§ 9. Биологически активные вещества: гормоны, феромоны
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Биология. 11 класс |
| Книга: | § 9. Биологически активные вещества: гормоны, феромоны |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Воскресенье, 5 Май 2024, 04:29 |
Биологически активные вещества (БАВ) — соединения, способные при небольших концентрациях оказывать выраженное воздействие на процессы жизнедеятельности. Одни БАВ выполняют свои функции внутри организма, участвуя в регуляции роста, развития, обмена веществ и т. д. Другие выделяются из организма в окружающую среду, влияя на особей того же вида или других видов.
Выделяют несколько групп биологически активных веществ: гормоны, феромоны, витамины, алкалоиды, антибиотики и др. Вещества, входящие в состав той или иной группы, могут иметь разное химическое строение, однако выполняют сходные функции. Именно поэтому в основе классификации БАВ лежит их биологическая роль, а не химическая природа.
Гормоны — биологически активные вещества, которые вырабатываются специализированными клетками, тканями и органами (прежде всего — железами внутренней и смешанной секреции) и оказывают воздействие на другие клетки, ткани и органы (мишени). Гормоны обнаружены у большинства многоклеточных организмов: животных, растений, грибов и др. Они участвуют в регуляции практически всех процессов жизнедеятельности, в том числе роста и индивидуального развития.
По химическому строению гормоны разнородны. Одни из них имеют белковую природу (гормон роста соматотропин, гормоны поджелудочной железы инсулин и глюкагон), другие являются производными аминокислот (гормоны щитовидной железы тироксин и трийодтиронин, мозгового вещества надпочечников адреналин и норадреналин). Гормоны половых желез и коры надпочечников представляют собой стероиды.
Как и другие БАВ, гормоны обладают высокой активностью — даже в очень малых концентрациях они оказывают сильное воздействие на процессы, протекающие в организме. Специфичность гормонов выражается в том, что они действуют только на определенные мишени (например, гормон роста влияет преимущественно на клетки костной и хрящевой тканей). Это объясняется тем, что связывать молекулы того или иного гормона способны лишь те клетки, которые имеют специальные рецепторы для этого гормона.
*Связывание гормонов с соответствующими рецепторами клеток-мишеней приводит к изменению протекания определенных клеточных процессов. Так реализуется ответ клеток на гормональное воздействие.
Под влиянием одних гормонов изменяются свойства цитоплазматической мембраны клеток. Так, связывание инсулина с рецепторами мембраны приводит к повышению ее проницаемости для глюкозы. В результате этого глюкоза начинает активно поступать в клетку.
Другие гормоны, не проникая в клетки, влияют на внутриклеточный метаболизм с помощью посредников — так называемых вторичных мессенджеров (первичным является сам гормон). В роли вторичных мессенджеров часто выступают цАМФ, цГМФ, ионы Са2+ и др. Например, адреналин, связавшись с рецептором на поверхности клетки, запускает процессы, приводящие к синтезу цАМФ. Этот вторичный мессенджер активирует особые ферменты, которые, в свою очередь, изменяют протекание биохимических реакций внутри клетки. Таким образом, адреналин оказывает воздействие на обмен веществ в клетке через своего посредника — цАМФ.
Молекулы некоторых гормонов проникают через клеточные мембраны в цитоплазму, где и происходит их связывание с рецепторами. Это характерно, например, для стероидных гормонов. Далее комплекс «гормон-рецептор» транспортируется в ядро, где влияет на процесс считывания наследственной информации с молекул ДНК, а тем самым — на синтез белков и клеточный метаболизм в целом.*
Как вам известно из курса биологии 9-го класса, в здоровом организме выработка гормонов четко регулируется нервной системой и гуморальными механизмами. Сниженная либо, наоборот, повышенная секреция гормонов приводит к нарушению процессов обмена веществ и развитию определенных заболеваний (вспомните каких). *Информация об основных гормонах, вырабатывающихся в организме человека, о последствиях избытка и недостатка некоторых из них приведена в таблице 9.1.*
*Таблица 9.1. Характеристика важнейших гормонов человека
|
Железа(-ы) |
Гормон(-ы) |
Функции в организме, последствия недостатка и избытка |
|
Гипофиз |
Соматотропин |
Активизирует синтез белков, стимулирует рост костей, хрящей и мышц. У детей недостаток ведет к карликовости, избыток — к гигантизму. У взрослых избыток приводит к акромегалии — разрастанию кистей, стоп, костей черепа |
|
Тиреотропин |
Стимулирует рост, развитие и работу щитовидной железы |
|
|
Адренокортикотропный гормон |
Стимулирует рост, развитие и работу коркового вещества (коры) надпочечников |
|
|
Пролактин |
Стимулирует рост и развитие молочных желез, образование молока |
|
|
Гонадотропины |
Стимулируют рост, развитие и работу половых желез (гонад) |
|
|
Гипофиз |
Меланотропин |
Стимулирует синтез пигмента меланина клетками кожи и сетчатки глаз |
|
Гипофиз |
Вазопрессин |
Сужает кровеносные сосуды. Усиливает реабсорбцию в почках, тем самым уменьшая диурез2. При недостатке суточный диурез может возрастать до 6–15 л (так называемый несахарный диабет), а при избытке снижаться до 200—300 мл |
|
Окситоцин |
Стимулирует сокращение гладких мышц матки (во время родов) и выделение молока из молочных желез |
|
|
Щитовидная железа |
Трийодтиронин и тироксин |
Усиливают обмен веществ, стимулируют умственное и физическое развитие. Недостаток вызывает у детей развитие кретинизма (задержка роста, умственного и физического развития), у взрослых — микседему (снижение уровня метаболизма, отечность лица и конечностей, выпадение волос, сухость и бледность кожи). Избыток приводит к базедовой болезни (разрастание щитовидной железы, пучеглазие, учащенное сердцебиение, повышенная температура тела и др.) |
|
Тиреокальцитонин |
Стимулирует образование костной ткани, снижает уровень Са2+ в плазме крови |
|
|
Паращитовидные железы |
Паратгормон |
Угнетает развитие костной ткани, повышает уровень Са2+ в плазме крови |
|
Надпочечники |
Минералокортикоиды (например, альдостерон) регулируют водно-солевой обмен, глюкокортикоиды (например, кортизол) — обмен органических веществ. Гипофункция коры надпочечников приводит к развитию бронзовой болезни (бронзовая окраска кожи, потеря аппетита, снижение массы тела, мышечная слабость, повышенная утомляемость и т. п.). Гиперфункция вызывает прекращение роста детей и раннее половое созревание |
|
|
Надпочечники |
Адреналин и норадреналин |
Мобилизуют ресурсы организма при физической или психоэмоциональной нагрузке: усиливают работу сердца, повышают кровяное давление и уровень глюкозы в крови, учащают дыхание, сужают кровеносные сосуды кожи и многих внутренних органов, но расширяют сосуды сердца, головного мозга и скелетных мышц |
|
Поджелудочная железа |
Инсулин |
Повышает проницаемость клеточных мембран для глюкозы, способствуя ее переходу в клетки. При этом содержание глюкозы в крови уменьшается. Недостаток ведет к развитию сахарного диабета 1-го типа, при котором наблюдаются увеличение концентрации глюкозы в крови, повышенный диурез, жажда, нарушения метаболизма, приводящие к образованию веществ, отравляющих организм |
|
Глюкагон |
Стимулирует расщепление гликогена, что приводит к повышению количества глюкозы в крови |
|
|
Яички |
Андрогены (например, тестостерон) |
Стимулируют развитие мужских вторичных половых признаков, обеспечивают нормальное функционирование органов мужской репродуктивной системы (в частности, формирование сперматозоидов) |
|
Яичники |
Эстрогены (например, эстрадиол) |
Стимулируют развитие женских вторичных половых признаков, обеспечивают нормальное функционирование органов женской репродуктивной системы (в частности, формирование яйцеклеток) |
|
Яичники |
Прогестерон |
Угнетает развитие яйцеклеток в фолликулах яичников, обеспечивает подготовку слизистой оболочки матки к имплантации зародыша, поддерживает нормальное протекание беременности |
1 Задняя доля гипофиза не вырабатывает собственные гормоны, а накапливает и секретирует в кровоток гормоны, поступающие из гипоталамуса.
2 Диурез — объем мочи, образовавшейся за определенный промежуток времени (например, суточный диурез у человека в норме составляет 1,5—2 л).
3 Кора надпочечников также вырабатывает мужские и женские половые гормоны (в незначительном количестве).*
Феромоны — биологически активные вещества, которые выделяются из организма в окружающую среду и влияют на поведение, физиологическое состояние или развитие особей того же вида. Феромоны используются для узнавания особей своего вида, привлечения брачных партнеров, в качестве сигналов об опасности или меток, указывающих границы индивидуальной территории, дорогу к дому и т. д. Например, муравьи используют феромоны для обозначения пройденного пути. По пахучим меткам они могут найти дорогу к муравейнику либо вернуться к оставленной добыче.
Первый изученный феромон (бомбикол) был выделен из желез самок тутового шелкопряда. Он способен привлекать самцов, находящихся на расстоянии нескольких километров (для начала брачного танца достаточно 10—18 г бомбикола). Чтобы получить 4 мг бомбикола понадобилось 313 000 самок шелкопряда.
У многих видов животных обнаружены так называемые феромоны тревоги. Они могут вызывать разные поведенческие реакции: животное может убежать, затаиться, а некоторые становятся агрессивными и нападают на врага. Например, пчела, ужалив жертву, вместе с ядом впрыскивает в ранку смесь феромонов, запах которых побуждает других пчел устремиться к месту укуса.
Некоторые феромоны оказывают влияние на индивидуальное развитие других особей. Так, особый феромон, выделяемый пчелиной маткой, подавляет половое развитие других самок, превращая их в рабочих пчел. Крупные головастики выделяют в воду вещества, тормозящие метаморфоз более мелких собратьев. Только тогда, когда крупные головастики превратятся в лягушек и покинут водоем, мелкие начинают усиленно расти и развиваться.
Химическая коммуникация с помощью феромонов обнаружена не только у животных, но и у микроорганизмов. Феромоны, как и гормоны, действуют в малых концентрациях и представляют собой сигнальные вещества. Однако гормоны регулируют процессы жизнедеятельности внутри организма, а феромоны в качестве химических сигналов передаются другим особям.
*В настоящее время изучено несколько тысяч феромонов, многие из них синтезируют искусственно. Феромоны, привлекающие насекомых, в сочетании с ловушками используются для борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства.*
*Известны также алломоны и кайромоны — сигнальные вещества, оказывающие воздействие на представителей других видов. Различие между этими группами биологически активных веществ заключается в том, что действие алломонов приносит пользу выделяющему их организму, а действие кайромонов — реципиенту, т. е. получателю химического сигнала.
Алломоны используются организмами для привлечения представителей других видов (опылителей к растению, жертвы к хищнику и т. д.) или, наоборот, для отпугивания, подавления или уничтожения хищников, паразитов и конкурентов. Так, скунс в случае опасности выбрызгивает в сторону врага секрет своих пахучих желез, имеющий отвратительный стойкий запах. В некоторых случаях алломоны применяются для маскировки (так называемой химической мимикрии). Например, некоторые виды бабочек выбрали интересную стратегию размножения — их личинки развиваются в муравейниках. Они «подделывают» запах муравьиной царицы, и трудолюбивые муравьи начинают усердно выкармливать этих гусениц.
Кайромоны могут привлекать к выделяющему их организму хищников или паразитов, вызывать появление защитных адаптаций у жертв и т. д. Так, некоторые мелкие пресноводные хищники выделяют в воду вещества, стимулирующие рост шипов у их жертв — дафний и коловраток. Если плотность хищников невысока, шипы не образуются либо будут короткими.*
В зависимости от выполняемых функций выделяют несколько групп биологически активных веществ. Гормоны — это биологически активные вещества, которые вырабатываются специализированными клетками, тканями и органами и оказывают воздействие на другие клетки, ткани и органы — мишени. С помощью гормонов осуществляется регуляция интенсивности протекания физиологических процессов в организме. Феромоны — биологически активные вещества, которые выделяются из организма в окружающую среду и оказывают влияние на поведение, физиологическое состояние или развитие особей того же вида.
 |
1. На чем основана классификация биологически активных веществ? 2. Какую химическую природу могут иметь гормоны? Приведите примеры. В чем выражается специфичность гормонов? Чем объясняется это свойство? 3. Охарактеризуйте механизмы воздействия гормонов на клетки-мишени. 4. На конкретных примерах докажите, что избыточная и недостаточная секреция гормонов ведет к нарушениям процессов жизнедеятельности и развития организма. 5. Какие функции выполняют феромоны? Что общего у феромонов и гормонов? В чем заключается главное отличие между этими группами биологически активных веществ? 6*. Некоторые недобросовестные спортсмены, а иногда и люди, далекие от профессионального спорта, принимают особые препараты — анаболические стероиды. Почти все они являются синтетическими производными мужского полового гормона тестостерона. Анаболические стероиды ускоряют рост мышц, уменьшают жировую прослойку, повышают уровень гемоглобина. Однако, несмотря на все плюсы, эти вещества разрушительно действуют на организм человека. У женщин, принимающих анаболические стероиды, наблюдается усиление роста волос на теле, огрубление голоса, уменьшение молочных желез, нарушения менструального цикла и др. У мужчин происходит разрастание молочных желез, наблюдается атрофия яичек, снижение половой потенции, бесплодие и т. д. Как вы думаете, каковы причины изменений, происходящих при приеме анаболических стероидов в организме женщин? Мужчин? |