Основни механизми на действие на хормоните. Мембранно-вътреклетъчен механизъм на действие на хормоните

Има три възможни вариантимеханизъм на действие на хормоните.

Мембранен или локален механизъм- се крие във факта, че хормонът на мястото на свързване със клетъчната мембранапроменя своята пропускливост към метаболити, например глюкоза, аминокиселини и някои йони. Снабдяването с глюкоза и аминокиселини от своя страна оказва влияние биохимични процесив клетката и промяната на разпределението на йони от двете страни на мембраната засяга електрическия потенциал и функцията на клетките. Мембранният тип хормонално действие рядко се среща в изолирана форма. Например инсулинът има и двете мембрани (причини локални променитранспорт на йони, глюкоза и аминокиселини) и мембранно-вътреклетъчен тип действие.

Мембранно-вътреклетъченвидът на действие (или непряко) е характерен за хормони, които не проникват в клетката и следователно влияят върху метаболизма чрез вътреклетъчен химически пратеник, който е оторизираният представител на хормона вътре в клетката. Хормонът чрез мембранни рецептори влияе върху функцията на сигналните системи (обикновено ензими), които задействат образуването или навлизането на вътреклетъчни медиатори. А последните от своя страна влияят върху активността и количеството различни ензимии по този начин променят метаболизма в клетката.

Цитозолен механизъмдействието е характерно за липофилните хормони, които са в състояние да проникнат през липидния слой на мембраната в клетката, където влизат в комплекс с цитозолни рецептори. Този комплекс регулира броя на ензимите в клетката, като селективно влияе върху активността на гените на ядрената хромозома и по този начин променя метаболизма и функциите на клетката. Този тип хормонално действие се нарича директно, за разлика от мембранно-вътреклетъчното действие, когато хормонът регулира метаболизма само индиректно, чрез вътреклетъчни посредници.

Хормони на щитовидната и паращитовидните жлези

Хормони щитовидната жлеза

Щитовидна жлезасекретира две групи хормони със различно влияниевърху метаболизма. Първата група са йодотиронините: тироксин и трийодтиронин. Тези хормони регулират енергийния метаболизъм и влияят на деленето и диференциацията на клетките, определяйки развитието на тялото. Йодтиронините действат върху много тъкани на тялото, но в в най-голяма степенвърху тъканите на черния дроб, сърцето, бъбреците, скелетни мускулии в по-малка степен върху мастната и нервната тъкан.

При хиперфункция на щитовидната жлеза (хипертиреоидизъм) се наблюдава прекомерно образуване на йодтиронини. Характерна особеносттиреотоксикозата е ускорено разграждане на въглехидрати и мазнини (мобилизирани от мастните депа). Бързо изгаряне мастни киселини, глицеролът и продуктите от гликолиза изискват висока консумация на кислород. Митохондриите се увеличават по размер, набъбват и формата им се променя. Поради това тиреотоксикозата понякога се нарича "митохондриална болест". Външно хипертиреоидизмът се проявява като следните симптоми: повишен основен метаболизъм, повишена телесна температура (повишено производство на топлина), загуба на тегло, тежка тахикардия, повишена нервна възбудимост, изпъкнали очи и др. Тези нарушения могат да бъдат облекчени или чрез хирургично отстраняване на част от щитовидната жлеза, или с помощта на лекарства, които инхибират неговата активност.

При хипофункция (хипотиреоидизъм) на щитовидната жлеза има недостиг на йодтиронини. Хипотиреоидизъм в началото детствонаречен кретинизъм или микседем при деца, а при възрастни просто микседем. Кретинизмът се характеризира с изразени физически и умствена изостаналост. Това се обяснява с намаляване на ефекта на йодотиронините върху клетъчното делене и диференциация, което води до бавен и необичаен растеж костна тъкан, нарушена диференциация на неврони. При възрастни микседемът се проявява в намаляване на основния метаболизъм и телесната температура, нарушение на паметта и нарушена кожата(сухота, лющене) и др. В тъканите на тялото се намалява метаболизма на въглехидратите и мазнините и всички енергийни процеси. Хипотиреоидизмът се елиминира чрез лечение с йодотиронинови лекарства.

Втората група включва калциотонин (протеин с молекулно тегло 30 000), той регулира фосфорно-калциев метаболизъм, неговото действие е обсъдено по-долу.

Механизми на действие на хормоните.

Моля, имайте предвид, че механизмът на действие на хормоните зависи от неговия химическа природаи свойства - разтворимост във вода или мазнини. Според механизма на действие хормоните могат да бъдат разделени на две групи: директно и дистантно действие.

1. Хормони пряко действие. Тази група включва липофилни (мастноразтворими) хормони - стероиди и йодтиронини. Тези вещества са слабо разтворими във вода и следователно образуват комплексни съединения с плазмените протеини в кръвта. Тези протеини включват както специфични транспортни протеини (например транскортин, който свързва хормоните на надбъбречната кора), така и неспецифични (албумин).

Директно действащите хормони, поради тяхната липофилност, могат да дифундират през липидния двоен слой на целевите клетъчни мембрани. Рецепторите за тези хормони се намират в цитозола. Полученият комплекс на хормона с рецептора се придвижва до клетъчното ядро, където се свързва с хроматина и засяга ДНК. В резултат на това се променя скоростта на синтеза на РНК върху матрицата на ДНК (транскрипция) и скоростта на образуване на специфични ензимни протеини върху матрицата на РНК (транслация). Това води до промяна в количеството на ензимните протеини в целевите клетки и промяна в тяхната посока химична реакция(вижте Фигура 2).

Фигура 2. Механизмът на влияние на хормоните с директно действие върху клетката.

Както вече знаете, регулирането на протеиновия синтез може да се извърши с помощта на механизми на индукция и репресия.

Индукцията на протеиновия синтез възниква в резултат на стимулиране на синтеза на съответната информационна РНК. В същото време се увеличава концентрацията на определен ензимен протеин в клетката и се увеличава скоростта на катализираните от него химични реакции.

Потискането на протеиновия синтез се осъществява чрез потискане на синтеза на съответната информационна РНК. В резултат на репресията концентрацията на определен ензимен протеин в клетката се намалява селективно и се намалява скоростта на катализираните от него химични реакции. Имайте предвид, че един и същ хормон може да индуцира синтеза на някои протеини и да потисне синтеза на други протеини. Ефектът на директно действащите хормони обикновено се проявява само 2 до 3 часа след проникването им в клетката.

2. Хормони на далечно действие. Хормоните с дистанционно действие включват хидрофилни (водоразтворими) хормони - катехоламини и хормони с протеиново-пептидна природа. Тъй като тези вещества са неразтворими в липиди, те не могат да проникнат през клетъчните мембрани. Рецепторите за тези хормони са разположени на външна повърхност плазмената мембранаприцелни клетки. Дистанционно действащите хормони упражняват ефекта си върху клетката с помощта на вторичен посредник, който най-често е цикличен АМФ (сАМР).

Цикличният AMP се синтезира от АТФ чрез действието на аденилат циклаза:

Механизмът на дистанционно действие на хормоните е показан на фигура 3.

Фигура 3. Механизмът на влияние на дистанционните хормони върху клетката.

Взаимодействието на хормона с неговия специфичен рецептор води до активиране на G протеина на клетъчната мембрана. G протеинът свързва GTP и активира аденилат циклазата.

Активната аденилат циклаза превръща АТФ в сАМР, сАМР активира протеин киназата.

Неактивната протеин киназа е тетрамер, който се състои от две регулаторни (R) и две каталитични (C) субединици. В резултат на взаимодействие с цАМФ, тетрамерът се дисоциира и активният център на ензима се освобождава.

Протеин киназата фосфорилира ензимни протеини, използвайки АТФ, като ги активира или инактивира. В резултат на това скоростта на химичните реакции в целевите клетки се променя (в някои случаи се увеличава, в други намалява).

Инактивирането на сАМР става с участието на ензима фосфодиестераза.

Хормони, секретирани от жлезите вътрешна секреция, се свързват с плазмените транспортни протеини или, в някои случаи, се адсорбират върху кръвните клетки и се доставят до органи и тъкани, засягайки тяхната функция и метаболизъм. Някои органи и тъкани имат много висока чувствителносткъм хормоните, поради което се наричат целеви органиили тъкани -цели.Хормоните засягат буквално всеки аспект от метаболизма, функцията и структурата в тялото.

Според модерни идеи, действието на хормоните се основава на стимулиране или инхибиране на каталитичната функция на определени ензими. Този ефект се постига чрез активиране или инхибиране на съществуващи ензими в клетките чрез ускоряване на техния синтез чрез генно активиране. Хормоните могат да увеличат или намалят пропускливостта на клетъчните и субклетъчните мембрани за ензими и други биологични активни вещества, поради което действието на ензима се улеснява или инхибира. хормон органично тяло желязо

Мембранен механизъм . Хормонът се свързва с клетъчната мембрана и на мястото на свързване променя своята пропускливост за глюкоза, аминокиселини и някои йони. В този случай хормонът действа като ефектор Превозно средствомембрани. Инсулинът има този ефект чрез промяна на транспорта на глюкозата. Но този тип хормонален транспорт рядко се среща в изолирана форма. Инсулинът например има както мембранен, така и мембранно-вътреклетъчен механизъм на действие.

Мембранно-вътреклетъчен механизъм . Хормоните действат според мембранно-вътреклетъчния тип, които не проникват в клетката и следователно влияят на метаболизма чрез вътреклетъчен химичен посредник. Те включват протеиново-пептидни хормони (хормони на хипоталамуса, хипофизната жлеза, панкреаса и паращитовидни жлези, тиреокалцитонин на щитовидната жлеза); производни на аминокиселини (хормони на надбъбречната медула - адреналин и норадреналин, на щитовидната жлеза - тироксин, трийодтиронин).

Вътреклетъчен (цитозолен) механизъм на действие . Характерно е за стероидните хормони (кортикостероиди, полови хормони - андрогени, естрогени и гестагени). Стероидните хормони взаимодействат с рецептори, разположени в цитоплазмата. Полученият комплекс хормон-рецептор се прехвърля в ядрото и действа директно върху генома, като стимулира или инхибира неговата активност, т.е. действа върху синтеза на ДНК, променяйки скоростта на транскрипция и количеството информационна РНК (mRNA). Увеличаването или намаляването на количеството иРНК влияе върху синтеза на протеини по време на транслацията, което води до промени функционална дейностклетки.

Действието на хормоните се основава на стимулиране или инхибиране на каталитичната функция на определени ензими в клетките на целевите органи. Това действие може да се постигне чрез активиране или инхибиране на вече съществуващи ензими. освен това важна роляпринадлежи цикличен аденозин монофосфат(cAMP), който е тук вторичен посредник(ролята на първичния

самият хормон действа като посредник). Възможно е също така да се повиши концентрацията на ензимите чрез ускоряване на биосинтезата им чрез генна активация.

Механизмът на действие на пептидните и стероидните хормони различен. Амини и пептидни хормонине проникват в клетката, а се прикрепят към специфични рецептори в клетъчната мембрана на нейната повърхност. Рецептор, свързан с ензима аденилат циклаза.Комплексът хормон-рецептор активира аденилатциклазата, която разгражда АТФ, за да образува сАМР. Действието на цАМФ се осъществява чрез сложна верига от реакции, водещи до активиране на определени ензими чрез тяхното фосфорилиране, те осъществяват крайния ефект на хормона (фиг. 2.3).

Ориз. 2.4 Механизъм на действие стероидни хормони аз - хормонът навлиза в клетката и се свързва с рецептор в цитоплазмата; II - рецепторът транспортира хормона в ядрото; III - хормонът взаимодейства обратимо с ДНК на хромозомите; IV - хормонът активира гена, върху който се образува информационна РНК (иРНК); V-mRNA напуска ядрото и инициира протеинов синтез (обикновено ензим) върху рибозомите; ензимът реализира крайния хормонален ефект; 1 - клетъчна мембрана, 2 - хормон, 3 - рецептор, 4 - ядрена мембрана, 5 - ДНК, 6 - иРНК, 7 - рибозома, 8 - синтез на протеин (ензим).

Стероидни хормони и TkИ Т 4(тироксин и трийодтиронин) са мастноразтворими, така че проникват през клетъчната мембрана. Хормонът се свързва с рецептор в цитоплазмата. Полученият комплекс хормон-рецептор се транспортира до клетъчното ядро, където влиза в обратимо взаимодействие с ДНК и индуцира синтеза на протеин (ензим) или няколко протеина. Чрез включване на специфични гени в определен участък на ДНК на една от хромозомите се синтезира матрична (информационна) РНК (иРНК), която преминава от ядрото към цитоплазмата, прикрепя се към рибозомите и тук индуцира протеинов синтез (фиг. 2.4).

За разлика от ензим-активиращите пептиди, стероидните хормони предизвикват синтеза на нови ензимни молекули. В това отношение ефектите на стероидните хормони се проявяват много по-бавно от ефектите на пептидните хормони, но обикновено продължават по-дълго.

2.2.5. Класификация на хормоните

Въз основа на функционални критерии те разграничават три групи хормони: 1) хормони, които пряко засягат целевия орган; тези хормони се наричат ефектор 2) хормони, чиято основна функция е регулирането на синтеза и освобождаването на ефекторни хормони;

тези хормони се наричат тропик 3) произведени хормони нервни клеткиИ регулиране на синтеза и освобождаването на хормони на аденохипофизата;Тези хормони се наричат ​​освобождаващи хормони, или либерини, ако стимулират тези процеси, или инхибиторни хормони, статини, ако имат обратен ефект. Тясна връзка между централната нервна система и ендокринна системаосъществявани главно с помощта на тези хормони.

В сложна система хормонална регулацияорганизмите се различават повече или по-малко дълги веригирегулиране. Основна линия на взаимодействие: ЦНС → хипоталамус → хипофизна жлеза → периферна ендокринни жлези. Всички елементи на тази система са комбинирани обратна връзка. Функцията на някои ендокринни жлези не е под регулаторното влияние на хормоните на аденохипофизата (например паращитовидните жлези, панкреаса и др.).

Хормоните, секретирани от жлезите с вътрешна секреция, се свързват с плазмените транспортни протеини или, в някои случаи, се адсорбират върху кръвните клетки и се доставят до органи и тъкани, засягайки тяхната функция и метаболизъм. Някои органи и тъкани имат много висока чувствителност към хормони, поради което се наричат целеви органиили тъкани–цели.Хормоните засягат буквално всеки аспект от метаболизма, функцията и структурата в тялото.

Според съвременните концепции действието на хормоните се основава на стимулиране или инхибиране на каталитичната функция на определени ензими. Този ефект се постига чрез активиране или инхибиране на съществуващи ензими в клетките чрез ускоряване на техния синтез чрез генно активиране. Хормоните могат да увеличат или намалят пропускливостта на клетъчните и субклетъчните мембрани за ензими и други биологично активни вещества, като по този начин улесняват или инхибират действието на ензима.

Разграничават се следните видове механизъм на действие на хормоните: мембранни, мембранно-вътреклетъчни и вътреклетъчни (цитозолни).

Мембранен механизъм . Хормонът се свързва с клетъчната мембрана и на мястото на свързване променя своята пропускливост за глюкоза, аминокиселини и някои йони. В този случай хормонът действа като ефектор на мембранния транспорт. Инсулинът има този ефект чрез промяна на транспорта на глюкозата. Но този тип хормонален транспорт рядко се среща в изолирана форма. Инсулинът например има както мембранен, така и мембранно-вътреклетъчен механизъм на действие.

Мембранно-вътреклетъчен механизъм . Хормоните действат според мембранно-вътреклетъчния тип, които не проникват в клетката и следователно влияят на метаболизма чрез вътреклетъчен химичен посредник. Те включват протеиново-пептидни хормони (хормони на хипоталамуса, хипофизната жлеза, панкреаса и паращитовидните жлези, тирокалцитонин на щитовидната жлеза); производни на аминокиселини (хормони на надбъбречната медула - адреналин и норепинефрин, хормони на щитовидната жлеза - тироксин, трийодтиронин).

Функциите на вътреклетъчни химически пратеници на хормоните се изпълняват от циклични нуклеотиди - циклични 3 ׳ ,5׳ – аденозин монофосфат (cAMP) и цикличен 3 ׳ ,5׳ – гуанозин монофосфат (cGMP), калциеви йони.

Хормоните влияят върху образуването на циклични нуклеотиди: cAMP - чрез аденилат циклаза, cGMP - чрез гуанилат циклаза.

Аденилат циклазата е вградена в клетъчната мембрана и се състои от 3 взаимосвързани части: рецептор (R), представен от набор от мембранни рецептори, разположени извън мембраната, конюгиращ (N), представен от специален N протеин, разположен в липидния слой на мембрана и каталитичен (C), който е ензимен протеин, тоест самата аденилат циклаза, която превръща АТФ (аденозин трифосфат) в сАМР.

Аденилат циклазата работи по следната схема. Веднага след като хормонът се свърже с рецептора (R) и се образува хормон-рецепторен комплекс, се образува N-протеин-GTP (гуанозин трифосфат) комплекс, който активира каталитичната (C) част на аденилатцеклазата. Активирането на аденилат циклазата води до образуването на сАМР вътре в клетката на вътрешната повърхност на мембраната от АТФ.

Дори една молекула от хормона, която се свързва с рецептора, предизвиква работа на аденилатциклазата. В този случай за една молекула свързан хормон вътре в клетката се образуват 10-100 молекули сАМР. Аденилат циклазата остава активна, докато съществува комплексът хормон-рецептор. Гуанилат циклазата действа по подобен начин.

Неактивните протеин кинази се намират в клетъчната цитоплазма. Цикличните нуклеотиди - cAMP и cGMP - активират протеин киназите. Има cAMP-зависими и cGMP-зависими протеин кинази, които се активират от техния цикличен нуклеотид. В зависимост от мембранния рецептор, който свързва определен хормон, се включва или аденилат цеклаза, или гуанилат цеклаза, и съответно се образува или cAMP, или cGMP.

Повечето хормони действат чрез cAMP, а само окситоцинът, тирокалцитонинът, инсулинът и адреналинът действат чрез cGMP.

С помощта на активирани протеин кинази се извършват два вида регулиране на ензимната активност: активиране на съществуващи ензими чрез ковалентна модификация, т.е. фосфолиране; промяна на количеството на ензимния протеин поради промени в скоростта на неговата биосинтеза.

Влиянието на цикличните нуклеотиди върху биохимичните процеси престава под въздействието на специален ензим, фосфодиестераза, който разрушава cAMP и cGMP. Друг ензим, фосфопротеин фосфаза, унищожава резултата от действието на протеин киназата, т.е. отделя фосфорната киселина от ензимните протеини, в резултат на което те стават неактивни.

Има много малко калциеви йони вътре в клетката; има повече извън клетката. Те навлизат от извънклетъчната среда през калциевите канали в мембраната. В клетката калцият взаимодейства с калций-свързващия протеин калмодулин (CM). Този комплекс променя активността на ензимите, което води до промени във физиологичните функции на клетките. Хормоните окситоцин, инсулин и простагландин F 2α действат чрез калциеви йони. По този начин чувствителността на тъканите и органите към хормоните зависи от мембранните рецептори и техният специфичен регулаторен ефект се определя от вътреклетъчен медиатор.

Вътреклетъчен (цитозолен) механизъм на действие . Характерно е за стероидните хормони (кортикостероиди, полови хормони - андрогени, естрогени и гестагени). Стероидните хормони взаимодействат с рецептори, разположени в цитоплазмата. Полученият комплекс хормон-рецептор се прехвърля в ядрото и действа директно върху генома, като стимулира или инхибира неговата активност, т.е. действа върху синтеза на ДНК, променяйки скоростта на транскрипция и количеството информационна РНК (mRNA). Увеличаването или намаляването на количеството иРНК засяга синтеза на протеини по време на транслация, което води до промяна във функционалната активност на клетката.