§ 31. Гормоны

Определения и обозначения

Гормон — биологически активное вещество, которое вырабатывается специализированными клетками и регулирует работу органов и тканей. Он действует в очень малых количествах, но может заметно менять скорость процессов в организме. Это понятие нужно, чтобы отличать химический сигнал регуляции от веществ, которые служат строительным материалом или источником энергии.

Эндокринная железа — орган, выделяющий гормоны непосредственно во внутреннюю среду организма, прежде всего в кровь. У такой железы нет выводного протока, по которому секрет поступал бы на поверхность тела или в полость органа. Понятие помогает отличить внутреннюю секрецию от внешней, например выделения слюны или пищеварительного сока по специальным протокам.

Клетка-мишень — клетка, которая воспринимает определённый гормон благодаря соответствующим рецепторам. Рецептор можно представить как молекулярный «приёмник», распознающий сигнал определённого строения. Поэтому один и тот же гормон влияет не на все клетки, а преимущественно на те, которые способны его распознать.

Гуморальная регуляция — передача регулирующих сигналов веществами, переносимыми жидкостями организма. Такими жидкостями могут быть кровь, лимфа и тканевая жидкость. Термин подчёркивает, что управление работой органов осуществляется не только нервными импульсами, но и химическими сигналами.

Как это устроено

Клетки эндокринной железы синтезируют гормон и выделяют его в окружающую тканевую жидкость, откуда он поступает в кровь. Кровоток разносит молекулы по организму, поэтому железа может регулировать орган, расположенный далеко от неё. Такой способ выгоден для согласования работы многих органов, хотя сам гормон обычно присутствует в крови в небольшой концентрации.

Гормон не влияет на все клетки подряд, потому что клеточный ответ начинается с узнавания сигнала рецептором. Рецептор имеет определённое строение и связывает только подходящую молекулу или группу близких молекул. После связывания меняется работа клетки: например, активируются ферменты, открываются каналы мембраны или включается синтез белков.

По химической природе гормоны неодинаковы. Инсулин относится к белковым или пептидным гормонам, адреналин и тироксин — к производным аминокислот, а многие половые гормоны — к стероидам. Такое различие важно, потому что строение молекулы определяет её размеры, заряд, растворимость и способность проходить через клеточную мембрану.

Водорастворимые гормоны обычно хорошо перемещаются в плазме крови, но сами плохо проходят через липидный слой мембраны. Поэтому их рецепторы часто находятся на поверхности клетки, а сигнал передаётся внутрь с помощью посредников. Жирорастворимые стероидные гормоны могут переноситься кровью в комплексе с белками и проникать внутрь клетки, где связываются с внутриклеточными рецепторами и влияют на работу генов.

Гормоны согласуют обмен веществ, рост, размножение, реакцию на стресс и поддержание постоянства внутренней среды. Чтобы их действие не становилось чрезмерным, количество гормона и результат его влияния контролируются обратной связью. Если результат уже достигнут, он может ослабить дальнейшую стимуляцию железы; при недостатке результата выработка сигнала, наоборот, усиливается.

Примеры гормонов и их действие

Таблицу удобно читать по строкам: сначала находите гормон, затем сравниваете его источник, химическую природу и результат действия. По столбцу «Химическая природа» можно увидеть, что гормоны одной системы не обязательно относятся к одному классу. Сопоставление строк помогает связать место образования с функцией, но не заменяет объяснение механизма действия.

Разбор задач

Задача 1. Для инсулина и адреналина указаны место образования и химическая природа. Нужно распределить их по группам: белковые (пептидные) гормоны и производные аминокислот. Для решения достаточно сопоставить каждый гормон с его химическим классом.

1. Инсулин образуется в поджелудочной железе и построен из аминокислот, соединённых в пептидную цепь.
2. Адреналин образуется в надпочечниках, но не является белком: это небольшая молекула, происходящая от аминокислоты.
3. Следовательно, названия места образования недостаточно: решающим признаком в этой задаче служит химическое строение.

Ответ: инсулин — белковый (пептидный) гормон, адреналин — производное аминокислоты.

Задача 2. Гормон A растворим в воде, а гормон B — в жирах. Нужно сравнить, как растворимость влияет на перенос и взаимодействие с клеткой-мишенью. Следует связать это свойство с плазмой крови и липидной мембраной клетки.

1. Водорастворимый гормон обычно может переноситься непосредственно в плазме крови.
2. Он плохо проходит через липидную мембрану, поэтому чаще связывается с рецептором на поверхности клетки и передаёт сигнал внутрь.
3. Жирорастворимый гормон часто переносится с белком-переносчиком, проходит через мембрану и взаимодействует с рецептором внутри клетки.

Ответ: растворимость определяет не только перенос гормона, но и место расположения его рецептора, поэтому гормоны A и B могут действовать разными способами.

Задача 3. Гормон присутствует в крови, но изменение наблюдается только в клетках органа X, а клетки органа Y не реагируют. Нужно объяснить избирательность действия и определить, что проверить экспериментально.

1. Предположить, что клетки органа X содержат рецепторы к этому гормону, а клетки органа Y их не имеют или имеют в недостаточном количестве.
2. Проверить наличие и количество рецепторов в клетках обоих органов, а также их способность связывать данный гормон.
3. Если рецепторы есть в обеих тканях, дополнительно проверить передачу сигнала внутри клеток X и Y.

Ответ: наиболее вероятная причина — наличие подходящих рецепторов только у клеток X. Проверить нужно рецепторы и последующие внутриклеточные реакции.

Типичные ошибки

Считать гормоны ферментами — ошибка, потому что гормоны передают регулирующий сигнал, а ферменты ускоряют химические реакции. Такое смешение возникает из-за того, что оба типа веществ влияют на процессы в организме. Проверка простая: спросите, катализирует ли вещество реакцию или изменяет работу клетки через сигнал.

Полагать, что гормон действует на все клетки организма, неверно: решающим условием является наличие подходящего рецептора. Ошибку допускают, представляя кровь как универсальный канал воздействия. Проверьте себя вопросом: есть ли в клетке-мишени рецептор и способна ли она передать сигнал внутрь?

Смешивать железы внутренней и внешней секреции нельзя. Эндокринные железы выделяют гормоны во внутреннюю среду, а железы внешней секреции используют выводные протоки. Чтобы не ошибиться, определите, куда поступает секрет: в кровь или в полость органа либо на поверхность тела.

Неверно утверждать, что все гормоны имеют одинаковую природу и переносятся одинаково. Белковые, аминокислотные производные и стероидные гормоны различаются растворимостью и расположением рецепторов. Проверяйте цепочку «строение — растворимость — перенос — способ действия».

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о белках, аминокислотах и липидах: они помогают сравнить химическую природу гормонов. С клеточной мембраной и рецепторами связана избирательность ответа клетки, а с нервной регуляцией — совместное управление функциями организма. Гормоны особенно важны при изучении обмена веществ, гомеостаза и биохимического действия лекарств, поскольку лекарства могут имитировать или блокировать гормональные сигналы.

Что запомнить

• Гормоны — биологически активные регуляторы процессов в организме.
• Эндокринные железы выделяют гормоны во внутреннюю среду организма.
• Кровь переносит многие гормоны к удалённым органам и тканям.
• Клетка реагирует на гормон при наличии соответствующего рецептора.
• Гормоны различаются по химической природе.
• Химическое строение связано со свойствами гормона и особенностями его действия.
• Обратная связь помогает поддерживать согласованную выработку гормонов.