У підтримці впорядкованості, узгодженості всіх фізіологічних і метаболічних процесів в організмі бере участь понад 100 гормонів і нейромедіаторів. Їх хімічна природа різна (білки, поліпептиди, пептиди, амінокислоти та їх похідні, стероїди, похідні жирних кислот, деякі нуклеотиди, ефіри і т.д.). У кожного класу цих речовин шляху утворення і розпаду різні.
Білково-пептидні гормони. У цю групу входять всі гормони тропів, ліберіни і статини, інсулін, глюкагон, кальцитонін, гастрин, секретин, холецистокінін, ангіотензин-II, антидіуретичний гормон (вазопресин), паратиреоїдного гормон та ін.
Ці гормони утворюються з білкових попередників, званих прогормонов. Як правило, спочатку синтезується препрогормонов, з якого утворюється прогормон, а потім гормон.
Синтез прогормонов здійснюється на мембранах гранулярних ендоплазматичної мережі (шорсткий ретикулум) ендокринної клітини. Велике значення для цих процесів має здатність препрогормонов проникати через мембрану ендоплазматичної мережі в її внутрішні порожнини за рахунок того, що перші 20-25 амінокислотних залишків з N-кінця у багатьох білкових попередників є однаковими, а на зовнішній мембрані ендоплазматичної мережі є структури, «які дізналися »цю послідовність. В результаті стає можливим впровадження молекули препрогормонов в ліпідний бішар мембрани і поступове проникнення білкового попередника у внутрішній простір ендоплазматичноїмережі.
Везикули з утворюється прогормоном переносяться потім в пластинчастий комплекс (комплекс Гольджі), де під дією мембранної протеїнази від молекули прогормона отщепляется певна частина амінокислотної ланцюга. В результаті утворюється гормон, який надходить в везикули, що містяться в комплексі Гольджі. Надалі ці везикули зливаються з мембраною і вивільняються в позаклітинний простір.
Різні етапи синтезу гормонів мають неоднакову тривалість. Наприклад, синтез молекули проінсуліну відбувається за 1-2 хв. Транспорт проінсуліну від ендоплазматичної мережі до комплексу Гольджі займає 10-20 хв. «Дозрівання» везикул, що несуть інсулін від комплексу Гольджі до плазматичної мембрани, триває 1-2 ч. При дії глюкози на β-клітини панкреатичних острівців стимулюється головним чином злиття інсулінових везикул з плазматичними мембранами, що і призводить до посиленої секреції інсуліну, а швидкість попередніх етапів утворення гормонів змінюється в меншому ступені. Концентрація інших пептидних гормонів в крові також регулюється не впливом на швидкість їх синтезу або внутрішньоклітинного транспорту, а зміною швидкості секреції. Багато в чому це обумовлено тим, що в секреторних гранулах міститься така кількість гормону, що його концентрація в крові може багаторазово підвищуватися без додаткового синтезу.
Оскільки багато поліпептидні гормони утворюються з загального білкового попередника, зміна синтезу одного з цих гормонів може призводити до паралельного зміни (прискорення або уповільнення) синтезу ряду інших гормонів. Так, з білка проопіокортіна утворюються кортикотропин і β-ліпотропін, з β-липотропина може утворитися ще кілька гормонів: γ-ліпотропін, β-меланоцитостімулірующий гормон, β-ендорфін, γ-ендорфін, α-ендорфін, метіонін-енкефалінів.
При дії специфічних протеїназ з кортикотропина можуть утворюватися α-меланоцитостімулірующий гормон і АКТГ-подібний пептид середньої частки гіпофіза. Завдяки подібності структур кортикотропина і α-меланоцітостімулірующего гормону останній має слабку кортикотропного активність. Кортикотропін має незначну здатність посилювати пігментацію шкіри.
Концентрація білково-пептидних гормонів в крові зазвичай становить 10 -10 М. При стимуляції ендокринної залози концентрація відповідного гормону зростає в 2-5 разів.
Період напіврозпаду білково-пептидних гормонів в крові становить 10-20 хв. Вони руйнуються протеиназами клітин-мішеней, крові, печінки і нирок.
Стероїдні гормони. У цю групу входять тестостерон, естрадіол, естрон, прогестерон, кортизол, альдостерон і ін. Ці гормони утворюються з холестерину в кірковій речовині наднирників (кортикостероїди), а також в сім'яниках і яєчниках (статеві стероїди). У малій кількості статеві стероїди можуть утворюватися в кірковій речовині наднирників, а кортикостероїди - в статевих залозах. Вільний холестерин надходить в мітохондрії, де перетворюється в прегненолон, який потім потрапляє в ендоплазматичну мережу і після цього - в цитоплазму.
У кірковій речовині наднирників синтез стероїдних гормонів стимулюється кортикотропіном, а в статевих залозах - лютеїнізуючим гормоном (ЛГ). Ці гормони прискорюють транспорт ефірів холестерину в ендокринні клітини і активують мітохондріальні ферменти, що беруть участь в утворенні прегненолона. Крім того, гормони тропів активують процеси окислення цукрів і жирних кислот в ендокринних клітинах, що забезпечує стероидогенез енергією і пластичним матеріалом.
Кортикостероїди. Підрозділяють на дві групи. Глюкокортикоїди (типовий представник - кортизол) індукують синтез ферментів глюконеогенезу в печінці, перешкоджають поглинанню глюкози м'язами і жировими клітинами, а також сприяють вивільненню з м'язів молочної кислоти і амінокислот, тим самим прискорюючи глюконеогенез в печінці.
Мінералокортикоїди (типовий представник - альдостерон) затримують натрій в крові. Зниження концентрації натрію в виділеної сечі, а також секрети слинних і потових залоз призводить до менших втрат води, так як вода рухається через біологічні мембрани в напрямку високої концентрації солей.
Стимуляція синтезу глюкокортикоїдів здійснюється через систему гіпоталамус-гіпофіз-надниркові залози. Стрес (емоційне збудження, біль, холод тощо), тироксин, адреналін і інсулін стимулюють секрецію кортиколиберина з аксонів гіпоталамуса. Цей гормон зв'язується з мембранними рецепторами аденогіпофіза і викликає секрецію кортикотропіну, який з потоком крові потрапляє в наднирники і стимулює там освіту глюкокортикоїдів - гормонів, що підвищують стійкість організму до несприятливих впливів.
Кортикотропін впливає слабо на синтез мінералокортикоїдів. Є додатковий механізм регуляції синтезу мінералокортикоїдів, який наразі триває через так звану ренін-ангіотензинову систему. Рецептори, що реагують на тиск крові, локалізовані в артеріолах нирок. При зниженні тиску крові ці рецептори стимулюють секрецію реніну нирками. Ренін є специфічною ендопептідной, відщеплюється від α2-глобуліну крові С-кінцевий декапептид, який називають «ангіотензин-I». Від ангіотензину-I карбоксипептидаза (ангиотензинпревращающий фермент, розташований на зовнішній поверхні ендотелію кровоносних судин) отщепляет два амінокислотних залишку і утворює октапептид ангіотензин-II - гормон, до якого на мембрані клітин коркового речовини надниркових залоз є спеціальні рецептори. Зв'язуючись з цими рецепторами, ангіотензин-II стимулює утворення альдостерону, який діє на дистальні канальці нирок, потові залози, слизову оболонку кишечника і збільшує в них реабсорбцію іонів Na +. Сl - і НСО -. В результаті в крові підвищується концентрація іонів Na + і знижується концентрація іонів С1 - і К +. Ці ефекти альдостерону повністю блокуються інгібіторами синтезу білка.
Статеві стероїди. Андрогени (чоловічі статеві гормони) продукуються інтерстиціальними клітинами (гландулоцитами) сім'яників і в меншій кількості яєчниками і кірковим речовиною надниркових залоз. Основним андрогеном є тестостерон. Цей гормон може зазнавати зміни в клітині-мішені - перетворюватися в дигідротестостерон, який має більшу активність, ніж тестостерон. Слід зазначити, що ЛГ, який стимулює початкові етапи біосинтезу стероїдів в ендокринній залозі, активує також перетворення тестостерону в дигідротестостерон в клітці-мішені, тим самим посилюючи андрогенні ефекти.
Естрогени (жіночі статеві гормони) в організмі людини в основному представлені естрадіолом. У клітинах-мішенях вони не метаболізуються.
Дія андрогенів і естрогенів направлено в основному на органи відтворення, прояв вторинних статевих ознак, поведінкові реакції. Андрогенів властиві також анаболічні ефекти - посилення синтезу білка в м'язах, печінці, нирках. Естрогени надають катаболічну вплив на скелетні м'язи, але стимулюють синтез білка в серце і печінки. Таким чином, основні ефекти статевих гормонів опосредуются процесами індукції і репресії синтезу білка.
Діючі концентрації стероїдних гормонів складають 10 -11 -10 -10 М. Період їх напіврозпаду дорівнює 0,5-1,5 ч.
Тиреоїдні гормони. У цю групу входять тироксин і трийодтиронін. Синтез цих гормонів здійснюється в щитовидній залозі, в якій іони йоду окислюються за участю пероксидази до йодініум-іона, здатного йодувати тиреоглобулін - тетрамерний білок, що містить близько 120 тирозину. Йодування тирозинових залишків відбувається за участю пероксиду водню і завершується утворенням монойодтірозіна і дійодтірозіна. Після цього відбувається «зшивання» двох йодованих тирозину. Ця окислювальна реакція протікає за участю пероксидази і завершується утворенням у складі тиреоглобуліну і тироксину. Для того щоб ці гормони звільнилися зі зв'язку з білком, повинен відбутися протеоліз тиреоглобуліну. При розщепленні однієї молекули цього білка утворюється 2-5 молекул тироксину (Т4) і трийодтироніну (Т3), які секретуються в молярних співвідношеннях, рівних 4: 1.
Синтез і секреція тиреоїдних гормонів знаходяться під контролем гіпоталамо-гіпофізарної системи. Тиреотропін активує аденілатциклазу щитовидної залози, прискорює активний транспорт йоду, а також стимулює зростання епітеліальних клітин щитовидної залози. Ці клітини формують фолікул, в порожнині якого відбувається йодування тирозину.
Виділення Т3 і Т4 здійснюється за допомогою піноцитозу. Частинки колоїду окружаются мембраною епітеліальної клітини і надходять в цитоплазму у вигляді піноцитозних бульбашок. При злитті цих бульбашок з лізосомами епітеліальної клітини відбувається розщеплення тиреоглобуліну, який становить основну масу колоїду, що призводить до виділення Т3 і Т4. Тиреотропін і інші чинники, що підвищують концентрацію цАМФ в щитовидній залозі, стимулюють пиноцитоз колоїду, процес освіти і руху секреторних пухирців. Таким чином, тиреотропин прискорює не тільки біосинтез, але і секрецію Т3 і Т4. При підвищенні рівня Т3 і Т4 в крові пригнічується секреція тиреоліберином і тиреотропіну.
Тиреоїдні гормони можуть циркулювати в крові в незмінному вигляді протягом декількох днів. Така стійкість гормонів пояснюється, по-видимому, освітою міцного зв'язку з Т4 -зв'язуючим глобулинами і преальбумін в плазмі крові. Ці білки мають в 10-100 разів більшу спорідненість до Т4. ніж до Т3. тому в крові людини міститься 300-500 мкг Т4 і лише 6-12 мкг Т3.
Катехоламіни. У цю групу входять адреналін, норадреналін і дофаміі. Джерелом катехоламінів, як і тиреоїдних гормонів, служить тирозин, однак при синтезі катехоламінів метаболізму піддається вільна амінокислота. Синтез катехоламінів відбувається в аксонах нервових клітин, запасання - в синаптичних бульбашках. Катехоламіни, що утворюються в мозковій речовині надниркових залоз, виділяються в кров, а не в синаптичну щілину, т. Е. Є типовими гормонами.
У деяких клітинах синтез катехоламінів закінчується утворенням дофаміну, а адреналін і норадреналін утворюються в меншій кількості. Такі клітини є в складі гіпоталамуса. Припускають, що пролактостатіном, тобто гормоном гіпоталамуса, переважною секрецію пролактину, є дофамін. Відомі й інші структури мозку (наприклад, стриарная система), які знаходяться під впливом дофаміну і нечутливі, наприклад, до адреналіну.
У симпатичних нервових волокнах дофамін не накопичується, а швидко перетворюється в норадреналін, який зберігається в синаптичних бульбашках. Адреналіну в цих волокнах значно менше, ніж норадреналіну. У мозковому шарі надниркових залоз біосинтез завершується утворенням адреналіну, тому норадреналіну утворюється в 4-6 разів менше, а дофаміну зберігаються лише сліди.
Синтез катехоламінів в мозковій речовині надниркових залоз стимулюється нервовими імпульсами, які надходять по черевний симпатическому нерву. Вирізняється в синапсах ацетилхолін взаємодіє з холинергическими рецепторами нікотинового типу і збуджує нейросекреторну клітку надниркової залози. Завдяки існуванню нервово-рефлекторних зв'язків наднирники відповідають посиленням синтезу і виділення катехоламінів у відповідь на больові і емоційні подразники, гіпоксію, м'язове навантаження, охолодження і т.д. Існують і гуморальні шляху регуляції активності клітин мозкової речовини надниркових залоз: синтез і виділення катехоламінів можуть зростати під дією інсуліну, глюкокортикоїдів, при гіпоглікемії.
Катехоламіни пригнічують як власний синтез, так і виділення. В адренергічних синапсах на пресинаптичної мембрани є а-адренергічні рецептори. При викиді катехоламінів в синапс ці рецептори активуються і починають надавати інгібуючий вплив на секрецію катехоламінів. Аутоінгібірованіе секреції виявлено практично у всіх тканинах, які секретують ці гормони або нейромедіатори.
На відміну від холінергічних синапсів, постсинаптична мембрана яких містить як рецептори, так і ацетилхолінестеразою, що руйнує медіатор, видалення катехоламінів з синапсу відбувається в результаті зворотного захоплення медіатора нервовими закінченнями. Вступники в нервове закінчення з синапсу катехоламіни знову концентруються в спеціальних гранулах і можуть повторно брати участь у синаптичній передачі.
Катехоламіни можуть инактивироваться в тканинах-мішенях, печінці та нирках. Вирішальне значення в цьому процесі відіграють два ферменти - моноаміноксидаза, розташована на внутрішній мембрані мітохондрій, і катехол-О-метилтрансфераза, цитозольний фермент.
Ейкозаноїди. У цю групу входять простагландини, тромбоксани і лейкотрієни. Ейкозаноїди називають гормоноподібними речовинами, так як вони можуть надавати тільки місцеву дію, зберігаючись в крові протягом декількох секунд. Утворюються в усіх органах і тканинах практично всіма типами клітин.
Біосинтез більшості ейкозаноїдів починається з відщеплення арахідонової кислоти від мембранного фосфолипида або ДІАЦ-гліцерину в плазматичній мембрані. Синтетазної комплекс являє собою Поліферментний систему, що функціонує переважно на мембранах ендоплазматичної мережі. Утворені ейкозаноїди легко проникають через плазматичну мембрану клітини, а потім через міжклітинний простір переносяться на сусідні клітини або виходять в кров і лімфу. Швидкість синтезу ейкозаноїдів збільшується під впливом гормонів і нейромедіаторів, що активують аденілатциклазу або підвищують концентрацію іонів Са 2+ в клітці. Найбільш інтенсивно утворенняпростагландинів відбувається в сім'яниках і яєчниках.
Простагландини можуть активувати аденілатциклазу, тромбоксани збільшують активність фосфоінозитидного обміну, а лейкотрієни підвищують проникність мембран для іонів Са 2+. Оскільки цАМФ і іони Са 2+ стимулюють синтез ейкозаноїдів, замикається позитивний зворотний зв'язок в синтезі цих специфічних регуляторів.
У багатьох тканинах кортизол гальмує звільнення арахідонової кислоти, що призводить до пригнічення освіти ейкозаноїдів, і тим самим надає протизапальну дію. Простагландин Ei є потужним пірогенів. Придушенням синтезу цього простагландину пояснюють терапевтичну дію аспірину.
Період напіврозпаду ейкозаноїдів становить 1-20 с. Ферменти, инактивирующие їх, є практично у всіх тканинах, але найбільше їх кількість міститься в легенях.