Кіріспе
Химиялық қосылыстар класы
Жас гормондар (ЖГ) – жәндіктер физиологиясының көптеген аспектілерін реттейтін ациклді сесквитерпеноидтар тобы. JH-ны алғаш рет Винсент Вигглсворт ашқан. ЖГ даму, көбею, диапауза және полифенизмдерді реттейді. Жәндіктерде JH (бұрын неотенин деп аталған) – личинканың өсуін қамтамасыз ететін, сонымен бірге метаморфозды болдырмайтын гормондар тобы. Қатты экзоскелеттері болғандықтан, жәндіктер даму барысында экзоскелетін біртіндеп тастау арқылы (мольтинг процесі) өседі. Жасөспірімдік гормондар мидың артында орналасқан эндокринді бездер – корпора аллаталар арқылы бөлінеді. ЖГ әйел жәндіктерде жұмыртқа өндіру үшін де маңызды. Карел Слама және Кэрролл Уильямс 1965 жылы JH-ты бөліп алды, ал JH-ның алғашқы молекулалық құрылымы 1967 жылы анықталды. Көптеген жәндік түрлерінде тек жас өсу гормоны (JH) III ғана кездеседі. Қазіргі таңда JH 0, JH I және JH II тек Lepidoptera (көбелектер мен молықтар) тобында ғана анықталған. JHB3 (JH III бисэпоксид) түрі Diptera, яғни шыбықтарда ең маңызды JH болып табылады. Кейбір қабықшалылар түрлері метилфарнезоатты – эпоксид тобынан айырылған III жасөспірімдік гормонды өндіріп, бөліп шығарады. Метилфарнезоаттың қабықшалыларда JH сияқты рөл атқарады деп есептеледі. Сесквитерпеноид болғандықтан, JH-ның химиялық құрылымы басқа жануарлар гормондарының құрылымынан айқын ерекшеленеді. Кейбір JH аналогтары қылқан жапырақты ағаштардан табылған.
Juvenile hormones (JHs) are a group of acyclic sesquiterpenoids that regulate many aspects of insect physiology. The first discovery of a JH was by Vincent Wigglesworth. JHs regulate development, reproduction, diapause, and polyphenisms. In insects, JH (formerly neotenin) refers to a group of hormones, which ensure growth of the larva, while preventing metamorphosis. Because of their rigid exoskeleton, insects grow in their development by successively shedding their exoskeleton (a process known as molting). Juvenile hormones are secreted by a pair of endocrine glands behind the brain called the corpora allata. JHs are also important for the production of eggs in female insects. JH was isolated in 1965 by Karel Sláma and Carroll Williams and the first molecular structure of a JH was solved in 1967. Most insect species contain only juvenile growth hormone (JH) III. To date JH 0, JH I, and JH II have been identified only in the Lepidoptera (butterflies and moths). The form JHB3 (JH III bisepoxide) appears to be the most important JH in the Diptera, or flies. Certain species of crustaceans have been shown to produce and secrete methyl farnesoate, which is juvenile hormone III lacking the epoxide group. Methyl farnesoate is believed to play a role similar to that of JH in crustaceans. Being a sesquiterpenoid, JH chemical structure differs significantly from the structure of other animal hormones. Some JH analogs have been found in conifers.
Дамуды бақылау
Жас гормонның негізгі реттелуі 1) аллатотропиндер – G протеинімен байланысқан рецепторларға білінетін қысқа пептидтер арқылы аллатокорпораларды стимуляциялау (бұл бездерге ЖГ өндіруге сигнал береді) және 2) аллатостатин арқылы ЖГ өндірісін тежеу арқылы жүзеге асырылады. Олар үш классқа бөлінеді: аллатостатин А, аллатостатин В және аллатостатин С (осы реттеу механизмдері туралы шолу үшін: Stay and Woodhead 1993). Дамып келе жатқан жәндіктің гемолимфасындағы ЖГ титрінің екінші реттік реттелуі – ЖГ-спецификалық эстераза және жас гормон эпоксид гидролаза арқылы ЖГ метаболикалық инактивациясы. Экдиз кезінде келесі түлеуден бұрын қалыптасқан ескі қабықтың түрі жәндіктегі ЖГ деңгейімен реттеледі. ЖГ жас күйді сақтайды. Жәндіктің даму барысында бұл деңгей біртіндеп төмендеп, әрбір түлеуде кезекті инстарға өтуіне мүмкіндік береді. Бұл В. Б. Вигглсворттың 1960 жылдардағы зерттеулерінде, сондай-ақ басқа да көптеген зерттеулерде көрсетілген. Осы зерттеуде екі ересек *Rhodnius* жәндігінің қан айналым жүйелері байланыстырылды, бұл екеуінің де ЖГ титрінің бірдей болуын қамтамасыз етті. Олардың бірі үшінші инстар *Rhodnius*, екіншісі төртінші инстар болды. Үшінші инстар жәндігінің аллатокорпорасы алынып тасталғанда, екеуінің де ЖГ деңгейі төртінші инстардағыдай болды, сондықтан екеуі де келесі түлеуде бесінші инстарға өтті. Төртінші инстар *Rhodnius*-тың аллатокорпорасы алынып тасталғанда, екеуінде де ЖГ деңгейі үшінші инстар деңгейінде болды, сондықтан біреуі төртінші инстарға өтті, ал екіншісі осы инстарда қалды. Жалпы алғанда, жас жәндіктерден аллатокорпораны алып тастау келесі түлеуде кішкентай ересек жәндікке әкеледі. Соңғы личинка инстарында аллатокорпораны имплантациялау ЖГ деңгейін арттырады, соның салдарынан қосымша (экстра) жас инстар пайда болады және т.б.
Бал араларында
ЖГ, экдизон гормоны және вителлогенин арасында күрделі өзара әрекеттесу бар. Даму кезеңінде, ЖГ жеткілікті болғанда, экдизон личинкадан личинкаға ауысуға көмектеседі. ЖГ мөлшері төмендегенде, экдизон қуыршақтануға ықпал етеді. ЖГ толыққандай болмаса, ересек организм пайда болады. Ересек бал араларында ЖГ және вителлогениннің деңгейі көбінесе кері пропорционалды болады. Жұмысшы бал араларының ЖГ деңгейі, азық іздеу басталар алдында, жұмысшы өмірінің алғашқы 15 шамасындағы күндері біртіндеп артады. Алғашқы 15 күнде жұмысшылар ұя ішіндегі жұмыстарды атқарады, мысалы, личинкаларды күту, ұя құрылысын жасау және ұяшаларды тазалау. ЖГ деңгейі шамамен 15-ші күні ең жоғары шарына жетеді; осы жастағы жұмысшылар күзетшілікке тұрады, колониядан өлген бал араларын шығарып тастайды және ұяны салқындату үшін колонияның кіреберісінде желдеткішпен желдетеді. Күзетші бал араларының агрессивтілігі олардың қанындағы ЖГ деңгейімен байланысты. Күзетшілердің ЖГ деңгейі жоғары болғанымен, олардың жұмыртқалықтары салыстырмалы түрде жетілмеген. Алайда, ЖГ азық іздеуді белсендірмейді. Оның орнына, ол бал араларының азық жинаушыларға айналу қарқынын бақылауға қатысады. Вителлогениннің деңгейі ересек өмірдің басында жоғары болады және бірте-бірте төмендейді. ЖГ-ның жұмысшы және патшайым касталарын даму кезеңінде ажыратуға қатысы бар екені белгілі. ЖГ мен вителлогенин арасындағы ерекше теріс байланыс патшайымның ұзақ өмір сүруін түсіну үшін маңызды болуы мүмкін.
Лепидоптерлерде
Көптеген көбелек және моль түрлерінде JH әйелдердің жыныстық феромонын өндіруі және бөліп шығаруы үшін қажет. Митимна унипункта (нағыз әскер құрт молі) және Агротис ипсилон (қара кескіш молі) түрлерінде жүргізілген тәжірибелер, JH-ны бөліп шығаратын корпус аллатаны алып тастау жыныстық феромонның толық бөлінуін тоқтататынын көрсетті. Бұдан әрі, JH жұмыртқалықтың дамуы үшін маңызды. Қара кескіш құртта JH еркектерде де феромонға сезімталдық үшін қажет екені анықталды. Сонымен қатар, JH жыныстық қатынас кезінде Heliothis virescens аталығынан аналығына берілетіні көрсетілді.
Инсектицид ретінде қолдану
Жас гормонның синтетикалық аналогтары инсектицид ретінде қолданылады, личинкалардың ересек жәндіктерге дамуына кедерес келтіреді. Жас гормонын синтездеу қымбатқа соғады және ол жарықта тұрақсыз. Жас гормонының жоғары деңгейінде личинкалар молдауға болады, бірақ нәтижесінде үлкен личинка ғана пайда болады, ересек жәндік емес. Осылайша жәндіктің өрбу циклі тоқтатылады. Жас гормонының бір аналогы – метопрен, Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы (ДДСҰ) оның өте төмен уыттылығына байланысты (ешкілерде LD50 > 35 000 мг/кг) маса личинкаларын жою үшін ішу суы сақталатын резервуарларда қолдануға бекіткен.
Реттеу
Жас гормон жәндіктердің дене мүшелерінде түзіледі. JH гемолимфа арқылы таралып, сезімтал тіндерге әсер етеді. JH негізінен жас гормон эстеразасы (JHE) немесе жас гормон эпоксид гидролазасы (JHEH) ферменттерімен ыдырайды. JHE және JHEH екеуі де JH сигналдау және жауап беруді басуға алып келеді. JH-қа сезімтал тіндер осы ферменттердің бірін немесе екеуін де өндіре алады. JH ересек еркектердің қосымша бездерін жандандырады, бездердің өсуіне және қосымша без секрециясының өндірілуіне көмектеседі. Әйелдердің жұмыртқа жасушаларындағы сарыуыз түзілуі (вителлогенез) де JH әсерімен жандандырылады. JH сонымен қатар екі жыныстың да көбелек мінез-құлқын реттеуге қатысады.
Метаболизм
Жасөспірімдер гормонының активтілігі екі фермент арқылы жойылады. JH эстразасы метил эфирін кесіп, JH қышқылын түзеді. JH қышқылына JH эпоксид гидролазасы әсер етеді, ол эпоксид тобын диолға айналдырады. Кесілу реті жәндік түріне байланысты. Lepidoptera-да рет осылай: эфирдің кесілуі эпоксидті гидратациялауға дейін жүреді. Кез келгені гормонның активтілігін тоқтатуға жеткілікті. Екі ферменттің де түзілген өнімі – JH диол қышқылы, оған JH диол киназасы әсер етіп, экскрецияға арналған ерігіштігін арттырады.
Биосинтез
ЖЖ биосинтезі жануарлардағы холестерин биосинтезіне ұқсас. Лепидоптерада кездесетін гомоизопреноид ЖЖ биосинтезі, басқа жәндіктерде кездесетін ЖЖ III, ЖЖ III бисепоксиді және метилфарнезоат изопреноидтарынан едәуір өзгеше. Холестерин биосинтезі жануарларда толыққанды зерттелген. Барлық қадамдар цитозолда жүреді. Бастапқы материал – цитрат, ол митохондрияда метаболизмдік отынның деңгейі жоғары болғанда экспортталады. АТФ цитрат лиазасының әсерімен АТФ және КоАШ субстраттары ретінде ацетил-КоА, АДФ, СО2 және оксалоацетатқа айналады. 3 ацетил-КоА тиолазаның цитозолдық изоформалары және 3-гидрокси-3-метилглютарил-КоА синтетазасы арқылы HMG-КоА-ға айналады. Содан кейін HMG-КоА, холестерин биосинтезінің шектеуші ферменті HMG-КоА редуктаза арқылы NADPH-қа дейін мевалонатқа дейін тотығып кетеді. Бұл ферменттің 8 спиральдік домендері бар, олар ER-дің Голги мембранасына бекітілген; каталитикалық домен цитозолда орналасқан. Оны статиндар күшті түрде тежейді, бұл бір кезде әлемдегі ең көп сатылатын дәрілер тобы болған, қалыпты зат алмасу өнімдеріне негізделген препараттар. Мевалонат 3 киназалардың тізбегімен әрекеттесіп, өте тұрақсыз 1,2-дифосфомевалонат 3-фосфатын береді, оған лиаза әрекет етеді, нәтижесінде фосфат, СО2 және изопентенилдифосфат түзіледі. Изопентенилдифосфат изомераза соңғысын аздап тұрақсыз диметилалилдифосфатқа айналдырады. Фарнезилдифосфат синтетазасы бір DMAPP және екі IPP-ні алып, C15 метаболиті фарнезилдифосфатын түзеті. Барлық изопреноидтардың әмбебап прекурсоры IPP-ден холестериннің түзілуіне көптеген қосымша қадамдар қажет. ЖЖ III биосинтезі IPP-ден FPP-ге дейін холестериннің биосинтезімен сәйкес келеді, бірақ цитраттың немесе басқа метаболиттердің митохондриядан цитозолға экспортталуы немесе ацетил-КоА түзілуі туралы зерттеулер жоқ сияқты. Бұл жолдың ферменттері алғаш рет гомоизопреноидты және изопреноидты (ЖЖIII) ЖЖ-лерді өндіретін *Manduca sexta*-да зерттелді. Өте ертеде пропионаттың *M. sexta* corpora allata-сының жасушасыз экстракттерінде ЖЖ II және ЖЖ I-ге өте тиімді қосылатыны көрсетілді. Мевалонат және ацетат та *M. sexta*-дан ЖЖ I, II, ЖЖ III-ке қосылады, бірақ пропионатқа қарағанда әлдеқайда аз тиімді. Бейкер ацетил және пропионил-КоА-мен инкубацияланған бірдей фермент көзінен 3-гидрокси-3-этилглютарат және 3-гидрокси-3-метилглютаратты анықтады. Ли және авторлар тобы ферменттердің осы көзі мевалонатты және оның 3-этил гомологы гомомевалонатты тиімді өндіретінін көрсетті. Берго бұл ферменттер өндіретін мевалонат пен гомомевалонаттың омыртқалы жануарлар ферменттерімен бірдей 3S оптикалық изомер конфигурациясына ие екенін көрсетті. Бейкер изопентенилдифосфаттың және оның гомологы 3-этилбутенилдифосфаттың (гомоизопентенилдифосфат) сәйкес аллильді дифосфаттарына, DMAPP және гомоDMAPP (3-этил-3-метилалилдифосфат) метаболизденетінін көрсетті. Соңғысы ЖЖ I, ЖЖ II және 4-метилЖЖ I биосинтезі үшін қажет. ЖЖ I және 4-метилЖЖ I биосинтезі үшін 2 бірлік гомоDMAPP, ал ЖЖ II биосинтезі үшін 1 бірлік қажет. Көміртек қаңқасының барлық бөлігі IPP-ден алынған. Содан кейін пренилтрансфераза/фарнезилдифосфат синтетаза ферменті IPP-ні байланыстырып, дифосфатты алып тастайды, нәтижесінде аллиль карбокатионы түзіледі, одан кейін оны IPP-ге қосып геранилдифосфатты (C10) береді. Содан кейін ол геранилдифосфатқа да осылай істейді, нәтижесінде фарнезилдифосфат (C15) түзіледі. Бұл реакция екі молекуланың карбокатион арқылы қосылуын қамтитын жалғыз белгілі ферменттік реакция болып көрінеді. Бос электрон жұбы IPP-нің екі байланысына қосылады, сонымен қатар IPP изомерлендіріледі, нәтижесінде аллильді дифосфат түзіледі. Осылайша, изопреноид жолының бұл бөлігі холестеринмен бірдей, тек жәндіктерге тән гомоизопреноидты бірліктерден басқа. NAD+-тәуелді фарнезолдегидрогеназа, жасөспірімдер гормондарының синтезіне қатысатын аллата корпусы ферменті, ферменттердің осы көзінен мевалонатты және оның 3-этил гомологы гомомевалонатты тиімді өндіретінін көрсетті. Жәндіктердің аллата корпусының жасушасыз экстракттарынан алынған гомомевалонат пен 3-гидрокси-3-этилглютарил және 3-гидрокси-3-метилглютарил коферментінің абсолютті конфигурациясы. Диастереомерлік туындылардың сұйық хроматографиялық элюция тәртібіне негізделген абсолютті стереохимияны болжау туралы ескерту. Бұл ферменттер өндіретін мевалонат пен гомомевалонат омыртқалы жануарлар ферменттерімен бірдей 3S оптикалық изомер конфигурациясына ие екенін және масаларда да кездесетінін көрсетті. ЖЖ биосинтезінің келесі қадамдары әр түрлі топтарда әртүрлі. Лепидоптерада және масаларда фарнезой...