Железы и гормоны: мишень, рецептор, обратная связь и смешанная секреция
Проследим путь гормонального сигнала от клетки железы до ответа ткани и разберём, почему наличие гормона в крови ещё не гарантирует действие на любую клетку.
Федеральная программа · углублённый уровень · 9 класс
Эндокринная система
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Экзокринные, эндокринные железы и железы смешанной секреции
- Гормон, рецептор и клетка-мишень
- Пептидные, стероидные и аминные гормоны
- Мембранные и внутриклеточные рецепторы, внутриклеточная передача сигнала
- Гипоталамус, гипофиз и обратная связь
- Эпифиз, мелатонин и связь со световым циклом
- Щитовидная и околощитовидные железы
- Надпочечники и поджелудочная железа
- Половые железы и гормоны
- Гормоны сердца, почек, кишечника и жировой ткани
- Гистологические препараты эндокринных органов
Как это устроено
Нервная и эндокринная регуляция дополняют друг друга. Эндокринная клетка выделяет гормон во внутреннюю среду; кровь доставляет его во многие органы, но ответ возникает у клеток с нужным рецептором и работающей сигнальной цепью. Этим объясняется, почему гормональная регуляция может быть распространённой по телу, но не одинаковой для каждой клетки. Слюнная железа выделяет продукт по протоку, а поджелудочная сочетает оба способа секреции; смешанная секреция не означает смешивание пищеварительного сока с кровью.
Гипоталамус и гипофиз образуют несколько контуров, а не единственную командную цепочку для всех желез. Например, сигналы гипоталамуса регулируют тиреотропный гормон гипофиза, тот стимулирует щитовидную железу, а концентрация тиреоидных гормонов влияет на вышележащие звенья по принципу отрицательной обратной связи. Задняя доля гипофиза высвобождает гормоны, синтезированные нейронами гипоталамуса, поэтому её нельзя описывать как точную копию передней доли.
Эпифиз расположен в промежуточном мозге и выделяет мелатонин. Свет сначала воспринимает сетчатка, затем сведения проходят через нервные пути и супрахиазматическое ядро гипоталамуса; при ярком свете выделение мелатонина обычно снижается, в темноте возрастает. Это пример связи нервной и эндокринной регуляции. Неверно говорить, будто эпифиз «видит свет» непосредственно или что мелатонин единолично включает и выключает сон.
Разные гормоны регулируют разные стороны гомеостаза: инсулин и глюкагон участвуют в обмене глюкозы; тиреоидные гормоны — в обмене, росте и развитии; паратгормон — в кальциевом обмене; гормоны коры и мозгового вещества надпочечников различаются по происхождению и функции. Половые железы производят половые клетки и гормоны, но действие последних не ограничивается одним органом. Стрессовая реакция не равна только адреналину и не всегда вредна сама по себе; контекст, длительность и состояние организма имеют значение.
Эндокринная система шире списка «классических желез»: почки выделяют эритропоэтин, сердце — натрийуретические пептиды, кишечник — сигналы, связанные с пищеварением и аппетитом, жировая ткань — в том числе лептин. На гистологическом препарате островки поджелудочной и окружающую ткань можно сопоставить по расположению, но нельзя по окраске без методики достоверно определить уровень гормона у человека. Нарушение функции может быть связано с недостатком гормона, избытком или сниженной чувствительностью тканей — по симптомам школьник не ставит диагноз.
По химической природе различают пептидные, стероидные и производные отдельных аминокислот гормоны. Это не просто три названия: пептиды, например инсулин, обычно взаимодействуют с рецепторами на поверхности клетки, а многие стероиды проходят через мембрану и связываются с внутриклеточными рецепторами. Аминные гормоны нельзя объединить одним механизмом: адреналин действует через поверхностные рецепторы, тиреоидные гормоны — преимущественно через внутриклеточные. Поэтому правило «все гормоны одной химической группы работают одинаково» неверно.
Мембранный рецептор после связывания гормона меняет работу внутриклеточных белков; иногда в цепи участвует вторичный посредник, например циклический АМФ в одном из путей глюкагона. Внутриклеточный рецептор может влиять на активность генов после связывания со стероидным или тиреоидным гормоном. Это учебные типовые пути, а не обещание, что каждый ответ мгновенен или что у гормона только один эффект. В карте других источников гормонов полезно назвать примеры: сердце выделяет натрийуретические пептиды, почки — эритропоэтин, жировая ткань — лептин, желудок — гастрин. Нельзя выводить состояние человека по одному из этих названий без измерений и клинической оценки.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Эндокринная секреция
Выделение сигнальных веществ клетками во внутреннюю среду с последующей доставкой к мишеням, часто кровью.
Пример: Клетки щитовидной железы выделяют гормоны, которые переносятся кровью к тканям.
- Экзокринная секреция
Выделение продукта железы по протоку на поверхность тела либо в полость органа, в отличие от выделения гормона в кровь.
Пример: Пищеварительный сок поджелудочной железы поступает по протоку в тонкую кишку.
- Железа смешанной секреции
Орган, в котором разные клетки обеспечивают и экзокринную, и эндокринную функции; эти продукты имеют разные пути выхода.
Пример: Поджелудочная железа выделяет ферменты в кишечник, а инсулин и глюкагон — во внутреннюю среду.
- Гормон
Биологически активная сигнальная молекула, выделяемая клетками и меняющая деятельность клеток-мишеней через соответствующие рецепторы.
Пример: Инсулин связывается со своими рецепторами и участвует в регуляции обмена веществ.
- Рецептор гормона
Молекула клетки, узнающая определённый гормон и запускающая последующие внутриклеточные изменения при связывании.
Пример: Клетка без подходящего рецептора не отвечает на данный гормон тем же способом, что клетка-мишень.
- Клетка-мишень
Клетка, способная ответить на определённый гормон благодаря рецептору и работающим после него сигнальным механизмам.
Пример: Разные ткани могут реагировать на один гормон по-разному из-за различий рецепторов и клеточных путей.
- Пептидный гормон
Гормон, молекула которого построена из цепочки аминокислот; обычно не проходит свободно через липидную мембрану и действует через рецептор на поверхности клетки.
Пример: Инсулин — пептидный гормон; его рецептор расположен в мембране клетки-мишени.
- Стероидный гормон
Гормон, синтезируемый из холестерина и способный проходить через мембрану клетки; во многих случаях он связывается с внутриклеточным рецептором.
Пример: Кортизол коры надпочечников относится к стероидным гормонам и влияет, в частности, на регуляцию экспрессии генов.
- Аминный гормон
Гормон, образованный из отдельной аминокислоты; группа объединяет молекулы с разными свойствами, поэтому место рецептора нельзя угадать по одному слову «аминный».
Пример: Адреналин действует преимущественно через мембранные рецепторы, а тиреоидные гормоны — через внутриклеточные.
- Мембранный рецептор гормона
Рецептор на поверхности клетки, связывающий сигнал снаружи и запускающий передачу информации внутрь клетки без обязательного проникновения самого гормона через мембрану.
Пример: Связывание инсулина с мембранным рецептором запускает цепь внутриклеточных изменений.
- Внутриклеточный рецептор гормона
Рецептор внутри клетки, с которым может связаться прошедшая через мембрану сигнальная молекула и изменить работу клетки, нередко через регуляцию генов.
Пример: Тиреоидный гормон может взаимодействовать с рецептором в ядре клетки.
- Вторичный посредник
Внутриклеточная молекула, передающая или усиливающая сигнал после активации некоторых мембранных рецепторов; не каждый гормон использует один и тот же посредник.
Пример: В одной из сигнальных цепей глюкагона изменение уровня циклического АМФ помогает передать сигнал внутри клетки печени.
- Гипоталамус
Область промежуточного мозга, связывающая нервную и эндокринную регуляцию, в том числе через сигналы к гипофизу.
Пример: Некоторые нейроны гипоталамуса регулируют выделение гормонов передней долей гипофиза.
- Гипофиз
Эндокринный орган у основания мозга, разные доли которого выделяют или высвобождают гормоны, связанные с регуляцией многих функций.
Пример: Тиреотропный гормон передней доли гипофиза влияет на работу щитовидной железы.
- Эпифиз
Небольшая эндокринная структура промежуточного мозга, клетки которой выделяют мелатонин; её работа связана со сменой освещения через нервные пути, а не с прямым попаданием света в железу.
Пример: После наступления темноты сигналы от сетчатки через нервную систему меняют выработку мелатонина эпифизом.
- Мелатонин
Гормон эпифиза, выработка которого обычно возрастает в темноте и участвует в передаче организму информации о световом цикле; сон и суточные ритмы зависят не только от него.
Пример: Вечерний подъём мелатонина связан с сигналами биологических часов, но одна концентрация гормона не описывает весь механизм сна.
- Отрицательная обратная связь
Контур регуляции, при котором рост конечного результата ослабляет один или несколько сигналов, поддерживавших этот рост.
Пример: Рост концентрации гормонов щитовидной железы обычно снижает стимулирующие сигналы вышележащих звеньев.
- Тиреоидные гормоны
Гормоны щитовидной железы, содержащие йод и участвующие в регуляции обмена веществ, роста и развития организма.
Пример: Для образования этих гормонов нужен йод из питания, но избыток йода тоже может быть вреден.
- Паратгормон
Гормон околощитовидных желёз, участвующий в регуляции концентрации кальция во внутренней среде совместно с другими механизмами.
Пример: При падении концентрации кальция меняется выделение паратгормона и обмен кальция между органами.
- Надпочечник
Парный эндокринный орган, корковое и мозговое вещества которого выделяют разные группы гормонов и регулируются неодинаково.
Пример: Кора выделяет в том числе кортизол, а мозговое вещество — катехоламины, включая адреналин.
- Инсулин
Гормон бета-клеток островков поджелудочной железы, влияющий на использование и хранение питательных веществ и уровень глюкозы в крови.
Пример: После еды выделение инсулина обычно увеличивается в ответ на изменения глюкозы и другие сигналы.
- Глюкагон
Гормон альфа-клеток островков поджелудочной железы, участвующий в повышении доступности глюкозы, в частности через печень.
Пример: При длительном промежутке без еды действие глюкагона помогает поддерживать глюкозу крови.
- Натрийуретический пептид
Гормональная сигнальная молекула сердца, участвующая в регуляции выделения натрия и воды почками и объёма жидкости.
Пример: Растяжение камер сердца может усиливать выделение натрийуретических пептидов.
- Эритропоэтин
Гормон, вырабатываемый главным образом почками и стимулирующий образование эритроцитов в костном мозге.
Пример: Изменение снабжения тканей кислородом может влиять на выработку эритропоэтина.
- Лептин
Гормональная сигнальная молекула, образуемая прежде всего клетками жировой ткани и участвующая вместе с другими сигналами в регуляции энергетического баланса.
Пример: Количество запасённой энергии влияет на сигналы лептина, но аппетит нельзя объяснить только одним гормоном.
- Гастрин
Гормон, выделяемый определёнными клетками желудка и участвующий в регуляции секреции кислоты и других процессов пищеварения.
Пример: После поступления пищи гастрин — один из сигналов, влияющих на работу желудочных желёз.
Пример по шагам
После увеличения концентрации тиреоидных гормонов в модели уменьшилось выделение стимулирующих сигналов гипофиза. Как назвать связь и почему это не «выключение щитовидной железы навсегда»?
- Выделение тиреоидных гормонов зависит от стимулирующих и тормозящих сигналов в контуре.
- Рост конечного гормона уменьшает вышележащую стимуляцию — это отрицательная обратная связь.
- Когда условия изменятся, соотношение сигналов снова может измениться; контур поддерживает диапазон, а не постоянный ноль.
Вывод: Обратная связь стабилизирует систему, не заменяя её неподвижным выключателем.
Практическая работа
Сравнение желез на готовых изображениях
- На схеме выделите экзокринные участки поджелудочной железы и эндокринные островки; проведите разные пути их продуктов.
- Составьте таблицу «источник — гормон — клетки-мишени — пример функции» для щитовидной железы, островков поджелудочной, почек и сердца.
- На опубликованном гистологическом изображении найдите тканевые структуры, не пытаясь определить по нему личный гормональный статус.
Что можно заключить: Эндокринный орган узнают не только по расположению, но и по пути выхода сигнала и ответу мишени.
Безопасность: Не измеряйте и не трактуйте собственные гормональные показатели в рамках учебной работы; лекарственные и пищевые вмешательства здесь не проводят.
Практическая работа
Изучение гистологических препаратов эндокринных органов
- По готовым подписанным микрофотографиям сравните щитовидную железу, островки поджелудочной железы и кору надпочечника. Для каждого образца запишите окраску, масштаб и локализацию.
- Найдите видимые структурные признаки: фолликулы с коллоидом, островки среди экзокринной ткани и зональное строение коры; не определяйте конкретный гормон по одному цвету клетки.
- Составьте цепочку «орган — клетка-источник — гормон — клетка-мишень с рецептором — ответ» по тексту, отделив сведения микропрепарата от сведений о гормональной функции.
Что можно заключить: Микропрепараты позволяют сравнить строение эндокринных органов, а их секрецию и действие гормонов подтверждают биохимическими и физиологическими исследованиями.
Безопасность: Используйте только готовые обезличенные препараты; не оценивайте собственные железы, не интерпретируйте анализы и не принимайте препараты гормонов ради опыта.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.