Инсулин

ИНСУЛИН

Авторы: Ю.А. Панков

ИНСУЛИН, белковый гормон животных и человека; один из самых важных регуляторов обменных процессов. Впервые выделен канад. учёными Ф.Г. Бантингом и Ч.Г. Бестом в 1921-22. И. - первый белок, для которого была установлена полная аминокислотная последовательность (Ф. Сенгер, 1953). Молекула И. состоит из двух пептидных цепей, содержащих 21 (цепь A) и 30 (цепь B) аминокислотных остатков и соединённых двумя дисульфидными мостиками (− S − S −); молекулярная масса ок. 6000 (см. рис. при ст. Белки). И. обнаружен у представителей всех классов позвоночных (их И. отличаются положением отд. аминокислот). Кроме того, И. (или инсулиноподобный гормон) имеется у мн. беспозвоночных. У большинства позвоночных гормон кодируется одним геном. Только у некоторых рыб, а также у мышей и крыс два разных гена кодируют два вида И., различающихся несколькими аминокислотными остатками. У большинства позвоночных И. синтезируется бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы (отсюда назв.: от лат. insula - остров) в виде неактивного предшественника - проинсулина, а после его частичного протеолитич. гидролиза («вырезание» фрагмента в середине пептидной цепи) образуется активный гормон, который секретируется в кровь и переносится ко всем органам и тканям. Секреция И. происходит импульсами; это объясняет значит. колебания содержания И. в крови в течение суток, что важно для эффективной регуляции обмена веществ. Она зависит в первую очередь от содержания глюкозы в крови: чем оно выше, тем больше И. образуется. Механизм действия И. до конца не ясен. Установлено, что в клетках периферич. органов гормон связывается со своим рецептором - трансмембранным белком, вызывая изменение его конформации и активацию внутреннего, обращённого в цитоплазму домена, обладающего свойствами протеинкиназы. Результатом этих событий является аутофосфорилирование рецептора и фосфорилирование (по остаткам тирозина) с последующей активацией определённых ферментов и мембранных переносчиков глюкозы. Действие И. реализуется через усиление поглощения клетками глюкозы (в наибольшей степени от него зависит транспорт глюкозы в т. н. инулинзависимых тканях - мышечной и жировой), активацию ключевых ферментов гликолиза, образование гликогена (гликогенез) в печени и скелетных мышцах, торможение процесса синтеза глюкозы из неуглеводных предшественников - глюконеогенеза. Кроме того, в печени и жировой ткани И. препятствует липолизу - распаду жирных кислот и, напротив, способствует липогенезу - превращению глюкозы в триглицериды и накоплению жировых запасов. И. повышает также интенсивность синтеза белка, усиливает транспорт через клеточную мембрану в клетку аминокислот, ионов калия, магния и фосфата и др. В норме осн. роль в поддержании оптимальной концентрации глюкозы в крови принадлежит гормональной регуляции - координированному действию И. и его антагонистов - гормонов глюкагон, соматропин и адреналин. Повреждение бета- клеток поджелудочной железы в результате аутоиммунных реакций или действия токсических веществ сопровождается уменьшением доли углеводов в обмене веществ, повышением уровня циркулирующей глюкозы (гипергликемия), развитием инсулинзависимого сахарного диабета 1-го типа (см. Диабет). Избыточная секреция И. наблюдается при инсулиноме - опухоли островковой ткани поджелудочной железы, при развитии которой происходит резкое снижение содержания глюкозы в крови (гипогликемия). У некоторых млекопитающих повышение секреции И. предшествует наступлению сезонной спячки. Для мед. целей И. получают либо полусинтетич. способом (напр., превращением свиного И. в И. человека заменой одного из С-концевых аминокислотных остатков), либо используя методы генетической инженерии.

Литература Лит.: Молекулярная эндокринология. Фундаментальные исследования и их отражение в клинике. М., 2003; Панков Ю.А. Белковые гормоны, рецепторы и другие белки в механизмах гормональной регуляции // Биомедицинская химия. 2004. Т. 50. № 2; Смирнов А.Н. Элементы эндокринной регуляции. М., 2006.

Источники: [ БРЭ ] [ P ] [ B ] и дополнительная информация: [ W ] [ G ] [ Y ]

Гастроинтестинальные гормоны

ГАСТРОИНТЕСТИНАЛЬНЫЕ ГОРМОНЫ

Авторы: Ю.А. Панков

ГАСТРОИНТЕСТИНАЛЬНЫЕ ГОРМОНЫ (от гастро... и лат. intestinum - кишка), группа гормонов пептидной природы, вырабатываемых в слизистой оболочке желудочно- кишечного тракта позвоночных животных и выделяемых в кровь. Участвуют в секреторной деятельности желудка и кишечника, действуют на тонус гладких мышц кишечника и кровеносных сосудов, регулируют моторику желудочно-кишечного тракта и выполняют др. физиологич. функции. Состоят из 17-43 аминокислотных остатков. К числу Г. г. относятся: гастрин, стимулирующий выделение соляной кислоты желудком; секретин, повышающий секрецию желудочного сока; мотилин, усиливающий двигательную активность желудка и кишечника, контролирующий выделение пепсина; холецистокинин, способствующий секреции пищеварительных ферментов поджелудочной железой; бомбезин, по биологич. активности сходный с холецистокинином. Кроме того, в желудочно-кишечном тракте вырабатываются: вазоактивный интестинальный полипептид (ВИП), расширяющий кровеносные сосуды и усиливающий секрецию воды и электролитов поджелудочной железой, желчевыделение; гастроингибирующий полипептид (ГИП), подавляющий секрецию кислоты в желудке; глюкагон - физиологич. антагонист инсулина и глюкагоноподобный пептид 1 (ГПП1), образующиеся из одного предшественника - проглюкагона в ходе его протеолиза. ГПП1, как и выделяемый клетками желудка пептид YY, действуя на соответствующие рецепторы в нейронах гипоталамуса, вызывает снижение аппетита, препятствуя развитию ожирения. Помимо этого, ГПП1 стимулирует секрецию поджелудочной железой инсулина, снижает секрецию глюкагона, регулируя тем самым углеводный обмен, а пептид YY повышает эффективность действия инсулина, препятствует развитию у взрослых людей сахарного диабета. Г. г. грелин, после связывания со своими рецепторами в гипофизе, стимулирует секрецию гормона роста, пролактина и адренокортикотропного гормона. В отличие от ГПП1 и пептида YY, грелин способствует повышению аппетита. Г. г. образуют близкие по химич. структуре группы (напр., секретин, глюкагон, ВИП и ГИП), что может свидетельствовать об их общем происхождении в ходе эволюции. Более того, такие пептиды выделяются не только эндокринными клетками желудочно- кишечного тракта, но и клетками др. органов и тканей, напр. в центр. и периферич. нервных системах (холецистокинин, ВИП, гастрин, бомбезин). Соматостатин, в значит. количествах синтезируемый клетками разных отделов кишечника, образуется также в гипоталамусе и участвует в торможении секреции гормона роста (соматотропина) гипофизом. В свою очередь, некоторые нейрорегуляторы центр. нервной системы обнаружены в желудочно-кишечном тракте (т. н. субстанция Р, энкефалины, тиролиберин и др.).

Литература Лит.: Климов П.К. Гормоны желудочно-кишечного тракта // Физиология эндокринной системы. Л., 1979; Панков Ю.А. Все органы, ткани и клетки животных и человека являются эндокринными // Вестник Российской академии медицинских наук. 2001. № 5; он же. Революционные перемены в эндокринологии // Проблемы эндокринологии. 2005. Т. 51. № 6.

Источники: [ БРЭ ] [ P ] [ B ] и дополнительная информация: [ W ] [ G ] [ Y ]

Гормоны

ГОРМОНЫ

Авторы: Ю.А. Панков

ГОРМОНЫ животных (от греч. ὁρ µ άω - приводить в движение, побуждать), группа биологически активных веществ, которые секретируются специализир. органами (железами внутр. секреции), скоплениями специализир. клеток или отд. клетками. Участвуют в регуляции метаболич. активности клеток и координации функций разл. органов и тканей. Многие Г., в т. ч. выделяемые железами, поступают в кровь и действуют на другие органы и ткани, расположенные на значит. расстоянии от места их синтеза. Некоторые Г. способны проявлять местное действие и влиять на состояние близлежащих клеток (паракринный эффект), а также на клетки, в которых они образуются (аутокринный эффект). В этом случае их часто называют гормоноидами, тканевыми Г., или парагормонами. К их числу, напр., относятся гистамин и серотонин, брадикинин, простагландины и мн. другие Г. Физиологически активные вещества, вырабатываемые клетками нервной ткани, называют нейрогормонами. В ряде случаев одни и те же вещества могут выполнять функцию и Г., и медиаторов (напр., дофамин, серотонин и некоторые пептидные Г.). Основные гормоны человека и их физиологический эффект Химическая природа Гормон Место образования (железа) Физиологический эффект Рилизинг-гормоны (либерины) Гипоталамус Регулируют секрецию гормонов аденогипофиза Статины Ингибируют образование тропных гормонов гипофиза Облегчает обратное Пептиды и Вазопрессин Образуются в гипоталамусе, выделяются задней долей гипофиза всасывание воды в почках; повышает кровяное давление Окситоцин Стимулирует сокращение матки, изгнание плода при родах Кортикотропин (адренокортикотропный гормон) Гипофиз (передняя доля) Стимулирует синтез и секрецию гормонов коры надпочечников Фоллитропин (фолликулостимулирующий гормон) Стимулирует рост фолликулов в яичнике женщины, образование спермы у мужчин Лютропин (лютеинизирующий гормон) У женщин стимулирует развитие жёлтого тела после овуляции и образование в нём прогестерона; у мужчин вызывает секрецию андрогенов Пролактин (лактогенный гормон) Стимулирует развитие молочных желёз и продукцию молока после родов Тиреотропин (тиреотропный гормон) Способствует образованию и секреции тиреоидных гормонов щитовидной железой Соматотропин (гормон роста) Ускоряет рост тела благодаря интенсификации процесса синтеза белка; влияет на белки обмен углеводов и жиров Липотропин (липотропный гормон) Регулирует жировой обмен Меланотропины Гипофиз (промежуточная доля) Стимулируют синтез меланинов, увеличение размеров и количества пигментных клеток в кожных покровах Паратгормон (паратиреоидный гормон, паратирин) Паращитовидные железы Один из основных регуляторов обмена фосфора и кальция Кальцитонин Щитовидная железа Регулирует обмен фосфора и кальция, влияя гл. обр. на костную ткань Инсулин Поджелудочная железа (при высоком содержании глюкозы в крови) Важнейший регулятор углеводного обмена; способствует превращению глюкозы в гликоген печени и мышц; влияет на синтез белков и жиров; ускоряет проникновение глюкозы в клетки, снижая тем самым её концентрацию в крови Глюкагон Поджелудочная железа (при низком содержании глюкозы в крови) Способствует распаду гликогена печени до глюкозы и превращению аминокислот и жирных кислот в глюкозу Гастрин Желудок Стимулирует секрецию желудочного сока Холецистокинин Тонкий кишечник (верхний отдел) Усиливает секрецию пищеварительных ферментов и сокращение жёлчного пузыря Секретин Усиливает секрецию сока поджелудочной железой Производные аминокислот Тиреоидные гормоны (тироксин, трииодтиронин) Щитовидная железа Ускоряют обмен веществ и потребление кислорода в тканях Адреналин (эпинефрин) Надпочечники (мозговое вещество) Повышает частоту и силу сердечных сокращений и артериальное давление, стимулирует распад гликогена в печени и поступление глюкозы в кровь; повышает интенсивность гликолиза в скелетных мышцах; способствует распаду жиров; уменьшает перистальтику желудка и кишечника Норадреналин (норэпинефрин) Повышает тонус артериол и артериальное давление Минералокортикоиды (альдостерон) Кора надпочечников Поддерживают водно- солевой баланс Глюкокортикоиды (кортизол, кортикостерон) Мощные регуляторы углеводного и белкового обмена, повышают устойчивость организма к различным воздействиям Стероиды Андрогены (тестостерон) Семенники (в небольших количествах надпочечники и яичники) Стимулируют рост и созревание организма, развитие вторичных половых признаков; поддерживают функционирование половой системы Эстрогены (эстрадиол, эстрон) Яичники (в небольших количествах надпочечники и семенники) Стимулируют рост и созревание организма, женский половой цикл, развитие протоков молочной железы Прогестерон Яичники, плацента Подготавливает стенки матки к имплантации оплодотворённого яйца; обеспечивает нормальное протекание беременности, родов и лактации у млекопитающих; участвует в половых циклах Г. характеризуются высокой биологич. активностью (действуют в очень низких концентрациях - 10 -6 -10 -12 моль/дм 3) и специфичностью (даже очень близкие по химич. структуре Г. часто проявляют разные биологич. эффекты). Под контролем Г. протекают все этапы развития животных, все осн. процессы жизнедеятельности; они обеспечивают нормальный рост органов и тканей, формирование клеточного фенотипа и дифференцировку тканей, формирование пола и размножение, адаптацию к меняющимся условиям внешней среды, поведенческие реакции, а также поддержание внутр. среды организма (гомеостаза). Совокупность регулирующего воздействия разных Г. на функции организма называется гормональной регуляцией. Некоторые Г. по-разному воздействуют на разл. ткани. У позвоночных, напр., инсулин повышает потребление глюкозы и её окисление в мышечных клетках, липогенез - в жировой ткани, транспорт аминокислот - в клетках печени и лимфоцитах, синтез белка - в печени и мышцах и т. д. К кон. 1980-х гг. в науке сформировалось убеждение, что у высокоразвитых животных и человека железы внутр. секреции и синтезируемые ими Г. образуют единую эндокринную систему; общий контроль над периферическими железами осуществляет гипоталамус, который получает информацию из разных отделов головного мозга и из омывающей его крови. Образуемые в нём рилизинг-гормоны и статины выполняют роль связующего звена между нервной и эндокринной системами. Они регулируют (усиливают или тормозят) выделение гипофизом тропных Г., которые, в свою очередь, стимулируют выделение периферич. железами (щитовидной железой, корой надпочечников, половыми железами) Г., оказывающих непосредственное регулирующее влияние на разл. органы и ткани. Все уровни этой системы связаны между собой механизмами обратной связи: избыток Г. в крови приводит к приостановке его выделения железой, а дефицит - к стимуляции выделения. Кроме того, важную роль в регуляции играют медиаторы симпатич. и парасимпатич. нервных волокон (напр., в случае стресса в ответ на нервные импульсы мозговое вещество надпочечников увеличивает секрецию адреналина и норадреналина). Выделение ряда Г. может регулироваться соотношением гормонов-антагонистов (напр., инсулин - глюкагон), а также содержанием в крови специфич. метаболитов (напр., избыток глюкозы стимулирует секрецию поджелудочной железой инсулина). Некоторые, вырабатываемые в гипоталамусе (вазопрессин и окситоцин) и гипофизе (соматотропин и пролактин) пептидные Г. проявляют действие на периферии и воздействуют непосредственно на органы- и ткани-мишени. Первоначально полагали, что Г. выделяются только железами внутр. секреции. Однако в кон. 20 в. были открыты Г., которые секретируются в кровь др. органами и тканями. Напр., инсулиноподобные ростовые факторы (ИРФ) вырабатываются печенью и др. органами; они сходны по химич. структуре и механизму действия с инсулином, но выполняют др. физиологич. функции, которые контролируются соматотропином. Разл. органы секретируют в кровь ряд эпидермальных ростовых факторов (ускоряют заживление ран, рост мышц и кровеносных сосудов и т. д.), продуцируют фактор роста эндотелия сосудов, способствующий росту и формированию кровеносных сосудов. Клетки сердечно-сосудистой системы выделяют натрий-уретические Г., которые усиливают выведение ионов натрия из организма, вызывают расширение сосудов, участвуют в регуляции роста костной ткани, контролируют др. функции. В сердечной мышце в значит. количествах вырабатывается адреномедуллин, а также белок, сходный с паратгормоном. Оба эти Г., как и натрий-уретические Г., индуцируют расширение сосудов, и с их помощью сердце регулирует кровяное давление, а нарушение функции этих Г. вызывает развитие злокачественной гипертонии в сочетании с разл. формами пороков сердца. В стенках кровеносных сосудов образуются три типа эндотелинов (один из них сужает кровеносные сосуды, два других обладают противоположным действием). Синтезируемые в жировой ткани лептин и адипонектин активируют липидный обмен, стимулируют окисление жиров, участвуют в регуляции иммунной системы, выполняют др. функции. Адипонектин проявляет также гипотензивное действие, препятствует образованию склеротических бляшек и развитию атеросклероза. Многие Г. выделяются клетками желудочно-кишечного тракта (см. Гастроинтестинальные гормоны). Описана группа ядерных рецепторов, взаимодействующих с простагландинами и ненасыщенными жирными кислотами; это свидетельствует о том, что гормональными свойствами обладают также поступающие в организм с пищей ненасыщенные жирные кислоты (олеиновая, линоленовая, арахидоновая и др.). К «пищевым гормонам» относится также витамин D, участвующий в регуляции минер. обмена. По химич. природе Г. позвоночных животных, в т. ч. человека, делят на три осн. группы: 1) пептидные и белковые, среди которых встречаются как простые (инсулин, соматотропин, пролактин и др.), так и сложные (гликопротеины - тиреотропный гормон, лютропин и фоллитропин) белки; 2) производные аминокислот (адреналин, норадреналин, тиреоидные Г.- тироксин, трииодтиронин); 3) стероидные (половые Г. и кортикостероиды). Г. действуют как сигнальные вещества, переносящие соответствующую информацию (сигнал) в клетки-мишени. Их действие реализуется через связывание со специфическими для данного Г. рецепторными белками, расположенными на поверхности или внутри клеток-мишеней. Белковые и пептидные Г., адреналин и норадреналин взаимодействуют с рецепторами, встроенными в клеточные мембраны. При этом сначала происходит высвобождение внутрь клетки т. н. вторичных посредников (мессенджеров), в роли которых могут выступать циклич. 3 ′ -, 5 ′ -аденозинмонофосфат (цАМФ), циклич. 3 ′ -, 5 ′ -гуанозинмонофосфат (цГМФ) и фосфоинозитиды. Они запускают внутриклеточный каскадный механизм - цепь ферментативных реакций, усиливающих исходный сигнал путём регуляции активности ферментов, фосфорилирующих разл. белки (чаще всего др. ферменты). Напр., взаимодействие адреналина со своим рецептором сопровождается повышением уровня цАМФ и приводит к активации внутриклеточной цАМФ-зависимой протеинкиназы; последняя фосфорилирует (активирует) фермент киназу, а та, в свою очередь - ещё один фермент, фосфорилазу, обеспечивающую распад (фосфоролиз) гликогена с образованием глюкозо- 1 -фосфата. По аналогичному механизму действуют вазопрессин, тиреотропин, глюкагон, лютропин, фоллитропин и мн. другие (см. Циклические нуклеотиды). Стероидные Г. и производные тирозина - тиреоидные Г., будучи липофильными соединениями, свободно проходят через клеточную мембрану и связываются с рецепторами, находящимися в цитоплазме или ядре клеток. Образовавшиеся комплексы гормонов с рецепторами взаимодействуют с регуляторными участками генов и тормозят или активируют их экспрессию. Недостаточное или избыточное выделение Г. приводит к эндокринным заболеваниям. С нарушениями гормональной регуляции во многом связаны процессы старения, развитие сердечно-сосудистых и др. болезней. Снижение секреции инсулина, напр., вызывает сахарный диабет, уменьшение секреции тиреоидных гормонов - аддисонову болезнь, снижение продукции гормона роста - нанизм, а избыточная секреция гормона роста в раннем возрасте приводит к гигантизму, у взрослых людей - к акромегалии. Наука о Г. - эндокринология. О гормонах растений см. Фитогормоны.

Литература Лит.: Взаимодействие гормонов с рецепторами: Молекулярные аспекты. М., 1979; Ткачук В.А. Введение в молекулярную эндокринологию. М., 1983; Панков Ю.А. Гормоны - регуляторы жизни в современной молекулярной эндокринологии // Биохимия. 1998. Т. 63. № 12; Молекулярная эндокринология: Фундаментальные исследования и их отражение в клинике. М., 2003; Панков Ю.А. Белковые гормоны, рецепторы и другие белки в механизмах гормональной регуляции // Биомедицинская химия. 2004. Т. 50. № 2; Смирнов А.Н. Элементы эндокринной регуляции. М., 2006.

Источники: [ БРЭ ] [ P ] [ B ] и дополнительная информация: [ W ] [ G ] [ Y ]

Большая российская энциклопедия. Биология

Автор: Панков Ю.А.

Инсулин

ИНСУЛИН

Мотилин

МОТИЛИН

Гастроинтестинальные гормоны

ГАСТРОИНТЕСТИНАЛЬНЫЕ ГОРМОНЫ

Глюкагон

ГЛЮКАГОН

Гормоны

ГОРМОНЫ

Шалли

ШАЛЛИ