12. Эндокринология

Пептидные и стероидные гормоны

Введение в клеточную коммуникацию

Давным-давно, когда только зародилась жизнь, всё находилось внутри одноклеточных организмов. Им нужно было взаимодействовать с окружающей средой: добывать пищу, избавляться от отходов, следить за pH и температурой. Для одной клетки это достаточно простая задача. Но с возникновением многоклеточной жизни появилась важная проблема: клеточная коммуникация.

Существует четыре основных способа общения клеток:

• Контакт «клетка-клетка» — одна клетка физически касается другой. Очень короткая дистанция.
• Паракринный — действует на коротких дистанциях, как шёпот группе соседей.
• Нейрональный — основан на электрическом движении с помощью потенциалов действия. Это быстро и специфично.
• Эндокринный — действует на больших расстояниях. Химические мессенджеры (гормоны) путешествуют по кровотоку.

Что координирует эндокринная система

Эндокринная система позволяет координировать две захватывающие вещи:

1. Огромные трансформации в течение жизни — например, метаморфоз, когда все клетки организма меняются согласованно.
2. Функционирование в определённой среде — необходимость настроить все клетки на одну волну, чтобы справиться с конкретным условием (стресс, сексуальное возбуждение).

Структура гормонов: пептидные против стероидных

Технически существует третий тип — производные отдельных аминокислот, но сегодня мы сосредоточимся на различии между пептидными и стероидными гормонами.

Пептидные гормоны

• Состоят из аминокислотных предшественников
• Гидрофильные («водолюбивые»)
• Свободно путешествуют по кровотоку
• Примеры: инсулин, вазопрессин, окситоцин, АКТГ, КРГ

Стероидные гормоны

• Образуются из предшественников холестерина
• Гидрофобные («водоненавистливые»), липофильные (любящие липиды)
• Способны проходить через фосфолипидный бислой клеточной мембраны
• Примеры: глюкокортикоиды, андрогены, эстроген

Эволюционное значение структуры

Гормоны, происходящие из похожих предшественников, в итоге выглядят очень похожими. Небольшие химические сдвиги приводят к разным гормонам. С эволюционной точки зрения важно иметь рецепторы, способные различать эти тонкие различия в химической структуре. Например, норэпинефрин и дофамин имеют лишь небольшое различие, но эффект был бы кардинальным, если бы рецептор не мог их различить.

Нейротрансмиттеры и гормоны

Нейротрансмиттеры — это химические вещества, которые находятся только в синапсе (от одного нейрона к другому). Однако может быть overlap: нейроны могут выделять свой нейротрансмиттер в кровь, и тогда он становится гормоном. Дофамин и эпинефрин могут быть как нейротрансмиттерами, так и гормонами в зависимости от контекста.

Транспорт и взаимодействие с клеткой-мишенью

Транспорт

• Пептидные гормоны — свободно путешествуют растворёнными в кровотоке
• Стероидные гормоны — связываются с шапероном (белком-носителем)

Взаимодействие с клеткой-мишенью

Для каждого гормона требуется специфический рецептор.

Пептидные гормоны:

• Не могут проходить через фосфолипидный бислой из-за гидрофильности
• Рецепторы находятся на поверхности клетки (поверхностные рецепторы клеточной мембраны)
• Ассоциируются с каскадным ответом вторичных мессенджеров
• Влияют на белки, уже существующие в клетке
• Начало действия — относительно быстрое
• Продолжительность — относительно короткая

Стероидные гормоны:

• Диффундируют через мембрану
• Связываются с рецепторами, расположенными внутри клетки (в цитоплазме или на ядерной мембране)
• Направляются в ядро, чтобы повлиять на транскрипцию
• Изменяют скорость синтеза белков
• Начало действия — медленнее
• Продолжительность — больше

Ключевые термины

• Гидрофобный = липофильный = неполярный
• Гидрофильный = липофобный = полярный

Как мозг контролирует высвобождение гормонов

В теле есть много мест, где могут высвобождаться гормоны: поджелудочная железа, семенники, яичники, тимус и другие. Мозг содержит эндокринные железы:

• Гипоталамус — может секретировать вещества в кровь
• Гипофиз — может выделять гормоны в кровь

Периферические эндокринные железы часто регулируются этими главными эндокринными железами в мозге.

Гипофиз: передняя и задняя доли

Передняя доля гипофиза секретирует гормоны. Гипоталамус «капает» гормоны в кровь, которые путешествуют к передней доле гипофиза.

Задняя доля гипофиза секретирует другой набор гормонов. Она напрямую иннервируется: гормоны выходят из нейронов, тела которых находятся в гипоталамусе.

Примеры гормонов:

• Передняя доля: АКТГ и другие (аббревиатура «FLAT PEG»)
• Задняя доля: вазопрессин и окситоцин

Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая ось (HPA axis)

Это каскад событий, который позволяет мозгу контролировать периферическую железу:

1. Гипоталамус выделяет КРГ в портальный сосуд
2. КРГ путешествует по крови и активирует клетки, чтобы те секретировали АКТГ в кровь
3. АКТГ распространяется по кровотоку и достигает коры надпочечников
4. Кора надпочечников выделяет глюкокортикоиды (гормоны стресса), например кортизол

Глюкокортикоиды путешествуют по системному кровотоку и стучатся во все двери каждой клетки тела.