Гормоны задней доли гипофиза

Теперь, разобравшись с механизмами действия гормонов, которые (как инсулин и глюкагон) поддерживают на стабильном уровне концентрации органических веществ (глюкозы) в крови, и гормонов, которые (как паратиреоидный гормон) поддерживают на стабильном уровне концентрации неорганических веществ (ионы кальция) в крови, нам стоит рассмотреть гормон, поддерживающий стабильный уровень концентрации в крови воды, в которой растворены органические и неорганические вещества. Вода поступает в организм и выводится из него различными путями. Мы принимаем воду внутрь, когда едим пищу и когда пьем жидкости (часто саму воду). Теряем же мы воду с потом, выдыхаем в виде водяного пара, выводим с фекалиями и мочой. В зависимости от условий потери воды могут становиться то больше, то меньше. Наибольшее количество воды при повышении температуры окружающей среды и при интенсивной физической нагрузке мы теряем с потом. Чтобы восполнить эти потери, мы выпиваем дополнительное количество воды.

Таков грубый контроль. Есть еще и топкий контроль, который позволяет организму постоянно контролировать в узких пределах небольшие колебания и изменения водных потерь. Не будь этого топкого механизма, мы были бы рабски привязаны к водопроводному крану. Тонкую регуляцию водных потерь осуществляют почки. Кровь, проходя через почки, фильтруется. Отходы и вредные вещества покидают кровеносное русло и переходят в почечные канальцы. «Переходят» - это весьма слабое выражение, отходы вымываются в канальцы таким количеством воды, какое мы не можем позволить себе потерять. Мы и не теряем ее. Когда фильтрат попадает в канальцы, большая часть воды всасывается обратно, говоря научным языком, реабсорбируется. В результате в мочевой пузырь вливается относительно немного воды. Если организму не хватает воды, то обратное ее всасывание достигает максимума, моча становится скудной, концентрированной и темной. (У некоторых животных, обитателей пустынь, механизм сохранения воды развит до такой степени, что они выделяют мочу в совершенно ничтожных количествах. Люди, к сожалению, лишены такого таланта.) Если же, напротив, мы выпиваем больше воды, чем требуется организму, то обратное всасывание воды в канальцах подавляется в необходимой степени, и моча становится разведенной, обильной и светлой.

В начале 40-х годов было обнаружено, эта способность контролировать обратное всасывание воды в канальцах для сохранения необходимого организму количества воды определяется гормоном Экстракты задней доли гипофиза, как выяснилось, сильно воздействуют на степень обратного всасывания воды. Эти экстракты, известные под собирательным названием «питуитрин», усиливали обратное всасывание моды и, следовательно, уменьшали количество выводимой мочи. Любой фактор, который увеличивает количество мочи, называется диуретическим («мочегонный», греч.). Экстракт задней доли гипофиза, который оказывал противоположный эффект, по-видимому, содержал антидиуретический гормон, который обозначили аббревиатурой АДГ.

Кроме того, оказалось, что питуитрин обладает еще двумя важными свойствами. Он повышает артериальное давление, потому что вызывает сужение кровеносных сосудов. Такое действие назвали вазопрессорным (по-латыни это означает «сжимающий сосуды»). Но это еще не все. Питуитрин вызывает сокращение мускулатуры беременной матки, когда настает время вытолкнуть на свет божий созревший плод. Это действие назвали окситоцинным («быстрые роды», греч.). Действительно, препараты питуитрина оказались полезными в тех случаях, когда необходимо но медицинским показаниям усилить сокращения маточной мускулатуры, например для стимуляции родовой деятельности. Питуитрин также вызывает сокращение мышечных волокон, окружающих сосок, стимулируя выделение молока. Стимуляция же выработки питуитрина происходит, когда младенец начинает сосать грудь матери.

Американскому биохимику Винсенту дю Виньо с коллегами удалось выделить из задней доли гипофиза два чистых вещества. Одно из них обладало выраженным сосудосуживающим действием и было названо вазопрессином, а другое, вызывающее сокращение маточной мускулатуры, - окситоцином. Искать третий гормон, оказывавший антидиуретическое действие, не пришлось, потому что им сполна обладает вазопрессин. К середине 50-х годов термин «антидиуретический гормон» исчез из медицинского словаря, его вытеснил вполне достаточный термин «вазопрессин».

Дю Виньо открыл, что окситоцин и вазопрессин являются необычно мелкими пептидами с молекулярным весом чуть больше 1000. Было не трудно проанализировать их с помощью метода, разработанного Сэнджером. Дю Виньо нашел, что оба гормона состояли не более чем из восьми аминокислотных остатков. Был найден и порядок их расположения в молекулах.

Как вы видите, строение этих пептидов весьма сходно. Они отличаются между собой двумя аминокислотными остатками из восьми. Тем не менее, этого достаточно, чтобы их свойства были совершенно различны и чтобы показать, какое значение для функции гормонов имеют даже такие минимальные изменения боковых цепей. (С другой стороны, вазопрессин свиньи имеет лизин на месте аргинина в приведенной формуле, на которой изображено строение бычьего вазопрессина, и, тем не менее, эта замена не играет роли в функциональной активности свиного гормона.)

Дю Вииьо, определив структуру этих двух гормонов, сделал еще один шаг вперед. Он синтезировал полипептиды, расположив аминокислотные остатки в порядке, выявленном при анализе. В 1955 году он представил синтезированные молекулы, обладавшие полными свойствами окситоцина, вазопрессина и антидиуретического гормона. Таким образом, дю Виньо стал первым ученым, сумевшим синтезировать белок (хотя и очень маленький), обладавший естественной биологической активностью. За это достижение он в том же году был удостоен Нобелевской премии по химии.

Иногда случается так, что у какого-то индивида вазопрессин не синтезируется в достаточных количествах. Когда это происходит, вода перестала должным образом всасываться в канальцах и количество мочи резко увеличивается. В некоторых особенно тяжелых случаях, когда вода вообще перестает всасываться в канальцах, ее потери мог оставить от 20 до 30 кварт в сутки. Чтобы восполнить такую потерю, больному приходится выгнать такие же гигантские количества воды. Эта болезнь, проявляющаяся прохождением через почки такого объема воды, вполне заслуживает назван «диабет».

Так как количество шлаков, выводимых с мочи не увеличивается, то они просто распределяются огромном объеме мочи, и она у этих больных проведена настолько, что по составу мало отличает от водопроводной воды. В отличие от нормальной мочи, такая моча лишена запаха и янтарного цвета. В отличие же от переполненной сахаром мс больного сахарным диабетом, она лишена и ел; кого вкуса. Поэтому заболевание, обусловлен недостаточностью задней доли гипофиза и сниженной выработкой вазопрессина, назвали несахарным диабетом. На латинском языке это заболевание называется diabetes insipidus (insipidus означ. «безвкусный»).

Глава 4

КОРА НАДПОЧЕЧНИКОВ

ХОЛЕСТЕРИН

Все гормоны, которые мы обсуждали до сих пор, являются производными аминокислот. Молекулы тироксина, адреналина и гистамина суть не что иное, как химические модификации тирозина для первых двух гормонов и гистидина для последнего. Другие гормоны представляют собой цепи аминокислотных остатков - пептиды, содержащие от восьми до сотни таких остатков. Есть, однако, гормоны, не похожие по своему строению на аминокислоты. Их история начинается с весьма болезненного и вовсе не романтического состояния - желчно-каменной болезни.

В 1814 году химики получили из желчных камней белое, жироподобное, похожее на замазку вещество, получившее название холестерин (от греческих слов «холе» - желчь и «стерон» - твердый, то есть «твердая желчь»). Название было вполне логичным, так как камни выпадают из желчи, и, следовательно, их можно рассматривать как отвердевшую желчь. В течение ста лет химики безуспешно пытались установить строение молекулы холестерина. Единственное, что удалось установить после нескольких десятилетий бесплодных усилий - это то, что в молекуле присутствует гидроксильная группа -ОН. Эта функциональная группа характерна для спиртов - алкоголен. К концу XIX века химики договорились обозначать спирты терминами с суффиксом -ол. По этой причине холестерин был переименован в холестерол, а весь класс соединений, к которому он относится, было решено именовать стеролами. Со временем было обнаружено, что многие соединения, родственные холес-теролу, не имеют в своем составе гидроксильную группу и, следовательно, не могут иметь и суффикс -ол в названии. В 30-х годах для обозначения этого класса соединений был предложен более общий термин - стероиды (подобные стеролу).

К этому времени химикам, наконец, удалось расшифровать структуру молекулы холестерола. Как выяснилось, его молекула состоит из 27 атомов углерода, 46 атомов водорода и всего 1 атома кислорода. 17 атомов углерода образуют структуру из четырех колец, соединенных между собой следующим образом.

Атомы углерода образуют три шестичленных кольца и одно пятичленное, соединенные между собой как показано на рисунке. В каждом углу находится один атом углерода. Линии представляют собой связи, соединяющие углеродные атомы. Кольца обозначены буквами от А до D, а углы пронумерованы от 1 до 17. Это обозначение было принято всеми химиками мира, а сама структура получила название стероидного ядра.

Каждый атом углерода обладает четырьмя валентностями, с помощью которых он может образовать четыре связи с другими атомами. Например, атом углерода в положении 2 уже использовал две свои валентности для соединения с атомами углерода 1 и 3. У второго атома остаются еще две свободные валентности, с помощью которых он может присоединить два атома водорода. В таких схематических формулах, какие я использую в этой главе, для простоты и удобства не обозначают атомы водорода. Поэтому в тех местах, где вы видите незанятые валентности углерода, как, например, в случае углерода-2, находятся именно атомы водорода. (Атом водорода во всех соединениях проявляет валентность, равную 1. Что же касается углерода в положении 10, то он использует три из своих валентностей для связи с тремя атомами углерода - 1, 5 и 9. В распоряжении углерода-10, таким образом, остается одна незанятая валентность, то есть этот атом может образовать еще одну и только одну связь.

Иногда атом углерода соединяется с соседним атомом углерода, используя две валентности. В таких случаях речь идет о двойной связи. Предположим, что двойная связь существует между углеродами в положениях 5 и 6. В этом случае уг-лерод-5 соединен двумя связями с углеродом-6, третьей связью с углеродом-10, а четвертой - с углеродом-4. Все валентности оказываются занятыми.

Но вернемся к холестеролу. Из его 27 атомов углерода 17 образуют стероидное ядро. Остаются еще 10. Из них один присоединен к единственно? свободной связи углерода-10, а один к единственной свободной связи углерода-13. Последние восемь атомов образуют цепь (детальной структурой которой мы не станем заниматься), присоединенную к углероду-17. Кроме того, атомы углеродов в положениях 5 и 6 соединены между собой двойной связью.

А где же одинокий атом кислорода? Он присоединен к углероду-3. Атом кислорода двухвалентен и, следовательно, может образовывать две связи. Одна израсходована на соединение с углеродом-13, а вторая соединяет кислород с атомом водорода. При этом образуется гидроксильная группа -ОН, характерная для спиртов. Теперь мы можем представить целиком структурную формулу молекулы холестерола.

Мы так подробно разбирались со строением холестерола по двум причинам. Во-первых, это очень важное соединение само по себе. Во-вторых, его молекула является родоначальницей других, не менее важных, молекул. О важности холестерола можно судить по одному простому факту - в организме его очень много. В организме человека весом 70 кг содержится приблизительно 230 г этого вещества. Добрая толика этого количества находится в нервной системе (еще одна причина подробно остановиться на холестероле именно в этой книге). Около 3% веса головного мозга приходится на холестерол. Учитывая, что головной мозг на 80% состоит из воды, мы можем смело утверждать, что холестерол составляет 15% или 1/6 часть сухого веса мозга.

Но и в других частях организма холестерола тоже достаточно много. Желчь, которую секретирует печень, содержит 2,5 - 3% растворенных веществ, 1/20которых составляет опять-таки холестерол. В желчном пузыре, где желчь хранится некоторое время, она концентрируется, и содержание холестерола в ней, соответственно, увеличивается. Нельзя сказать, что его там очень много. Как уже было сказано, концентрация холестерола в желчи составляет около 0,1%, но иногда он сможет стать причиной серьезных неприятностей со здоровьем. Раствор холестерола в такой концентрации является для него почти насыщенным, так как это соединение не слишком хорошо растворяется в жидкостях организма. Не так уж редко в желчи выпадают в осадок кристаллы холестерола. Иногда эти кристаллы образуют конгломераты - желчные камни, которые могут блокировать желчный проток, по которому желчь в норме поступает в тонкую кишку. Именно такая блокада желчевыводящих путей является причиной болей в животе, столь хорошо знакомых людям, страдающим желчно-каменной болезнью.

Холестерол по весу составляет около 0,65% всех веществ, растворенных в крови. Этого тоже достаточно для возникновения некоторых заболеваний. Холестерол имеет склонность выпадать в виде кристаллов на внутренней поверхности артерий, суживая их просвет и нарушая гладкость стенок. В результате развивается атеросклероз -убийца номер один в Соединенных Штатах. При этом атеросклероз чаще убивает мужчин, нежели женщин.

Холестерол плохо растворяется в воде, но зато прекрасно растворяется в жирах, поэтому его очень много в пищевом жире. Животные жиры гораздо богаче холестеролом, чем растительные. Кроме того, есть доказательства того, что организм человека лучше усваивает и перерабатывает холестерол, если в пищевом рационе содержатся жиры, в молекулах которых присутствуют несколько двойных связей между атомами углерода. Эти соединения называются полиненасыщенными жирами и по большей части содержатся в растительных жирах. В животных жирах их значительно меньше. По этой причине в последние годы в пищевых пристрастиях американцев произошел резкий сдвиг. Люди переключились с животных жиров на растительные.

Тем не менее, осознание опасности атеросклероза не должно ввести нас в заблуждение и заставить думать о холестероле только как об источнике всяческих опасностей и болезней. В действительности он просто необходим для нормальной жизнедеятельности. Холестерол - универсальная составляющая всех живых тканей. Без него не может обойтись ни одна клетка. Удручает тот факт, что биохимики пока имеют довольно смутное представление о том, что именно делает холестерол в живых тканях.

ДРУГИЕ СТЕРОИДЫ

В организме существуют и другие стероиды, которые могут либо синтезироваться из холестерола, либо образовываться одновременно с ним в ходе похожих химических реакций. Например, желчь содержит стероиды, называемые желчными кислотами. Концентрация их в желчи в 7 - 8 раз превышает концентрацию холестерола. (В отличие от последнего, желчные кислоты не приводят к заболеваниям, так как хорошо растворяются в воде и не выпадают в виде камней в осадок.)

Молекулы желчных кислот отличаются от холестерола главным образом тем, что в ней от восьмиуглеродyой цепи, присоединенной к 17-углеродному атому холестерола, от пятого ее атома, отщепляется трехуглеродный фрагмент, а сам пятый атом углерода становится частью карбоксильной группы (-СООН). Именно этой группе и обязаны желчные кислоты своим названием.

К классу желчных кислот относятся несколько соединений. Одно из них, подобно холестеролу, содержит гидроксильную группу у третьей) углеродного атома. У другой желчной кислоты в молекуле есть еще одна гидроксильная группа, присоединенная к углероду-12, а у еще одной имеется и третий гидроксил у седьмого атома углерода. Через карбоксильные группы желчные кислоты могут связываться с аминокислотой глицином или серосодержащим веществом таурином. Эти новые вещества образуют новый класс соединений, которые называются желчными солями. Желчные соли обладают одним весьма интересным свойством. Большая часть их молекулы растворима в жирах, а карбоксильная группа и связанные с ней соединения растворимы в воде. Таким образом, соли желчных кислот имеют склонность собираться на границе водной и жировой фаз, причем жирорастворимая часть погружена в жир, а водорастворимая - в воду.

На границе раздела фаз накапливается энергия, которая силой поверхностного натяжения стремится сократить площадь соприкосновения фаз до минимума. Энергия поверхностного натяжения больше чем энергия, накопленная в какой-то одной, отдельно взятой жидкости организма. Поэтому на границе раздела фаз вода и масло (жир) распределяются в виде тонкой пленки. Если энергично встряхнуть смесь, то либо пузырьки масла появятся в воде, либо пузырьки воды в масле. Энергия встряхивания перейдет в энергию образования новых границ раздела фаз. После прекращения встряхивания силы поверхностного натяжения вновь приведут к образованию тонкой пленки на границе раздела фаз.

Присутствие солей желчных кислот, однако, уменьшает энергию, накопленную в месте раздела фаз, и уменьшает поверхностное натяжение. Это означает, что поверхность соприкосновения фаз может быть легко расширена. Пища измельчается под действием перистальтических сокращений тонкой кишки, и кусочки жира легко разбиваются на мелкие пузырьки, а те, в свою очередь, на еще более мелкие. (Чем меньше диаметр пузырьков, тем больше площадь соприкосновения жира и воды для данного веса жира.) Более того, образовавшиеся пузырьки не имеют склонности распадаться, так как соли желчных кислот проникают во все вновь формирующиеся пленки разделы фаз, попадая в «оболочку» каждого пузырька. Микроскопические пузырьки жира расщепляются пищеварительнымиферментами гораздо быстрее, чем крупные куски жира, потому что ферменты не растворяются в жиpax и могут осуществлять свое действие только на их поверхности.

Весьма радикальные изменения в строении стероидов часто происходят под воздействием ультрафиолетового излучения. Разрывается связь между 9-м и 10-м атомами углерода, и кольцо раскрывается. Строго говоря, образовавшееся вещество по своему строению не является больше стероидом, поскольку перестало существовать стероидное ядро. Однако молекула сохраняет химическое родство со стероидами и обычно рассматривается как член группы этих соединений.

Многие из таких «расщепленных стероидов обладают биологической активностью витамина. Это означает, что они каким-то образом сохранили нормальное строение костной ткани. Действительно, нормальное формирование костей невозможно без витамина D. Правда, расщепленный стероид, образовавшийся непосредственно из холестерсш не обладает свойствами витамина. Тем не менее холестерол всегда встречается в организме в близком соседстве с небольшим количеством очень похожего па него стерола, который отличается от самого холестерола тем, что имеет еще одну двойную связь между седьмым и восьмым атомами углерода. Именно это соединение, будучи расщепленный ультрафиолетовыми лучами, обладает свойствам витамина D. В слоях подкожного жира находятся как холестерол, так и его спутник с двумя двойными связями. Ультрафиолетовое излучение проникает под кожу и, воздействуя на стерол, преобразует его в витамин. По этой причине витамин D называют витамином солнечного света, что не означает, что этот (или любой другой витамин) сам является солнечным светом.

Если бы витамин D образовывался в организме или если бы он секретировался в кровь каким-либо специализированным органом, то сто с полным нравом можно было бы назвать гормоном. Его можно было бы даже считать гормоном, который, подобно недавно открытому кальцитонину, противодействует эффектам паратиреоидного гормона, усиливая отложение неорганических веществ в костной ткани (паратиреоидиый гормон способствует вымыванию кальция из костей), так же как глюкагон противодействует проявлению эффектов инсулина, Но поскольку организм не продуцирует витамин D прямо, но только под действием солнечного света, а при отсутствии инсоляции должен получать с пищей следовые количества этого вещества, то его назвали витамином.

Некоторое количество стероидов, которые не образуются в человеческом организме, обнаруживаются в тканях представителей других биологических видов. Эти стероиды почти всегда оказывают сильное воздействие на физиологические функции человеческого организма, если их ввести даже в малых количествах. Такие стероиды содержатся, например, а семенах и листьях пурпурной наперстянки. Пурпурные цветки выглядят как наперсти, откуда растение и получило свое название. По-латыни это растение называется Digitalis purpurca (от латинского слова digitus («палец»), па который, естественно, надевают наперсток). Стероиды наперстянки похожи но строению на желчные кислоты. Есть, правда, и отличие. Карбоксильная группа боковой цепи образует связь с другой частью этой цепи с формированием пятого кольца, не являющегося частью стероидного ядра. Этот пептациклическин стероид, вступая в связь с некоторыми сахарами, образует вещества, называемые гликозидами («сахароподобные», реч.). Эти соединения используются для лечения некоторых заболеваний сердца и называются поэтому сердечными гликозидами.

В адекватных дозах сердечные гликозиды полезны и иногда могут даже спасти человеку жизнь, но в больших дозах они яды, и могут даже послужить причиной смерти.

Стероиды, похожие на стероиды сердечных гликозидов, обнаружены в слюнных железах жабы. Эти гликозиды называют жабным ядом. Есть группа стероидов, обнаруженных в растениях. Эти стероиды называются сапонинами (sapo - «мыло», лат.), так как образуют в воде мыльные растворы. Эти гликозиды тоже ядовиты. Но почему стероиды оказывают такое выраженное воздействие на физиологические функции и таких малых дозах? Потому что многие из них, подобно солям желчных кислот, действуют на границе раздела фаз. Очень многие физиологические эффекты зависят от процессов, происходящих на границе раздела. Изменяя природу поверхностей, стероида изменяют поведение веществ и их физиологические эффекты.

Для живых тканей самой важной границей раздела фаз является граница между клеткой и окружающей средой. Клетка заключена в очень тонкую мембрану. Они так топки, что только в 50-х годах, с помощью лучших на тот момент электронных микроскопов, удалось приступить к изучению клеточных мембран. Оказалось, что мембрана состоит из двойного слоя содержащих фосфор жироподобных молекул (фосфолинидов), а этот слой с обеих сторон покрыт слоем белковых молекул. Именно через этот тонкий слой вещества поступают в клетку и покидают ее. Вход и выход веществ может осуществляться через поры, либо существующие в мембране, либо образующиеся заново в процессе перехода. Но транспорт веществ через клеточную мембрану, каким бы ни был его механизм, не может быть чисто пассивным процессом. Некоторые атомы и молекулы могут проходить сквозь мембрану с большей легкостью и быстрее, чем другие атомы и молекулы таких же размеров. В такой избирательности большую роль может играть тот факт, что мембраны построены из фосфолипидов и белков. Фосфолипиды хорошо растворимы в жирах, а белки - в воде. Возможно, что способ, которым какое-либо вещество может (или, наоборот, не может) проникнуть через мембрану, зависит от его относительной растворимости в жирах и в воде.

В главе 1 я упомянул теорию, согласно которой гормоны проявляют свое действие, изменяя проницаемость мембраны перехода сквозь нее определенных веществ. Можно представить себе пептидную молекулу, которая, распластавшись по поверхности мембраны, так изменяет ее свойства, что она начинает активно пропускать в клетку глюкозу, скорость поступления которой внутрь клетки, естественно, при этом возрастает, что, в свою очередь, приводит к снижению концентрации глюкозы в крови. (В этом, как вы помните, и заключается эффект действия инсулина.) Представляется вполне разумным предположить, что если белковые молекулы изменяют свойства водорастворимой части мембраны, то есть ее белковой части, то стероиды, являясь жирорастворимыми молекулами, могут изменять строение фосфолипидной части мембраны. Возможно, именно таким способом витамин D изменяет строение фосфолипидной части мембран костных клеток, и последние начинают с большой скоростью пропускать внутрь себя ионы кальция. Таким же образом можно объяснить и механизм действия других стероидов, которые не только выполняют гормонально подобные функции, как витамин D, но и действительно являются гормонами, поскольку секретируются в кровь специализированными эндокринными железами.

Действительно, гормоны распадаются на два и только два класса. Они либо являются но природе белками или аминокислотами и предположительно влияют на водорастворимую часть клеточной мембраны, либо они являются стероидами и предположительно влияют на жирорастворимую часть клеточной мембраны.

КОРТИКОИДЫ

Одной из желез, вырабатывающих стероидные гормоны, является кора надпочечников.

Важная роль, которую играет в организме кора надпочечников, была впервые осознана в 1855 году, когда английский врач Томас Аддисон подробно описал клиническую симптоматику поражения этого органа (иногда надпочечники поражаются при туберкулезе). Основным симптомом было нарушение пигментации кожи, которая неравномерно окрашивается в бронзовый, с сероватым оттенком цвет, вследствие повышенной выработки кожного пигмента меланина. Характерны также анемия, мышечная слабость и нарушения функции желудочно-кишечного тракта. Современные методы исследований добавили к этой картине нарушения распределения воды в организме, концентрации глюкозы и различных неорганических ионов в крови, Так, в крови падает концентрация иона натрия вследствие его повышенного выведения с мочой и повышается концентрация иона калия, который в больших количествах выходит из клеток. Болезнь неуклонно прогрессирует и неизбежно приводит к смерти, которая наступает через два-три года после начала болезни, если не начать лечения. Поскольку эту болезнь, возникающую от недостаточности коры надпочечников, впервые тщательно описал Аддисон, то ее с тех пор называют болезнью Аддисона.

Сомнения, касающиеся жизненной необходимости коры надпочечников для нормальной жизнедеятельности организма, были развеяны опытами на животных. Животные, которым удаляли кору надпочечников, начинали страдать нарушениями, характерными для тяжело протекающей болезни Аддисона, и погибали в течение двух недель.

В 1929 году были разработаны методы приготовления экстрактов из коры надпочечников, которые позволяли продлить жизнь адреналэктомированных животных (животных, которым удалили надпочечники). К тому времени биохимики накопили достаточный опыт работы с гормонами и были уверены, что экстракт, названный кортином, содержит хотя бы один гормон. Несколько исследовательских групп приступили к поискам.

В течение 30-х годов на след удалось напасть двум группам - американской, под руководством Эдварда Кендалла, и швейцарской, под руководством выходца из Польши Тадеуша Рейхштейна Успех этих исследований был отмечен Нобелевской премией по медицине и физиологии, которую Кендалл и Рейхштейн получили в 1950 году.

К 1940 году из коры надпочечников было получено более двух десятков различных кристаллических соединений. Это была поистине нелегкая задача, поскольку из тонны надпочечников, извлеченных из настоящей гекатомбы быков, было получено всего пол-унции нужного соединения. Поначалу никто не знал химической природы полученных соединений, и Кендалл называл их просто «соединение А», «соединение В» и т. д. Рейхштейн делал то же самое, но вместо слова «соединение» употреблял слово «вещество». Исследование продвигалось вперед, и было выяснено, что все без исключения соединения (или вещества) являются по своему строению стероидами. Их объединили в одну группу, обозначив собирательным термином адренокортикосткероиды или, сокращенно, кортикоиды.

Стероидная природа различных веществ, содержащихся в коре надпочечников, сразу решила по крайней мере одну проблему. Кора надпочечников очень богата холестеролом, богаче любого органа, кроме головного мозга. Раньше это казалось головоломкой, но теперь стало ясно, что холестерол - это запас сырья, из которого надпочечники синтезируют различные кортикоиды.

Все биологически активные кортикоиды имеют одинаковый углеродный скелет, который отличается от углеродного скелета холестерола главным образом тем, что цепь атомов углерода, присоединенная к 17-му атому, укорочена на шесть атомов и содержит вместо восьми атомов углерода всего два. Таким образом, кортикоиды содержат по 21 атому углерода, а не 27, как холестерол.

Ниже приведена формула одного из кортикоидов, продуцируемых корой надпочечников. Все атомы в формуле пронумерованы с 1 до 21.

Обратите внимание, что этот кортикоид содержит в молекуле не один, как холестерол, а целых четыре атома кислорода. Два атома кислорода входят в состав гидроксильпых групп. Другие два соединяются с молекулой стероида двойной связью. Группа С=О была впервые обнаружена в простом органическом соединении - ацетоне. По этой причине все соединения, обладающие такой группой атомов, имеют в своем названии суффикс -он. Так как все важные кортикоиды несут в положении эту группу (вместо гидроксильный группы в молекуле холестерола), все они имеют в своих названиях суффикс он. Соединение, приведенное выше (Кендалл назвал его соединением В, а Реихштейн - веществом Н), называется теперь кортикостероном.

Одним из эффектов этого гормона является поддержание запасов гликогена в печени. Такое действие напоминает действие инсулина и противоположно эффекту глюкагона, показывая сложность гормонального баланса, регулирующего уровень глюкозы в крови.

Есть и другие кортикоиды, действие которых на организм похоже на действие кортикостеропа. Один из них - это тот гормон, который Кендалл называл соединением Е, а Рейхштейн - веществом Fa. В отличие от кортикостерона в его молекуле содержится 5-й атом углерода, присоединенный к 17-му атому углерода в форме гидроксильной группы. Кроме того, один из атомов кислорода присоединен к 1 1-му атому углерода не в виде гидроксилыюй группы, как в кортикостероне, а в виде карбонильной (ОО). Для химика такие различие определяется названием - 17-гидрокси-11-дегидрокортикостерон. Когда это вещество стали применять в клинической практике по причинам, которых я вкратце коснусь, потребовалось более удобное название, и оно было найдено - на свет родился кортизон.

У двух кортикоидов в положении 11 отсутствует атом кислорода. Один из таких кортикоидов, который Рейхштейн выделил из надпочечников быка, отличался от кортикостерона именно отсутствием этого атома кислорода. Но вполне разумным причинам это соединение было названо дезоксикортикостероном или, сокращенно, ДОК. ДОК не занимается хранением глюкозы в печени, поле его деятельности поддержание водного и электролитного равновесия. Этот гормон стимулирует реабсорбцию соли в почечных канальцах и задерживает калий в клетках, поддерживая тем самым должный уровень внеклеточной жидкости.

Кортикоиды разделяют на две группы - на те, которые, подобно кортикостерону и кортизону, имеют в положении 11-й атом кислорода и называются глюкокортикоидами, поскольку регулируют содержание гликогена в печени, и на те, которые, подобно ДОК, не имеют атома кислорода в 11-м положении и называются минералокортикоидами, поскольку регулируют минеральный обмен.

Минералокортикоиды играют более важную роль в поддержании жизнедеятельности, чем глюкокортикоиды, поскольку было показано, что введение адреналэктомированным крысам ДОК позволяет дольше поддерживать их жизнь, чем введение кортикостерона.

В 1955 году, больше чем через десять лет после открытия четырех глюкокортикоидов и двух минералокортикоидов, произошло сенсационное открытие. Из надпочечников был выделен еще один минералокортикоид. Он вырабатывается корой надпочечников в очень малых количествах, чем и объясняется такая задержка с его открытием. Однако это очень мощный минералокортикоид. При испытаниях на адреналэктомированных крысах было показано, что он в 25 раз мощнее, чем ДОК.

Новый минералокортикоид отличался и необычным строением. Во всех других кортикоидах атом углерода в 18-м положении связан с тремя атомами водорода, образуя метильную группу. Было выяснено, что в новом соединении углерод-18 связан с атомом кислорода и атомом водорода. Эта группа называется альдегидной, поэтому соединение было названо альдостероном.

Кроме того, в отличие от других минералокортикоидов, альдостером содержит кислород в положении 11. Это должно делать альдостерон глюкокортикоидом, но такого не происходит благодаря тому, что альдегидная группа у 18-го атома связывается кислородом в 11-м положении и нейтрализует его. Видимо, в этом и заключается смысл существования альдегидной группы в положении 18.

Вся ситуация может показаться странной. Зачем помещать в положение 11 кислород, а потом конструировать молекулу таким образом, чтобы нейтрализовать этот атом? Почему бы просто не удалить этот атом? Почему это так, мы пока не знаем, но мы знаем, что присутствие атома кислорода в 11-м положении и его последующая нейтрализация позволили создать более мощный минералокортикоид, чем те, у которых нет атома кислорода в 11-м положении.

Различные кортикоиды - все вместе и по отдельности - можно использовать при недостаточности коры надпочечников, так же как используется инсулин при сахарном диабете. Это не делает кортикоиды столь же важными, как инсулин, поскольку заболевания надпочечников не так распространены, как диабет.

Естественно, что после выделения кортикоидов началось их всестороннее изучение и попытки применить при различных болезнях обмена веществ.

Действие гормонов бывает иногда столь разнообразным, что никогда нельзя заранее сказать, не окажет ли он какое-то непрямое действие, которое сможет облегчить те или иные симптомы, если не обеспечить излечение. Никто не замечал в кортикоидах ничего необычного до 1948 года, когда кортизон стал доступен в больших количествах. Американский врач Филипп Шоуэлтер Хенч, работавший в группе Кендалла, попробовал лечить кортизоном ревматоидный артрит. К его удивлению, кортизон оказал выраженный эффект. С его помощью удалось облегчить состояние и самочувствие больных.

Было о чем подумать. Артрит - это обездвиживающее и весьма мучительное заболевание. Он может поразить любого человека, и не существует методов его излечения. Всякое вещество, которое сможет облегчить боль и сделать возможными движения в суставах, прославится в веках, даже если и не наступит полного выздоровления. В связи с этим Хенч в 1950 году вместе с Кендаллом и Рейхштейном получил Нобелевскую премию по медицине и физиологии.

Кортизон используется также для лечения кожных заболеваний, при лечении подагры. Его применяют и как противовоспалительное средство. Несмотря на это, в отличие от инсулина, кортизон так и не заслужил почетного звания спасителя человечества. При его применении всегда существует опасность развития нежелательных побочных эффектов. Врачи должны применять его с большой осторожностью. Наиболее консервативные из докторов вообще не применяют кортикоиды, если можно избежать их назначения.

Поскольку молекулы кортикоидов просты по сравнению со сложными белковыми цепями, появилась возможность экспериментировать и создавать синтетические стероиды, не существующие в природе. Вот только один пример. Был синтезирован стероид, в котором к атому углерода в положении 9 был присоединен атом фтора, в результате чего был получен глюкокортикоид в 10 раз более активный, чем любой из природных глюкокортикоидов. К сожалению, побочные эффекты при применении этого синтетического вещества тоже встречаются намного чаще и являются намного более выраженными.

АКТГ

Выработка кортикоидов не контролируется петлей обратной связи, как, например, выработка инсулина, которая управляется уровнем глюкозы, который определяется воздействием инсулина, или выработка паратиреоидного гормона, который регулирует высвобождение из костей кальция, который, в свою очередь, управляет содержанием гормона в крови. Напротив, так же как в случае с тиреоидным гормоном, для регуляции синтезам высвобождения кортикоидов в дело вступает вторая железа, и опять-таки это передняя доля гипофиза.

В 1930 году было замечено, что у животных, которым удаляли гипофиз, атрофировалась кора надпочечников. Было также выявлено, что если таким животным вводить экстракт передней доли гипофиза, то в них начинало стремительно падать содержание холестерола, который уходил на образование кортикоидов.

Эта же связь имеет место и во взаимодействии гипофиза со стрессом, то есть с внезапными неблагоприятными изменениями в окружающей среде, Экспозиция к холоду или механическая травма, кровотечение или бактериальная инфекция - все это примеры стресса. В этих условиях организм должен быстро и радикально перестроить обмен веществ, чтобы выжить, и главное бремя по осуществлению таких изменений лежит на кортикоидах. Во всяком случае, под воздействием стресса содержание холестерола в надпочечниках резко падает, а значит, в это время синтезируются кортикоиды, готовые во всеоружии встретить стресс.

У животных с удаленным гипофизом такая реакция на стресс отсутствует. Даже если кора надпочечников нормально функционирует, то все равно ничего не происходит. Очевидно, в передней доле гипофиза содержится какое-то вещество, стимулирующее работу коры надпочечников.

Гормон, выполняющий эту миссию с полным основанием называется адренокортикотропным (то есть питающим кору надпочечников) или, сокращенно, ЛКТГ. В конце 40-х годов, когда было обнаружено, что кортизон эффективно подавляет боль при ревматоидном артрите, было сделано еще одно открытие - оказалось, что АКТГ делает это не менее эффективно. Он делает это не сам, он стимулирует кору надпочечников, а та вырабатывает дополнительное количество кортикоидов, которые и облегчают страдание. Новое название попало на передовые газетные полосы; все только и говорили о чудодейственном лекарстве, особенно, видимо, потому, что его аббревиатуру было так легко произнести.

Ученые начали исследовать молекулярную структуру нового соединения, и в начале 50-х годов был установлен молекулярный вес ЛКТГ. Оноказался рапным 20 000. Это кажется слишком много для полипептидного гормона, и вскоре было обнаружено, что если расщепить исходную молекулу кислотой или протеолитическими ферментами, то можно получить фрагменты, обладающие полноценной биологической активностью исходного целого гормона. Такие фрагменты получили название кортикотропинов. Выяснилось, что один из них содержит 39 аминокислотных остатков, расположенных в такой последовательности:

Ser tyr ser met glu his phe arg try gly lys pro val gly lys lys arg arg pro val lys val tyr pro –asp gly ala glu asp gluNH₂ leu ala glu ala phe pro leu glu phe

Кортикотропин

Этот кортикотропин, полученный из надпочечника свиньи, можно укоротить еще больше без потери биологической активности. Полноценную активность сохраняет даже фрагмент, состоящий из первых 24 аминокислотных остатков. В 1963 году сообщили о фрагменте из 17 аминокислотных остатков, который обладал одной десятой частью стимулирующей синтез кортикоидов активностью нативного АКТГ, но некоторые его другие свойства новый фрагмент сохранил в полном объеме. Однако, если удалить с левого конца один-единственный остаток серина, то всякая кортикотропная активность исчезает полностью.

Взаимоотношения между АКТГ и кортикоидами такие же, как между ТТГ и тиреоидными гормонами. Падение уровня кортикоидов ниже потребностей организма стимулирует выработку АКТГ, который, в свою очередь, повышает выработку кортикоидов. Слишком высокий уровень кортикоидов, напротив, подавляет выработку АКТГ, что, в свою очередь, приводит к снижению синтеза и высвобождения в кровь кортикоидов.

Стресс стимулирует выработку АКТГ, который, в свою очередь, стимулирует синтез и высвобождение кортикоидов. Стресс не действует на кору надпочечников непосредственно. Стимуляция секреции АКТГ при стрессе происходит, по-видимому, отчасти под воздействием адреналина, который секретируется в некоторых стрессовых ситуациях. (Это еще один пример сложного взаимодействия различных гормонов.)

Когда гипофиз (возможно, в результате опухоли) постоянно вырабатывает слишком большие количества АКТГ, то одновременно наблюдается повышенная продукция кортикоидов, приводящая к заболеванию, в чем-то сходному с сахарным диабетом. При постоянной стимуляции секреции кортикоидов происходит повышение уровня сахара в крови. Высокое содержание глюкозы в крови приводит к избыточному отложению подкожного жира, что приводит к гротескному ожирению. Первым такую болезнь детально описал американский нейрохирург Харви Кушинг, и с тех пор заболевание носит название болезни Кушинга.

Подобные симптомы могут возникнуть, когда развивается опухоль из ткани коры надпочечников, и та опухоль начинает продуцировать избыточное количество кортикоидов даже без стимулирующего воздействия АКТГ. Такие надпочечниковые опухоли могут привести к преждевременному половому созреванию у детей или к избыточной маскулинизации у женщин. Последнее состояние называется вирилизмом (мужеподобием).

АКТГ обладает способностью усиливать пигментацию кожи у животных и даже у людей. По мере того как снижается секреция кортикоидов при прогрессирующем поражении надпочечников при болезни Аддисона, секреция АКТГ повышается, и концентрация его в крови становится чрезмерно высокой (хотя и бесполезной). В этих случаях развивается усиленная пигментация кожи.

Известно, что у низших животных, особенно у амфибий, существует специальный гормон, который оказывает действие на клетки, продуцирующие пигмент. Поэтому такие животные могут менять окраску в течение нескольких минут. Этот гормон вырабатывается в задней доле гипофиза, па границе с передней долей. Так как этот участок называют иногда промежуточным (по-латыни intermedium), то и гормон получил название интермедии. Несколько лет считалось, что ничего похожего на интермедии не существует у млекопитающих. Однако в 1955 году биохимики Орегонского университета выделили из гипофиза млекопитающих гормон, который стимулировал деятельность меланоцитов - клеток, которые продуцируют кожный пигмент меланин. Гормон был назван меланоцитстимулирующим гормоном или сокращенно, МСГ. Молекула этого гормона, полученная из свиного гипофиза, содержит в своем составе 18 аминокислотных остатков, расположенных в следующем порядке:

Asp glu gly pro tyr lys met glu his phe arg try gly ser pro pro lys asp

МСГ

Если вы сравните молекулу МСГ с молекулой АКТГ, приведенной на странице 119, то увидите что они содержат одну общую последовательной; из семи аминокислотных остатков - met giu his phe arg try gly.

Обладание этой общей последовательностью может объяснить некоторое перекрывание в свойствах, что видно хотя бы по способности АКТ Г стимулировать деятельность меланоцитов. Выработка МСГ гипофизом стимулируется, как и секреция АКТГ, низким уровнем кортикоидов в крови. При болезни Аддисона оба гормона продуцируются в больших, чем в норме, количествах, и МСГ играет в гиперпигментации более значительную роль чем АКТГ.

Коль скоро мы заговорили о пигментации, то можно упомянуть еще один маленький железистый орган, окруженный некой завесой таинственности. Это конусовидное красновато-серое образование прикрепленное, как и гипофиз, с помощью ножки к основанию головного мозга. Поскольку своей формой эта железа напоминает сосновую шишку, то ее назвали шишковидной железой (в русской литературе эта железа чаще называется эпифизом). Она меньше, чем гипофиз, и находится на противоположной от него части мозга, которая, направляясь вниз, переходит в спинной мозг. Гипофиз находится на передней поверхности этого расширения мозга, а шишковидная железа - на задней.

Славные времена настали для шишковидной железы в XVII веке, когда влиятельный французский математик и философ Репе Декарт, находясь под впечатлением того, что шишковидная железа обнаружена только у человека и не найдена ни у одного животного, утверждал, что шишковидная железа есть вместилище человеческой души. Это утверждение не надолго пережило своего создателя, поскольку вскоре было выявлено, что эпифиз присутствует у всех позвоночных, а у некоторых видов он даже более выражен, чем у человека.

Еще более волнующим для зоологов оказался тот факт, что шишковидная железа не всегда была так глубоко спрятана в глубинах черепа, как это наблюдается сейчас у человека и большинства современных позвоночных. Были времена, когда она располагалась на ножке и достигала макушки, выглядывая на поверхность и выполняя функцию третьего глаза, ни больше ни меньше. Одна примитивная рептилия до сих пор живет на островах близ Повой Зеландии с «шишковидным глазом», который почти полноценно функционирует. Некоторые ученые даже высказывают предположение о том, что, располагаясь на своде, снаружи черепа, шишковидный глаз подвергался непосредственному воздействию солнца и служил термостатом, регулирующим температуру тела. Возможно, это было первым шагом к теплокровности млекопитающих.

Но обратимся к человеку. Какова у него функция шишковидной железы? Это образование действительно похоже на железу, и предполагалось, что из пеги удастся выделить гормон, который конечно же назвали бы шишковидным. Однако самые тщательные усилия не дали никаких результатов, породив лишь сомнения. Возможно, эпифиз - это действительно просто рудиментарный третий глаз, который остановился в своем развитии, как червеобразны» отросток, и не выполняет никакой функции? Появилась даже тенденция не называть эпифиз железой, а присвоить ему наименование «шишковидного тела». Ученые, открывшие МСГ, окрыленные своим успехом, решили в конце 50-х годов снова заняться эпифизом. Они переработали добытые на бой не эпифизы 200 000 быков и, наконец, получили крошечное количество вещества, которое вызывало депигментацию кожи у головастиков. Вещество оказалось гормоном, эпифиз был снова торжественно поименован железой, а гормон назвали мелатонином. Темпе менее, этот гормон, как выяснилось, не оказывает ни малейшего действия на меланоциты человека.

Глава 5

Date: 2016-05-14; view: 702; Нарушение авторских прав