мРНК (гл. 26). Циркулирующие в крови тиреоидные гормоны (см.

1544

V. БИОХИМИЯ ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ

ГИПОТАЛАМУС

•TRH

тироксин

трииоЭтиронмн

Г

соматостатиН

аЭеногипофиз

TSH

. стимуляция - торможение

щитовиЭная железа

синтез тиреоглобулмна проглеолиз тиреоглобулина

\ I

J

Рис. 42.1. Регуляция синтеза белков (в том числе тиреоглобулина) в щитовидной

железе.

ниже) оказывают ингибирующее действие (по типу обратной связи) на обоих уровнях — гипоталамическом и гипофизарном — на скорости секреции TRH и TSH соответственно; эти скорости изменяются обратно пропорционально концентрации тиреоидных гормонов в плазме.

Другой гипоталамическнй регуляторный гормон, соматостатин (табл. 41.3), является ингибитором секреции TSH. Таким образом, осуществляется двойной гипоталамическнй контроль секреции TSH. Скорость секреции модулируется положительным (TRH-опосредованным) и отрицательным (соматостатин-опосредован-ным) механизмами (помимо тех. которые описаны ниже).

Были идентифицированы еще два дополнительных механизма, регулирующих в щитовидной железе синтез белков, в том числе синтез тиреоглобулина. Действие тироксина или иода (см. ниже) на ткань щитовидной железы как in vivo, так и in vitro вызывает торможение белкового синтеза по механизму обратной связи. Другой регуляторный механизм основан на быстрой инактивации гипоталамического TRH протеиназами плазмы. Эта ферментативная инактивация определяет количество TRH, сохраняющееся для стимуляции TSH-продуцирующих клеток аденогипофиза. Было показано, что активность протеиназ в сыворотке изменяется пропорционально содержанию в крови гормонов щитовидной железы.

Таким образом, механизмы, функционирующие на различных

42. ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА

1545

Таблица 42.1

Иодсодержащие органические соединения щитовидной железы

Соединения

Доля от общего иода в щитовидной железе человека, %

Биологическая активность относительно тироксина

3,5-Дииодтирозин Тироксин

25—42

О

35—40

100

3,5,3'-Трииодтиронии 3,3',5'-Трииодтиронин

<1 <1

5-8

500—1000

5

3,3'- Д иио дтир он ин З-Моноиодтнрозин

15-75

17—28

0

уровнях: гнпоталамическом, гппофизарном, а также на уровне щитовидной железы и сыворотки, модулируемые концентрацией циркулирующих в крови тиреоидных гормонов, имеют важное значение в регуляции скоростей синтеза тиреоглобулина (рис. 42.1).

На долю Ы3-моноиод-ь-гистидина приходится менее 3% иода тиреоглобулина; эта нодсодержащая аминокислота лишена тирео-идоподобной активности; она является побочным продуктом биосинтеза тиреоидных гормонов. Моно- и дииодтирозин также не обладают биологической активностью. Только иодтиронины проявляют характерные физиологические эффекты тиреоидных препаратов; они являются иодированными продуктами, обычно секре-тируемыми железой. Иод негормональных иодированных аминокислот регенерируется для следующего цикла иодирования (см. ниже). Иодированные тиронины являются в основном компонентами тиреоглобулина: только 1 % их (или меньше) находится в щитовидной железе в свободном состоянии. Четыре иодированных тиронина (табл. 42.1) были идентифицированы в железе; наиболее важными в физиологическом отношении являются l-тироксин и ь-3,5,3'-трииодтиронин (рис. 42.2).

Следует отметить, что полный синтез полипептидных цепей тиреоглобулина, присоединение углеводных остатков и агрегация субъединиц предшествуют реакциям иодирования, описанным ниже.

42.2. Биосинтез и секреция иодсодержащих тиреоидных гормонов

В щитовидной железе непрерывно происходит обновление иода вследствие поглощения его из крови и синтеза, а затем секреции тиреоидных гормонов. Этот процесс можно разделить на три этапа:

1546

V. БИОХИМИЯ ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ

1) поступление иода в железу, 2) включение иода в определенные аминокислотные остатки тиреоидных белков и 3) протеолиз и секреция тиреоидных гормонов.

42.2.1. Накопление иода в щитовидной железе

Щитовидная железа проявляет выраженную способность поглощать введенный парентерально или поступивший с пищей иод, который быстро накапливается в коллоиде тиреоидных фолликулов. Железа способна концентрировать иодид по крайней мере в 25 раз (по сравнению с его концентрацией в плазме) и быстро переводить иод в органически связанную форму. В норме в щитовидной железе находится примерно 10 мкг обмениваемого (или свободного) иодида и 7500 мкг органически связанного иода.

Механизм накопления иода в железе связан с расходованием АТР, поступлением в клетки К.4 и выходом из них Na+; это указывает на сопряжение транспорта иода с обменом К+— Na+ (гл. 11). Скорость поступления иодида в щитовидную железу стимулируется TSH и тормозится рядом неорганических ионов, например тноцианатом и перхлоратом (разд. 42.6.2). Другие железы, например слюнные, железы слизистой желудка, также концентрируют иодид. Так, в слюне, желудочном соке и молоке концентрация свободного иодида может быть в 14—48 раз более высокой, чем в плазме; однако эти железы в отличие от щитовидной не могут ни накапливать существенных количеств органически связанного иода, ни образовывать тироксин или трииодтнронин, ни проявлять ответную реакцию на тиреотропнын гормон.

42.2.2. Образование иодсодержащих органических соединений

Синтез тироксина в составе тиреоглобулина включает: 1) иодирование тирозиновых остатков до моноиодтирозина, 2) дальнейшее иодирование моноиодтирозина в дииодтирознн и 3) взаимодействие либо двух остатков дииодтирозина с образованием тироксина, либо же остатков моноиод- и дииодтирозина с образованием трииодтн-ронина (рис. 42.2).

Синтез тиреоидных гормонов в щитовидной железе катализируется тиреоид-пероксидазой. Фермент прочно связан с эндоплаз-матическим ретикулумом фолликулярных клеток щитовидной железы и при солюбилизации неионными детергентами остается связанным с фосфоглицеридами. Удаление последних приводит к агрегации фермента; это служит указанием на то, что он является амфифильным мембранным белком.

- При гидролизе тиреоглобулина наряду с аминокислотами, которые обычно входят в состав белков, освобождаются также иоди-

42. ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА

1547

НО —6 у-сн2-сн-соон

/=\

но—? Y-ch2—сн—соон

NH2 1_-3-моноипВширозин I ._ _____ Т>

L-гпирозин '_ ??.

л

L-тирозин

1

ь-3,Б-9ииоЭтирозин

??, I_, J_, NH, NH.

? - /=\ /=\ I ' I

2HO_4 /CHi~cH-COOH —} HO—d / °~\ y-CH.,-CH-COOH + H2C-CH-COOH

I 1 I OH

ъУгВиМоЭгпироэш ъ-ЗД3^5-гпегпраиоатигюнин L-гсрин

(^тироксин)

KH2

•4 A—ch2— СН—«юн + но—ь у ?.-3-МОНОИоЭлШрсЗин

I

ь-3,5-йимойтирозин

-» HO \ / ° \ У_сн2—CH—co°H+L-cepn«

1

1-3,5.3'-триисЭтиронин (трииоЭгл иронии)

Рис. 42.2. Схемы образования тироксина и трииодтиронина из моно- и дииодтиро-зина в щитовидной железе. Предполагается, что в приведенных реакциях подвергаются превращениям остатки тирозина, входящие в состав белка.

рованные производные трех аминокислот— l-гистидина, ь-тиро-зина и l -тиронина. Биологически важные иодированные ь-тиро-нины приведены на рис. 42.2.

5' ь' S 6

L-ГЛИрОНИН

Иодирование тирозиновых остатков в тиреоглобулине катализируется тиреоид-пероксидазой в присутствии Н202. Иодид-ион должен потерять электрон, прежде чем он сможет заместить водород в ароматическом кольце. Еще не установлено, осуществляется ли при ферментативном окислении иодид-иона, находящегося в щито-? видной железе, одноэлектронный процесс с образованием свобод-

1548

V. БИОХИМИЯ ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ

ного радикала иода или же происходит двухэлектронный процесс с образованием ?+. Активированная форма иода, вероятно, связывается с ферментом, а затем уже осуществляется реакция с тиро-зиновыми остатками, находящимися в пептидной цепи, с образованием дииодтирозина и в меньшей степени моноидтирозина.

Тиреоид-пероксидаза катализирует также иодирование других белков, например сывороточного альбумина, в присутствии либо иодид-иона и Н202, либо пероксидгенерирующей системы, например глюкозы и глюкозооксидазы (разд. 2.2.5.1). Другие пероксидазы, например лактопероксидаза и пероксидаза из хрена, также могут катализировать иодирование тиреоглобулина и других ти-розинсодержащих белков в системе, содержащей иодид-ион и. пероксид водорода (добавленный или же образующийся ферментативным путем). На этой основе создан эффективный экспериментальный метод для получения белков, меченных радиоактивным

?25? или ШТ.

Поскольку при протеолизе тиреоглобулина образуются не только иодированные тирозины, но и тироксин, то можно полагать, что пероксидаза участвует также во взаимодействии иодированных остатков тирозина. Механизм этой реакции не известен. Было высказано предположение, что при реакции иодирования одного остатка тирозина на другом участке фермента происходит образование свободного радикала другого остатка тирозина; взаимодействие этих остатков приводит к образованию иодированного тироннна. Другими продуктами реакции являются либо серии, либо пируват и ??3. Особенности структуры глобулярного тиреоглобулина обеспечивают образование как моно-, так и дииодтиро-зиновых остатков. Число последних в норме больше, поскольку отношение тироксина и трииодтиронина (рис. 42.2) в тиреоглобулине 4:1. Следует отметить, что на 5000 аминокислотных остатков тиреоглобулина приходится только от 2 до 5 остатков тироксина. Это свидетельствует -об избирательном иодировании специфических остатков тирозина и о сближенности взаимодействующих тирозиновых остатков в нормальном конформационном состоянии тиреоглобулина.

Данные, приведенные на рис. 42.3, характеризуют скорость включения неорганического иода в дииодтирозин и тироксин в щитовидной железе. Если иодировать in vitro белки, выделенные не из щитовидной железы, и ввести их в организм животного, то они оказывают на его метаболизм «тироксиноподобное» действие. Из гидролизатов таких иодированных белков был выделен тироксин. Совокупность имеющихся данных свидетельствует о том, что взаимодействие иодированных тирозиновых остатков с образованием тиреоидных гормонов оказывается реально возможным только в щитовидной железе потому, что в ней происходит