§ 9. Биологически активные вещества: гормоны, феромоны

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
(передняя доля)

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
(кортикотропин)

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
(средняя доля)

Меланотропин

Стимулирует синтез пигмента меланина клетками кожи и сетчатки глаз

Гипофиз
(задняя доля)1

Вазопрессин
(антидиуретический гормон)

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
(корковое вещество)

Кортикостероиды3

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
(мозговое вещество)

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 
(фолликулы)

Эстрогены (например, эстрадиол)

Стимулируют развитие женских вторичных половых признаков, обеспечивают нормальное функционирование органов женской репродуктивной системы (в частности, формирование яйцеклеток)

Яичники 
(желтое тело)

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).*