормонами адаптации.

Кроме того, мозговая часть надпочечников выделяют адреналин. Гормоны норадреналин и адреналин:

влияют на сердечно-сосудистую систему;

расширяют бронхи;

ускоряют распад гликогена в печени;

регулируют работу мускулатуры.

Половые железы через гормоны прогестерон и адро-стерон регулируют формирование тела, обмен веществ и половое поведение человека. Это влияние особенно наглядно проявляется при кастрации (удаление половых желез) или введении в организм половых гормонов. Половые железы являются смешанными. Они вырабатывают несколько гормонов и половых клеток. Образование половых гормонов происходит в мужских (яички) или женских (яичники) половых железах, или гонадах. Половые гормоны влияют на развитие и созревание половых клеток, а также на развитие вторичных половых признаков у мужчин и женщин, половое поведение. У женщин концентрация половых гормонов непостоянна (половые циклы). Парашитовидные железы являются гипофизнезави-симыми, и их всего четыре. Гормон паращитовидной железы способствует переходу кальция из костной ткани в кровь. Полное удаление паращитовидных желез может привести к гибели организма. Не забывайте, что в возрасте 30-35 лет возникает необходимость организма под воздействием гормона паращитовидной железы перекачивать кальций из костей в кровь. И тогда кости становятся хрупкими. Кроме того, из-за снижения функции щитовидной и паращитовидной желез кальций не может "попасть туда, где был взят", и, следовательно, начинает откладываться в суставах. Появляются боль в суставах, плечах, головокружения, звон в ушах, смещение дисков, слоятся ногти, у беременных болят ноги, особенно пятки. К 70 годам человек может потерять до 30% своего запаса кальция. К этому времени добавится еще не одна проблема - запор, бессонница и так далее. Поджелудочная железа. Гормоны поджелудочной железы влияют на углеводный обмен. Причем инсулин - это единственный гормон, понижающий уровень глюкозы в крови за счет увеличения способности клеточных мембран пропускать глюкозу внутрь клетки.

Инсулин - гормон, регулирующий уровень сахара в крови. Недостаточность инсулина приводит к развитию сахарного диабета - болезни, которой страдают ежегодно около 70 млн людей. Инсулин состоит из 51 аминокислотного остатка, объединенных в две субъединицы (А и В), которые связаны между собой двумя сульфидными мостиками. Молекула инсулина содержит в своем составе цинк. Инсулиновые рецепторы находятся на поверхностной мембране клеток-мишеней. При взаимодействии инсулина с рецептором образуется комплекс "гормон + рецептор". Он погружается в цитоплазму, где под влиянием лизосомальных ферментов расщепляется. После этого свободный рецептор вновь возвращается на поверхность клетки, а инсулин оказывает свой эффект. Гормон оказывает свое действие преимущественно в печени, сердце, скелетных мышцах и жировой ткани. Инсулин увеличивает проницаемость клеток-мишеней для глюкозы и ряда аминокислот почти в 20 раз, тем самым способствуя утилизации этих веществ клетками-мишенями. Благодаря этому возрастает:

синтез гликогена в мышцах и печени;

синтез белков в печени;

синтез белков в мышцах и других органах;

синтез жиров в печени и жировой ткани.

Надо заметить, что нейроны мозга не являются клетками-мишенями для инсулина.

11. Анатомо-физиологическая характеристика пищеварительной системы. Особенности переваривания и всасывания углеводов, белков и жиров. Пищеварительная система состоит из ротовой полости, слюнных желез, глотки, пищевода, желудка, тонкого и толстого кишечника, печени и поджелудочной железы. В этих органах пища механически и химически обрабатывается, перевариваются поступающие в организм пищевые вещества и всасываются продукты пищеварения.

Вся пищеварительная система может быть разделена на отделы: 1)воспринимающий; 2) проводящий; 3) собственно пищеварительный отдел; 4) отдел всасывания воды, резидуального пищеварения, обратного всасывания солей, различных эндогенных компонентов. Стенки пищевательной системы на всем ее протяжении состоят из четы­рех слоев: серозной, мышечной, подслизистой и слизистой оболочек. Сероз­ная оболочка - наружный слой пищеварительной трубки, построенной из рыхлой волокнистой соединительной ткани. Мышечная оболочка состоит из внутреннего слоя кольцеобразных и наружного слоя продольных мышц. Вол­нообразные сокращения - перистальтика - обусловлены координированной работой этих мышц. В желудке

мышечная оболочка представлена тремя сло­ями: продольный (наружный), циркулярный (средний) и внутренний. Подсли­зистая основа состоит из соедительной ткани, содержащей эластичные во­локна и коллаген. В ней расположены нервные сплетения, кровеносные и лимфатические сосуды. Здесь же могут находиться железы, выделяющие слизь. Слизистая оболочка представлена

железистым эпителием, секретиру­ющим в некоторых местах слизь и пищевые ферменты. Его клетки располо­жены на базальной мембране, под которой находятся соединительная ткань и мышечные волокна.

Пищеварение - это расщепление питательных веществ, обеспеченных си­стемой механических, физико-химических и химических процессов. Расщеп­ление большинства органических компонентов осуществляется под дей­ствием гидролитических ферментов, синтезируемых специальными клетками на всем протяжении желудочно-кишечного тракта. Эндогидролазы и другие специальные вещества обеспечивают расщепление крупных молекул и обра­зование

промежуточных продуктов. Последующая обработка пищи осуще­ствляется в результате ее постепенного перемещения по желудочно-кишеч­ному тракту. Перенос пищевого комка в орально - анальном направлении осуществляется за счет пропульсивных перистальтических движений - сокращения циркулярных мышечных слоев, распространяющегося вдоль пищеварительного тракта наподобие волны. Длительное тоническое сокращение определенных участков желудочно- кишечного тракта - сфинктеров - обеспечивает функциональное разграничение разных отделов пищеварительной системы, а также препятствует обратному движению пищевых масс. Основная масса пищеварительных соков образуется только тогда, когда есть что переваривать. Секреция слюны в ротовую полость регулируется условным и безусловным рефлексами. Безусловный рефлекс, осуществляемый через черепномозговые нервы, возникает под действием присутствующей во рту пищи. Контакт пищи с вкусовыми сосочками языка вызывает импульсы, идущие в мозг, а из мозга в ответ поступают импульсы, вызывающие секрецию. Условный рефлекс возникает на вид, запах или вкус пищи. Секреция желудочного сока протекает в три фазы. Первая фаза - нервная - присутствие пищи в в полости рта и ее проглатывание вызывают импульсы, которые через блуждающий нерв передаются в желудок и стимулируют секрецию желудочного сока еще до того, как пища попадет в желудок. Вторая фаза - растяжения - во время которой секреция желудочного сока стимулируется растяжением желудка пищей. Третья фаза - гастральная - обусловлена тем, что присутствующая в желудке пища стимулирует образование в слизистой желудка гормона гастрина, который вызывает секрецию желудочного сока с высоким содержанием соляной кислоты. Когда пища поступает в тонкий кишечник, слизистая двенадцатиперстной кишки начинает секретировать кишечный сок и два гормона - холецистокинин-панкреозимин и секретин. Панкреозимин доставляется с кровью в поджелудочную железу и вызывает образование панкреатического сока с высоким содержанием ферментов. Секретин попадает в печень и стимулирует синтез желчных кислот.

Переваривание белков. Белки и полипептиды расщепляются до более или менее крупных фрагментов (поли- и олигопептидов) пепсинами, трипсином и химотрипсином. Все эти ферменты представляют собой эндопептидазы, так как они катализируют главным образом гидролитический разрыв внутренних белковых связей. Экзопептидазы отщепляют отдельные аминокислоты от N- или С-конца белковой молекулы. Под действием карбоксипептидаз панкреатического сока и пептидаз клеток кишечного эпителия поли- и олигопептиды распадаются до аминокислот.