Интегрирующими регуляторами, связывающими различные регуляторные механизмы и метаболизм в разных органах, являются гормоны. Они функционируют как химические посредники, переносящие сигналы, возникающие в различных органах и ЦНС. Ответная реакция клетки на действие гормона очень разнообразна и определяется как химическим строением гормона, так и типом клетки, на которую направлено действие гормона.
В крови гормоны присутствуют в очень низкой концентрации. Для того чтобы передавать сигналы в клетки, гормоны должны распознаваться и связываться особыми белками клетки - рецепторами, обладающими высокой специфичностью. Физиологический эффект гормона определяется разными факторами, например концентрацией гормона (которая определяется скоростью инактивации в результате распада гормонов, протекающего в основном в печени, и скоростью выведения гормонов и его метаболитов из организма), его сродством к белкам-переносчикам (стероидные и тиреоидные гормоны транспортируются по кровеносному руслу В комплексе с белками), количеством и типом рецепторов на поверхности клеток-мишеней.
Синтез и секреция гормонов стимулируются внешними и внутренними сигналами, поступающими в ЦНС.
Эти сигналы по нейронам поступают в гипоталамус, где стимулируют синтез пептидных рилизинг-гормонов (от англ, release - освобождать) - либеринов и статинов, которые, соответственно, стимулируют или ингибируют синтез и секрецию гормонов передней доли гипофиза. Гормоны передней доли гипофиза, называемые тройными гормонами, стимулируют образование и секрецию гормонов периферических эндокринных желёз, которые поступают в общий кровоток и взаимодействуют с клетками-мишенями.
Поддержание уровня гормонов в организме обеспечивает механизм отрицательной обратной связи. Изменение концентрации метаболитов в клетках-мишенях по механизму отрицательной обратной связи подавляет синтез гормонов, действуя либо на эндокринные железы, либо на гипоталамус. Синтез и секреция тропных гормонов подавляется гормонами эндокринных периферических желёз. Такие петли обратной связи действуют в системах регуляции гормонов надпочечников, щитовидной железы, половых желёз.
Не все эндокринные железы регулируются подобным образом. Гормоны задней доли гипофиза (вазопрессин и окситоцин) синтезируются в гипоталамусе в виде предшественников и хранятся в гранулах терминальных аксонов нейрогипофиза. Секреция гормонов поджелудочной железы (инсулина и глюкагона) напрямую зависит от концентрации глюкозы в крови.
В регуляции межклеточных взаимодействий участвуют также низкомолекулярные белковые соединения - цитокины. Влияние цитокинов на различные функции клеток обусловлено их взаимодействием с мембранными рецепторами. Через образование внутриклеточных посредников сигналы передаются в ядро, где происходят активация определённых генов и индукция синтеза белков. Все цитокины объединяются следующими общими свойствами:
-синтезируются в процессе иммунного ответа организма, служат медиаторами иммунной и воспалительной реакций и обладают в основном аутокринной, в некоторых случаях паракринной и эндокринной активностью;
-действуют как факторы роста и факторы дифференцировки клеток (при этом вызывают преимущественно медленные клеточные реакции, требующие синтеза новых белков);
-обладают плейотропной (полифункциональной) активностью.
Гормоны: это биологические активные вещества вырабатывающиеся в эндокринных железах и в малых концентрациях влияющие на активность ферментов, генетический аппарат, физиологические функции и биохимические процессы организма.
Они отличаются следующими признаками:
1. дистантность действия – место выработки гормонов и место регуляции его действия, находится на большом расстоянии.
2. высокая биологическая активность, т.е. гормоны действуют в очень малых концентрациях.
3. строгая специфичность биологического действия.
Классификация гормонов: существует несколько классификаций.
1. по железам, где вырабатываются гормоны (гормоны гипофиза, гормоны надпочечников).
2. по химическому строению: делят на три группы:
· гормоны – производные аминокислот (тиреоидные гормоны, катехоламины).
· Гормоны пептидной и белковой природы: А) простые белки и пептиды (глюкогон, вазопрессин, окситозин, соматостатин), Б) сложные белки – гликопротеины (тиротропин, фолликулостимулирующий, лютеинизирующий)
· стероидные гормоны.
3. по механизму действия: механизм действия гормонов зависит от их физико-химических свойств. Т.е. растворимости в воде (гидрофльности) или растворимости в липидах (гидрофобности) – это означает могут ли гормоны пройти через мембрану клетки.
В зависимости от механизма действия, гормоны делят на 3 группы:
1) гормоны не проникающие в клетку. К ним относятся гормоны белково-пептидной природы и катехоламины. Все они гидрофильные и не могут пройти через мембрану, их рецепторы локализованы на поверхности клеточной мембраны.
2)гормоны проникающие в клетку. К ним относятся стероидные и тириоидные гормоны, которые липофильные и хорошо проходят через мембрану. Их рецепторы локализованы в цитоплазме или других структурах клетки.
3) гормоны смешанного действия, т.е. они действуют на мембрану, а затем проникают в клетку. Сюда относится только инсулин.
Билет 1, 8 Регуляция водно-солевого обмена. Строение механизм действия вазопрессина и альдостерона. Ренин ангиотензивная система. Биохимические механизмы развития почечной гипертензии
Альдостерон. Синтезируются вклубочковой зоне коры надпочечников, у ним относятся альдостерон и дезоксикортикостерон.Транспортируются альбуминами плазмы крови, в сутки альдостерона вырабатывается 0,125 мг, но это жизневажный гормон.
Биологическое действие: альдостерон увеличивает реабсорбцию натрия, хлора, НСО3- в дистальных канальцах почек, и способствует выведению калия и протонов. Гормоны проникают в клетку. Рецепторы локализованы в цитоплазме клеток почек и мочевого пузыря. Таким образом альдостерон задерживает натрий, хлор и НСО3- в организме.
Гипофункция коры надпочечников приводит к болезни Аддисона.– с нарушением обмена электролитов.– гипогликемия.Организм при отсутствии альдостерона не удерживает натрий, хлор и НСО3-. Это осмотически активные ионы. Снижается осмотическое давление плазмы, из плазмы уходит вода в мочу. Происходит сгущение крови, снижается АД, нарушается кровоснабжение почек и развивается почечная недостаточность. Калий задерживается в организме. Для поддержания ОСД в плазме крови. Калий выходит из клеток в кровь. Нарушается возбудимость клеточных мембран (слабость)почечная недостаточность приводит к уремии (отравление азотистыми продуктами обмнена белков – мочевина, мочевая кислота, АК, пурина и перемидины) и это приводит к смерти. Гипогликемия в следствии снижения выработки глюкокортикоидов и свое действие оказывает инсулин. Бронзовая окраска кожи связана со стимуляцией выработки гормонов гипоталамуса и гипофиза, так как в крови мало кортикостероидов. Усиливается секреция АКТГ в гипофизе, который проявляет мелонинотропное действие.
Вазопрессин. Вырабатываются в супраоптическом ядре гипоталамусе и с помощью белков нейрофизинов транспортируются в заднюю долю, откуда поступают в кровь, стимулируется повышением осмолрности плазмы крови, гиповолемией,болью, стрессом, гипертермией,ингибиторы: снижение осмолярности плазмы крови, этанол, ипотермия
Химическое строение: оба гормона нанопептиды (9 аминокислот), отличаются двумя аминокислотами. t ½ = 2-4 минуты.
Биологическое действие: вазопрессин (антидиуретический гормон) (АДГ): участвует в регуляции обмена воды. Действует по аденилатциклазному механизму. В мембране почечных канальцев вызывает фосфорелирование белков и изменение проницаемости мембран (активация аквапоринов, через связывание с v2 рецепторами,образование ц-амф, увеличивает активность гиалуронидазы. В результате увеличивается проницаемость почечных канальцев и реабсорбция воды, уменьшается диурез, вода задерживается в организме, стимулирует сокращение гладких мышечных волокон в стенках артерий – спазм сосудов – увеличение АД.
-активирует распад гликогена
-стимулирует превращение люкозы до ацетил-коа
-активирует синтез ЖК
-мощный антиоксидант
При недостатке выработки не развивается сахарный диабет. Вазопрессин выделяется на повышение осмотического давления плазмы крови на 2%.
почечная гипертензия развивается в результате взаимодействия многих независимых механизмов: задержки натрия, повышения прессорной активности, снижения эндогенных вазопрессорных механизмов.
Задержка натрия в результате нарушения экскреции его почками ведет к увеличению объема внеклеточной жидкости (ОВКЖ) и повышению артериального давления. Кроме того, часто наблюдается повышение периферического сосудистого сопротивления, реже — увеличение сердечного выброса. Задержка натрия и жидкости играет центральную роль в патогенезе почечной паренхиматозной гипертензии.
Билет 2,9 Обмен кальция и фосфора: роль паратгормона и кальцитонина, витамин D3
Кальцитонин: вырабатывается парафолликулярными клетками щитовидной железы и паращитовидной железы, белково-пептидной природы
Химическое строение: полипептид с молекулярной массой 3600. обладает видовой специфичностью. t ½ = 2-15 мин. Вырабатывается в ответ на повышенное содержиние кальция в крови.
Биологическое действие: понижает содержание кальция в крови.
Ткани мишени костная ткань, почки, кишечник
В костной ткани тормозит извлечение кальция из кости, способствует отложению кальция в кости.
В почках повышает экскрецию кальция, фосфора, калия, натрия из организма.
В кишечнике тормозит всасывание кальция и фосфора.
Паратгормон (паратирин): вырабатывается в паращитовидной железе, которые расположены по бокам доли щитовидной железы.
При недостатке функции паращитовидной железы (в результате удаления их с щитовидной железой). Развиваются судороги и больной погибает от паралича дыхательных мышц и ларингоспазма (нет кальция).
При гиперфункции (гиперпаратиреоз) повышается содержание кальция в крови в результате мобилизации кальция из костной ткани. Происходит кальцификация стенок кровеносных сосудов перикарда (панцирное сердце), почек, слизистой кишечника, мышц. Это все развивается при опухоли.
Химическое строение: паратгормон, простой белок с молекулярной массой 9500, t ½ = 20-30 мин, вырабатывается в ответ на гипокальциемию. В норме содержание кальция в крови 2,05 – 2,89 ммоль/л (9-11 мг%).
Гормон не проникающий в клетку, действует по аденилатциклазному механизму. Рецепторы на мембране представлен простым белком с молекулярной массой 70000.
Биологическое действие: гормон повышает содержание кальция в крови. Органами мишениями для гормона являются костная ткань, почки, кишечник.
В костной ткани: тормозит остеобласты и остеоциты, которые откладывают кальций в кровь (тормозит минерализацию), активирует остеокласты, которые разрушают костную ткань, осуществляют деминерализацию. Тормозит синтез коллагена остеобластами. В остеоцитах стимулирует синтез РНК и лизосомальных ферментов, которые выходят из лизосом и расщепляют органический маткрикс костной ткани с образования органических кислот, лактата и цитрата. Эти кислоты образуют растворимую соль кальцияч, которая вымывается кровью из костей.
В почках стимулирует синтез фермента гидроксилазы, которая гидроксилирует 25-гидроксикальциферол в первом положении и образуется 1,25-дигидроксикальциферол (активная форма витамина Д) (которая действует как проникающий в клетку гормон). Поступает в ядро и стимулирует поцесс транскрипции (синтез РНК) и синтез специального кальций-связывающего белка, который транспортирует кальций в клетки, отсюда паратгормон усиливает реабсорбцию кальция в почечных канальцах и увеличивает содержание кальция в крови. Кроме этого тормозит реабсорбцию фосфора и способствует его выведению с мочой (фосфатурия).
Витамин Д3. При недостаточном поступлении витамина Д развивается заболевание рахит. У грудных детей проявляется беспокойство, плаксивость, потом облысение затылка. Ребенок поздно начинает держать головку, сидеть и стоять из-за мышечной слабости. У ребенка большая голова. Если он ходит, у него искривляются ноги.На запястье рахитические браслеты, утолщение реберных головок – рахитические четки, большой отвислый живот, позднее закрытие родничков. Осложнение у девочек после рахита – плоско-рахитический таз. Позднее развитие зубов.
Гипервитаминоз Д: общая слабость, тошнота, рвота, боли в животе, костях.Чаще всего смертельный исход. Происходит кальцификация почек, слизистой кишечника перикарда, легких.
Биологическая роль: витамин Д всасывается в тонком кишечнике, транспортируется кровью соединенным с кальций связывающим белком. В печени происходит гидроксилирование витамина в 25-положении и образуется 25-гидрокси кальциферол. Он транспортируется в почки, где происходит гидроксилирование первого атома и образуется активная форма 1,25-дигидроксикальциферол (кальцитриол).
Ткани мишени – костная ткань, слизистая кишечника, почечные канальцы.
В слизистой кишечника стимулирует всасывание кальция и фосфора, в костной ткани стимулирует извлечение кальция из старых участков и отложение кальция в растущие участки. Это происходит благодаря тому, что он стимулирует синтез белка, который переносит кальций против градиента концентрации через мембрану, в почках увеличение реабсорбции кальция и фосфатов
Билет 3,10 Источники и пути расходования глюкозы кровью. Регуляция содержания глюкозы в крови инсулин,глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды
Главные источники глюкозы – сахароза и крахмал, поступающие в организм с пищей, запасы гликогена в печени, а также глюкоза, образующаяся в тканях в результате биохимических реакций (глюконеогенез). Метаболизм глюкозы имеет две важные особенности. Первая – запасание полисахарида гликогена, особенно в печени и в мышцах. Гликоген может быть быстро использован в качестве источника глюкозы, и, следовательно, и энергии для работы мышц. Вторая особенность, состоит в том, что многие ткани, например мозг, клетки крови, мозговое вещество надпочечников и семенники, получают практически всю необходимую энергию за счет окисления глюкозы.
Инсулин. Единственный гормон понижающий содержание сахара в крови. Повышает проницаемость мембран клеток для глюкозы в жировой и мышечной ткани. Стимулирует утилизацию глюкозы в клетках печени, мышечной и жировой ткани.
1) ингибирует глюконеогенез в печени, повышая уровень фруктозо-2,6,бифосфата,ингибирует глюкозо-6 фосфатазу и синтез фосфоенолпируваткарбоксиназы
2)уменьшает распад гликогена(инактивируя киназу фосфорилазы) и повышает его синтез(активирует гликогенсинтазу)
3)интенсифицирует реакции гликолиза(повышает активность и количество ключевых ферментов-глюко и гексокиназы,фосфофруктокиназы, пируваткиназы)
4) повышает активность ферментов пентозофосфатного цикла-генератор молекул НАДФН необходимых для синтеза ЖК)
5)в мышечной и жировой ткани инсулин усиливает поступление глюкозы в клетки (увеличение числа GLUT-4)
Ингибирует аденилатциклазу, активирует фосфодиэстеразу, снижает концентрацию ц-АМФ, поэтому тормозит распад гликогена (фосфорилаза), стимулирует синтез гликогена (гликогенсинтаза). Активирует ключевые ферменты распада глюкозы до пирувата. Активирует пируват ДГкомплекса (ПВДГ) окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетилкофермента А. Активирует пентозофосфатный путь распада глюкозы до пентоз и НАДФН2. Тормозит глюконеогенез.
Глюкагон повышает содержание сахара в крови
-влияние на углеводный обмен – активирует фосфорелизу, гликоген в печени, т.е. распад гликогена.
– тормозит гликогенсинтазу, т.е. синтез гликогена.
– Стимулирует глюконеогенез из аминокислот и глицерина и триглицеридов (жиров).
Глюкокортикоиды: повышают содержание сахара в крови: 1. уменьшает проницаемость мембраны для глюкозы. 2. активируют фермент глюкозо-6-фосфатазу. 3. стимулируют глюконеогенез, в печени и особенно в почках из триглицеридов и аминокислот, стимулируют синтез ключевых ферментов (фосфоенолпируват-карбоксиназы),высвобождение АК-субстратов глюконеогенеза 4)повышают запасы гликогена в печени(активируя гликогенсинтазу 5)тормозят потребление глюкозы во внепеченочных тканях(мышцах и жировой)
Адреналин повышает содержание сахара в крови: активирует фосфорелазу гликогена (распад гликогена), тормозит гликогенситазу (синтез гликогена), ингибирует секрецию инсулина,что снижает утилизацию глюкозы жировой тканью и скелетными мышцами,стимулирует глюконеогенез из лактата и лицерола