ВУЗ: Тамбовский государственный технический университет
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Химия
Добавлен: 09.02.2019
Просмотров: 5487
Скачиваний: 15
54
Этот олигосахарид включает галактозу, глюкозу, ацетилгалакто-
замин и ацетилнейраминовую кислоту.
Ацетилнейраминовая кислота является важной составной частью
ганглиозидов. Предполагают, что она обеспечивает нормальное функ-
ционирование нервной системы, обладает защитными и медиаторными
функциями, от неё может зависеть способность наиболее эффективно
выполнять длительные физические нагрузки.
Наибольшее количество гликолипидов сосредоточено в мембра-
нах нервных клеток, но и в других тканях они тоже представлены.
5. ГОРМОНЫ
5.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Гормоны (от греч. hormáõ – привожу в движение, побуждаю, воз-
буждаю) – это вещества, вырабатываемые специализированными клет-
ками и железами внутренней секреции и регулирующие обмен веществ
отдельных органов и всего организма в целом.
Термин «гормоны» был предложен Э.Г. Старлингом в 1905 г.
Сейчас известно более 40 гормонов человека и животных и продол-
жают выявлять новые.
Классифицируют гормоны по химической природе:
I. Гормоны.
1. Производные аминокислот (например, адреналин, тироксин) –
по структуре близки к тирозину и триптофану.
2. Стероидные содержат в своей основе структуру циклопентано-
пергидрофенантренового кольца.
Их по числу атомов углерода делят на три семейства:
а) гормоны коры надпочечников и протестерон (C
21
– стероиды) –
производные прегнана (I);
CH
3
CH
3
CH
3
1
12
2
5
15
7
9
16
11
3
13
4
6
14
8
10
18
17
19
21
20
CH
3
R
(I)
(II)
б) мужские половые гормоны (C
19
– стероиды) – производные ан-
дростана (II, где R = CH
3
);
55
в) женские половые гормоны (C
18
– стероиды) – производные эс-
трона (II, где R = H).
3. Пептидные.
В эту группу входят все гормоны, химическая структура которых
представлена полипептидами разной молекулярной массы (от 3 до
200 аминокислотных остатков). Синтез их происходит в околощито-
видных железах, поджелудочной железе, гипофизе и слизистой орга-
нов пищеварения.
Их делят на следующие семейства:
а) пептиды (вазопрессин, окситоцин и др.);
б) полипептиды (адренокортикотропин, глюкагон, инсулин, каль-
цитонин и др.);
в) простые белки (плацетарный лактоген, пролактин, соматотро-
пин);
г) гликопротеины (лютеинизирующий гормон, фолликулостиму-
лирующий гормон и др.).
II. Прогормоны.
Прогормоны – это неактивные предшественники некоторых гор-
монов. Они имеют более длинные полипептидные цепи, чем соответ-
ствующие активные гормоны. Например, проинсулин содержит при-
мерно 80 аминокислотных остатков, а в активном состоянии – только 51.
Именно ферментативное отщепление части полипептидной цепи бы-
стро превращает неактивную форму в активную при получении клет-
кой соответствующего сигнала.
5.2. ПОЛУЧЕНИЕ
1. Химический синтез.
Небелковые гормоны, пептидные гормоны небольшой молеку-
лярной массы и активные фрагменты некоторых полипептидных гор-
монов синтезируют.
2. Экстрагирование из природных источников.
Полипептидные и белковые гормоны получают главным образом
экстрагированием из желёз убойного скота и последующей очисткой.
Экстрагирование затруднено весьма малым содержанием гормо-
нов в организме. Так, для получения всего лишь 1 мг тиролиберина
потребовалось 4 т ткани гипоталамуса (место его секреции), которую
извлекали из мозга животных на бойнях.
Главные трудности в очистке гормонов связаны со следующими
обстоятельствами. Во-первых, биологические регуляторы представля-
ют собой сложные органические соединения, отличающиеся, как пра-
вило, малой устойчивостью. Многие из них настолько легко разруша-
ются, что приходится их очищать в очень мягких условиях, избегая
56
повышенных температур, действия кислот или щелочей, иногда даже
приходится работать в отсутствие кислорода воздуха. Для выделения
биологических регуляторов обычно используют на тех или иных ста-
диях различные высокоэффективные приёмы разделения (разные виды
хроматографии, противоточное распределение, многократные пере-
кристаллизации и др.).
Другим обстоятельством, очень осложняющим очистку природ-
ного биологического регулятора, является необходимость специфиче-
ских, очень сложных и капризных методов определения их количества
во фракциях.
В-третьих, очень трудно оценить биологическую активность вы-
деленных гормонов, поскольку она зависит от ряда факторов, многие
из которых трудно учесть: порода животных, их диета, время года,
условия содержания и т.д. Поэтому нередко приходится вместо глав-
ного их биологического действия брать другое, более просто наблю-
даемое и регистрируемое явление. Например, при изучении андроген-
ных гормонов зачастую используется тест на почернение клюва у во-
робья. Поэтому не надо удивляться, что в течение длительного време-
ни учёные занимаются такой, казалось бы, смешной проблемой, как
тщательное изучение периода почернения воробьиного клюва. Или
определение активности гормона роста (соматотропина) определяют
по росту хряща большой берцовой кости крысы (тибиатест).
Первыми выделили гипоталомические гормоны в чистом виде и
выяснили их химическую структуру Роджер Гиллемин из Сан-Диего и
Эндрю Шелли из Нью-Орлеана. В 1977 г. они получили за это Нобе-
левскую премию и разделили награду с Розалиндой Ялоу, разработав-
шей чрезвычайно чувствительный радиоиммунологический метод оп-
ределения концентрации гормонов.
3. Метод генной инженерии.
Метод основан на выделении гена соответствующего пептидного
гормона (например, инсулина или соматотропина) и включении его в
геном бактериальных клеток, приобретающих таким образом способ-
ность к синтезу данного гормона. В результате размножения образу-
ются большие массы бактерий, активно синтезирующих гормоны.
5.3. МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Нестимулированный уровень гормонов в крови очень низок, он
расположен в пределах от микромолярных (10
–6
М) до пикомолярных
(10
–12
М) концентраций. В этом отношении гормоны резко отличают-
ся, например, от глюкозы, содержащейся в крови в миллимолярных
концентрациях (4·10
–3
М). В силу низкой концентрации гормонов их
57
не только трудно выделить, идентифицировать, но и точно количест-
венно определить. Поэтому для их определения требуются высокочув-
ствительные методы:
1) широко используется радиоиммуннологический метод, осно-
ванный на конкурентном связывании меченого и немеченого гормона
с различными белками: антителами, транспортными белками (напри-
мер, связывание кортизола, прогестерона и половых гормонов с соот-
ветствующими транспортными белками крови) или рецепторами (на-
пример, связывание адренокортикотропина с мембранами надпочеч-
ников).
Этот метод отличается не только высокой специфичностью, но и
исключительно высокой чувствительностью. В своей речи, произнесён-
ной по случаю присуждения Нобелевской премии, для наглядности чув-
ствительности метода Ялоу сравнила концентрацию определяемого
этим методом гормона в анализируемом растворе с концентрацией саха-
ра в очень большом озере после растворения в нём одного кусочка;
2) для количественного определения пептидных гормонов широко
применяют биологические методы, основанные на характерных для
каждого гормона биологических эффектах. Например, содержание
лютеинизирующего гормона устанавливают по снижению в яичниках
крыс содержания аскорбиновой кислоты;
3) для анализа небелковых гормонов применяют химические ме-
тоды, например, стероидные гормоны и адреналин определяют коло-
риметрическим методом.
5.4. СВОЙСТВА ГОРМОНОВ
1.
Растворимость. Низкомолекулярные пептидные гормоны и
производные аминокислот – водорастворимые соединения. Стероид-
ные гормоны хорошо растворимы в жирах.
2.
Концентрация. При стимуляции секреции какого-либо гор-
мона его концентрация в крови возрастает иногда на несколько поряд-
ков. После прекращения секреции концентрация этого гормона быстро
возвращается к исходной.
3.
Время жизни в крови очень невелико, часто оно не превыша-
ет нескольких минут.
4.
Время действия. Некоторые гормоны вызывают немедлен-
ный биохимический или физиологический ответ. Например, печень
начинает выбрасывать глюкозу в кровь уже через несколько секунд
после выделения адреналина в кровоток.
В случае тиреоидных гормонов или эстрогенов реакция тканей-
мишеней на эти гормоны достигает максимума в течение нескольких
часов или даже дней (из-за разного механизма действия гормонов).
58
5.5. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ГОРМОНОВ
В последние годы достигнуты большие успехи в выяснении мо-
лекулярных механизмов действия гормонов. Первым этапом взаимо-
действия гормонов с клетками является их связывание со специфиче-
скими белками-рецепторами органов-мишеней.
Рассмотрим схему регуляции синтеза гормонов в организме чело-
века (рис. 12).
Гипоталамус получает и интегрирует сигналы, идущие из цен-
тральной нервной системы. В ответ на эти сигналы гипоталамус выде-
ляет ряд веществ пептидной природы, так называемые рилизинг-
факторы, или нейрогормоны, которые поступают в первичные мише-
ни: переднюю и заднюю доли гипофиза, расположенного непосредст-
венно под гипоталамусом.
Рис
. 12. Схема регуляции синтеза гормонов в организме человека
Сенсорные импульсы из внешней среды
Центральная нервная система
Нервные импульсы
Гипоталамус
Рилизинг-факторы
Либерины
Статины
Передняя доля
гипофиза
Задняя доля
гипофиза
Тиреотроп-
ный
гормон
Щитовидная
железа
Кора надпо-
чечников
Тироксин
Гонадо-
тропные
гормоны
Адренокор-
тикотропный
гормон
Артериолы
Семенники и
яичники
Клетки
поджелу-
дочной
железы
Молочные
железы
Гладкие
мышцы,
молочная
железа
Окситоцин
Вазо-
прессин
Сомато-
тропный
гормон
Пролактин
О
бр
ат
на
я
св
яз
ь
Изменение (+, –) концентрации гормонов в крови
Кортико-
стероиды
Эстрогены
Андрогены
Соматостатин
Глюкагон
Инсулин
+
–