Основные пути периферического метаболизма

10 Августа в 9:21 1965 0


Одной из необходимых подсистем в организации эндокринных функций является периферический метаболизм гормонов. Важнейшую роль в периферических превращениях гормонов играют процессы катаболизма. Катаболизм гормонов — это совокупность процессов ферментативной деградации исходной химической структуры секретируемых гормональных соединений.

По основной физиологической сущности катаболические процессы, как уже отмечалось, — это прежде всего способ необратимой инактивации гормонов и обеспечения гормонального баланса, уравновешивающий продукцию гормонов и подготавливающий клетки к приему новой порции гормональной информации. Химическая деградация гормонов, осуществляемая с помощью специальных ферментных систем, протекает в различных тканях, но прежде всего в спланхнической системе и почках. Эти органы обусловливают инактивацию гормонов, подготавливают их к выведению из организма.

Вместе с тем значение метаболических процессов на периферии не сводится только к необратимой инактивации гормонов. В катаболизирующих органах и, что особенно важно, в реагирующих органах могут протекать обменные процессы, приводящие к активации, реактивации, взаимопревращениям гормонов и возникновению новой гормональной активности (рис 44).

Направления периферического метаболизма гормонов
Рис 44. Направления периферического метаболизма гормонов

К числу процессов активации относятся, например, превращение секретируемого андростендиона в тестостерон, тестостерона — в 5а-дигидротестостерон или андростандиолы, секретируемого эстрона — в эстрадиол, тироксина — в трийодтиронин, ангиотензина I — в ангиотензины II и III. В качестве примеров реактивации можно привести переход кортизона в кортизол, восстановление структуры тестостерона и эстрадиола из их метаболитов — андростендиона и эстрона соответственно.

Примерами взаимопревращений гормонов разного типа являются превращение андрогенов в эстрогены в гипоталамусе и в других отделах мозга, а также в жировой ткани и переход 17-оксикортикостероидов — в андрогены. Наконец, к процессам ферментативного превращения гормона на периферии в соединения с новым типом гормональной активности можно отнести образование энкефалина, эндорфинов и пептидов памяти из в-липотропина. Все эти метаболические реакции в реагирующих тканях, очевидно, играют существенную роль в местной регуляции и саморегуляции эффективности гормонов.

В условиях физиологического покоя метаболические процессы на периферии находятся в состоянии равновесия с процессами гормональной продукции. Пути и скорость превращений гормонов исследуются биохимическими методами in vivo и in vitro, общепринятыми для любых биоорганических соединений.

В данном случае используются гормоны, меченные 3Н. 14С и 125I. Радиоактивные вещества вводят в физиологических концентрациях в организм в опытах in vivo или н среду с инкубируемыми кусочками, срезами, гомогенатами тканей и субклеточными фракциями в опытах in vitro. Через определенные интервалы времени после инъекции гормона или начала инкубации с ним исследуемых тканей меченые гормональные метаболиты из биологического материала экстрагируют, очищают с помощью различных хроматографических процедур, затем идентифицируют и количественно определяют. В опытах in vivo продукты превращения гормонов определяют обычно в экскретах.

В качестве интегральных показателей интенсивности метаболических процессов in vivo часто используют величину периода полураспада гормонов (Т1/2) и скорость метаболического клиренса (СМК).

Период полураспада гормонов — это время, за которое концентрация введенной в кровь порции радиоактивного гормона необратимо уменьшается вдвое. В табл. 12 приведены величины различных гормонов.

Таблица 12. Величина периода полураспада некоторых гормонов у здорового человека (обобщенные средние данные)
Величина периода полураспада некоторых гормонов у здорового человека (обобщенные средние данные)

Скорость метаболического клиренса гормонов характеризует объем крови, полностью и необратимо очищаемый от гормона за определенный промежуток времени.

Метаболизм стероидных гормонов протекает главным образом без расщепления стероидного скелета и сводится в основном к реакциям восстановления двойной связи в кольце А (в основных семействах гормонов, кроме эстрогенов); окисления — восстановления некоторых кислородных функций; гидроксилирования углеродных атомов. Он осуществляется достаточно интенсивно не только в системе катаболизирующих органов (печени, кишечнике, почках), но и в мозге, мышцах, коже и других тканях, исключая тимико-лимфоидную.

Все стероидные гормоны, содержащие в кольце А Д4-3-кетогруппу (кортикостероиды, прогестины, секретируемые андрогены), имеют общий путь превращений, состоящий из двух последовательно протекающих этапов (Дорфман, 1960):

Этапы превращения по боковой цепи
Этапы превращения по боковой цепи

Первый этап сводится к восстановлению Д4-двойной связи с образованием дигидропроизводных стероидов и осуществляется под действием НАДФН-зависимых ферментов, называемых 5а- и 5в-редуктазами, 5а-редуктазы локализованы главным образом в микросомальной и ядерной фракциях клетки. В свою очередь в-редуктазы, как правило, локализуются в растворимой фракции клетки (цитозоле) и образуют 5в-производные стероидов.



Так образуются 5а- и 5в-дигидроформы кортикостероидов (дигидрокортизолы, дигидрокортикостероны, дигидроальдостероны), прогестинов (дигидропрогестероны) и тестостерона (дигидротестостероны). При этом и 5а- и 5в-восстановление кортикостероидов приводит, по-видимому, к практически полной инактивации гормонов. В случае прогестинов к инактивации исходного гормонального соединения приводит чаще всего лишь 5/5-редукция, 5а-дигидропрогес-терон (5a-DPr) может обладать выраженной прогестиновой активностью. В случае андрогенов 5а-редуктазная реакция, приводящая к образованию из Т 5а-DT, вызывает значительное усиление андрогенной активности.

Вместе с тем 5в-редукция Т вызывает у млекопитающих почти полное исчезновение андрогенной и анаболической активности гормона. Однако 5в-производные Т, вероятно, не являют- • ся биологически инертными соединениями. Теряя андрогенную и анаболическую активность, они могут приобретать и некоторые новые свойства. Так, 5в-DT и некоторые его метаболиты у эмбрионов цыплят обладают способностью индуцировать синтез гемоглобина и усиливать эритропоэз (Ирвинг и др., 1975).

Второй общий этап превращений Д4-3-кетостероидных гормонов, следующий за 5-редуктазными реакциями, — это гидрирование 3-кетогруппы с образованием За- и 3в-оксипроизводных стероидных гормонов.

Эти реакции осуществляются при участии ферментов За- и 3в-оксистероиддегидрогеназ (оксидоредуктаз), которые в присутствии НАДФН или НАДН восстанавливают 3-кетогруппы в 3-оксигруппу. Оба фермента могут существовать в клетках как в растворимой форме, так и в форме, связанной с мембранами эндоплазматического ретикулума. В результате в-оксистероиддегидрогеназных реакций образуются тетрагидроформы стероидных гормонов. Видимо, тетрагидрометаболиты стероидов в большинстве случаев уже не обладают прямой биологической активностью и могут быть конечными продуктами катаболизма соответствующих гормонов.

Схема образования глюкуронидов
Схема образования глюкуронидов

Известен и другой общий путь метаболизма стероидов. Однако он имеет более узкое значение, так как присущ лишь С21 -стероидным гормонам. Он сводится к восстановлению кетогруппы у 20-го углеродного атома и обеспечивается микросомальными и цитозольными ферментами 20а- и 20в-оксистероиддегидрогеназами, или оксидоредуктазами (см. выше, Б).

В результате 20-оксидегидрогеназной реакции образуются 20-дигидропроизводные С21 -стероидов, в которых гидроксильная группа ориентирована либо в 20а-, либо в 20в-положении. Субстратами этой реакции могут быть как исходные, секретируемые стероиды, так и их тетрагидрометаболиты. При этом 20а-оксипроизводные самих гормонов в отличие от 20в-производных могут обладать выраженной гормональной активностью. В то же время и 20а-, 20в-дигидроформы стероидов с восстановленным кольцом А биологически неактивны. Метаболиты С21 -стероидов с восстановленной боковой цепью и восстановленным кольцом А составляют значительную часть конечных, экскретируемых метаболитов кортикостероидов и прогестинов.

Схема образования сульфатов
Схема образования сульфатов

Наконец, для периферического метаболизма всех стероидных гормонов в той или иной степени характерны процессы гидроксили рования в разных позициях стероидной молекулы. Процессы гидрокенлирования протекают в основном в печени под действием микросомальных монооксигеназ (гидроксилаз) — цитохром Р450-зависимых ферментов. Данная ферментная система гепатоцитов аналогична гидроксилазам стероидогенных эндокринных клеток, но не включает в себя адренодоксина — ферментативного компонента, специфичного для биосинтеза стероидных гормонов. Интересно, что многие изоформы монооксигеназ активно превращают одновременно ксенобиотики — микромолекулярные лекарства, токсины и канцерогены.

Все перечисленные метаболиты стероидных гормонов плохо растворимы в воде и превращаются в печени перед экскрецией в парные соединения (конъюгаты) — эфиры с серной, глюкуроновой и некоторыми другими кислотами. Синтез простых эфиров с глюкуроновой кислотой (глюкурониды) и сложных эфиров с серной кислотой (сульфаты) — это общий конечный этап катаболизма большинства стероидных гормонов, непосредственно предшествующий экскреторным процессам.

Эстерификация стероидов увеличивает их растворимость в воде и повышает порог реабсорбции в извитых канальцах почек и слизистой кишечника. Кроме того, в некоторых случаях она дополнительно тормозит биологическую активность соединений. Этап образования парных соединений неспецифичен для стероидных гормонов.

Образование эфирной связи с метаболитами стероидных гормонов — сложный ферментативный процесс, осуществляющийся преимущественно по гидроксилу СЗ-стероида (см. выше).

У большинства изученных видов, за редким исключением (например, морская свинка), примерно 90% метаболитов стероидных гормонов экскретируется в форме глюкуронидов и сульфатов. Помимо глюкуронидов и сульфатов в экскретах обнаруживаются фосфаты и конъюгаты с глутатионом, N-ацетилглюкозамином и белками (Юдаевидр., 1976).

В моче найдены также полярные С21 и C19-карбоксиметаболиты или соответствующие им карбоформы (Тейлор, 1970; Мондер, Брэдлоу, 1977). Карбоксиформы этих соединений называют этиеновыми кислотами.

В.Б. Розен
Похожие статьи
показать еще
 
Эндокринная хирургия