В книге много интересных и остроумных историй об открытиях и феноменах, гипотезах и перспективах науки психобиохимии!

ГЛЮКАГОН

Если есть гормон, проявляющий какое-то однонаправленное действие, как, например, инсулин, вызывающий снижение содержания глюкозы в крови, то разумно предположить, что может существовать гормон, вызывающий противоположный эффект. Это не простое ослабление действия первого гормона, а именно противоположный эффект, с помощью которого можно топко и точно регулировать концентрацию сахара в крови, сдвигая его содержание в ту или другую сторону. Вы сами можете убедиться в этом, если представите себе качающуюся лестницу, которую надо установить в устойчивое положение. Это очень удобно сделать двумя руками, надавливая на лестницу с обеих сторон в противоположных направлениях.

Такой гормон-антагонист действительно существует, и синтезируется он все в тех же островках Лангерганса. Об этом гормоне мало кто знает, потому что с ним не связаны какие-либо распространенные заболевания, сравнимые по значению с сахарным диабетом.

Островки Лангерганса содержат две разновидности клеток - альфа-клетки и бета-клетки. (Ученые часто, пожалуй даже слишком часто, идут по пути наименьшего сопротивления, различая однородные элементы присвоением им первых нескольких букв греческого алфавита.) Альфа-клетки крупнее и расположены на периферии островков, составляя около 25% его клеточной массы. В центре островков расположены более мелкие бета-клетки. В бета-клетках синтезируется инсулин, альфа-клетки продуцируют гормон с противоположным действием.

Этот второй гормон был обнаружен вскоре после открытия Бантингом инсулина. Выяснилось, что иногда при введении инсулина вначале отмечался подъем содержания глюкозы в крови, а потом начиналось ожидаемое снижение ее концентрации. Надо было, следовательно, найти вещество, проявлявший нежелательный эффект. Таким образом, был найден гормон, ускорявший расщепление гликогена в печени. Гликоген расщепляется до глюкозы, которая поступает в кровеносное русло. В результате и происходит повышение концентрации глюкозы в крови.

Когда присутствие гормона подтверждается только его аффектом, то его во многих случаях и называют по этому эффекту. Новый гормон из этих соображений был назван гипергликемическим гликогенолитическим фактором, что в переводе с греческого означает «повышающий содержание глюкозы в крови и расщепляющий гликоген». Так как биохимики тоже люди и не любят длинных слов, то вновь открытый фактор стали называть ГГФ, а недавно придумали более короткое наименование - глюкагон, которое и стало общеупотребительным.

В 1953 году очищенный глюкагон был выделен в кристаллической форме. Удалось без труда показать, что это полипептид, состоящий из единственной цепи, содержащей 29 аминокислотных остатков. Сначала думали, что глюкагон - это фрагмент молекулы инсулина, но при более внимательном рассмотрении оказалось, что это не так. В 1958 году методом Сэнджера была установлена последовательность аминокислот в глюкагоне. Гистидин-серни-глютамин-глицин-треопин-фе-нилаланип-треонип-серин-яспарагинат-тирозин-серии-лизин-тирозин-лейцин-аспарагинат-серин-аргинип-аргинин-аланин-глютамин-аспарагинат-фепилдаланип-глютамип-гриптофан-лейцин-метионин-аспарагин-треонин.

Как вы можете сами убедиться, эта цепь не имеет ничего общего ни с одной из цепей инсулина. Действительно, некоторые аминокислоты, представленные в молекуле глюкагона, отсутствуют в инсулине (например, метионин), а другие аминокислоты (например, изолейцин) присутствуют в инсулине, но отсутствуют в глюкагоне. Нет никаких сомнений в том, что инсулин и глюкагон - это два совершенно разных гормона.

АДРЕНАЛИН

Инсулин и глюкагон ни в коем случае не являются единственными гормонами, регулирующими обмен глюкозы, что проявляется повышением или снижением ее концентрации в крови. Есть еще один гормон, влияющий на метаболизм глюкозы. Этот гормон вырабатывается двумя маленькими, желтоватого цвета органами, имеющими пирамидальную форму и вес около 10 г каждый. Эти образования прилегают к верхним полюсам обеих почек и являются первыми из упомянутых мной органов, которые выполняют в организме чисто эндокринные функции.

В связи со своим положением эти органы называются надпочечными железами, или надпочечниками. Каждый надпочечник состоит из двух частей - внешней и внутренней, которые имеют раз личный клеточный состав, функцию и происхождение. У примитивных рыб две части надпочечной железы вообще представлены разными органами, Те клетки, которые у нас образуют наружную часть железы, у рыб формируют продольный тяж, расположенный между почками и приблизительно равный им по длине. Те же клетки, которые у нас образуют внутреннюю часть железы, формируют тонкую цепь, вдвое превышающую по длине почку у земноводных, пресмыкающихся и птиц материал железы расположен более компактно, и оба вида клеток расположены вперемежку. У млекопитающих эта компактность достигает своего предельного выражения - формируются два четко очерченных плотно прилегающих друг к другу слоя клеток.

Внешняя часть железы, составляющая около 90 % ее веса, называется корой надпочечника. Внутренняя часть носит название мозгового вещества (не аналогии с костным мозгом). Гормон, который Mi сейчас обсуждаем, вырабатывается в мозговом веществе надпочечника.

Еще в 1895 году стало известно, что экстракта надпочечников резко повышают артериальное давление. В 1901 году японский биохимик Иокичи Такамине выделил из ткани железы чистое вещество, которое в ничтожных дозах приводило к значительному повышению артериального давления. Это вещество получило название адреналин - oт латинских слов ad («у») и ren («почка»). Однако это только одно из множества его коммерческих наименований. Правильнее называть это веществ! эпинефрином - от греческих слов epi («над») nephron («почка»).

Через год после успеха Такамине Бэйлис и Старлинг продемонстрировали возможность чисто химической регуляции функций организма при отсутствии нервной деятельности. Когда это стало ясно, то отпали последние сомнения - эпинефрин был признан гормоном. Это был первый гормон, который удалось выделить в чистом виде и у которого была определена химическая формула. Это достижение было не столь значительным, как могло бы показаться на первый взгляд, так как из всех гормонов эпинефрин имеет самое простое строение.

В то время как секретин, инсулин и глюкагон являются полипептидными цепями, состоящими из нескольких десятков аминокислот, эпинефрин, по сути своей, представляет собой несколько видоизмененную единственную аминокислоту - тирозин. Это очень ясно видно при сравнении их химических формул. Вы увидите это сходство, даже если вы незнакомы с химической символикой и не понимаете, из каких функциональных групп состоят эти молекулы:
Биохимикам не составило особого труда установить, что в мозговом веществе надпочечников эпинефрин вырабатывается именно из тирозина.

В том, что касается воздействия на метаболизм углеводов, эффект эпинефрина напоминает таковой глюкагона, под действием эпинефрина ускоряется расщепление гликогена, вследствие чего происходит повышение содержания глюкозы в крови. Разница заключается в следующем: глюкагон работает и обычных условиях, а эпинефрин в экстремальных ситуациях. Можно сказать, что глюкагон поддерживает более или менее стабильный уровень концепт рации глюкозы в крови (противодействуя эффекта» инсулина) в условиях нормальных колебаний доставки и потребления глюкозы. Напротив, эпинефрин вступает в игру, когда человек испытывает гнев или страх, когда организму требуется сразу много глюкозы, чтобы обеспечить энергетические потребность для осуществления реакции борьбы или бегства.

Кроме того, в то время как глюкагон мобилизует только печеночные запасы гликогена (предназначенные для использования всем организмом), эпинефрин также способствует расщеплению гликогена мышцах, которые сами используют эту энергию для борьбы или бегства.

Эпинефрин оказывает на организм и другие эффекты, кроме мобилизации резервов глюкозы. Одним из важнейших эффектов эпинефрина является его способность повышать артериальное давление (именно благодаря этой способности он был открыт) и увеличивать частоту сердечных сокращений и дыхания. Два последних эффекта осуществляются в тесном взаимодействии с нервной системой, о чем более подробно расскажу в главе 9. Хочу, однако, отметить, что химическая (гормоны) и электрическая (нервы) регуляция функций организма не являются независимыми, но тесно переплетаются одна с другой.

Между прочим, ситуация, когда единственна модифицированная аминокислота выступает в роля гормона, не исчерпывается рассмотренным случаем. В качестве примера можно привести вещество, называемое гистамином. Это соединение по структуре сходно с аминокислотой гистидином, что показывает приведенная на рисунке формула.
В малых концентрациях гистамин стимулирует секрецию соляной кислоты железами слизистой оболочки желудка. Некоторые биохимики считают, что гастрин (один из гастроинтестинальных гормонов, упомянутых в предыдущей главе) является гистамином. Впрочем, окончательного ответа на этот вопрос до сих пор нет.

Так же как и эпинефрин, гистамин действует на артериальное давление и на другие физиологические параметры организма. (Кинины по своему действию в чем-то сходны с гистамином.) Считается, что гистамин несет ответственность за такие неприятные симптомы аллергии, как насморк, набухание слизистой оболочки носа и глотки и спазм мелких бронхов. Очевидно, чужеродные белки или другие вещества, запускающие аллергическую реакцию, стимулируют высвобождение гистамина. Лекарства, которые противодействуют этой стимуляции (антигистаминные препараты), существенно облегчают симптомы аллергии.