Курьеры в офисном здании
Представьте себе, что ваше тело — многоэтажное офисное здание. На каждом этаже работают отделы, отвечающие за выполнение конкретных задач. Чтобы связать эти подразделения в единую сеть, между этажами бегает сотня курьеров. Они разносят органам приказы от мозга — и у каждого свой.
Одни курьеры кричат: «Опасность! Беги! Сражайся!». Другие вкрадчиво шепчут: «Расслабься, отдохни!». Третьи соблазняют: «Смотри, какой вкусный пончик!». Без них вы бы не смогли ни заснуть, ни проснуться, ни влюбиться, ни испугаться. Да что там — не получилось бы даже вспотеть!
Знакомьтесь, это гормоны — химические посланники нашего тела.
Если сравнить два способа связать организм в единое целое, то гормоны можно сравнить с курьерской службой. Передача импульса по нервным волокнам — это как письмо по электронной почте: доходит почти мгновенно за счет электрического импульса. Гормоны — другое, здесь скорее химия, чем физика.
Курьеры рождаются в специальных диспетчерских (железах внутренней секреции), но главный пульт управления — мозг — решает, кого, куда и, главное, зачем послать.
Конечно, это образ. На самом деле гормоны не имеют голоса и желаний — они просто молекулы. Но эффект у них как у хороших (или плохих) курьеров.
В этой статье разберемся: кто эти курьеры, почему одни работают быстро, а другие медленно, и главное — как перестать ссориться с собственным кортизолом.
Что скажет химик?
Химик долго будет думать над вопросом «что такое гормоны?» и не придет к однозначному ответу. Скорее всего, он позаимствует определение у физиологов или биохимиков — и будет прав, потому что молекулы гормонов принадлежат к разным классам химических соединений.
Среди них есть:
- белки (инсулин, глюкагон, соматотропин, окситоцин),
- стероидные гормоны — ближайшие родственники холестерина (кортизол, тестостерон, эстрогены),
- производные аминокислоты тирозина (адреналин, норадреналин, гормоны щитовидной железы),
- производные жирных кислот (простагландины, лейкотриены, тромбоксаны).
Химическое строение молекулы — это своеобразный паспорт гормона. В нем подробно записано всё: механизм действия, влияние на каждую клетку и на весь организм в целом, скорость и длительность эффекта.
Белковые гормоны: «посланники» из аминокислот
Представьте себе нитку бус, где каждая бусина — одна из 20 аминокислот.
- Если бусинок от 3 до 30 — это пептидный гормон. Например, окситоцин состоит из 9 аминокислот, а глюкагон — из 29.
- Если нитка длиннее — это уже белковый гормон. Инсулин (две цепочки из 51 аминокислоты) или гормон роста — соматотропин (191 аминокислота).
Иногда аминокислотные цепочки соединяются, цепляя к себе небелковый фрагмент углеводной природы — фукозу, галактозу, маннозу или сиаловую кислоту. Эту группу веществ называют гликопротеидами. К ним относятся, например, гормоны гипофиза (ТТГ, ЛГ, ФСГ).
Особенность белковых гормонов
Из-за своих достаточно больших размеров и хорошей растворимости в воде они не могут проникнуть внутрь клетки. Но эти хитрецы поступают иначе.
Достигнув клетки-мишени, они находят на ней соответствующий рецептор и присоединяются к нему — как ключик к музыкальной шкатулке. Только вместо музыки белковые гормоны запускают цепочку нужных химических реакций (усвоение сахара или рост клетки), после чего разрушаются, чтобы сигнал не длился слишком долго.
Как легендарный марафонец Фидиппид: крикнул «Радуйтесь, мы победили!» — и умер от истощения.
А можно таблетку?
Нельзя. Препараты гормонов белковой природы бессмысленно применять в таблетках или микстурах. Попав в желудок, они, как и любой другой белок, будут переварены пищеварительными ферментами, так и не достигнув цели.
Зато хорошая растворимость пептидов — их козырь при введении непосредственно в кровь. Таким гормонам не требуется транспортная молекула, они легко и свободно перемещаются по кровяному руслу туда, где нужны.
У вас еще остался вопрос, почему инсулин диабетики вводят только инъекционно?
Стероидные гормоны: жирорастворимые регуляторы жизни
Главное отличие стероидных гормонов — способность растворяться в жирах. Еще бы: их ближайший химический родственник — холестерин, жироподобное вещество, которое биохимики причисляют к липидам.
Благодаря этой особенности стероиды легко и беспрепятственно преодолевают барьер клеточной мембраны и устраивают «праздничные мероприятия» прямо внутри клетки. Их рецепторы находятся в цитоплазме или ядре, и действуют эти ребята по-серьезному. Они могут вмешиваться в работу определенных генов, включая и выключая их, меняя производство белков и перестраивая обмен веществ.
Не потому ли эти озорники назначены ответственными за стресс и размножение?
Скорость и доставка
Действуют стероиды медленно, не торопясь, зато эффект может длиться часы и даже дни!
Стероидные гормоны плохо растворяются в воде, поэтому с током крови переносятся с помощью транспортных белков, которые их защищают и доставляют к месту действия.
А можно таблетку?
Да, можно. Лекарственные препараты на основе стероидов легко выпускать в виде таблеток и микстур — в желудке их просто некому переваривать. Очень удобно для оральных контрацептивов, основу которых и составляют стероиды — эстрогены и прогестины.
Гормоны — производные аминокислот: быстрые сигналы от тела
Редкая аминокислота удостаивается чести иметь свой собственный класс гормонов. Такое по силам только тирозину.
Гормоны — его производные — не похожи друг на друга ни по физическим свойствам, ни по механизму действия:
- Одни (например, адреналин) имеют полярные молекулы и хорошо растворяются в воде.
- Другие, напротив, ближе по свойствам к жирорастворимым (гормоны щитовидной железы).
Доставка и скорость
- Кто-то путешествует по кровяному руслу в одиночку и даже без багажа.
- Кому-то требуются извозчики — специальные белковые молекулы, доставляющие пассажиров по адресу.
Кто-то действует оперативно, почти мгновенно. Особенно это касается главных по реакции «бей или беги» — адреналина и норадреналина. Их эффект наступает за секунды. А вот гормоны щитовидной железы ждут команды часами и никуда не торопятся.
Что их объединяет?
Несмотря на различия, у них есть общее. Например, механизм передачи сигнала: производные тирозина обязательно используют внутриклеточных вторичных посредников (адреналин — цАМФ, а тиреоидные гормоны напрямую влияют на экспрессию генов).
И действуют эти ребята комплексно: влияют сразу на многие обменные процессы. Да что там — управляют целыми системами нашего организма, например сердечно-сосудистой. И не только ей!
Гормоны — производные жирных кислот: локальные регуляторы тела
Источником для синтеза служит арахидоновая кислота — жирная кислота, входящая в состав клеточных мембран.
Когда клетке нужен сигнал (например, при повреждении ткани), арахидоновая кислота высвобождается и превращается в разные виды эйкозаноидов.
Спецоперация «Здесь и сейчас»
Действие этих гормонов можно сравнить со спецоперациями агентов 00Х: оперативно, местно, не оставляя следов. Они участвуют во всех «чрезвычайных ситуациях» нашего тела — воспаление, аллергия, кровотечение, роды.
Аварийной команде некогда пользоваться транспортом: они не перемещаются по крови или лимфе, их место рождения и службы находятся рядом. Они действуют несколько секунд, затем разрушаются, не оставив после себя и следа.
Производные арахидоновой кислоты не претендуют на мировое господство, им достаточно действовать здесь и сейчас. Скромняги, одним словом.
Почему это важно для медицины?
Многие лекарства действуют именно на эти гормоны:
- снимают боль и воспаление, блокируя простагландины,
- помогают при астме,
- разжижают кровь.
Взгляд химика на гормоны
Для обычного человека химическая формула — это просто формула. Для химика — это подробная инструкция.
Химическая структура жестко диктует всё: от растворимости до скорости разрушения в печени и способности преодолеть клеточную мембрану.
Пример из практики
Если у тестостерона поменять всего одну группу атомов в одном положении (5-альфа-редукция), получится дигидротестостерон — в 5 раз более мощный андроген. Или эстрадиол — женский гормон.
Чуть изменил формулу — получил другое вещество с другим эффектом. А там и до превращения мужчины в женщину недалеко.
Итог
С точки зрения химии, гормоны — это разнообразная группа органических молекул с общей задачей: передавать сигналы в организме.
Их строение определяет:
- как быстро они действуют,
- где именно,
- как их вводить (таблетка или укол),
- и сколько времени продлится эффект.
Современные методы химии и биологии позволяют не только изучать эти удивительные вещества, но и синтезировать их для лечения заболеваний.
Что почитать по теме?
«Отцовство влияет на гормоны и мозг» Кирилл Стасевич
«Мышцы внутренней секреции» Н. Л. Резник
«Окситоцин для женщин и мужчин» Н. Л. Резник
Что посмотреть по теме?
Лекция Антона Терентьева: «Как гормоны управляют нашей жизнью»
«Не дофамином единым: работа гормонов и причины сбоев»
«Половые железы: зачем нужен тестостерон и прогестерон»