Циркуляторный транспорт гормонов

09 Августа в 19:11 1665 0


Циркулирующие жидкости — кровь, а также лимфа, ликвор (у беспозвоночных гемолимфа) — служат средствами транспортировки гормонов к реагирующим органам и органам периферического метаболизма. В механизмах циркуляторного транспорта гормонов важнейшую роль играет их закономерное комплексирование со специфическими транспортными белками плазмы крови.

Эти транспортные комплексообразующие белки выполняют регуляторную, буферно-резервирующую функцию, обратимо ограничивая поступление свободных гормонов к зффекторным и метаболизирующим структурам. И только свободные гормоны, вне комплекса с плазменными белками, как принято считать, способны оказывать биологические эффекты и метаболизироваться на периферии.

В ряде случаев буферно-резервирующие функции белков плазмы крови дополняются аналогичными регуляторными функциями специальных органных и клеточных белков. Таким образом, взаимодействие секретируемых гормонов с транспортными белками — важнейшее звено в организации каждой эндокринной функции, существенный этап биодинамики и биокинетики каждого гормона.

Гормоны циркулируют в крови в нескольких физико-химических формах: в свободном виде (в виде водного раствора); в форме комплексов со специфическими белками плазмы; в форме неспецифических комплексов с плазменными белками; в форме неспецифических комплексов с форменными элементами (Роббинс, Ролл, 1952-1956; Дауэдэй, 1956-1960; Вестфал, 1959-1988). Как показано на рис. 42, все эти формы находятся в равновесии друг с другом, причем во всех известных случаях это равновесие в состоянии покоя значительно сдвинуто в сторону комплекса со специфическими белками. Концентрация этой формы в условиях физиологического покоя составляет 80%, а иногда и более от суммарной концентрации данного гормона в крови.

Распределение гидрокортизона в крови
Рис 42. Распределение гидрокортизона в крови: 
Г — гормон, Г-Псп — специфический комплекс гормона с белками плазмы, Г-Пнсп — неспецифический комплекс гормона с белками плазмы, Гсв — свободный гормон, Э — эритроциты, Л — лейкоциты

Сущность и основные параметры комплексирования гормонов с белками. Комплексирование гормонов с белками представляет собой спонтанный, неферментативный и обратимый процесс, приводящий к образованию двухкомпонентной надмолекулярной структуры (биокомплекса), в которой составляющие компоненты связаны между собой нековалентными, слабыми связями. Они обусловлены электростатическими, диполь-дипольными и дисперсионными силами Ван-дер Ваальса — Лондона, водородными и гидрофобными связями.

В отличие от ковалентных связей слабые связи действуют на относительно большом расстоянии и характеризуются низкими величинами изменений свободной энергии (AG). Суммарная AG комплексо-образования гормонов с белками равна (—12,5-46) кДж/моль, в то время как AG ковалентной связи (—125-420) кДж/моль. Вследствие низкой энергии взаимодействия между составляющими компонентами биокомплексы в отличие от истинных химических соединений являются временной, относительно лабильной формой интеграции белков с ассоциированными компонентами (лигандами).

Сам же процесс комплексирования оказывается реально обратимым, подчиняясь закону действия масс: [Н] + [P]->[HP], где Н — гормон, Р — протеин, HP — гормон-протеиновый комплекс. Следовательно, биокомплекс надо рассматривать не как новое химическое соединение, а как особую форму ассоциированного существования гормона и белка. Конечное соотношение концентраций в растворе свободного гормона [Н], свободного белка [Р] и комплекса [HP] в условиях установившегося динамического равновесия зависит от исходных концентраций взаимодействующих свободных соединений и степени сродства белка к гормону.

Последний параметр характеризуется величиной равновесной константы ассоциации (Ка), которая отражает соотношение молярных концентраций продуктов прямой и обратной реакций комплексирования в условиях равновесия:
d[HP]/dt = k+1[Н][Р] — к-1[HP];
где Ка выражается в л/моль, к+1 — кинетическая константа ассоциации, к-1 — кинетическая константа диссоциации.

В соответствии с законом действия масс уровень связывания данного лнганда с данным комплекссобразующим белком зависит и от концентрации последнего в исследуемом растворе. Правильнее говорить здесь не о концентрации белка, а о концентрации его связывающих мест (АО, так как молекула белка может содержать несколько связывающих мест (п > 1).

Величина N(P - п) — второй важнейший параметр лиганд-белкового взаимодействия. Эта величина, характеризующая связывающую емкость белка для лиганда, может быть выражена в молях белка на литр или в форме связывающей способности — максимально достижимой концентрации гормона-лиганда в мкг% или нг %, ассоциированной с белком в исследуемой системе.



Если в системе, например в крови, имеется несколько белков, способных образовывать комплексы с определенным гормоном, то уровень связывания этого гормона с каждым белком в условиях равновесия будет находиться в прямой зависимости как от величины Ка, так и от величины N или произведения KaN для каждого белка. Зависимость концентрации комплекса [НР] от Kа и N видна из следующего уравнения:
Так как [Р] = N — [HP], то [НР] = Kа[Н]{N — [НР]}.
Тогда [HP]=KaN[H]{1 — Ка[Н]/1 +Кa[Н]}.
Величину KaN называют индексом связывания.

Для измерения основных параметров связывания гормонов белками в эксперименте используют радиоактивные гормоны, меченные 14С, 3Н или 125I, добавляемые in vitro к исследуемым пробам. После уравновешивания добавленного меченого гормона с пробами плазмы или другими белковыми препаратами производят разделение свободного (и) и связанного с белками (b) гормона.

Получив ряд экспериментальных значений величин концентраций bч и, можно построить различные типы кривых связывания, экстраполяция которых позволяет найти величины N и Кл, изучаемых гормон-белковых взаимодействий. Наиболее часто используют для этих целей анализ кривых Скэтчарда (рис. 43), отражающих зависимость [b]/[u] от [b]. В уравнении Кa = [b]/[и][Р]; [b] выражает [HP], а [и]=[Н].

Скэтчардовская кривая в системе белок—лиганд
Рис 43. Скэтчардовская кривая в системе белок—лиганд:
пояснения см. в тексте

Так как [Р] = N — [b], то Кa = [b]/[u]{N — [Ь]}.
Отсюда [b]/[u] = Ka{N-[b]}.

В случае взаимодействия один белок — один лиганд и наличия однотипных связей в белке скэтчардовская зависимость имеет нисходящий линейный характер. При анализе системы один лиганд — несколько связывающих белков ситуация осложняется. В такой ситуации (она реальна для цельной плазмы крови или клеточных экстрактов, содержащих ряд связывающих белков) скэтчардовская зависимость будет нелинейной. Получающиеся нелинейные кривые могут быть удовлетворительно расчленены на составляющие линейные компоненты графически или с помощью экспериментальных процедур.

Полученные значения Ка можно использовать для расчета AG комплексообразования из известного уравнения термодинамики:
Полученные значения Ка можно использовать для расчета AG комплексообразования из известного уравнения термодинамики

Помимо величин Ка и N, важнейшей характеристикой лигандбелкового взаимодействия является лигандная специфичность связывания, избирательность сродства белка к связываемым соединениям. Этот параметр определяется обычно в эксперименте с помощью измерения способности различных немеченых соединений конкурировать за связи белка с хорошо связываемым меченым лигандом.

Комплексообразующие белки (как в плазме, так и в клетках —  по избирательности их сродства к лигандам, степени этого сродства к определенным лигандам (УС,) и концентрации их связей в естественной биологической системе (АО подразделяются на специфические и неспецифические.

Специфические белки характеризуются высокой избирательностью сродства, стереоспецифичностью к определенным, биологически активным лигандам; высокими значениями Ка с лигандами (чаще всего порядка 107—1010 М-1); низкой емкостью, насыщаемой в пределах физиологических концентраций лиганда (порядка 10-7— 10-9 М) при наличии одного связывающего места на молекулу или связывающую субъединицу молекулы (п = 1). Неспецифические белки, наоборот, обладают низкой избирательностью сродства к лигандам; слабым сродствам к ним (Ка порядка 103— 105 М-1); большой связывающей емкостью (N порядка 10 5— 10 4 М при п > 1), ненасыщаемой физиологическими концентрациями лигандов.

Неспецифическое связывание обусловлено главным образом гидрофобными и ионными взаимодействиями белков с лигандами.

Известен ряд специфических и неспецифических белков плазмы крови, способных вступать в комплексы с различными гормонами. Наиболее полно изучены плазменные транспортные белки, связывающие стероидные и тиреоидные гормоны (Вэстфал, 1960-1971; Розен и др., 1965-1988 и др.).

В.Б. Розен
Похожие статьи
показать еще
 
Эндокринная хирургия