Белковые и пептидные гормоны

Белковые и пептидные гормоны представляют собой биологически активные молекулы, состоящие из аминокислот, соединённых пептидными связями. Они делятся на два основных класса: пептидные гормоны, включающие короткие полипептидные цепи (например, инсулин, глюкагон), и белковые гормоны, имеющие более длинные полипептидные цепи с сложной третичной и иногда четвертичной структурой (например, гормон роста, пролактин).

Химическая структура этих гормонов определяет их биологическую активность, устойчивость к протеолитическим ферментам и взаимодействие с рецепторами клеточной поверхности. Большинство белковых и пептидных гормонов имеют высокую гидрофильность и поэтому не способны проникать через липидные мембраны, что обуславливает их связывание с мембранными рецепторами и запуск внутриклеточных сигнальных каскадов.

Синтез и модификации

Белковые и пептидные гормоны синтезируются на рибосомах клеток-эндокринных желез в виде предшественников (прегормонов и проформ). Эти молекулы содержат сигнальные последовательности, направляющие их в эндоплазматический ретикулум, где происходит гликозилирование, дисульфидное скрепление и формирование третичной структуры. После транспортировки через аппарат Гольджи происходит протеолитическое расщепление предшественника до активного гормона, который затем упаковывается в секреторные гранулы и высвобождается в кровь.

Классификация и примеры

1. Короткие пептиды (3–50 аминокислот):

   • Глюкагон – 29 аминокислот, регулирует уровень глюкозы в крови.
   • Атриальный натрийуретический пептид (ANP) – 28 аминокислот, участвует в регуляции объёма циркулирующей крови.

2. Средние полипептиды (50–100 аминокислот):

   • Инсулин – 51 аминокислота, состоит из двух цепей, соединённых дисульфидными мостиками, ключевой фактор метаболизма углеводов.
   • Соматостатин – 14 аминокислот, ингибирует секрецию многих гормонов, включая ростовой гормон и гастрин.

3. Белковые гормоны (>100 аминокислот):

   • Гормон роста (GH) – 191 аминокислота, регулирует рост тканей и метаболизм.
   • Пролактин – 198 аминокислот, стимулирует лактацию и имеет модулирующие эффекты на иммунную систему.

Механизм действия

Белковые и пептидные гормоны действуют через специфические рецепторы на клеточной поверхности, которые могут быть связаны с:

• Г-протеинами, активирующими вторичные мессенджеры (cAMP, IP3/DAG);
• Тирозинкиназными рецепторами, запускающими фосфорилирование белков-мишеней;
• Ионными каналами, изменяющими мембранный потенциал и поток ионов.

Связывание гормона с рецептором вызывает конформационные изменения, запускающие внутриклеточный сигнальный каскад, который регулирует транскрипцию генов, активность ферментов, транспорт веществ через мембраны и деление клеток.

Регуляция секреции

Секреция белковых и пептидных гормонов строго регулируется по принципу обратной связи:

• Положительная обратная связь встречается реже (например, выброс окситоцина при родовой активности).
• Отрицательная обратная связь наиболее распространена: уровень гормона или метаболита тормозит дальнейшую продукцию гормона (например, инсулин регулирует уровень глюкозы в крови).

Факторы, влияющие на синтез и секрецию, включают нейронные сигналы, циркадные ритмы, концентрацию питательных веществ и присутствие других гормонов.

Физико-химические свойства

• Растворимость: водорастворимые, циркулируют в плазме в свободной форме или связываются с белками-носителями для увеличения стабильности.
• Стабильность: чувствительны к протеолитическим ферментам, кислотам и температурным изменениям, что ограничивает их длительное хранение и требует специализированных систем доставки при медицинском применении.
• Изомерия: структура и пространственное расположение аминокислот определяют биологическую активность, даже небольшие изменения могут полностью изменять функцию гормона.

Медицинское и биотехнологическое значение

Белковые и пептидные гормоны широко применяются в терапии эндокринных нарушений:

• Инсулин используется при сахарном диабете;
• Гормон роста при его дефиците у детей и взрослых;
• Эритропоэтин стимулирует эритропоэз при анемии;
• Разрабатываются аналогичные пептиды с модифицированными свойствами, увеличенной стабильностью и пролонгированным действием.

Биосинтетические методы включают рекомбинантные ДНК-технологии, позволяющие получать гормоны с высокой чистотой и идентичной природной структурой.

Взаимодействие и кросс-регуляция

Белковые и пептидные гормоны часто взаимодействуют между собой, создавая сложные регуляторные сети. Например, инсулин и глюкагон демонстрируют антагонистическое действие на уровень глюкозы, а гормон роста и инсулиноподобный фактор IGF-1 действуют совместно для регуляции роста и метаболизма. Такие взаимосвязи обеспечивают точную и динамичную адаптацию организма к изменениям внутренней и внешней среды.