В процессе эволюции получили развитие механизмы обмена информацией между клетками в многоклеточных организмах. Сигналы воспринимаются специфическими молекулами, встроенными в плазматическую мембрану или расположенными внутри (рецепторы). Они связаны с системами переноса информации. В ответ на пришедший сигнал в клетке изменяется активность и образование ферментов, других белков, проницаемость внутриклеточных мембран и плазматической мембраны. Одними из таких сигнальных (регуляторных) молекул являются гормоны. Последние образуются специализированными клетками. Классификация гормонов обширна и многообразна, включает в себя разные принципы.

1
Что такое гормоны

Механизмы интеграции (соединения) и координации метаболических процессов в клетках разных органов, лежащие в основе функции гормонов, - важная составляющая здоровья человека. Ряд параметров внутренней среды (уровень глюкозы, аминокислот, кальция) служат своеобразными сигналами, которые воспринимаются эндокринной системой. В ответ они выделяют молекулы, взаимодействующие с внешними или внутренними рецепторами клеток. Они связаны со специальными сигнальными путями, оказывающими влияние на ход метаболических путей. Нарушение каждого из этих этапов передачи информации лежит в основе развития заболеваний.

Если нервная система отправляет сигнал посредством нервных импульсов, используя молекулы только в местах контакта с другими клетками (нейромедиаторы), то эндокринная работает при помощи специальных химических посредников, которые получили название гормонов.

Это вещества органической природы, которые вырабатываются специализированными клетками желез внутренней секреции и затем поступают в кровь или лимфу, взаимодействуя с клетками- мишенями и оказывая влияние на метаболические процессы в них.

Группа классических гормонов за последние десятилетия пополнилась молекулами, которые синтезируются органами, не относящимися к эндокринным железам (адипоциты, клетки предсердий и др.), а также молекулами, обладающими ауто- и паракринным действиями (цитокины, эйкозаноиды).

Основные механизмы действия сигнала на клетки.

Основными физиологическими особенностями (свойствами ) этих веществ являются следующие:

  • низкая концентрация в крови;
  • обязательная связь с рецептором, включающим каскадный механизм усиления гормонального сигнала;
  • влияние на метаболизм за счет изменения скорости синтеза ферментов, их активности или проницаемости мембран клеток;
  • регуляция секреции – принцип прямой или обратной связи.

Действие гормонов на клетку-мишень обусловлено его взаимодействием со специфическим рецептором. Каждый из них влияет на обменные процессы и функции определенным образом, проявляя избирательность и больший эффект в каком-либо одном направлении (обмен липидов, аминокислот и др.). После взаимодействия с ними рецептор увеличивает уровень (амплификация) сигнала в геометрической прогрессии (число вторичных посредников в десятки, сотни и тысячи раз больше количества молекул гормона ). Активация рецептора всегда приводит к запуску механизма обратной связи, которая отключает его или удаляет его с поверхности клеток. Действие биологической молекулы на мишень часто дополняется влиянием других сигнальных молекул (гормонов, медиаторов, метаболитов). В результате этого в клетках может происходить интеграция сигналов от 2 и более рецепторов по типу усиления или торможения.

2
Классификация гормонов

Выделяют много принципов классификации гормонов. В различных областях медицины (биохимия, гистология, физиология, эндокринология) они будут разными. Основные принципы классификации представлены в таблице:

По химическому строению (по структуре, структурной организации )
  • производные аминокислот (адреналин, тироксин (Т4), трийодтиронин (Т3), мелатонин);
  • построенные из аминокислот:
    • сложные белки (тиреотропин, гонадотропины - ФСГ и ЛГ);
    • простые белки (соматотропин (СТГ ), пролактин, адренокортикотропный гормон, вазопрессин, окситоцин, паратгормон, тиреокальцитонин, инсулин, глюкагон );
    • пептиды (глюкагон, кортикотропин, факторы роста, цитокины);
  • стероиды (мужские и женские половые гормоны (андрогены, эстрогены, прогестерон ), коры надпочечников (минералокортикоиды и глюкокортикоиды );
  • эйкозаноиды - производные 20-углеродных, полиненасыщенных жирных кислот (простагландин Е1, тромбоксан А2)
По растворимости
  • гидрофильные (пептидного происхождения, производные аминокислот );
  • гидрофобные (стероидного происхождения)
По месту синтеза (выработки )
  • центральных эндок­ринных желез (гипоталамус, гипофиз и др.);
  • периферических эндок­ринных желез (щитовидная железа, яичники, яички, надпочечники и др.)
По биологическим функциям (по функциональному назначению, по действию на метаболизм )
  • регуляторы обмена белков, жиров и углеводов (инсулин, глюкагон, адреналин, глюкокортикоиды );
  • регуляторы водно-солевого, минерального обмена (минералокортикоиды, вазопрессин, паратгормон, тиреокальцитонин);
  • регуляторы энергетического обмена (тироксин, трийодтиронин, адреналин );
  • регуляторы репродуктивных функций организма (андрогены, эстрогены, окситоцин, пролактин, гестагены);
  • регуляторы функций эндокринных желез (тропные гормоны гипофиза )
По механизму действия
  • мембрано-цитозольного механизма, реализующие эффекты на ферменты через вторичных посредников (циклазы, цАМФ или цГМФ и протеинкиназы или ионы кальция);
  • цитозольного действия, усиливающие синтез ферментов;
  • мембранного механизма, изменяющие проницаемость мембран для субстратов
По локализации рецепторов гормонов
  • внутри или на поверхности плазматической мембраны (рецепторы гормонов пептидной природы, катехоламинов, эйкозаноидов);
  • в цитоплазме и в клеточном ядре (стероидных и щитовидных гормонов )

3
Метаболизм

Циркуляция в крови происходит в свободном (активная форма) и связанном (неактивная форма) состоянии. Последнее осуществляется с белками плазмы или форменными элементами. Только в свободном состоянии гормоны обладают биологической активностью. Содержание их в крови зависит от скорости образования, метаболизма в тканях, степени связывания, (со специфическими рецепторами, распад или инактивации в клетках -мишенях или печени, удаление с мочой или с желчью).

Способность сигнальных молекул распадаться в воде определяет не только их взаимоотношения с клеткой, но и транспорт. Растворимые (гидрофильные или липофобные) молекулы циркулируют по кровотоку в свободном виде, а гидрофобные или нерастворимые (липофильные) доставляются к мишеням в связанном.

Гидрофильные обычно не проникают в клетки и взаимодействуют с рецепторами плазматической мембраны, подключая механизмы внутриклеточной передачи сигнала с участием вторичных посредников. Так работают пептидные гормоны, катехоламины и др.

Взаимодействуя с рецептором, гидрофильное вещество стимулирует образование вторичных посредников. Последние, усиливая сигнал, формируют ответ клетки на работу эндокринной молекулы.

Липофильные проникают внутрь и связываются с внутриклеточными рецепторами, расположенными в ядре или цитоплазме. Они объединяются с определенными участками ДНК, регулируя механизмы транскрипции. Так работают стероидные и тиреоидные гормоны. Липофильные молекулы могут взаимодействовать и с рецепторами плазматической мембраны, в то время как некоторые гидрофильные, связавшись с рецептором, могут проникать внутрь клетки и оказывать регуляторное влияние на метаболические процесс.

Различия взаимодействия гормонов в зависимости от растворимости. Буквой «С» обозначен гормон.