Что такое эндокринные железы?
В отличие от экзокринных желез, которые секретируют образованные ими вещества во внешнюю среду (потовые, слюнные, слезные, сальные, молочные железы и т.д.), эндокринные железы выделяют продукты своего синтеза непосредственно в кровь или межклеточную жидкость. Продуктами синтеза эндокринных желез являются гормоны. В организме человека есть как специализированные "классические" эндокринные органы (гипофиз, щитовидная железа, паращитовидные железы, надпочечники), так и органы, выполняющие несколько функций, в числе которых есть синтез и секреция гормонов. Примером таких органов служат: гипоталамус (скорее область головного мозга, чем отдельный орган), поджелудочная железа (преимущественно пищеварительный орган), яички (у мужчин), яичники (у женщин). Кроме того, скопления эндокринных клеток есть в сердце, желудке, тонком кишечнике, почках и т.д.
Что такое гормоны?
Гормоны - это биологические активные вещества, которые образуются в специфических эндокринных клетках и под действием определенных факторов (как внешних, так и внутренних) выделяются в кровоток или межклеточную жидкость. Задачей гормонов является передача сигнала (команды) органу-мишени, в котором есть рецепторы к данному гормону. Взаимодействуя с рецептором по принципу "ключа в замочной скважине" гормон запускает цепь реакций в клетке, которые в конечном итоге приводят к конкретному биологическому эффекту.
Например, гормон инсулин, вырабатываемый эндокринными клетками поджелудочной железы (всего лишь 1% всей массы этого органа выполняет эндокринную функцию), взаимодействует с поверхностными инсулиновыми рецепторами мышечных и жировых клеток (а также многих других), что приводит к активному проникновению в эти клетки глюкозы (сахара), где она используется качестве источника энергии или запасается в виде гликогена (в мышцах) и триглицеридов (в жировых клетках). При отсутствии или выраженном дефиците инсулина глюкоза практически не проникает в эти клетки и накапливается в крови, что и лежит в основе сахарного диабета 1-го типа.
Важно подчеркнуть, что клетки, не имеющие рецепторов к конкретному гормону, не подвержены его влиянию. Так тиреотропный гормон (ТТГ) влияет на клетки щитовидной железы (тиреоциты), имеющие на своей поверхности рецепторы к нему (рецепторы к ТТГ), но не оказывает совершенно никакого доказанного действия, скажем, на клетки печени, почек, предстательной железы и др., не имеющие рецепторов к ТТГ.
Один и тот же гормон оказывает разные эффекты на разные клетки-мишени. Однако, суммарно эти эффекты служат одной общей цели. Это можно проследить на примере эффектов инсулина:
Влияние на углеводный обмен (обмен глюкозы):
- Стимулирует транспорт глюкозы из крови в мышечную и жировую ткани;
- Блокирует гликогенолиз (расщепление гликогена (соединения, представляющего собой плотно упакованные гранулы глюкозы, служащего для хранения ее запасов) до глюкозы);
- Стимулирует синтез гликогена;
- Блокирует глюконеогенез - образование глюкозы (а это углевод) из неуглеводных субстратов (в основном лактата, глицерола, аланина, глутамина);
- Стимулирует гликолиз (расщепление глюкозы для синтеза АТФ, который служит источником энергии) в мышцах и жировой ткани, что делает глюкозу в этих тканях более предпочтительным источником энергии, чем жирные кислоты.
Влияние на жировой обмен:
- Увеличивает поступление жирных кислот в жировую ткань, где они запасаются в форме триглицеридов (что по сути и является жиром). При этом инсулин уменьшает поступление жирных кислот в мышечную ткань, где они могли бы использоваться в качестве источника энергии;
- Блокирует липолиз - процесс высвобождения жирных кислот из жировых депо (по сути расщепление жира), после чего они могут быть использованы различными тканями в качестве энергетического субстрата;
- Препятствует поступлению жирных кислот в печень, где из них могли бы образовываться кетоновые тела (ацетон, бета-гидроксибутират, ацетоацетат), которые служат источником энергии, в частности для головного мозга. Появление ацетона (одно из кетоновых тел) в моче у длительно голодающих людей и у лиц с некомпенсированным сахарным диабетом 1 типа как раз и обусловлено дефицитом инсулина, который в норме блокирует образование кетоновых тел.
Влияние на белковый обмен:
- Ускоряет транспорт аминокислот (соединений, из которых строится белок) в клетки мечены, мышца и фибробласты (клетки соединительной ткани);
- Увеличивает количество и эффективность работы рибосом - клеточных органелл, в которых происходит синтез белка;
- Замедляет распад белка (протеолиз).
Как можно заметить, в совокупности все метаболические (обменные) эффекты инсулина (а у него есть и другие влияния, например, на рост тканей) сводятся к «накоплению запасов», что заметно отличает его от кортизола, метаболические эффекты которого почти по большей части противоположны эффектам инсулина.
Классификация гормонов
Пептидные и белковые гормоны (в т.ч. гликопротеиды). Эти гормоны состоят только из аминокислот, образующий линейную цепочку (пептиды) или более сложную вторичную и третичную конфигурацию (белки). Гликопротеиды включают в свой состав кроме аминокислот углеводную группу (маннозу, галактозу и др.). К ним относятся: ТТГ, ЛГ, ФСГ, ХГЧ.
Примеры: вазопрессин (антидиуретический гормон), окситоцин, кальцитонин, фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), лютеинизирующий гормон), гормон роста, пролактин, тиреотропный гормон (ТТГ), адренокортикотропный гормон (АКТГ), инсулин, глюкагон, инсулиноподобный фактор роста 1 (ИФР-1), лептин, паратиреоидный гормон (ПТГ), хорионический гонадотропин человека (ХГЧ) и др.
Производные аминокислот. Эти гормоны образуются из одной аминокислоты (тирозина, триптофана).
Примеры: тироксин (Т4), трийодтиронин (Т3), адреналин (эпинефрин), норадреналин (норэпинефрин), дофамин, мелатонин.
Стероидные гормоны. Субстратом для этих гормонов является холестерин, что делает их липофильными, т.е. способными растворяться в жирах, но гидрофобными, т.е. не способными растворяться в воде (как и другие жиры). Поэтому в крови стероидные гормоны циркулируют в связи с специальными транспортными белками. Поскольку оболочка любой клетки состоит из двойного слоя фосфолипидов (что тоже является жирами), стероидные гормоны легко проникают в клетку-мишень, где связывается со специфическим внутриклеточным рецептором, а затем комплекс стероид-рецептор связывается с определенным участком ДНК, посредством чего клетке передается сигнал к действию.
Примеры: Тестостерон, дигидроэпиандростерон (ДГЭА), андростендион, дигидротестостерон, альдостерон, эстрадиол, эстрон, эстриол, кортизол, прогестерон, кальцитриол (активная форма витамина Д), кальцидиол (форма витамина Д, требующая последнего этапа активации в почках).
Часто в эту классификацию включают эйкозаноиды - производные жирных кислот, к которым относятся простагландины.
Классификация гормонов по механизму передачи сигнала клетке-мишени
По данному критерию гормоны подразделяются на:
- Гормоны, связывающиеся с внутриклеточными рецепторами;
- Гормоны связывающиеся рецепторами на поверхности клетки.
К гормонам первой группы относятся все стероидные гормоны, включая витамин Д, и гормоны щитовидной железы. Рецепторы этих гормонов расположены внутри клетки. После проникновения в клетку гормон связывается со своим рецептором, после чего образовавшийся комплекс гормон-рецептор связывается с определенными участками определенных генов клетки, стимулируя или подавляя транскрипцию (чтение) этих генов. Таким образом, данная группа гормонов регулирует экспрессию (проявление) генов в клетке-мишени. Избирательное воздействие на отдельные группы генов приводит к изменению концентрации белков, кодируемых этими генами, что существенно изменяет работу клетки.
Ко второй группе относятся пептидные и белковые гормоны (включая гликопротеины),производные аминокислот (кроме гормонов щитовидной железы), а также простагландины. Рецепторы этих гормонов расположены на поверхности клеток-мишеней и, как правило состоят из 3 областей: внеклеточной, с которой связывается гормон; трансмембранной, которая проходит сквозь толщу клеточной мембраны и передает сигнал внутрь клетки, и внутриклеточной, с которой начинается каскад реакций по передаче сигнала клеточным органеллам, в том числе с вовлечением вторичных мессенджеров - молекул-посредников передачи сигнала.