Презентация "Биохимия гормонов"

Биохимия гормонов Гормоны – органические соединения, связы-вающие различные регуляторные механизмы и ме-таболизм в органах и тканях – универсальные регуляторы обменных процессов, определяют функцию органов и тканей – определяют фундаментальные жизненные процессы – при нарушении обмена развиваются тяжелые заболевания – используют как лекарственные препараты Системы регуляции обмена веществ и функций организма образуют 3 иерархических уровня:

• ЦНС. Нервные клетки получают сигналы из внешней и внутренней среды, преобразуют их в нервный импульс и передают с помощью медиаторов на клетки мишени.
• Эндокринная система: гипоталамус, гипофиз, периферические эндокринные железы – синтезирующие гормоны
• Внутриклеточный. Изменение метаболизма в пределах клетки, происходящие в результате: изменения активности гормонов, изменения количества гормонов, изменения транспорта веществ через мембраны клеток.

Регуляторные вещества

Внутриклеточные

Межклеточные

Информоны (цитомедины)

(специальный межклеточный контроль)

Гистогормоны

(тканевые)

Гормоны

Нейромедиаторы

Утилизоны

(неспецифический

межклеточный

контроль)

Система межклеточных регуляций (за счет выделения информонов)

ЦНС

Нейромедиаторы

Эндокринные железы

Ткани

Иммунная система

Гормоны

Тканевые гормоны

Медиаторы иммунной системы

Взаимосвязь регуляторных систем организма

Гормоны

Внешние и внутренние сигналы

ЦНС

Гипоталамус

Гипофиз

Клетки-мишени

Эндокринные железы

Либерины

Статины

Тропные гормоны

Основные признаки гормонов

• Специфичность (структура, место синтеза, функция).
• Секретируемость (способность преодолевать клеточный барьер)
• Высокая биологическая активность (физиологическая концентрация 10-12 ммоль)
• Дистантность действия

Основные классы гормонов (на основе их химического строения) Стероиды – полициклические соединения липидной природы а) гормоны коры надпочечников – альдостерон, кортизол б) половые гормоны – андрогены, эстрогены Производные аминокислот а) тирозин – катехоламины, гормоны щитовидной железы б) триптофан – мелатонин Белково-пептидные гормоны а) нейрогипофизарные (АДГ, окситоцин) б) гипоталамические рилизинг-факторы (либерины, статины - регулируют функцию гипофиза) в) гормоны гипофиза (СТГ, АКТГ) г) ангиотензины д) гормоны поджелудочной железы и ЖКТ (инсулин, глюкагон, секретин, гастрин) е) гормоны регулирующие обмен Са2+ и Р (паратгормон, кальцитонин, производные витамина D) Классификация гормонов по биологическим функциям

Регулируемые процессы	Гормоны
Обмен углеводов , липидов, аминокислот Водно-солевой обмен Обмен кальция и фосфатов Репродуктивная функция Синтез и секреция гормонов эндокринных желез Изменение метаболизма в клетках, синтезирующих гормон	Инсулин, глюкагон, адреналин, кортизол, тироксин, соматотропин Альдостерон , антидиуретический гормон Паратгормон, кальцитонин, кальцитриол Эстрадиол, тестостерон, прогестерон, гонадотропные гормоны Тропные гормоны гипофиза, либерины и статины гипоталамуса Эйкозаноиды, гистамин, секретин, гастрин, соматостатин, вазоактивный интестинальный пептид(ВИП), цитокины

Функциональные фрагменты в структуре гормонов 1. Адресный фрагмент (гаптомер) – обеспечивает поиск мест специфического действия, избирательно связывается с рецепторами клеток-мишеней, не производит биологический эффект гормона; 2. Актон (эффектомер) – фрагмент, обеспечивающий включение гормональных эффектов, плохо связывается с рецепторами клеток-мишеней; 3. Вспомогательный (дополнительный) фрагмент – отвечает за: - конформацию гормона; - его стабильность; - регулирует его активность; - иммунологические свойства (видовая принадлежность). Физиологическая организация эндокринной функции

• Синтез и секреция гормона
• Регуляция и саморегуляция функции эндокринной железы
• Транспорт
• Взаимодействие с клеткой-мишенью
• Периферический метаболизм и выведение

Схема биосинтеза белково-пептидных гормонов

Ген (ДНК)

м-РНК

Полирибосомы

Пропрегормон

Протеаза I

Пептид 1

Прогормон

Протеаза II

Пептид 2

Низкомолекулярные гормоны синтезируются в цитоплазме под влиянием соответствующих ферментов (которые в свою

очередь образуются по приведенной схеме, что

предопределяет видовую принадлежность гормона)

Гормон

Схема биосинтеза инсулина в бэта-клетках островков Лангерганса

• Синтез пропреинсулина (ММ - 11,5 кД) на полирибосомах, прикрепленных к наружной поверхности мембраны эндоплазматического ретикулума (104-110 аминокислот)
• пропреинсулин за счет добавочного N-пептида (23-24 в основном гидрофобных аминокислот) проникает из ЭР в аппарат Гольджи цитоплазмы - образование проинсулина
• вырезание вставочного пептида (32-37 аминокислот) из проинсулина - образование инсулина (2-х цепочечная структура из 51 аминокислоты бэта и А-цепочек, соединенных двумя дисульфидными связями, ММ -5,7 кД), включение в секреторные гранулы

добавочный пептид

вставочный пептид

23-24

32-37

21 (А-цепь)

C

30 (бэта-цепь)

N

1-образование сигнального пептида, 2- синтез пропреинсулина, 3-отщепление добавочного пептида с образованием проинсулина и 4 – транспорт в аппарат Гольджи, 5-превращение проинсулина в инсулин и включение его в секреторные гранулы, 6-секреция инсулина

Строение и биосинтез йодтиронинов

• Стимул – ТТГ гипофиза
• Необходим белок тиреоглобулин (Это гликопротеин, 115 остатков тирозина. Синтезируется в базальной части клетки. Хранится во внеклеточном коллоиде.

ОН

ОН

H2O2

J+

ОН

J

J

J

J

ОН

О

J

J

J

J

ОН

Конденсация

Синтез йодтиронинов

ДИТ-дийодтиронин,ТГ-тиреоглобулин,Т3 –трийодтиронин,Т4-тироксин

Основные классы биологически активных стероидных гормонов 1. Глюкокортикоиды 2. Минералокортикоиды 3. Андрогены 4. Эстрогены Биосинтез стероидных гормонов

Печень

Кровь

Ацетил-КоА

Холестерин

Холестерид

Ацил-КоА

ЛПОНП

ЛНП

ЛНП

Холестерид

Холестерин

(С-27) Холестерин-белок

Прегненолон (С-21)

Кортикостероиды

Андрогены

Эстрогены

АКТГ

АКТГ

Эндокринная железа

• кора надпо-чечников
• семенники
• яичники
• плацента

+

+

Цитоплазма

Ацил-КоА

АКТГ

Эстераза

+

+

Белок внутренней мембраны митохондрий

Митохондрия

ЛПОНП

Типы секреции гормонов (освобождение гормонов из эндокринных желез в венозную кровь или лимфу, что поддерживает их уровень в циркулирующих жидкостях) 1. Освобождение гормона из клеточных секреторных гранул, которые способны перемещаться в клетках эндокринных желез (белково-пептидные гормоны, катехоламины); 2. Освобождение гормона из белковосвязанной формы (тиреоидные гормоны); 3. Относительно свободная диффузия гормона через клеточные мембраны (стероидные гормоны). Последний тип секреции наиболее сопряжен во времени с процессом синтеза гормонов. Процессы специфической регуляции и саморегуляции функции эндокринной железы

• Регуляция через гипоталамус (например либерины, статины);
• Регуляция через гормоны (например АКТГ, СТГ);
• Регуляция через метаболиты (например глюкоза, аминокис-

лоты, ионы).

Взаимосвязь регуляторных систем организма

Гормоны

Внешние и внутренние сигналы

ЦНС

Гипоталамус

Гипофиз

Клетки-мишени

Эндокринные железы

Либерины

Статины

Тропные гормоны

Транспорт гормонов

Плазма крови

80-85%

Форменные элементы крови

15-20%

Гормонспецифические белки

80%

В свободном виде

10%

Гормоннеспецифические белки

10%

Эритроциты

80%

Лейкоциты

20%

Альбумины, α-кислый гликопротеид, γ-глобулины, трансферрин, трипсин и др.

КСГ – кортикосвязывающий глобулин

ССГ – секссвязывающий глобулин

ТСГ – тиреосвязывающий глобулин

ИСГ – инсулинсвязывающий глобулин

и др.

Периферический метаболизм гормонов различной химической природы

Стероидные

Производные аминокислот

Восстановление двойной связи в кольце, конъюгирование

Гидроксилирование углеродных атомов

Окислительное дезаминирование

(катехоламины)

Деиодирование

(тиреоидные)

Метилирование гидроксила

(катехоламины, мелатонин)

Протеолиз

Белково-пептидные

По степени чувствительности к гормонам клетки-мишени делятся на три группы:

• Гормонзависимые – дифференцировка, рост и функционирование зависит от присутствия гормона:
(АКТГ кора надпочечников, половые гормоны половые органы)
• Гормончувствительные – дифференцировка, рост и функционирование возможны без гормона, но в его присутствии эти процессы значительно изменяются
(АКТГ клетки мышц, жировой ткани)
• Гормоннезависимые (гормоннечувствительные) – в физиологических концентрациях гормон влияния не оказывает
(Половые гормоны клетки мышц Кортикостероиды клетки миокарда)

Основные свойства циторецепторов

• Высокое сродство рецепторов к связывающему гормону
• Высокая избирательность - рецепторы связывают определенную группу природных и синтетических гормонов
• Ограниченная связывающая емкость – ограничивает взаимодействие клетки с гормонами в рамках физиологических или умеренных фармакологических концентраций
• Специфическая тканевая локализация – отсюда деление тканей на гормонзависимые, гормончувствительные и гормоннезависимые.

Типы циторецепторов

для гормонов

Мембранные

(белково-пептидные гормоны, катехоламины)

Внутриклеточные (стероидные и тиреоидные гормоны)

Рецепция стероидных и тиреоидных гормонов (внутриклеточная)

Клеточная мембрана

Г

Г

Р1

Р1

+

Г

Р1

Тепмература

рН

Г

Р2

Г

Р2

Метаболические эффекты

и-РНК

ДНК

Цитоплазма

Ядро

Строение внутриклеточного рецептора

COOH

NH2

Вариабельная область связывает белки и регулирует транскрипцию

Центральная часть для связывания ДНК

С – домен узнавания и связывания гормона

Трансмембранный домен

Цитоплазматический домен

Домен узнавания

(N-конец полипептидной цепи)

G-белок

Строение мембранного рецептора

Рецепция белково-пептидных гормонов и катехоламинов (мембранная)

Клеточная мембрана

+

Гормон

Рецептор

Цитоплазма

Ядро

Эффекторная часть

• Аденилатциклаза
• Гуанилатциклаза
• Протеаза
• Цистерна (Са2+)

АТФ

ГТФ

Белок

Са2+

цАМФ

цГМФ

Пептиды

Са2+

Предшественник

Медиатор

М

ДНК

и-РНК

Метаболические

эффекты

Рецептор-

ная

часть

Э

Рецепция катехоламинов (мембранная)

Клеточная мембрана

+

Адреналин

Рецептор

АТФ

3’-5’ цАМФ

Пирофосфат

Mg2+

Аденилат-циклаза

Цитоплазма

Протеинкиназа

Рецепторная

часть

Эффекторная

часть

Э

Р

Э

Р

Э

Эффекты

(изменения метаболизма)

Фосфоди-эстераза

5’-АМФ

Э

ДНК

м-РНК

Ядро

Динамика и механизмы реализации гормональных эффектов в клетке

Химическая модификация белков

Г

+

Р

Г

Р

Изменение активности белков

Изменение

транскрипции

Эффекты

Изменение

трансляции

Изменение

репликации

Эффекты

Эффекты

Начальные

(сек-до 2 часов)

Ранние

(меньше 24 ч-48 ч)

Поздние

(более 48 ч)