Arg pro pro gly phe ser pro phe arg. 8 страница
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.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 41; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!