Роль гормонів у регуляції кальцію і фосфатів парагормон кальцитріол кальцитонін

Кальцитріол

Інші гормони, що впливають на обмін кальцію в організмі

Висновок

Література

Введення

В організмі дорослої людини в кістковій тканині міститься більше 1 кг кальцію. Найбільш важливою мінеральної складової кісткової тканини є нерозчинний фосфат кальцію у вигляді гідроксилапатиту або карбонатапатіта (Ca ₁₀ (PO _{4) 6} (OH) ₂ і Ca ₁₀ (PO _{4) 6} СО ₃ відповідно). У кістках присутні також карбонати інших лужноземельних елементів. За рахунок активності костеобразующих клітин, остеобластів, і клітин, що руйнують кісткову тканину, остеокластів, кальцій постійно відкладається і знову вимивається з кістки. Кальцієвий обмін контролюється гормонами: кальцитонін підвищує відкладення кальцію в кістковому матриксі, парагормон стимулює мобілізацію кальцію, а кальцитріол покращує процес мінералізації.

Недолік кальцитріолу у дітей призводить до захворювання на рахіт, а у дорослих може викликати порушення обміну речовин в кістковій тканині. Негативний баланс між процесами відкладення і вимивання кальцію, особливо в літньому віці, викликає захворювання остеопорозом (рис.1).

Малюнок 3. Гормони, контролюючі кальцієвий обмін

Парагормон і кальцитонін

Гормони секретуються клітинами паращитовидної залози. Місцем синтезу кальцитоніну є також щитовидна залоза.

Парагормон був отриманий в частково очищеному стані в 1925 році з паращитовидної залози бика. Він являє собою просту поліпептидний ланцюг, що складається з 84 амінокислотних залишків з молекулярною масою 9500 Так, період напіврозпаду близько 2 хв. Ген, що кодує біосинтез парагормона, локалізується на 11-й хромосомі (11р15).

Парагормон утворюється на рибосомах у вигляді препропарагормона - поліпептиду, що складається з 115 амінокислотних залишків. У результаті локального протеолізу відщеплюється 31 амінокислотний залишок з N-кінця і утворюється активний гормон, що запасається в секреторних гранулах.

Регуляція секреції парагормона здійснюється декількома механізмами. Протягом короткого часу біосинтез парагормона регулюється іонізованим кальцієм, а протягом тривалого часу - 1,25 (ОН) ₂ D ₃ - спільно з кальцієм. Швидкість секреції обернено пропорційна концентрації в плазмі крові.

Метаболізм і деградація парагормона здійснюється в основному в печінці (близько 62-70%), а також у нирках (30-38%).

Парагормон надає різноманітне дію в залежності від тканини-мішені. Все це дозволило L. Mallette (1991) висловити думку, що парагормон є прогормонов, а його фрагменти мають біологічною дією. Вважається, що його амінотермінальний домен (амінокислотні залишки 1-34) відповідальний за регуляцію мінерального обміну за допомогою взаємодії з відповідними рецепторами в кістках і нирках; карбоксітермінальний домен (амінокислотні залишки 53-84) - за регуляцію функції остеокластів, а середній домен (амінокислотні залишки 28 -48), можливо, за транспорт кальцію і фосфору

Парагормон взаємодіє з плазматичними рецепторами, які є глікопротеїнами з молекулярною масою близько 800 кДа і складаються з 585-594 амінокислотних залишків. Рецептор парагормона, як і всі інші рецептори, що відносяться до сімейства рецепторів, що оперують через G-білок, має 3 ланцюга позаклітинного фрагмента, 7 трансмембранних фрагментів і внутрішньоклітинну частина рецептора, також представлену 3 петлями поліпептидного ланцюжка.

Така взаємодія призводить до активації аденілатциклази і підвищення синтезу цАМФ, який активує протеїн, фосфоліпазу С, діацилгліцеринів, Інозитолтрифосфат і бере участь у регуляції транспорту іонів кальцію, натрію і калію через клітинні мембрани.

Парагормон надає множинне дію на кісткову тканину. Він опосередковано активує ферменти колагенози і глюкуронідазу, що викликає деструкцію органічних компонентів кістки, зокрема колагену і глікозамінгліканов. У мінеральних компонентах кісткової тканини під дією парагормона відбувається солюбілізація гідроксиапатиту і вивільнення в кров кальцію і фосфору.

Було встановлено, що парагормон активує процеси транскрипції в остеокластах - клітинах, резорбируются кістки. Вплив парагормона на резорбцію кісткової тканини на пострецепторного рівні здійснюється в основному через Інозитолтрифосфат і діацилгліцеринів, але не через цАМФ, які утворюються за допомогою активації фосфоліпази С та іонів Са.

Поряд з цим парагормон впливає на обмін фосфору і магнію. Обмін кальцію, фосфору і магнію в організмі показаний на рис.2.

Малюнок 3. Добовий баланс і обмін кальцію, фосфору і магнію в організмі.

Кальцій всмоктується у верхньому відділі тонкого кишечника. Це активний процес, здійснюваний транспортним кальційзв'язуючий білком, який активізується 1,25-дигідроксивітамін D. Всмоктування кальцію в кишечнику посилюється при збільшенні надходження кислот з їжею, дієті з високим вмістом білка, саркоїдозі, вагітності, тоді як луги, глюкокортикоїди, надлишок фосфатів і оксалатів знижують його всмоктування в кишечнику.

Свій вплив парагормон на натрій-фосфатний котранспорт надає шляхом підвищення освіти цАМФ і шляхом активізації фосфоліпази С і освіти діацилгліцеринів і Інозитолтрифосфат.

Кальцитонін був вперше отриманий С. Н. Коопом і співавторами в 1962 році. Кальцитонін людини являє собою поліпептид, що складається з 32 амінокислот з мовляв. м. 3000 Та з періодом напіврозпаду близько 5 хв. Гормон може утворювати шляхом ковалентного зв'язку димерной і, не виключено, полімерні форми, проте біологічно активною є тільки мономерна форма гормону. Було показано, що в процесі трансляції утворюється препрокальцітонін і прокальцитонін з мовляв. м. близько 13 кДа.

Специфічним стимулятором секреції кальцитоніну є підвищення концентрації кальцію в крові більше 2,25 ммоль / л (9 мг/100 мл). Крім того, стимуляторами секреції кальцитоніну є катехоламіни, здійснюють свою дію через β-адренергічні рецептори, холецистокінін, глюкагон, гастрин. Глюкагон і катехоламіни, взаємодіючи з рецепторами, збільшують вміст цАМФ, який стимулює секрецію кальцитоніну, так само як і парагормона, тобто цАМФ є внутрішньоклітинним медіатором секреції кальцитоніну. Кальцитонін метаболізується в нирках, печінці і, можливо, в кістковій тканині.

Біологічний ефект кальцитоніну проявляється зниженням рівня кальцію та фосфору в крові, що є наслідком впливу кальцитоніну на кісткову тканину і нирки. У кістки кальцитонін пригнічує процеси резорбції кальцію. Це проявляється зниженням екскреції гідроксипроліну і вмісту кальцію в крові. Одночасне зменшення фосфору в сироватці крові є результатом зниження мобілізації фосфору з кістки і безпосередньої стимуляції поглинання фосфору кістковою тканиною. Кальцитонін інгібує активність і кількість остеокластів. Вже через 1 год після введення кальцитоніну зменшується утворення остеокластів з клітин-попередників. Механізм дії кальцитоніну опосередковується цАМФ і активацією протеїнкінази, що супроводжується зміною активності лужної фосфатази, пірофосфатазной активності і активності ферментів.

Кальцитріол

Поряд з парагормоном і кальцитоніну в підтримці фосфорно-кальцієвого гомеостазу велику участь бере вітамін D (D-гормон, холекальциферол або вітамін D3), який при гідроксилюванні в печінці та нирках утворює гормон кальцитріол (1α, 25 - дігідроксіхолекальціферол)

Вітамін D ₃ утворюється в шкірі з 7-дегідрохолестерин під впливом ультрафіолетового опромінення (рис.3). Однак вітамін D ₃ є неактивним. Деякі автори розглядають його як прогормон, який шляхом гідроксилювання (25-гідроксилази) спочатку в печінці перетворюється в 25-гідроксихолекальциферол (25-ОНD _2), а потім у нирках, також шляхом гідроксилювання (1-гідроксилази), в 1,25-дігідроксіхолекальціферол (1,25 - (ВІН) ₂ D _3. гідроксилювання в нирках може здійснюватися й іншим шляхом (24-гідроксилази) з утворенням 24-25 - (ОН) ₂ D _3. гідроксилювання вітаміну D відбувається в мітохондріях. Необхідно зазначити, що вітамін D2 (ергокальциферол), який міститься в рослинах, в організмі гідроксилюється тим же шляхом з утворенням 1,25 - (ВІН) ₂ D _2, який за біологічною активності еквівалентний 1,25 - (ВІН) ₂ D _3.

Малюнок 3. Освіта кальцитріолу із 7-дегідрохолестерин.

Інші гормони, що впливають на обмін кальцію в організмі

Крім парагормона, кальцитоніну і вітаміну D, на гомеостаз кальцію в організмі впливають і інші гормони:

1. Глюкокортикоїди збільшують глюконеогенез, використовуючи матрикс кісткової тканини і підвищуючи резорбцію кістки, знижують активність остеобластів і швидкість утворення нової кісткової тканини, підвищують екскрецію кальцію і знижують абсорбцію кальцію в шлунково-кишковому тракті.

2. Гормон росту підвищує екскрецію кальцію нирками, активність остеобластів і процеси мінералізації у знову утворилася кісткової тканини і збільшує активність остеокластів і демінералізацію в раніше утворилася кістки.

3. Тифоїдна гормони (надлишок Т3 і Т4), підвищують екскрецію кальцію з сечею, збільшують процеси резорбції кістки. Недолік тифоїдна гормонів затримує утворення і дозрівання кісткової тканини;

4. Глюкагон сприяє розвитку гіпокальціємії за допомогою прямого впливу на кістки (знижуючи процеси резорбції) і опосередковано - через стимуляцію вивільнення кальцитоніну.

5. Статеві гормони знижують екскрецію кальцію з сечею і калом, стимулюють активність остеобластів.

Висновок

Для нормального функціонування клітин крім обміну речовин і енергії необхідна інтеграція функцій, здійснювана, зокрема, гормонами - речовинами, здатними контролювати різні сторони клітинного метаболізму. Недолік або надлишок гормону незворотньо веде до порушення функціонування клітин і виникнення різноманітних захворювань.

У разі порушення фосфорно-кальцієвого обміну в організмі можуть виникати такі захворювання як:

- Гіпопаратіроз - Cиндром, розвиток якого пов'язано з недостатністю секреції парагормона околощітовіднимі залозами, зниженням реабсорбції кальцію у канальцях нирок, зменшенням абсорбція кальцію в кишечнику, що призводить до гіпокальціємії;

- Гіперпаратіроз - захворювання, розвиток якого пов'язане з надлишковою секрецією парагормона і підвищенням внаслідок цього вмісту кальцію в сироватці крові. Гіперкальціємія, яка є одним з провідних симптомів гіперпаратіроза, зустрічається і при інших захворюваннях.

Для лікування подібних захворювань у медицині застосовують синтетичний кальцитонін, або ж отриманий з лосося (Кальцитрин). При дефіциті парагормона і, як наслідок, вмісту кальцію та фосфору, для лікування застосовують параткогмон, лікарська форма якого називається паратіреоідін.

Література

1. Комов В.П., Шведова В.М. Біохімія, М.: Дрофа, 2004, 638 стор

2. Кольман Я., Рем К.-Г. Наочна біохімія, М.: Світ, 2000, 469 стор

3. Балаболкин М.І. Ендокринологія, М.: Універсум Паблішинг, 1998.

4. Сінгер М., Берг П. Гени і геноми. У 2 т., М.: Світ, 1998.