Классификация гормонов. 
Химия гормонов

молекула прогестерон гормон химический Классификация гормонов отражена в таблице.

Познакомившись с функцией гормонов в организме, остановимся подробнее на их химическом строении. Рассмотрим формулы гормонов, получив общее представление о химической природе этой группы биологически активных веществ.

Стероидные гормоны (стероиды) формально можно рассматривать как производные гипотетического углеводорода стерана. Стероиды можно разделить на две группы: стероидные половые гормоны и гормоны коры надпочечников. Половые гормоны, в свою очередь, делят на:

* эстрогены — женские половые гормоны, или стероиды, содержащие в молекуле 18 атомов углерода (так называемые С18-соединения). К ним относится, например, эстрадиол С18Н24О2.

Название этого гормона отражает наличие в молекуле двух гидроксильных групп. Очевидно, что строение молекулы эстрадиола позволяет отнести его и к спиртам, и к фенолам. К эстрогенам относятся также:

Наличие карбонильной группы отражается в названии эстрона суффиксомон, название эстриола явно подчеркивает присутствие трех гидроксильных групп в его молекуле;

* андрогены — мужские половые гормоны, или С19-стероиды, в основе молекулы которых лежит скелет молекулы углеводорода сложного строения — андростана:

Наиболее важными андрогенами являются тестостерон, дигидротестостерон и андростандиол:

(химическое название тестостерона — 17-гидрокси-4-андростен-3-он, дигидротестостерона — 17-гидроксиандростан-З-он).

Очевидно, что тестостерон является ненасыщенным кетоно-спиртом, дигидротестостерон и андростандиол можно рассматривать как продукты его гидрирования, а принадлежность андростандиола к многоатомным спиртам и его насыщенный характер отражаются в названии;

* прогестерон и его производные, как и эстрогены, являются женскими половыми гормонами и относятся к С21-стероидам.

Из анализа строения молекулы прогестерона понятно, что он является кетоном и содержит в молекуле две карбонильные группы. Помимо половых гормонов, к стероидам относятся и гормоны коры надпочечников, такие, например, как кортизол, кортикостерон и альдостерон.

Сравнив структурные формулы всех этих гормонов, нетрудно заметить, что они имеют много общего, и конечно же в первую очередь «стероидное ядро» молекулы — четыре сочлененных карбо-цикла: три шестиатомных и один пятиатомный.

Теперь, имея представление о стероидах, познакомимся с гормонами — производными аминокислот. К ним относятся известные вам тироксин, адреналин и норадреналин.

Молекулы этих гормонов содержат аминогруппу или ее производные, а молекула тироксина также содержит и карбоксильную группу, т. е. является а-аминокислотой и проявляет все характерные для аминокислот свойства.

Более сложное строение имеют пептидные гормоны, например вазопрессин.

Вазопрессин — пептидный гормон гипофиза, имеющий относительную молекулярную массу Мr = 1084 и содержащий в молекуле девять аминокислотных остатков. Еще большую относительную молекулярную массу (около 3485) имеет пептидный гормон поджелудочной железы глюкагон. Это и понятно, ведь его молекула содержит 29 аминокислотных звеньев. Обозначив остаток аминокислоты символом Am, формулу глюкагона можно записать так: H2N—(Am)29—СООН.

Очевидно, что молекула глюкагона содержит 28 пептидных групп.

Заметим, что структуры глюкагона у всех позвоночных близки или идентичны. Это позволяет получать медицинские препараты глюкагона из поджелудочных желез животных. А расшифровка структуры глюкагона человека позволила наладить его синтез в лабораторных условиях.

Белковые гормоны содержат в молекулах еще большее количество аминокислотных звеньев, объединенных в одну или несколько полипептидных цепей. Так, молекула инсулина содержит в двух полипептидных цепях 51 аминокислотный остаток, а сами цепи соединены двумя дисульфидными мостиками. Относительная молекулярная масса инсулина человека составляет 5807. Установление химической структуры этого белка позволило осуществить полный его синтез в лабораторных условиях, разработать способы трансформации инсулина животных в инсулин человека и осуществить получение этого важного гормона методами генной инженерии.

Другой белковый гормон — соматотропин имеет относительную молекулярную массу около 21 500, полипептидная цепь его молекулы содержит 191 аминокислотный остаток и два дисульфидных мостика. В настоящее время уже установлена первичная структура соматотропина человека, овцы, быка.

Необходимо отметить, что молекулы инсулина крупных млекопитающих отличаются аминокислотными остатками всего в четырех положениях из 51, в то время как строение соматотропина в ходе эволюции животных и человека претерпевало значительные изменения и этот гормон приобрел видовую специфичность.

Теперь, зная состав и химическое строение важнейших гормонов, рассмотрим их специфическое влияние на различные физиологические процессы. При этом логично будет сгруппировать гормоны по эндокринным железам, их производящим.

Гормоны поджелудочной железы. Инсулин уже знакомый вам гормон полипептидной природы (первый гормон, который удалось синтезировать химическим путем).

Инсулин резко увеличивает проницаемость стенок мышечных и жировых клеток для глюкозы и не влияет на проницаемость стенок нервных клеток — нейронов. Все процессы усвоения глюкозы происходят внутри клеток, а инсулин способствует транспорту глюкозы в них, следовательно, он обеспечивает усвоение глюкозы организмом, синтез гликогена и накопление его в мышечных волокнах.

При недостаточном образовании инсулина в организме развивается одно из тяжелейших эндокринных заболеваний — сахарный диабет, при котором печень и мышцы резко снижают способность усваивать углеводы, в первую очередь глюкозу.

Недостаток углеводов (медики говорят — «сахара») в клетках вызывает острый клеточный голод, сопровождается избыточным количеством глюкозы в крови (гипергликемия) и ее выделением с мочой. Клетки гибнут от энергетического голода, а ценнейший источник энергии — глюкоза безвозвратно теряется организмом.

Сахарный диабет может приводить к отказу работы конечностей из-за поражения периферийных нервных узлов, нарушению зрения в результате поражения сосудов сетчатки, нарушению функций почек, а также развитию атеросклероза — поражению артерий и нарушению кровообращения.

Основным средством лечения сахарного диабета является строго контролируемый лечащим врачом прием препаратов инсулина.

Увеличивая поступление глюкозы в клетки жировой ткани, инсулин способствует образованию жира в организме.

Этот гормон увеличивает проницаемость клеточных стенок и для аминокислот, а значит, стимулирует синтез белка в клетке.

* Другим гормоном поджелудочной железы является глюкагон, который стимулирует расщепление, гидролиз гликогена в клетках до глюкозы и, таким образом, повышает ее содержание в крови. Кроме того, он стимулирует и расщепление жиров в клетках жировой ткани. Очевидно, что по своему действию глюкагон является антагонистом инсулина, т. е. веществом с противоположным действием на организм.

Гормоны щитовидной железы. Щитовидная железа вырабатывает такие важные гормоны, как трииодтиронин, тетраиодтиронин (тироксин) и тиреокальцитонин. Первые два из них регулируют энергетический обмен в организме. Так, при введении в кровь всего лишь 1 мг тироксина суточный расход энергии человеком увеличивается более чем на 1000 ккал. Трииодтиронин физиологически еще более активен, поэтому его среднее содержание в крови в 20—25 раз меньше, он значительно быстрее разрушается в тканях. Стимулируя резкое увеличение производства энергии, эти гормоны ускоряют расходование клетками всех питательных веществ — жиров, углеводов, белков, увеличивают потребление тканями глюкозы из крови, что, в свою очередь, компенсируется ростом скорости гидролиза гликогена в печени. Трииодтиронин и тироксин регулируют не только энергетические процессы в организме, но и пластические, т. е. ускоряют рост организма. Кроме того, эти гормоны стимулируют и центральную нервную систему, ускоряют и делают более выраженными рефлексы, в том числе сухожильный. Понятно поэтому, почему гиперфункция щитовидной.

(железы — избыточное производство гормонов — приводит к непроизвольному дрожанию (тремору) конечностей, а недостаток в пище иода, необходимого для синтеза трииодтиронина и тироксина, вызывает разрастание ткани щитовидной железы и образование зоба.

Кроме иодсодержащих гормонов, щитовидная железа синтезирует и еще один важный гормон — тиреокальцитонин. Этот гормон регулирует и контролирует усвоение и обмен кальция в организме. Таким образом, именно тиреокальцитонин «отвечает» за формирование и прочность скелета, а также зубов.

Гормоны надпочечников. Мозговое вещество надпочечников вырабатывает адреналин, который регулирует многие функции организма, в том числе и важнейшую — обмен веществ. Присутствие этого гормона ускоряет расщепление гликогена в печени и мышцах, повышая количество глюкозы в крови, что увеличивает работоспособность скелетных мышц при их утомлении, активизирует возбудимость зрительных и слуховых рецепторов. Следовательно, адреналин способен стимулировать быстрое повышение работоспособности и сопротивляемости организма в чрезвычайных условиях.

Кора надпочечников вырабатывает несколько видов гормонов: минералокортикоиды, такие, как альдостерон и кортикостерон, регулирующие минеральный (солевой) обмен; глюкокортикоиды (кортизон, гидрокортизон), регулирующие белковый, углеводный и жировой обмен; гормоны, половые (андрогены, эстрогены, прогестерон), которые регулируют развитие половых органов в детском возрасте, когда секреция половых желез еще незначительна (до периода полового созревания).

Из минералокортикоидов наиболее активен альдостерон. Этот гормон регулирует количество и баланс ионов Nа+ и К+ в крови. Недостаток альдостерона снижает концентрацию хлорида натрия в крови и тканевых жидкостях, приводя к резкому снижению кровяного давления, обезвоживанию и гибели организма. Поэтому минералокортикоиды часто называют гормонами жизни. Очевидно, их избыток вызывает задержку жидкости в организме и устойчивое повышение артериального давления — гипертонию (более правильный с медицинской точки зрения термин — артериальная гипертензия).

Наиболее активный из глюкокортикоидов — гормон гидрокортизон стимулирует синтез глюкозы в печени и тем самым повышает ее содержание в крови. Содержание гликогена в печени при этом не снижается, а может даже расти. Этим действие гидрокортизона принципиально отличается от действия адреналина. Кроме того, глюкокортикоиды ускоряют извлечение жиров из жировой клетчатки и их окисление (иногда используют метафору «сгорание») с выделением необходимой организму энергии. Недостаток этих гормонов истощает силы организма, его сопротивляемость неблагоприятным внешним воздействиям и болезням. Поэтому врачи нередко называют глюкокортикоиды противовоспалительными гормонами.

Неудивительно, что под влиянием неблагоприятных факторов, вызывающих состояние нервного и физического напряжения, требующее мобилизации защитных сил (канадский исследователь Селье назвал это состояние «стресс»), организм увеличивает секрецию глюкокортикоидов. Как уже отмечалось выше, «запускает» ускорение синтеза этих гормонов адреналин (теперь понятно, почему его иногда называют гормоном двойного действия: одни процессы он регулирует сам, а для влияния на другие мобилизует минерало-кортикоиды). Таким образом, понятно, что значение адреналина трудно переоценить.

С гормонами половых желез мы уже немного знакомы. До достижения половой зрелости в необходимых количествах они синтезируются корой надпочечников. В зрелом возрасте, когда половая функция организма приобретает большее значение, синтез анд-рогенов и эстрогенов начинают осуществлять специальные мужские и женские половые железы внутренней секреции.

Андрогены, например тестостерон, регулируют формирование и развитие мужских вторичных половых признаков — особенностей скелета, голоса, распределение волосяного покрова на теле, поведение и конечно же развитие и работу мужских половых органов. Тестостерон, кроме того, стимулирует связывание азота в организме, тем самым ускоряя синтез белков и развитие мускулатуры. Поэтому тестостерон, его препараты и родственные соединения — анаболические стероиды (анаболики; от греч. — подъем) — применяются, например, для ускорения развития мышц у спортсменов.

При сравнении строения молекул тестостерона и эстрадиола —основных половых гормонов можно отметить, что они отличаются лишь незначительно — на одну метильную группу и несколько атомов водорода. Но как огромны последствия этих различий! Эстрадиол, как и другие эстрогены, — женские половые гормоны, направляет развитие организма по женскому типу — отвечает за формирование женских вторичных половых признаков, особенностей строения скелета тела, поведения и характера.

Помимо поджелудочной железы, надпочечников и половых желез, гормоны вырабатывает также еще одна не менее важная железа — гипофиз.

Механизм действия. Стероидные гормоны, проникнув в клетку, связываются с цитоплазматическими рецепторами, образовавшийся комплекс транспортируется в ядро, где он связывается с белками хроматина и регулирует транскрипцию определенных генов. Гормоны щитовидной железы также действуют непосредственно на ядро, но, в отличие от стероидных, после проникания в клетку сразу связываются с ядерными рецепторами. Все остальные гормоны взаимодействия с рецепторами, находящимися на клеточной поверхности. Действие подавляющего большинства этих гормонов опосредовано изменением в клетке концентрации циклического 3', 5'-аденозинмонофосфата (ц-АМФ). Связывание гормонов с-рецептором, находящимся на клеточной поверхности, вызывает активацию фермента аденилатциклазы, катализирующего превращение АТФ в ц-АМФ; последний взаимодействуют с регуляторной субъединицей фермента протеинкиназы и вызывает ее отщепление от каталитической субъединицы. Освободившаяся субъединица протеинкиназы катализирует фосфорилирование ряда белков, в результате чего изменяются конформация некоторых структурных белков и активность мн. ферментов. Для некоторых пептидных гормонов (напр., инсулина, пролактина, соматотропина) механизм действия еще не расшифрован, но, по-видимому, они также взаимодействию с рецепторами, находящимися на клеточной поверхности, вызывая образование посредников.