Механизмът на действие на хормоните. Класификация на хормоните

Хормоните участват в контролирането на метаболизма по следния начин. Поток от информация за състоянието вътрешна средатялото и промените, свързани с външни влияниявлиза нервна система, там отговорният сигнал се обработва и генерира. Той достига до ефекторните органи под формата на нервни импулси по центробежните нерви и индиректно през ендокринната система.

Точката, където се сливат потоците от нервна и ендокринна информация, е хипоталамусът – тук влизат хората нервни импулсиот различни части на мозъка. Те определят производството и секрецията на хормони на хипоталамуса, които от своя страна влияят върху производството на хормони от периферните ендокринни жлези чрез хипофизната жлеза. Хормоните от периферните жлези, по-специално надбъбречната медула, контролират секрецията на хипоталамичните. В крайна сметка съдържанието на хормони в кръвния поток се поддържа според принципа на саморегулацията. Високото ниво на хормона изключва или отслабва образуването му чрез механизъм за отрицателна обратна връзка, ниско нивоподобрява продуктите.

Хормоните действат избирателно върху тъканите, което се дължи на различната чувствителност на тъканите към тях. Най-чувствителни към влияние органи и клетки определен хормон, обикновено наричан целта на хормона (прицелен орган или прицелна клетка).

Концепция за целева тъкан.Прицелната тъкан е тъкан, в която даден хормон предизвиква специфична физиологична (биохимична) реакция Обща реакцияприцелната тъкан определя действието на хормона цяла линияфактори. На първо място, това е локалната концентрация на хормона в близост до целевата тъкан, в зависимост от:

1. скорост на синтез и секреция на хормона;

2. анатомична близост на таргетната тъкан до източника на хормона;

3. константи на свързване на хормона със специфичен протеин-носител (ако има такъв);

4. скоростта на трансформация на неактивната или слабоактивната форма на хормона в активна;

5. скоростта на изчезване на хормона от кръвта в резултат на гниене или екскреция.

Самият тъканен отговор се определя от:

Относителна активност и (или) степен на заетост на специфични рецептори

Състояние на сенсибилизация - десенсибилизация на клетката.

Спецификата на хормоните по отношение на таргетните клетки се дължи на наличието на специфични рецептори.

Всички хормонални рецептори могат да бъдат разделени на 2 вида:

1) локализиран външна повърхностклетъчната мембрана;

2) клетки, разположени в цитоплазмата.

Свойства на рецептора:

Ясна субстратна специфичност;

наситеност;

Афинитет към хормона в границите на биологичните концентрации на хормона;

Обратимост на действието.

В зависимост от това къде в клетката се извършва прехвърлянето на информация, могат да се разграничат следните: опции за действие на хормоните:

1) Мембрана (локална).

2) Мембранно-вътреклетъчен или медииран.

3) Цитоплазмен (директен).

Мембранен типДействието се осъществява на мястото на свързване на хормона с плазмената мембрана и се състои в селективна промяна на нейната пропускливост. Според механизма на действие хормонът в този случай действа като алостеричен ефектор транспортни системимембрани. Например, трансмембранният транспорт на глюкоза се осигурява от действието на инсулин, аминокиселини и някои йони. Обикновено мембранният тип действие се комбинира с мембранно-вътреклетъчното.

Мембранно-вътреклетъчно действиеХормоните се характеризират с това, че хормонът не прониква в клетката, а влияе на обмяната в нея чрез посредник, който е като че ли представител на хормона в клетката - вторичен носител (първичният носител е самият хормон). Цикличните нуклеотиди (cAMP, cGMP) и калциевите йони действат като вторични посланици.

Регулацията е сложен комплексен механизъм, който реагира на различни видовеефекти от промени в метаболизма и поддържане на постоянството на вътрешната среда.

Регулиране чрез cAMP или cGMP. В цитоплазмената мембрана на клетката е вграден ензим аденилат циклаза, състояща се от 3 части – разпознаване(набор от рецептори, разположени на повърхността на мембраната), конюгиране(N-протеин, заемащ липидния двоен слой на мембраната междинно положениемежду рецептора и каталитичната част) и каталитичен(истинският ензимен протеин, чийто активен център е обърнат към вътрешността на клетката). Каталитичният протеин има отделни места за свързване на cAMP и cGMP.

Предаването на информация, чийто източник е хормонът, се извършва по следния начин:

Хормонът се свързва с рецептора;

Комплексът хормон-рецептор взаимодейства с N-протеина, променяйки неговата конфигурация;

Промяната в конфигурацията води до превръщане на GDP (наличен в неактивния протеин) в GTP;

Комплексът протеин-GTP активира самата аденилатциклаза;

Активната аденилат циклаза произвежда cAMP вътре в клетката (ATP ¾® cAMP + H 4 P 2 O 7)

Аденилатциклазата работи, докато съществува комплексът хормон-рецептор, така че една молекула от комплекса успява да образува от 10 до 100 молекули сАМР.

Синтезът на cGMP се задейства по същия начин, с единствената разлика, че комплексът хормон-рецептор активира гуанилат циклазата, която произвежда cGMP от GTP.

Цикличните нуклеотиди активират протеин кинази (cAMP-зависими или cGMP-зависими);

Активираните протеин кинази фосфорилират различни протеини, използвайки АТФ;

Фосфорилирането е придружено от промяна във функционалната активност (активиране или инхибиране) на тези протеини.

Цикличните нуклеотиди (cAMP и cGMP) действат върху различни протеини, така че ефектът зависи от мембранния рецептор, който свързва хормона. Природата на рецептора определя дали активността на cAMP- или cGMP-зависимите ензимни протеини ще бъде променена. Често тези нуклеотиди имат противоположни ефекти. Следователно биохимичните процеси в клетката под въздействието на един хормон могат да бъдат активирани или инхибирани в зависимост от това какви рецептори има клетката. Например, адреналинът може да се свърже с b- и a-рецепторите. Първите включват аденилатциклаза и образуването на cAMP, вторите – гуанилатциклаза и образуването на cGMP. Цикличните нуклеотиди активират различни протеини, така че природата метаболитни променив клетката не зависи от хормона, а от рецепторите, които клетката има.

Ефектът на цикличните нуклеотиди върху метаболизма се спира с помощта на ензими фосфодиестераза.

По този начин процесът, контролиран чрез аденилатциклазната система, зависи от връзката между скоростта на производство на cAMP или cGMP и скоростта на тяхното разграждане.

Механизмът на действие на хормоните, включително аденилатциклазната система, е присъщ на протеинови и полипептидни хормони, както и на катехоламини (адреналин, норепинефрин).

Цитоплазменият механизъм на действие е присъщ на стероидните хормони.

Рецепторите за стероидни хормони се намират в цитоплазмата на клетката. Тези хормони (с липофилни свойства), прониквайки в клетката, взаимодействат с рецепторите, за да образуват хормон-рецепторен комплекс, който след молекулярно пренареждане, водещо до неговото активиране, навлиза в клетъчното ядро, където взаимодейства с хроматина. В този случай се активират гени и впоследствие се развива верига от процеси, придружени от засилен синтез на РНК, включително информационни. Това води до индуциране на съответните ензими по време на процеса на транслация, което води до промяна в скоростта и посоката на метаболитните процеси в клетката.

Така в този случай хормоналният ефект се реализира на нивото на генетичния апарат на клетката-мишена.

Биологичните ефекти на хормоните, засягащи генетичния апарат на клетката, се проявяват главно в влиянието им върху растежа и диференциацията на тъканите и органите.

Смесен типпредаването на информация е характерно за йодтиронините(тиреоидни хормони), които по отношение на липофилните свойства заемат междинна позиция между водоразтворимите и липофилните (стероидни) хормони. Тази група хормони осъществява действието си чрез мембранно-вътреклетъчни и цитозолни механизми.

Първоначално терминът "хормон" означава химични вещества, които се отделят от жлезите с вътрешна секреция в лимфните или кръвоносните съдове, циркулират в кръвта и оказват влияние върху различни органи и тъкани, разположени на значително разстояние от мястото на тяхното образуване. Оказа се обаче, че някои от тези вещества (например норепинефрин), циркулиращи в кръвта като хормони, действат като невротрансмитери, докато други (соматостатин) са едновременно хормони и невротрансмитери. Освен това някои химични вещества се секретират от ендокринните жлези или клетки под формата на прохормони и само в периферията се превръщат в биологично активни хормони (тестостерон, тироксин, ангиотензиноген и др.).

Хормони, в в широк смисълдумите са биологично активни вещества и носители на специфична информация, с помощта на която комуникацията между различни клеткии тъкани, което е необходимо за регулирането на редица функции на тялото. Информацията, съдържаща се в хормоните, достига до своя адресат благодарение на наличието на рецептори, които я превеждат в пострецепторно действие (въздействие), придружено от определен биологичен ефект.

В момента се разграничават следните опции за действие на хормоните:

1) хормонален или хемокринен, т.е. действие на значително разстояние от мястото на образуване;

2) изокринен или локален, когато химическо вещество, синтезирано в една клетка, има ефект върху клетка, разположена в близък контакт с първата, и освобождаването на това вещество се извършва в интерстициалната течност и кръвта;

3) неврокринно или невроендокринно (синаптично и несинаптично) действие, когато хормон, освободен от нервните окончания, изпълнява функцията на невротрансмитер или невромодулатор, т.е. вещество, което променя (обикновено засилва) действието на невротрансмитер;

4) паракрин - вид изокринно действие, но в този случай хормонът, произведен в една клетка, навлиза в междуклетъчната течност и засяга редица клетки, разположени в непосредствена близост;

5) юкстакрин - вид паракринно действие, когато хормонът не навлиза в междуклетъчната течност и сигналът се предава през плазмената мембрана на друга клетка, разположена наблизо;

6) автокринно действие, когато хормон, освободен от клетка, засяга същата клетка, променяйки я функционална дейност;

7) солинокринно действие, когато хормон от една клетка навлиза в лумена на канала и по този начин достига до друга клетка, упражнявайки специфичен ефект върху нея (например някои стомашно-чревни хормони).

Синтезът на протеинови хормони, подобно на други протеини, е под генетичен контрол и типичните клетки на бозайници експресират гени, които кодират между 5 000 и 10 000 различни протеини, а някои силно диференцирани клетки - до 50 000 протеина. Всеки протеинов синтез започва с транспониране на ДНК сегменти, след това транскрипция, посттранскрипционна обработка, транслация, посттранслационна обработка и модификация. Много полипептидни хормони се синтезират под формата на големи прекурсорни прохормони (проинсулин, проглюкагон, проопиомеланокортин и др.). Превръщането на прохормоните в хормони се извършва в апарата на Голджи.

Според химическата си природа хормоните се делят на протеинови, стероидни (или липидни) и аминокиселинни производни.

Протеиновите хормони се делят на пептидни хормони: ACTH, соматотропен хормон (GH), меланоцит-стимулиращ хормон (MSH), пролактин, паратироиден хормон, калцитонин, инсулин, глюкагон и протеидни хормони - глюкопротеини: тиреотропен хормон (TSH), фоликулостимулиращ. хормон (FSH), лутеинизиращ хормон (LH), тиреоглобулин. Хипофизиотропните хормони и хормоните на стомашно-чревния тракт принадлежат към олигопептиди или малки пептиди. Стероидните (липидните) хормони включват кортикостерон, кортизол, алдостерон, прогестерон, естрадиол, естриол, тестостерон, които се секретират от надбъбречната кора и половите жлези. Към тази група спадат и витамин D стероли – калцитриол. Производните на арахидоновата киселина са, както вече беше посочено, простагландини и принадлежат към групата на ейкозаноидите. Адреналинът и норепинефринът, синтезирани в надбъбречната медула и други хромафинови клетки, както и тиреоидните хормони са производни на аминокиселината тирозин. Протеиновите хормони са хидрофилни и могат да се транспортират в кръвта както в свободни, така и в частично свързани с кръвта протеини. Стероидните и тиреоидните хормони са липофилни (хидрофобни), имат ниска разтворимост и по-голямата част от тях циркулират в кръвта в свързано с протеин състояние.

Хормоните осъществяват своето биологично действие, като се свързват с рецептори - информационни молекули, които трансформират хормоналния сигнал в хормонално действие. Повечето хормони взаимодействат с рецептори, разположени върху плазмените мембрани на клетките, докато други хормони взаимодействат с рецептори, локализирани вътреклетъчно, т.е. с цитоплазмени и ядрени.

Протеиновите хормони, растежните фактори, невротрансмитерите, катехоламините и простагландините принадлежат към групата хормони, чиито рецептори са разположени върху плазмените мембрани на клетките. Плазмените рецептори, в зависимост от тяхната структура, се разделят на:

1) рецептори, чийто трансмембранен сегмент се състои от седем фрагмента (бримки);

2) рецептори, чийто трансмембранен сегмент се състои от един фрагмент (контур или верига);

3) рецептори, чийто трансмембранен сегмент се състои от четири фрагмента (бримки).

Хормоните, чийто рецептор се състои от седем трансмембранни фрагмента, включват: ACTH, TSH, FSH, LH, човешки хорионгонадотропин, простагландини, гастрин, холецистокинин, невропептид Y, невромедин К, вазопресин, адреналин (a-1 и 2, b-1 и 2) , ацетилхолин (M1, M2, M3 и M4), серотонин (1A, 1B, 1C, 2), допамин (D1 и D2), ангиотензин, субстанция K, субстанция P или неврокинин типове 1, 2 и 3, тромбин, интерлевкин -8, глюкагон, калцитонин, секретин, соматолиберин, VIP, аденилат циклаза-активиращ пептид на хипофизата, глутамат (MG1 – MG7), аденин.

Втората група включва хормони, които имат един трансмембранен фрагмент: растежен хормон, пролактин, инсулин, соматомамотропин или плацентарен лактоген, IGF-1, нервни растежни фактори или невротрофини, хепатоцитен растежен фактор, предсърден натриуретичен пептид тип А, В и С, онкостатин , еритропоетин, цилиарен невротрофичен фактор, инхибиращ левкемия фактор, фактор на туморна некроза (p75 и p55), неврален растежен фактор, интерферони (a, b и g), епидермален растежен фактор, невродиференциращ фактор, фибробластни растежни фактори, тромбоцитни растежни фактори A и B макрофаги колония-стимулиращ фактор, активин, инхибин, интерлевкини-2, 3, 4, 5, 6 и 7, гранулоцит-макрофаги колония-стимулиращ фактор, гранулоцит колония-стимулиращ фактор, липопротеин с ниска плътност, трансферин, IGF-2, урокиназен плазминогенен активатор.

Хормоните от третата група, чийто рецептор има четири трансмембранни фрагмента, включват ацетилхолин (никотинов мускул и нерв), серотонин, глицин, g-аминомаслена киселина.

Мембранните рецептори са неразделни компоненти на плазмените мембрани. Връзката на хормона със съответния рецептор се характеризира с висок афинитет, т.е. висока степен на рецепторен афинитет към този хормон.

Биологичният ефект на хормоните, които взаимодействат с рецептори, локализирани върху плазмената мембрана, се осъществява с участието на „втори пратеник“ или предавател.

В зависимост от това какво вещество изпълнява функцията си, хормоните могат да бъдат разделени на следните групи:

1) хормони, които имат биологичен ефект с участието на цикличен аденозин монофосфат (cAMP);

2) хормони, които осъществяват своето действие с участието на цикличен гуанидин монофосфат (cGMP);

3) хормони, които медиират своето действие с участието на йонизиран калций или фосфатидилинозитиди (инозитол трифосфат и диацилглицерол) или и двете съединения като вътреклетъчен втори посредник;

4) хормони, които упражняват своя ефект чрез стимулиране на каскада от кинази и фосфатази.

Механизмите, участващи в образуването на вторични посланици, действат чрез активиране на аденилат циклаза, гуанилат циклаза, фосфолипаза С, фосфолипаза А2, тирозин кинази, Ca2+ канали и др.

Кортиколиберин, соматолиберин, VIP, глюкагон, вазопресин, LH, FSH, TSH, човешки хорионгонадотропин, ACTH, паратиреоиден хормон, простагландини тип E, D и I, b-адренергичните катехоламини имат хормонален ефект чрез активиране на рецептора чрез стимулиране на системата аденилат циклаза - сАМР. В същото време друга група хормони, като соматостатин, ангиотензин II, ацетилхолин (мускаринов ефект), допамин, опиоиди и a2-адренергични катехоламини, инхибират системата аденилат циклаза-сАМР.

Системата фосфолипаза С и инозитол трифосфатът участват в образуването на вторични посредници за хормони като гонадолиберин, тиротропин-освобождаващ хормон, допамин, тромбоксан А2, ендопероксиди, левкотриени, агиотензин II, ендотелин, паратироиден хормон, невропептид Y, a1-адренергични катехоламини , ацетилхолин, брадикинин, вазопресин, Ca2+-зависима протеин киназа С. Инсулинът, факторът, стимулиращ колонията на макрофагите, факторът на растежа, произхождащ от тромбоцитите, медиират действието си чрез тирозин киназа, а предсърдният натриуретичен хормон, хистамин, ацетилхолин, брадикинин, фактор, произхождащ от ендотел или азотен оксид, който от своя страна участва в медиирането на вазодилататорния ефект на брадикинина и ацетилхолин чрез гуанилат циклаза. Трябва да се отбележи, че разделянето на хормоните според принципа на активиране на системи или един или друг вторичен пратеник е произволно, тъй като много хормони, след взаимодействие с рецептора, едновременно активират няколко вторични пратеника.

Повечето хормони, които взаимодействат с плазмени рецептори, които имат 7 трансмембранни фрагмента, активират вторични посредници чрез свързване с гуанилатни нуклеотидни протеини или G-протеини или регулаторни протеини (G-протеини), които са хетеротримерни протеини, състоящи се от a-, b-, g- подединици . Идентифицирани са повече от 16 гена, кодиращи a-субединица и няколко гена за b- и g-субединица. Различните видове a-субединици имат различни ефекти. По този начин, a-s-субединица инхибира аденилатциклаза и Са2+ канали, a-q-субединица инхибира фосфолипаза С, a-i-субединица инхибира аденилатциклаза и Са2+ канали и стимулира фосфолипаза С, К+ канали и фосфодиестераза; b-субединицата стимулира фосфолипаза С, аденилатциклаза и Ca2+ канали, а g-субединица стимулира K+ канали, фосфодиестераза и инхибира аденилатциклазата. Точната функция на други субединици на регулаторните протеини все още не е установена.

Хормоните, които се комплексират с рецептор, който има един трансмембранен фрагмент, активират вътреклетъчните ензими (тирозин киназа, гуанилат циклаза, серин-треонин киназа, тирозин фосфатаза). Хормоните, чиито рецептори имат 4 трансмембранни фрагмента, предават хормоналния сигнал през йонни канали.

Проучване последните годиниДоказано е, че вторичните посланици не са просто едно от изброените съединения, а многостепенна (каскадна) система, чийто краен субстрат (субстанция) може да бъде едно или повече биологично активни съединения. По този начин, хормони, които взаимодействат с рецептори, които имат 7 трансмембранни фрагмента и активират G протеин, след това стимулират аденилат циклаза, фосфолипаза или и двата ензима, което води до образуването на няколко вторични посланика: cAMP, инозитол трифосфат и диацилглицерол. Към днешна дата тази група е представена от най-голям брой (повече от 100) рецептори, които включват пептидергични, допаминергични, адренергични, холинергични, серотонинергични и други рецептори. В тези рецептори 3 извънклетъчни фрагмента (примки) са отговорни за разпознаването и свързването на хормона, 3 вътреклетъчни фрагмента (примки) свързват G протеина. Трансмембранните (интрамембранните) домени са хидрофобни, а екстра- и вътреклетъчните фрагменти (бримки) са хидрофилни. С-терминалният цитоплазмен край на рецепторната полипептидна верига съдържа области, където под въздействието на активирани G-протеини се извършва фосфорилиране, характеризиращо активното състояние на рецептора с едновременното образуване на вторични посланици: сАМР, инозитол трифосфат и диацилглицерол.

Взаимодействието на хормона с рецептора, който има един трансмембранен фрагмент, води до активиране на ензими (тирозин киназа, фосфат-тирозин фосфатаза и др.), Които фосфорилират тирозинови остатъци върху протеинови молекули.

Комплексирането на хормона с рецептор, принадлежащ към третата група и имащ 4 трансмембранни фрагмента, води до активиране на йонни канали и навлизане на йони, което от своя страна или стимулира (активира) серин-треонин кинази, които медиират фосфорилирането на определени участъци от протеина или води до деполяризация на мембраната. Предаването на сигнал по който и да е от изброените механизми е придружено от ефекти, характерни за действието на отделните хормони.

Историята на изследването на вторичните месинджъри започва с изследванията на Sutherland et al., (1959), които показват, че разграждането на чернодробния гликоген под въздействието на глюкагон и адреналин става чрез стимулиращия ефект на тези хормони върху активността на клетката. мембранен ензим аденилат циклаза, който катализира превръщането на вътреклетъчния аденозин трифосфат (АТФ) в сАМР (Схема 1).

Схема 1. Превръщане на АТФ в сАМР.

Самата аденилат циклаза е гликопротеин с молекулно тегло около 150 000 kDa. Аденилатциклазата участва с Mg2+ йони в образуването на cAMP, чиято концентрация в клетката е около 0,01-1 μg mol/l, докато съдържанието на АТФ в клетката достига ниво до 1 μg mol/l.

Образуването на сАМР става с помощта на аденилатциклазната система, която е един от компонентите на рецептора. Взаимодействието на хормона с рецептора от първата група (рецептори със 7 трансмембранни фрагмента) включва най-малко 3 последователни етапа: 1) активиране на рецептора, 2) предаване на хормоналния сигнал и 3) клетъчно действие.

Първият етап или ниво е взаимодействието на хормона (лиганда) с рецептора, което се осъществява чрез йонни и водородни връзки и хидрофобни съединения, включващи най-малко 3 мембранни молекули на G-протеина или регулаторния протеин, състоящ се от -, b- и g- субединици. Това от своя страна активира мембранно свързани ензими (фосфолипаза С, аденилат циклаза) с последващо образуване на 3 вторични посредника: инозитол трифосфат, диацилглицерол и сАМР.

Аденилатциклазната рецепторна система се състои от 3 компонента: самият рецептор (стимулиращи и инхибиторни части), регулаторен протеин с неговите a-, b- и g-субединици и каталитична субединица (самата аденилатциклаза), които са в нормалните ( т.е. нестимулирано) състояние са отделени един от друг (Схема 2). Рецепторът (и двете му части - стимулираща и инхибиторна) е разположен на външната, а регулаторната единица е разположена на вътрешната повърхност на плазмената мембрана. Регулаторната единица или G протеин се свързва от гуанозин дифосфат (GDP) в отсъствието на хормон. Комплексообразуването на хормона с рецептора причинява дисоциация на комплекса G-протеин-GDP и взаимодействието на G-протеина, а именно неговата a-субединица с гуанозин трифосфат (GTP) и едновременното образуване на комплекса b/g-субединица, което може да причини определени биологични ефекти. Комплексът GTP-a-субединица, както вече беше отбелязано, активира аденилат циклазата и последващото образуване на сАМР. Последният активира протеин киназа А със съответно фосфорилиране на различни протеини, което също се проявява в определен биологичен ефект. В допълнение, активираният комплекс GTP-a-субединица в някои случаи регулира стимулирането на фосфолипаза С, cGMP, фосфодиестераза, Ca2+ и K+ канали и има инхибиторен ефект върху Ca2+ каналите и аденилатциклазата.

Схема 2. Механизмът на действие на протеиновите хормони чрез активиране на сАМР (пояснения в текста).

RS – стимулиращ хормон свързващ рецептор

St - стимулиращ хормон,

Ru – инхибиторен хормон свързващ рецептор

Ug е инхибиторен хормон

Ac - аденилат циклаза,

Gy – протеин, потискащ хормоните,

Gc е хормон-стимулиращ протеин.

Следователно ролята на хормона е да замени комплекса G-протеин-GDP с комплекса G-протеин-GTP. Последният активира каталитичната субединица, превръщайки я в състояние с висок афинитет към ATP-Mg2+ комплекса, който бързо се превръща в cAMP. Едновременно с активирането на аденилатциклазата и образуването на сАМР, комплексът G протеин-GTP причинява дисоциация на хормоналния рецепторен комплекс чрез намаляване на афинитета на рецептора към хормона.

Полученият сАМР на свой ред активира сАМР-зависими протеин кинази. Те са ензими, които извършват фосфорилиране на съответните протеини, т.е. прехвърляне на фосфатна група от АТФ към хидроксилната група на серин, треонин или тирозин, включени в протеиновата молекула. Протеините, фосфорилирани по този начин, директно осъществяват биологичния ефект на хормона.

Вече е установено, че регулаторните протеини са представени от повече от 50 различни протеини, способни да се комплексират с GTP, които се разделят на G-протеини с малко молекулно тегло (20-25 kDa) и високомолекулни G-протеини, състоящи се от 3 субединици (a - c молекулно тегло 39-46 kDa; b – 37 kDa и g-субединица – 8 kDa). А-субединицата по същество е GTPase, която хидролизира GTP в GDP и свободен неорганичен фосфат. B- и g-субединиците участват в образуването на активния комплекс след взаимодействието на лиганда със съответния рецептор. Чрез освобождаване на GDP в местата на неговото свързване, a-субединица причинява дисоциация и дезактивиране на активния комплекс, тъй като многократното свързване на a-субединица - GDP с b- и g-субединици връща аденилатциклазната система към първоначалното състояние. Установено е, че а-субединицата на G-протеина в различни тъкани е представена от 8, b-4 и g-6 форми. Дисоциацията на G-протеинови субединици в клетъчната мембрана може да доведе до едновременно образуване и взаимодействие на различни сигнали, които имат биологични ефекти с различна сила и качество в края на системата.

Самата аденилат циклаза е гликопротеин с молекулно тегло 115–150 kDa. В различни тъкани са идентифицирани 6 изоформи, които взаимодействат с a-, b- и g-субединици, както и с Ca2+ калмодулин. В някои типове рецептори, в допълнение към регулаторните стимулиращи (GS) и регулаторните инхибиторни (I) протеини, е идентифициран допълнителен протеин, трансдуцин.

Ролята на регулаторните протеини в предаването на хормонални сигнали е голяма; структурата на тези протеини се сравнява с „касета“, а разнообразието на отговора е свързано с високата мобилност на регулаторния протеин. По този начин някои хормони могат да се активират едновременно различни степеникакто Gs, така и Gi. Освен това взаимодействието на някои хормони с рецепторни регулаторни протеини предизвиква експресията на съответните протеини, които регулират нивото и степента на хормоналния отговор. Активирането, както е показано по-горе, на регулаторните протеини е следствие от тяхната дисоциация от хормоналния рецепторен комплекс. В някои рецепторни системи това взаимодействие включва до 20 или повече регулаторни протеини, които освен че стимулират образуването на cAMP, едновременно активират калциеви канали.

Определен брой рецептори, които принадлежат към първата група, имащи 7 трансмембранни фрагмента, медиират своето действие от вторични посредници, свързани с производни на фосфатидилинозитол: инозитол трифосфат и диацилглицерол. Инозитол трифосфатът контролира клетъчните процеси чрез генериране на вътреклетъчен калций. Тази система за съобщения може да се активира по два начина, а именно чрез регулаторен протеин или фосфотирозинови протеини. И в двата случая допълнително се активира фосфолипаза С, която хидролизира полифосфоинозидната система. Тази система, както е посочено по-горе, включва два вътреклетъчни вторични посредника, които се образуват от мембранен полифосфоинозид, наречен фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (PIF2). Комплексообразуването на хормона с рецептора предизвиква хидролиза на PIF2 фосфорилазата, в резултат на което се образуват посочените месинджъри - инозитол трифосфат (IP3) и диацилглицерол. IP3 насърчава повишаване на нивото на вътреклетъчния калций, главно поради мобилизирането на последния от ендоплазмения ретикулум, където се локализира в така наречените калциозоми, и след това поради навлизането на извънклетъчен калций в клетката. Диацилглицеролът от своя страна активира специфични протеин кинази и по-специално протеин киназа С. Последната фосфорилира определени ензими, отговорни за крайния биологичен ефект. Възможно е разрушаването на FIF2, заедно с освобождаването на два месинджъра и увеличаването на съдържанието на вътреклетъчен калций, също да индуцира образуването на простагландини, които са потенциални стимулатори на сАМР.

Тази система медиира действието на хормони като хистамин, серотонин, простагландини, вазопресин, холецистокинин, соматолиберин, тиротропин-освобождаващ хормон, окситоцин, паратироиден хормон, невропептид Y, субстанция Р, ангиотензин II, катехоламини, действащи чрез α1-адренергични рецептори и др.

Ензимната група фосфолипаза С включва до 16 изоформи, които от своя страна се разделят на b-, g- и d-фосфолипаза С. Доказано е, че b-фосфолипаза С взаимодейства с регулаторни протеини, а g-фосфолипаза С с тирозин кинази .

Инозитол трифосфатът действа чрез собствените си специфични тетрамерни рецептори с молекулно тегло 4x313 kDa. След комплексиране с такъв рецептор са идентифицирани така наречените „големи“ инозитол трифосфатни рецептори или рианодинови рецептори, които също принадлежат към тетрамерите и имат молекулно тегло 4x565 kDa. Възможно е вътреклетъчните калциеви канали на рианодиновите рецептори да се регулират от нов втори посредник, cADP-рибоза (L. Meszaros et al., 1993). Образуването на този месинджър се медиира от cGMP и азотен оксид (NO), който активира цитоплазмената гуанилат циклаза. По този начин азотният оксид може да представлява един от елементите в предаването на хормонално действие с участието на калциеви йони.

Както е известно, калцият се намира вътре в клетката в свързано с протеин състояние и в свободна формав извънклетъчната течност. Идентифицирани са вътреклетъчни калций-свързващи протеини като калретикулин и калсеквестрин. Вътреклетъчният свободен калций, който действа като втори носител, идва от извънклетъчната течност през калциевите канали в клетъчната плазмена мембрана или се освобождава вътреклетъчно от свързване с протеини. Вътреклетъчният свободен калций засяга съответните фосфорилаза кинази само когато е свързан с вътреклетъчния протеин калмодулин (Схема 3).

Схема 3. Механизмът на действие на протеиновите хормони чрез СА2+ (пояснения в текста) Р – рецептор; G – хормон; Ca+протеинът е вътреклетъчен калций в свързана с протеини форма.

Калмодулин, рецепторен протеин с висок афинитет към калция, се състои от 148 аминокиселинни остатъка и присъства във всички ядрени клетки. Молекулното му тегло (mol.m.) е 17 000 kDa, всяка молекула има 4 рецептора за свързване на калций.

В състояние на функционален покой концентрацията на свободен калций в извънклетъчната течност е по-висока, отколкото вътре в клетката, поради функционирането на калциевата помпа (ATPase) и транспорта на калций от клетката към междуклетъчната течност. През този период калмодулинът е в неактивна форма. Комплексообразуването на хормона с рецептора води до повишаване на вътреклетъчното ниво на свободен калций, който се свързва с калмодулин, превръща го в активна форма и засяга чувствителните към калций протеини или ензими, отговорни за съответния биологичен ефект на хормона.

След това повишеното ниво на вътреклетъчен калций стимулира калциевата помпа, която "изпомпва" свободния калций в междуклетъчната течност, намалява нивото му в клетката, в резултат на което калмодулинът става неактивен и в клетката се възстановява състоянието на функционален покой. Калмодулин също така засяга аденилат циклаза, гуанилат циклаза, фосфодиестераза, фосфорилаза киназа, миозин киназа, фосфолипаза А2, Са2+- и Mg2+-АТФаза, стимулира освобождаването на невротрансмитери, фосфорилиране на мембранни протеини. Променяйки калциевия транспорт, нивото и активността на цикличните нуклеотиди и индиректно метаболизма на гликогена, калмодулин участва в секреторните и други функционални процеси, протичащи в клетката. Той е динамичен компонент на митотичния апарат, регулира полимеризацията на микротубулно-вилозната система, синтеза на актомиозин и активирането на мембраните на калциевата „помпа“. Калмодулин - аналог мускулен протеинтропонин С, който чрез свързване на калций образува комплекс от актин и миозин и също така активира миозиновата АТФаза, която е необходима за многократното взаимодействие на актин и миозин.

Комплексът Ca2+-калмодулин активира Ca2+-калмодулин-зависимата протеин киназа, която играе важна роля в предаването на нервни сигнали (синтез и освобождаване на невротрансмитери), в стимулирането или инхибирането на фосфолипаза А2 и активира специфична серин-треонин протеин фосфатаза наречен калциневрин, който медиира действието на Т-клетъчния рецептор в Т-лимфоцитите.

Калмодулин-зависимите протеин кинази се разделят на две групи: многофункционални, които са добре характеризирани, и специфични или „специални“. Първата група включва такива като протеин киназа А, която медиира фосфорилирането на много вътреклетъчни протеини. Протеиновите кинази със „специално предназначение“ фосфорилират някои субстрати, като киназата на леката верига на миозина, киназата на фосфорилазата и др.

Протеин киназа С е представена от няколко изоформи (мол. тегло от 67 до 83 kDa), които са кодирани от 10 различни гена. Класическата протеин киназа С включва 4 различни изоформи (a-, b1-, b2- и g-изоформи); 4 други протеинови изоформи (делта, - епсилон, - pi и омега) и 2 нетипични протеинови форми.

Класическите протеин кинази се активират от калций и диацилглицерол, новите протеин кинази от диацилглицерол и форболови естери, а една от атипичните протеин кинази не реагира на нито един от тези активатори, но изисква присъствието на фосфатидилсерин за своята активност.

По-горе беше отбелязано, че хормоните, чиито рецептори имат 7 трансмембранни фрагмента, след образуването на хормон-рецепторния комплекс се свързват с G-протеини, които имат малко молекулно тегло (20-25 kDa) и изпълняват различна функция. Протеините, които взаимодействат с рецепторната тирозин киназа, се наричат ​​ras протеини, а протеините, участващи в транспорта на везикули, се наричат ​​rab протеини. Активираната форма е G протеин в комплекс с GTP; неактивната форма на ras протеина е следствие от комплексирането му с GDP. Протеинът, освобождаващ гуанин нуклеотид, участва в активирането на ras протеина, а процесът на инактивиране се осъществява чрез хидролиза на GTP под влияние на GTPase. Активирането на ras протеина, от своя страна, чрез фосфолипаза С стимулира образуването на вторични посредници: инозитол трифосфат и диацилглицерол. Ras протеините са описани за първи път като онкогени (A.G. Gilman, 1987), тъй като повишената експресия или мутация на тези протеини е открита в злокачествени неоплазми. Обикновено ras протеините участват в различни регулаторни процеси, включително растеж.

Някои протеинови хормони (инсулин, IGF I и др.) извършват първоначалното си действие на активиране на рецептора чрез хормон-чувствителна тирозин киназа. Свързването на хормона с рецептора води до конформационни промени или димеризация, което причинява активиране на тирозин киназата и последващо автофосфорилиране на рецептора. След взаимодействието на хормоналния рецептор, автофосфорилирането повишава както активността на тирозин киназата в другия димер, така и фосфорилирането на вътреклетъчните субстрати. Рецепторната тирозин киназа е алостеричен ензим, в който извънклетъчният домен е регулаторната субединица, а вътреклетъчният (цитоплазмен) домен е каталитичната субединица. Активирането или фосфорилирането на тирозин киназата се осъществява чрез свързване към адаптер или SH2 протеин, състоящ се от два SH2 домена и един SH3 домен. SH2 домейните свързват специфични рецепторни тирозин киназа фосфотирозини, а SH3 домейните свързват ензими или сигнални молекули. Фосфорилираните протеини (фосфотирозини) са скъсени с 4 аминокиселини, което определя тяхното специфично свързване с висок афинитет към SH2 домейни.

Комплекси (фосфотирозинови пептиди – SH2 домени) определят селективността на трансмисията на хормоналния сигнал. Крайният ефект от предаването на хормоналния сигнал зависи от две реакции - фосфорилиране и дефосфорилиране. Първата реакция е под контрола на различни тирозин кинази, втората - фосфотирозин фосфатази. Към днешна дата са идентифицирани повече от 10 трансмембранни фосфотирозин фосфатази, които са разделени на 2 групи: а) големи трансмембранни протеини/тендемни домени и б) малки вътреклетъчни ензими с единичен каталитичен домен.

Вътреклетъчните фрагменти на фосфотирозин фосфатазите са много разнообразни. Смята се, че функцията на фосфотирозин фосфатазите в SH2 домейна (типове I и II) е да намалят сигнала чрез дефосфорилиране на местата на фосфорилиране на рецепторната тирозин киназа или да подобрят сигнала чрез свързване на тирозин фосфорилиращи сигнални протеини върху единия или двата SH2 домена, както и сигнална трансдукция чрез взаимодействие на един SH2 протеин с друг протеин или инактивиране чрез процеса на дефосфорилиране на тирозин фосфорилирани вторични пратени молекули, като фосфолипаза C-g или src-тирозин киназа.

При някои хормони предаването на хормонален сигнал се осъществява чрез фосфорилиране на аминокиселинни остатъци тирозин, както и серин или треонин. Характерен в това отношение е инсулиновият рецептор, в който може да настъпи фосфорилиране както на тирозин, така и на серин, а фосфорилирането на серина е придружено от намаляване на биологичния ефект на инсулина. Функционалното значение на едновременното фосфорилиране на няколко аминокиселинни остатъка на рецепторната тирозин киназа не е напълно ясно. По този начин обаче се постига модулация на хормоналния сигнал, който схематично се обозначава като второ ниво на рецепторните сигнални механизми. Това ниво се характеризира с активирането на няколко протеин кинази и фосфатази (като протеин киназа С, cAMP-зависима протеин киназа, cGMP-зависима протеин киназа, калмодулин-зависима протеин киназа и др.), които извършват фосфорилиране или дефосфорилиране на серин, тирозинови или треонинови остатъци, което предизвиква съответни конформационни изменения, необходими за проявата на биологична активност.

Трябва да се отбележи, че ензими като фосфорилаза, киназа, казеинкиназа II, ацетил-СоА карбоксилаза киназа, триглицеридна липаза, гликоген фосфорилаза, протеин фосфатаза I, АТФ цитрат лиаза се активират чрез процеса на фосфорилиране и гликоген синтаза, пируват дехидрогеназа и пируват киназата се активират чрез процеса на дефосфорилиране.

Третото ниво на регулаторни сигнални механизми при действието на хормоните се характеризира със съответен отговор на клетъчно ниво и се проявява чрез промени в метаболизма, биосинтезата, секрецията, растежа или диференциацията. Това включва процесите на транспортиране на различни вещества през клетъчната мембрана, протеинов синтез, стимулиране на рибозомния транслация, активиране на микровилозната тубулна система и транслокация на секреторни гранули към клетъчната мембрана. По този начин активирането на транспорта на аминокиселини и глюкоза през клетъчната мембрана се осъществява от съответните транспортни протеини 5-15 минути след началото на действието на хормони като растежен хормон и инсулин. Има 5 транспортни протеина за аминокиселини и 7 за глюкоза, 2 от които принадлежат към натриево-глюкозни симпортери или котранспортери.

Хормоналните вторични посланици влияят на генната експресия чрез модифициране на процесите на транскрипция. Така cAMP регулира скоростта на транскрипция на редица гени, отговорни за синтеза на хормони. Това действие се медиира от cAMP отговор елемент активиращ протеин (CREB). Последният протеин (CREB) се комплексира със специфични региони на ДНК, като е общ транскрипционен фактор.

Много хормони, които взаимодействат с рецептори, разположени на плазмената мембрана, след образуването на хормон-рецепторен комплекс, преминават през процес на интернализация или ендоцитоза, т.е. транслокация или прехвърляне на комплекса хормон-рецептор в клетката. Този процес протича в структури, наречени "покрити ями", разположени на вътрешната повърхност на клетъчната мембрана, облицована с протеин клатрин. Комплексите хормон-рецептор, агрегирани по този начин, които са локализирани в „покрити ямки“, след това се интернализират чрез инвагинация на клетъчната мембрана (механизъм, много подобен на процеса на фагоцитоза), превръщайки се във везикули (ендозоми или рецептозоми) и последните се преместват в клетката.

По време на транслокацията ендозомата претърпява процес на подкисляване (подобно на това, което се случва в лизозомите), което може да доведе до разграждане на лиганда (хормон) или дисоциация на комплекса хормон-рецептор. В последния случай освободеният рецептор се връща в клетъчната мембрана, където отново взаимодейства с хормона. Процесът на потапяне на рецептора заедно с хормона в клетката и връщането на рецептора към клетъчната мембрана се нарича процес на рециклиране на рецептора. По време на периода на функциониране на рецептора (полуживотът на рецептора варира от няколко до 24 часа или повече), той успява да извърши от 50 до 150 такива цикъла на „совалка“. Процесът на ендоцитоза е неразделна или допълнителна част от рецепторния сигнален механизъм при действието на хормоните.

В допълнение, чрез процеса на интернализация, протеиновите хормони се разграждат (в лизозомите) и клетъчна десенсибилизация (намалена клетъчна чувствителност към хормона) чрез намаляване на броя на рецепторите на клетъчната мембрана. Установено е, че съдбата на хормонорецепторния комплекс след процеса на ендоцитоза е различна. За повечето хормони (FSH, LH, човешки хорионгонадотропин, инсулин, IGF 1 и 2, глюкагон, соматостатин, еритропоетин, VIP, липопротеини с ниска плътност), ендозомите вътре в клетката претърпяват дисоциация. Освободеният рецептор се връща в клетъчната мембрана и хормонът претърпява процес на разграждане в лизозомния апарат на клетката.

За други хормони (GH, интерлевкин-2, епидермални, нервни и тромбоцитни растежни фактори), след дисоциация на ендозоми, рецепторът и съответният хормон претърпяват процес на разграждане в лизозомите.

Някои хормони (трансферин, протеини, съдържащи маноза-6-фосфат и малка част от инсулин, GH в някои целеви тъкани) след дисоциация на ендозоми се връщат, подобно на техните рецептори, към клетъчната мембрана. Въпреки факта, че изброените хормони преминават през процес на интернализация, няма консенсус относно директното вътреклетъчно действие на протеиновия хормон или неговия хормон-рецепторен комплекс.

Рецепторите за надбъбречни хормони, полови хормони, калцитриол, ретиноева киселина и хормони на щитовидната жлеза са локализирани вътреклетъчно. Изброените хормони са липофилни, пренасят се от кръвни протеини и имат дълъг периодполуживот и тяхното действие се медиира от хормон-рецепторен комплекс, който чрез свързване към специфични региони на ДНК активира или инактивира специфични гени.

Свързването на хормон с рецептор води до промени във физикохимичните свойства на последния и този процес се нарича активиране или трансформация на рецептора. Проучване на трансформацията на рецепторите in vitro показа, че температурните условия, наличието на хепарин, АТФ и други компоненти в инкубационната среда променят скоростта на този процес.

Нетрансформираните рецептори са протеин с молекулна маса 90 kDa, който е идентичен на протеина на стрес или температурен шок със същата молекулна маса (M. Catell et al., 1985). Последният протеин се намира в a- и b-изоформи, които са кодирани от различни гени. Подобна ситуация се наблюдава по отношение на стероидните хормони.

Освен стрес протеин с мол. м. 90 kDa, протеин с мол. m. 59 kDa (M. Lebean et al., 1992), наречен имунофилин, който не е директно свързан с рецептора на стероидния хормон, но образува комплекси с протеина mol. м. 90 kDa. Функцията на имунофилиновия протеин не е добре разбрана, въпреки че е доказана ролята му в регулирането на функцията на рецептора на стероидния хормон, тъй като той свързва имуносупресивни вещества (например рапамицин и FK 506).

Стероидните хормони се транспортират в кръвта в свързано с протеин състояние и само малка част от тях е в свободна форма. Хормонът, който е в свободна форма, може да взаимодейства с клетъчната мембрана и да премине през нея в цитоплазмата, където се свързва с цитоплазмен рецептор, който е силно специфичен. Например, от хепатоцити са изолирани рецепторни протеини, които свързват само глюкокортикоидни хормони или естрогени. Понастоящем са идентифицирани рецептори за естрадиол, андрогени, прогестерон, глюкокортикоиди, минералкортикоиди, витамин D, хормони на щитовидната жлеза, както и ретиноева киселина и някои други съединения (рецептор на едиксон, рецептор на диоксин, рецептор на пероксизомен пролиферативен активатор и допълнителен рецептор X за ретиноева киселина ) . Концентрацията на рецептори в съответните прицелни тъкани е 103 до 5104 на клетка.

Стероидните хормонални рецептори имат 4 домена: амино-терминален домен, който има значителни разлики в рецепторите за изброените хормони и се състои от 100-600 аминокиселинни остатъка; ДНК-свързващ домен, състоящ се от приблизително 70 аминокиселинни остатъка; хормон-свързващ домен от около 250 аминокиселини и карбоксил-краен домен. Както беше отбелязано, амино-терминалният домен има най-големи разлики във формата и аминокиселинната последователност. Състои се от 100-600 аминокиселини и най-малкият му размер се намира в рецептора на тиреоидния хормон, а най-големият му размер се намира в рецептора на глюкокортикоидния хормон. Този домен определя характеристиките на рецепторния отговор и при повечето видове той е силно фосфорилиран, въпреки че няма пряка връзка между степента на фосфорилиране и биологичния отговор.

ДНК-свързващият домен се характеризира с 3 интрона, два от които имат така наречените „цинкови пръсти" или структури, съдържащи цинкови йони с 4 цистеинови моста. „Цинковите пръсти" участват в специфичното свързване на хормона с ДНК . ДНК-свързващият домейн съдържа малък регион за специфично свързване на ядрени рецептори, наречен „елементи на хормонален отговор“, който модулира инициирането на транскрипция. Този регион е разположен в друг фрагмент от 250 нуклеотида, отговорен за започването на транскрипцията. ДНК-свързващият домен има най-голяма структурна стабилност от всички вътреклетъчни рецептори.

Доменът, свързващ хормоните, участва в свързването на хормоните, както и в процесите на димеризация и регулиране на функцията на други домени. Той е непосредствено в съседство с ДНК-свързващия домен.

Карбоксил-терминалният домен също участва в процесите на хетеродимеризация и взаимодейства с различни транскрипционни фактори, включително проксимални протеинови промотори.

Наред с това има доказателства, че стероидите първо се свързват със специфични протеини на клетъчната мембрана, които ги транспортират до цитоплазмения рецептор или, заобикаляйки го, директно до ядрените рецептори. Цитоплазменият рецептор се състои от две субединици. В клетъчното ядро ​​субединица А, взаимодействайки с ДНК, задейства (стартира) процеса на транскрипция, а субединица В се свързва с нехистонови протеини. Ефектът на стероидните хормони не се проявява веднага, а след определено време, което е необходимо за образуването на РНК и последващия синтез на специфичен протеин.

Хормоните на щитовидната жлеза (тироксин-Т4 и трийодтиронин-Т3), подобно на стероидните хормони, лесно дифундират през липидната клетъчна мембрана и се свързват с вътреклетъчни протеини. Според други данни тиреоидните хормони първо взаимодействат с рецептора на плазмената мембрана, където се комплексират с протеини, образувайки така наречения вътреклетъчен пул от тиреоидни хормони. Биологичното действие се осъществява главно от Т3, докато Т4 се дейодира до Т3, който се свързва с цитоплазмен рецептор. Ако стероидният цитоплазмен комплекс се премести в клетъчното ядро, тиреоидният цитоплазмен комплекс първо се дисоциира и Т3 се свързва директно от ядрени рецептори, които имат висок афинитет към него. В допълнение, Т3 рецептори с висок афинитет се намират и в митохондриите. Смята се, че калоричният ефект на хормоните на щитовидната жлеза възниква в митохондриите чрез генериране на нов АТФ, чието образуване използва аденозин дифосфат (АДФ).

Тироидните хормони регулират протеиновия синтез на транскрипционно ниво и този ефект, който се открива след 12-24 часа, може да бъде блокиран чрез въвеждането на инхибитори на синтеза на РНК. В допълнение към вътреклетъчното действие, хормоните на щитовидната жлеза стимулират транспорта на глюкоза и аминокиселини през клетъчната мембрана, като пряко засягат активността на някои ензими, локализирани в нея.

Така специфичният ефект на хормона се проявява едва след като той се комплексира със съответния рецептор. В резултат на процесите на разпознаване, комплексообразуване и активиране на рецептора, последният генерира редица вторични посланици, които предизвикват последователна верига от пострецепторни взаимодействия, завършващи с проявата на специфичния биологичен ефект на хормона.

От това следва, че биологичният ефект на хормона зависи не само от съдържанието му в кръвта, но и от броя и функционалното състояние на рецепторите, както и от нивото на функциониране на пострецепторния механизъм.

Броят на клетъчните рецептори, подобно на други клетъчни компоненти, непрекъснато се променя, отразявайки процесите на техния синтез и разграждане. Основната роля в регулирането на броя на рецепторите принадлежи на хормоните. Съществува обратна зависимост между нивото на хормоните в междуклетъчната течност и броя на рецепторите. Например, концентрацията на хормона в кръвта и междуклетъчната течност е много ниска и възлиза на 1014-109 М, което е значително по-ниско от концентрацията на аминокиселини и други различни пептиди (105-103 М). Броят на рецепторите е по-висок и възлиза на 1010-108 М, като около 1014-1010 М са на плазмената мембрана, а вътреклетъчното ниво на вторичните месинджъри е малко по-високо - 108-106 М. Абсолютният брой на рецепторните места върху клетката мембрана варира от няколкостотин до 100 000.

Многобройни изследвания показват, че рецепторите имат характерното свойство да засилват действието на хормона не само чрез описаните механизми, но и чрез така нареченото „нелинейно свързване“. Друга характерна особеност е, че най-големият хормонален ефект не означава най-голямото свързване на хормона с рецепторите. Например, максимално стимулиране на транспорта на глюкоза в адипоцитите от инсулин се наблюдава, когато хормонът свързва само 2% от инсулиновите рецептори (J. Gliemann et al., 1975). Същите връзки са установени за ACTH, гонадотропини и други хормони (M.L. Dufau et al., 1988). Това се обяснява с два феномена: "нелинейно свързване" и наличието на така наречените "резервни рецептори". По един или друг начин, но усилването или засилването на действието на хормона, което е следствие от тези две явления, играе важна роля. физиологична роляв процесите на биологичното действие на хормона в нормални условия и при различни патологични състояния. Например, при хиперинсулинизъм и затлъстяване, броят на инсулиновите рецептори, локализирани в хепатоцитите, адипоцитите, тимоцитите, моноцитите, намалява с 50-60% и, обратно, инсулиновият дефицит при животните е придружен от увеличаване на броя на инсулиновите рецептори. Заедно с броя на инсулиновите рецептори се променя и техният афинитет, т.е. способността за образуване на комплекс с инсулин и трансдукцията (предаване) на хормоналния сигнал в рецептора също се променя. По този начин промените в чувствителността на органите и тъканите към хормоните се извършват чрез механизми за обратна връзка (регулация надолу). Състоянията, придружени от висока концентрация на хормона в кръвта, се характеризират с намаляване на броя на рецепторите, което клинично се проявява като резистентност към този хормон.

Някои хормони могат да повлияят на броя не само на техните „собствени“ рецептори, но и на рецепторите за друг хормон. По този начин прогестеронът намалява, а естрогените увеличават броя на рецепторите за естроген и прогестерон.

Намаляването на чувствителността към даден хормон може да се дължи на следните механизми: 1) намаляване на рецепторния афинитет поради влиянието на други хормони и хормонални рецепторни комплекси; 2) намаляване на броя на функциониращите рецептори в резултат на тяхната интернализация или освобождаване от мембраната в извънклетъчното пространство; 3) инактивиране на рецептора поради конформационни промени; 4) разрушаване на рецепторите чрез повишаване на активността на протеазите или разграждане на хормон-рецепторния комплекс под въздействието на лизозомни ензими; 5) инхибиране на синтеза на нови рецептори.

За всеки тип хормони има агонисти и антагонисти. Последните са вещества, които могат конкурентно да се свържат с хормоналния рецептор, като намаляват или напълно блокират неговия биологичен ефект. Агонистите, напротив, когато са в комплекс със съответния рецептор, засилват ефекта на хормона или напълно имитират неговото присъствие и понякога полуживотът на агониста е стотици или повече пъти по-дълъг от времето на разграждане на естествения хормон и , следователно през това време се появява биологичният ефект, който естествено се използва за клинични цели. Например глюкокортикоидните агонисти са дексаметазон, кортикостерон, алдостерон, а частичните агонисти са 11b-хидроксипрогестерон, 17а-хидроксипрогестерон, прогестерон, 21-деоксикортизол, а техните антагонисти са тестостерон, 19-нортестостерон, 17-естрадиол. Неактивните стероиди при глюкокортикоидните рецептори включват 11а-хидроксипрогестерон, тетрахидрокортизол, андростендион, 11а-, 17а-метилтестостерон. Тези зависимости се вземат предвид не само в експериментите при изясняване действието на хормоните, но и в клиничната практика.

Дешифрирането на механизмите на действие на хормоните при животните дава възможност за по-добро разбиране на физиологичните процеси - регулиране на метаболизма, биосинтеза на протеини, растеж и диференциация на тъканите.

Това е важно и от практическа гледна точка, във връзка с все по-масовото използване на естествени и синтетични хормонални лекарствав животновъдството и ветеринарната медицина.

В момента има около 100 хормона, които се образуват в жлезите с вътрешна секреция, навлизат в кръвта и имат разнообразен ефект върху метаболизма в клетките, тъканите и органите. Трудно е да се идентифицират физиологични процеси в тялото, които не са под регулаторното влияние на хормоните. За разлика от много ензими, които причиняват индивидуални, тясно насочени промени в тялото, хормоните имат множество ефекти върху метаболитните процеси и други физиологични функции. В същото време нито един от хормоните, като правило, не осигурява напълно регулиране индивидуални функции. Това изисква действието на редица хормони в определена последователност и взаимодействие. Например, соматотропинът стимулира процесите на растеж само с активното участие на инсулин и хормони на щитовидната жлеза. Растежът на фоликулите се осигурява главно от фолитропин, а тяхното узряване и процесът на овулация се извършват под регулиращото влияние на лутропин и др.

Повечето хормони в кръвта са свързани с албумини или глобулини, което ги предпазва от бързо разрушаване от ензими и поддържа оптимални метаболитни концентрации активни хормонив клетките и тъканите. Хормоните имат пряк ефект върху процеса на биосинтеза на протеини. Стероидните и протеиновите хормони (полови хормони, тройни хипофизни хормони) в целевите тъкани причиняват увеличаване на броя и обема на клетките. Други хормони, като инсулин, глюко- и минералокортикоиди, влияят индиректно върху протеиновия синтез.

Първата връзка физиологично действиеХормоните в животинското тяло са рецептори на клетъчната мембрана. В същите клетки има големи количестваняколко вида; специфични рецептори, с помощта на които селективно свързват молекули на различни хормони, циркулиращи в кръвта. Например, мастни клеткив мембраните си имат специфични рецептори за глюкагон, лутропин, тиротропин, кортикотропин.

Повечето хормони от протеинова природа, поради големия размер на техните молекули, не могат да проникнат в клетките, но се намират на тяхната повърхност и, взаимодействайки със съответните рецептори, влияят на метаболизма вътре в клетките. По този начин, по-специално, ефектът на тиротропина е свързан с фиксирането на неговите молекули върху повърхността на клетките на щитовидната жлеза, под въздействието на което се увеличава пропускливостта на клетъчните мембрани за натриеви йони и в тяхно присъствие се увеличава интензивността на окислението на глюкозата. Инсулинът повишава пропускливостта на клетъчните мембрани в тъканите и органите за молекулите на глюкозата, което спомага за намаляване на концентрацията й в кръвта и пренасянето й в тъканите. Соматотропинът има и стимулиращ ефект върху синтеза на нуклеинови киселини и протеини чрез въздействие върху клетъчните мембрани.

Същите хормони могат да повлияят метаболитни процесив тъканните клетки по различни начини. Заедно с промяната на пропускливостта клетъчни мембрании мембрани на вътреклетъчни структури за различни ензими и други химикали, под въздействието на същите хормони може да се промени йонният състав на околната среда извън и вътре в клетките, както и активността на различни ензими и интензивността на метаболитните процеси.

Хормоните влияят върху активността на ензимите и генния апарат на клетките не директно, а с помощта на медиатори (посредници). Един от тези медиатори е цикличният 3', 5'-аденозин монофосфат (цикличен AMP). Цикличният AMP (cAMP) се образува вътре в клетките от аденозинтрифосфорна киселина (АТФ) с участието на ензима аденил циклаза, разположен върху клетъчната мембрана, който се активира, когато е изложен на съответните хормони. На вътреклетъчните мембрани има ензим фосфодиестераза, който превръща цАМФ в по-малко активно вещество - 5'-аденозин монофосфат и по този начин спира действието на хормона.

Когато една клетка е изложена на няколко хормона, които стимулират синтеза на сАМР в нея, реакцията се катализира от същата аденил циклаза, но рецепторите в клетъчните мембрани за тези хормони са строго специфични. Ето защо, например, кортикотропинът засяга само клетките на надбъбречната кора, а тиротропинът засяга клетките на щитовидната жлеза и т.н.

Подробни проучвания показват, че действието на повечето протеинови и пептидни хормони води до стимулиране на активността на аденил циклаза и повишаване на концентрацията на сАМР в клетките-мишени, което е свързано с по-нататъшно предаване на информация хормонални ефектис активното участие на редица протеин кинази. cAMP играе ролята на вътреклетъчен медиатор на хормона, осигурявайки повишаване на активността на зависими от него протеин кинази в цитоплазмата и ядрата на клетките. От своя страна cAMP-зависимите протеин кинази катализират фосфорилирането на рибозомни протеини, което е пряко свързано с регулирането на протеиновия синтез в клетките-мишени под влияние на пептидни хормони.

Стероидните хормони, катехоламините и хормоните на щитовидната жлеза, поради малкия си молекулен размер, преминават през клетъчната мембрана и взаимодействат с цитоплазмените рецептори вътре в клетките. По-нататък стероидни хормонив комбинация с техните рецептори, които са киселинни протеини, преминават в клетъчното ядро. Предполага се, че пептидните хормони, тъй като хормон-рецепторните комплекси са разделени, също действат върху специфични рецептори в цитоплазмата, комплекса на Голджи и ядрената мембрана.

Не всички хормони стимулират активността на ензима аденил циклаза и увеличаване на концентрацията му в клетките. Някои пептидни хормони, по-специално инсулин, оцитоцин, калцитонин, имат инхибиторен ефект върху аденил циклазата. Смята се, че физиологичният ефект от тяхното действие се дължи не на повишаване на концентрацията на cAMP, а на нейното намаляване. В същото време в клетки, които имат специфична чувствителност към споменатите хормони, се повишава концентрацията на друг цикличен нуклеотид, цикличен гуанозин монофосфат (cGMP). Резултатът от действието на хормоните в клетките на тялото в крайна сметка зависи от влиянието на двата циклични нуклеотида - cAMP и cGMP, които са универсални вътреклетъчни медиатори - хормонални посредници. По отношение на действието на стероидните хормони, които в комбинация с техните рецептори проникват в клетъчното ядро, ролята на cAMP и cGMP като вътреклетъчни медиатори се счита за съмнителна.

Много, ако не всички, хормони са ограничени физиологичен ефектсе проявяват индиректно – чрез изменения в биосинтезата на ензимните белтъци. Биосинтезата на протеините е сложен многоетапен процес, осъществяван с активното участие на генния апарат на клетката.

Регулаторният ефект на хормоните върху биосинтезата на протеини се осъществява главно чрез стимулиране на РНК полимеразната реакция с образуването на рибозомни и ядрени типове РНК, както и информационна РНК и чрез повлияване на функционалната активност на рибозомите и други части на протеиновия метаболизъм. Специфичните протеин кинази в клетъчните ядра стимулират фосфорилирането на съответните протеинови компоненти и РНК полимеразната реакция с образуването на информационни РНК, кодиращи синтеза на протеини в клетките и целевите органи. В същото време в ядрата на клетките се дерепресират гени, които се освобождават от инхибиторния ефект на специфични репресори - ядрени хистонови протеини.

Хормони като естрогени и андрогени в ядрата на клетките се свързват с хистонови протеини, които потискат съответните гени и по този начин активират генния апарат на клетките функционално състояние. В същото време андрогените влияят върху генния апарат на клетките по-малко от естрогените, което се дължи на по-активната връзка на последния с хроматина и отслабването на синтеза на РНК в ядрата.

Заедно с активирането на протеиновия синтез в клетките се образуват хистонови протеини, които са репресори на генната активност, което предотвратява метаболитните функции на ядрата и прекомерното стимулиране на растежа. Следователно клетъчните ядра имат свой собствен механизъм за генетична и митотична регулация на метаболизма и растежа.

Поради влиянието на хормоните върху анаболните процеси в тялото, задържането се увеличава хранителни веществахраната и следователно количеството субстрати за интерстициалния метаболизъм се увеличава, регулаторните механизми на биохимичните процеси, свързани с повече ефективно използванеазотни и други съединения.

Процесите на синтез на протеини в клетките се влияят от соматотропин, кортикостероиди, естрогени и тироксин. Тези хормони стимулират синтеза на различни информационни РНК и по този начин усилват синтеза на съответните протеини. В процесите на протеиновия синтез важносъщо принадлежи към инсулина, който стимулира свързването на информационни РНК към рибозомите и следователно активира протеиновия синтез. Чрез активиране на хромозомния апарат на клетките хормоните влияят върху увеличаването на скоростта на синтеза на протеини и концентрацията на ензими в клетките на черния дроб и други органи и тъкани. Механизмът на влиянието на хормоните върху вътреклетъчния метаболизъм обаче все още не е достатъчно проучен.

Действието на хормоните, като правило, е тясно свързано с функциите на ензимите, които осигуряват биохимичните процеси в клетките, тъканите и органите. Хормоните участват в биохимични реакциикато специфични активатори или инхибитори на ензими, оказващи влияние върху ензимите, като осигуряват връзката им с различни биоколоиди.

Тъй като ензимите са протеинови тела, ефектът на хормоните върху тяхната функционална активност се проявява предимно чрез повлияване на биосинтезата на ензими и катаболни коензимни протеини. Едно от проявленията на активността на хормоните е участието им във взаимодействието на редица ензими в различни звена на сложни реакции и процеси. Както е известно, витамините играят определена роля в изграждането на коензими. Смята се, че хормоните изпълняват и регулаторна функция в тези процеси. Например, кортикостероидите влияят върху фосфорилирането на някои витамини от група В.

Особено важно за простагландините е тяхната висока физиологична активност и много ниска страничен ефект. Сега е известно, че простагландините действат като медиатори вътре в клетките и играят важна роля в ефекта на хормоните. В същото време се активират процесите на синтез на цикличен аденозин монофосфат (cAMP), който е способен да предава тясно насочения ефект на хормоните. Възможно е да се предположи, че фармакологични веществадействат вътре в клетките чрез производството на специфични простагландини. Сега в много страни механизмът на действие на простагландините се изучава на клетъчно и молекулярно ниво, тъй като цялостното изследване на действието на простагландините може да направи възможно специфичното повлияване на метаболизма и други физиологични процеси в тялото на животните.

Въз основа на гореизложеното можем да заключим, че хормоните имат комплексен и разнообразен ефект върху тялото на животните. Комплексното влияние на нервната и хуморалната регулация осигурява координирания ход на всички биохимични и физиологични процеси. Най-фините подробности за механизма на действие на хормоните обаче все още не са достатъчно проучени. Този проблем интересува много учени и представлява голям интерес за теорията и практиката на ендокринологията, както и на животновъдството и ветеринарната медицина.

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 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 биологично активни вещества, като по този начин улесняват или инхибират действието на ензима. 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 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 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 засяга синтеза на протеини по време на транслация, което води до промяна във функционалната активност на клетката.

В момента се разграничават следните опции за действие на хормоните:

1. хормонален или хемокринен,тези. действие на значително разстояние от мястото на образуване;
2. изокринен или локален,когато химическо вещество, синтезирано в една клетка, има ефект върху клетка, разположена в близък контакт с първата, и освобождаването на това вещество се извършва в интерстициалната течност и кръвта;
3. неврокринен или невроендокринен (синаптичен и несинаптичен), действие, когато хормон, освободен от нервните окончания, изпълнява функцията на невротрансмитер или невромодулатор, т.е. вещество, което променя (обикновено засилва) действието на невротрансмитер;
4. паракринен- вид изокринно действие, но в този случай хормонът, образуван в една клетка, навлиза в междуклетъчната течност и засяга редица клетки, разположени в непосредствена близост;
5. юкстакринен– вид паракринно действие, когато хормонът не навлиза в междуклетъчната течност и сигналът се предава през плазмената мембрана на друга клетка, разположена наблизо;
6. автокринендействие, когато хормон, освободен от клетка, засяга същата клетка, променяйки нейната функционална активност;
7. солинокриндействие, когато хормон от една клетка навлезе в лумена на канала и по този начин достигне друга клетка, въздействайки върху нея специфичен ефект(напр. някои стомашно-чревни хормони).

Синтезът на протеинови хормони, подобно на други протеини, е под генетичен контрол и типичните клетки на бозайници експресират гени, които кодират от 5000 до 10 000 различни протеини, а някои силно диференцирани клетки - до 50 000 протеина. Целият протеинов синтез започва с транспониране на ДНК сегменти, тогава транскрипция, посттранскрипционна обработка, транслация, посттранслационна обработка и модификация.Много полипептидни хормони се синтезират под формата на големи прекурсори - прохормони(проинсулин, проглюкагон, проопиомеланокортин и др.). Превръщането на прохормоните в хормони се извършва в апарата на Голджи.

Има два основни механизма на действие на хормоните на клетъчно ниво:
1. Осъществяване на ефекта от външната повърхност на клетъчната мембрана.
2. Ефектът се реализира след проникване на хормона в клетката.

1) Осъществяване на ефекта от външната повърхност на клетъчната мембрана

В този случай рецепторите се намират върху клетъчната мембрана. В резултат на взаимодействието на хормона с рецептора се активира мембранният ензим аденилат циклаза. Този ензим насърчава образуването от аденозинтрифосфорна киселина (АТФ) на най-важния вътреклетъчен медиатор на хормоналните ефекти - цикличен 3,5-аденозин монофосфат (цАМР). cAMP активира клетъчния ензим протеин киназа, който реализира действието на хормона. Установено е, че хормонозависимата аденилат циклаза е общ ензим, който се влияе от различни хормони, докато хормоналните рецептори са множество и специфични за всеки хормон. Вторични посредницив допълнение към cAMP може да има цикличен 3,5-гуанозин монофосфат (cGMP), калциеви йони, инозитол трифосфат. Така действат пептидните и белтъчните хормони и производните на тирозина – катехоламините. Характерна особеностДействието на тези хормони е относителната скорост на реакцията, която се дължи на активирането на предишни вече синтезирани ензими и други протеини.

Хормоните осъществяват своето биологично действие, като се свързват с рецептори - информационни молекули, които трансформират хормоналния сигнал в хормонално действие. Повечето хормони взаимодействат с рецептори, разположени на плазмени мембраниклетки, а други хормони - с рецептори, локализирани вътреклетъчно, т.е. с цитоплазменИ ядрен.

Плазмените рецептори, в зависимост от тяхната структура, се разделят на:

1. седем фрагмента(примки);
2. рецептори, от които се състои трансмембранният сегмент един фрагмент(примки или вериги);
3. рецептори, от които се състои трансмембранният сегмент четири фрагмента(примки).

Хормоните, чийто рецептор се състои от седем трансмембранни фрагмента, включват:
ACTH, TSH, FSH, LH, човешки хорион гонадотропин, простагландини, гастрин, холецистокинин, невропептид Y, невромедин К, вазопресин, адреналин (a-1 и 2, b-1 и 2), ацетилхолин (M1, M2, M3 и M4) ), серотонин (1A, 1B, 1C, 2), допамин (D1 и D2), ангиотензин, субстанция К, субстанция Р или неврокинин типове 1, 2 и 3, тромбин, интерлевкин-8, глюкагон, калцитонин, секретин, соматолиберин , VIP, хипофизен аденилат циклаза-активиращ пептид, глутамат (MG1 – MG7), аденин.

Втората група включва хормони, които имат един трансмембранен фрагмент:
GH, пролактин, инсулин, соматомамотропин или плацентарен лактоген, IGF-1, нервни растежни фактори или невротрофини, хепатоцитен растежен фактор, предсърден натриуретичен пептид тип A, B и C, онкостатин, еритропоетин, цилиарен невротрофичен фактор, левкемичен инхибиторен фактор, фактор туморна некроза (р75 и р55), неврален растежен фактор, интерферони (a, b и g), епидермален растежен фактор, невродиференциращ фактор, фибробластни растежни фактори, тромбоцитни растежни фактори А и В, фактор, стимулиращ колониите на макрофагите, активин, инхибин, интерлевкини -2, 3, 4, 5, 6 и 7, фактор, стимулиращ колониите на гранулоцити-макрофаги, фактор, стимулиращ колониите на гранулоцити, липопротеин с ниска плътност, трансферин, IGF-2, урокиназа, плазминогенен активатор.

Хормоните от третата група, чийто рецептор има четири трансмембранни фрагмента, включват:
ацетилхолин (никотинова мускулна и нервна), серотонин, глицин, g-аминомаслена киселина.

Свързването на рецептора с ефекторните системи се осъществява чрез така наречения G-протеин, чиято функция е да осигури многократно предаване на хормоналния сигнал на нивото на плазмената мембрана. G протеинът в неговата активирана форма стимулира синтеза на цикличен AMP чрез аденилат циклаза, което задейства каскаден механизъм за активиране на вътреклетъчните протеини.

Общият фундаментален механизъм, чрез който се реализират биологичните ефекти на „вторите“ пратеници вътре в клетката, е процесът фосфорилиране – дефосфорилиранепротеини с участието на голямо разнообразие от протеин кинази, които катализират транспорта на крайната група от АТФ към ОН групите на серин и треонин, а в някои случаи и тирозин на целевите протеини. Процесът на фосфорилиране е най-важната пост-транслационна химическа модификация на протеиновите молекули, радикално променяща както тяхната структура, така и функцията. По-специално, това причинява промяна структурни свойства(асоцииране или дисоциация на съставните субединици), активиране или инхибиране на техните каталитични свойства, в крайна сметка определящи скоростта на химичните реакции и като цяло функционалната активност на клетките.

Аденилат циклазна информационна система

Най-изучен е аденилатциклазният път на предаване на хормонален сигнал. Включва поне пет добре проучени протеина:
1)хормонален рецептор;
2)ензим аденилат циклаза, който изпълнява функцията на синтез на цикличен AMP (cAMP);
3)G протеин, който комуникира между аденилат циклазата и рецептора;
4)cAMP-зависима протеин киназа, катализиращи фосфорилирането на вътреклетъчни ензими или целеви протеини, съответно променяйки тяхната активност;
5)фосфодиестераза, което причинява разграждането на cAMP и по този начин спира (прекъсва) ефекта на сигнала

Доказано е, че свързването на хормона с β-адренергичния рецептор води до структурни променивътреклетъчен домен на рецептора, който от своя страна осигурява взаимодействието на рецептора с втория протеин на сигналния път, GTP-свързващ.

GTP-свързващ протеин – G протеин– е смес от 2 вида протеини:
активен G s (от английски стимулиращ G)
инхибиторен G i
Всеки от тях съдържа три различни субединици (α-, β- и γ-), т.е. това са хетеротримери. Показано е, че β-субединиците G s и G i са идентични; в същото време α-субединиците, които са продукти на различни гени, се оказаха отговорни за проявата на активаторна и инхибиторна активност от G протеина. Комплексът на хормоналния рецептор дава на G протеина способността не само лесно да обменя ендогенно свързан GDP с GTP, но също така да прехвърли Gs протеина в активирано състояние, докато активният G протеин се дисоциира в присъствието на Mg 2+ йони в β -, γ-субединици и комплексните α-субединици на Gs във формата на GTP; този активен комплекс след това се придвижва към молекулата на аденилат циклазата и я активира. След това самият комплекс претърпява самоинактивиране поради енергията на разпадането на GTP и повторното свързване на β- и γ-субединиците, за да се образува оригиналната GDP форма Gs.

Рец- рецептор; Ж- G протеин; AC- аденилат циклаза.

Той е интегрален протеин на плазмените мембрани, неговият активен център е ориентиран към цитоплазмата и катализира реакцията на синтеза на cAMP от АТФ:

Каталитичният компонент на аденилатциклазата, изолиран от различни животински тъкани, е представен от един полипептид. При липса на G протеини той е практически неактивен. Съдържа две SH групи, едната от които участва в конюгацията с Gs протеина, а втората е необходима за проявата на каталитична активност.Под действието на фосфодиестераза, cAMP се хидролизира до образуване на неактивен 5'-AMP.

Протеин киназае вътреклетъчен ензим, чрез който цАМФ реализира своя ефект. Протеин киназата може да съществува в 2 форми. В отсъствието на сАМР, протеин киназата е представена като тетрамерен комплекс, състоящ се от две каталитични (С2) и две регулаторни (R2) субединици; в тази форма ензимът е неактивен. В присъствието на сАМР протеин киназният комплекс обратимо се дисоциира на една R2 субединица и две свободни каталитични С субединици; последните имат ензимна активност, като катализират фосфорилирането на протеини и ензими, като съответно променят клетъчната активност.

Активността на много ензими се регулира от cAMP-зависимо фосфорилиране; съответно повечето хормони от протеиново-пептидна природа активират този процес. Въпреки това, редица хормони имат инхибиторен ефект върху аденилат циклазата, съответно намалявайки нивото на сАМР и протеиновото фосфорилиране. По-специално, хормонът соматостатин, свързвайки се със своя специфичен рецептор - инхибиторния G протеин (Gi, който е структурен хомолог на Gs протеина), инхибира аденилатциклазата и синтеза на cAMP, т.е. предизвиква ефект, точно противоположен на този, предизвикан от адреналина и глюкагона. В редица органи простагландините (по-специално PGE 1) също имат инхибиторен ефект върху аденилатциклазата, въпреки че в същия орган (в зависимост от типа клетка) същият PGE 1 може да активира синтеза на cAMP.

Механизмът на активиране и регулиране на мускулната гликоген фосфорилаза, която активира разграждането на гликогена, е проучен по-подробно. Има 2 форми:
каталитично активен - фосфорилаза аИ
неактивен – фосфорилаза b.

И двете фосфорилази са изградени от две идентични субединици, като във всяка сериновият остатък в позиция 14 претърпява съответно процеса на фосфорилиране-дефосфорилиране, активиране и инактивиране.

Под действието на фосфорилаза b киназа, чиято активност се регулира от cAMP-зависима протеин киназа, двете субединици на молекулата на неактивната форма на фосфорилаза b се подлагат на ковалентно фосфорилиране и се превръщат в активна фосфорилаза a. Дефосфорилирането на последния под действието на специфичната фосфатаза фосфорилаза а води до инактивиране на ензима и връщане към първоначалното му състояние.

IN мускулна тъканотворен 3 видарегулиране на гликогенфосфорилазата.
Първи тип – ковалентна регулация, базирано на хормонално зависимо фосфорилиране-дефосфорилиране на субединици на фосфорилаза.
Втори вид – алостерична регулация. Основава се на реакциите на аденилиране-деаденилиране на субединици на гликоген фосфорилаза b (съответно активиране-инактивиране). Посоката на реакциите се определя от съотношението на концентрациите на АМФ и АТФ, които се добавят не към активния център, а към алостеричния център на всяка субединица.

В работещия мускул натрупването на AMP поради консумацията на ATP причинява аденилиране и активиране на фосфорилаза b. В покой, напротив, високите концентрации на АТФ, измествайки АМР, водят до алостерично инхибиране на този ензим чрез деаденилиране.
Трети тип – регулиране на калций, базирано на алостерично активиране на фосфорилаза b киназа от Ca 2+ йони, чиято концентрация се увеличава с мускулна контракция, като по този начин насърчава образуването на активна фосфорилаза a.

Система за съобщения на гуанилат циклаза

Достатъчно за дълго времецикличният гуанозин монофосфат (cGMP) се счита за антипод на cAMP. Приписват му се функции, противоположни на cAMP. Към днешна дата са получени много доказателства, че cGMP играе независима роля в регулирането на клетъчната функция. По-специално, в бъбреците и червата той контролира йонния транспорт и обмена на вода, в сърдечния мускул служи като сигнал за релаксация и т.н.

Биосинтезата на cGMP от GTP се осъществява под действието на специфична гуанилатциклаза по аналогия със синтеза на cAMP:

Адреналин рецепторен комплекс: AC- аденилат циклаза, Ж- G протеин; C и R- каталитични и регулаторни субединици на протеин киназа, съответно; KF- фосфорилаза киназа b; Е- фосфорилаза; Glk-1-P- глюкозо-1-фосфат; Glk-6-P- глюкозо-6-фосфат; СДС-Глк- уридиндифосфат глюкоза; ХС- гликоген синтаза.

Известни са четири различни форми на гуанилат циклаза, три от които са мембранно свързани и една е разтворима и отворена в цитозола.

Свързаните с мембрана форми се състоят от 3 парцела:
рецептор, локализиран на външна повърхностплазмената мембрана;
интрамембранен доменИ
каталитичен компонент, същото различни формиензим.
Гуанилатциклазата е открита в много органи (сърце, бели дробове, бъбреци, надбъбречни жлези, чревен ендотел, ретина и др.), което показва широкото й участие в регулацията на вътреклетъчния метаболизъм, медииран чрез cGMP. Ензимът, свързан с мембраната, се активира чрез съответните рецептори от къси извънклетъчни пептиди, по-специално хормона предсърден натриуретичен пептид (ANP), термостабилен токсин на грам-отрицателни бактерии и др. ANP, както е известно, се синтезира в атриума в в отговор на увеличаване на обема на кръвта, навлиза в кръвта в бъбреците и активира гуанилат циклазата (съответно повишава нивото на cGMP), насърчавайки екскрецията на Na и вода. Гладка мускулни клеткисъдовете също съдържат подобна рецептор-гуанилат циклазна система, чрез която рецепторно-свързаният ANF има съдоразширяващ ефект, помагайки за намаляване на кръвно налягане. IN епителни клеткичервата, може да служи като активатор на системата рецептор-гуанилат циклаза бактериален ендотоксин, което води до по-бавно усвояване на водата в червата и развитие на диария.

Разтворимата форма на гуанилат циклазата е ензим, съдържащ хем, състоящ се от 2 субединици. Нитровазодилататорите участват в регулацията на тази форма на гуанилат циклаза, свободни радикали– продукти на липидна пероксидация. Един от добре познатите активатори е ендотелен фактор (EDRF), причинявайки съдова релаксация. Активният компонент, естественият лиганд, на този фактор е азотен оксид NO. Тази форма на ензима се активира и от някои нитрозовазодилататори (нитроглицерин, нитропрусид и др.), използвани при сърдечни заболявания; разграждането на тези лекарства също освобождава NO.

Азотният оксид се образува от аминокиселината аргинин с участието на сложна Ca 2+ -зависима ензимна система със смесена функция, наречена NO синтаза:

Азотният оксид, когато взаимодейства с гуанилат циклазния хем, насърчава бързо образование cGMP, който намалява силата на сърдечните контракции чрез стимулиране на йонни помпи, които функционират при ниски концентрации на Ca 2+. Ефектът на NO обаче е краткотраен, няколко секунди, локализиран - близо до мястото на синтеза му. Нитроглицеринът, който освобождава NO по-бавно, има подобен ефект, но по-продължителен.

Получени са доказателства, че повечето от ефектите на cGMP се медиират чрез cGMP-зависима протеин киназа, наречена протеин киназа G. Този ензим, широко разпространен в еукариотните клетки, се получава в чиста форма. Състои се от 2 субединици - каталитичен домен с последователност, подобна на последователността на С-субединица на протеин киназа А (cAMP-зависима), и регулаторен домен, подобен на R-субединица на протеин киназа А. Въпреки това, протеин киназите A и G разпознават различни протеинови последователности, като съответно регулират фосфорилирането на ОН групата на серин и треонин на различни вътреклетъчни протеини и по този начин произвеждат различни биологични ефекти.

Циклично ниво cAMP нуклеотидии cGMP в клетката се контролира от съответните фосфодиестерази, които катализират тяхната хидролиза до 5"-нуклеотидни монофосфати и се различават по афинитет към cAMP и cGMP. Разтворима калмодулин-зависима фосфодиестераза и мембранно свързана изоформа, нерегулирана от Ca 2+ и калмодулин, са изолирани и характеризирани.

Система за съобщения Ca 2+

Ca 2+ йони играят централна роля в регулирането на много клетъчни функции. Промяната в концентрацията на вътреклетъчния свободен Ca 2+ е сигнал за активиране или инхибиране на ензими, които от своя страна регулират метаболизма, контрактилната и секреторната активност, адхезията и клетъчния растеж. Източниците на Ca 2+ могат да бъдат вътре- и извънклетъчни. Обикновено концентрацията на Са 2+ в цитозола не надвишава 10 -7 М, а основните му източници са ендоплазменият ретикулум и митохондриите. Неврохормоналните сигнали водят до рязко повишаване на концентрацията на Ca 2+ (до 10-6 M), идващи както отвън през плазмената мембрана (по-точно през волтаж-зависими и рецептор-зависими калциеви канали), така и от вътреклетъчни източници. Един от най-важните механизмипровеждането на хормонален сигнал в калциевата система за съобщения е стартирането на клетъчни реакции (отговори) чрез активиране на специфичен Ca 2+ -калмодулин-зависима протеин киназа.Оказа се, че регулаторната субединица на този ензим е Ca 2+ -свързващ протеин калмодулин.Когато концентрацията на Ca 2+ в клетката се увеличи в отговор на входящите сигнали, специфична протеин киназа катализира фосфорилирането на много вътреклетъчни целеви ензими, като по този начин регулира тяхната активност. Доказано е, че фосфорилаза b киназата, активирана от Ca 2+ йони, подобно на NO синтазата, включва калмодулин като субединица. Калмодулин е част от редица други Ca 2+ -свързващи протеини. С увеличаване на концентрацията на калций, свързването на Ca 2+ с калмодулин е придружено от неговите конформационни промени и в тази форма, свързана с Ca 2+, калмодулинът модулира активността на много вътреклетъчни протеини (оттук и името му).

Вътреклетъчната информационна система също така включва производни на фосфолипиди в мембраните на еукариотни клетки, по-специално фосфорилирани производни на фосфатидилинозитол. Тези производни се освобождават в отговор на хормонален сигнал (например от вазопресин или тиротропин) под действието на специфична мембранно свързана фосфолипаза С. В резултат на последователни реакции се образуват два потенциални вторични посредника - диацилглицерол и инозитол 1, 4,5-трифосфат.

Биологичните ефекти на тези вторични пратеници се реализират по различни начини. Действието на диацилглицерола, подобно на свободните Ca 2+ йони, се медиира чрез свързан с мембраната Са-зависим ензим протеин киназа С, който катализира фосфорилирането на вътреклетъчните ензими, променяйки тяхната активност. Инозитол 1,4,5-трифосфатът се свързва със специфичен рецептор на ендоплазмения ретикулум, насърчавайки освобождаването на Ca 2+ йони в цитозола.

По този начин представените данни за вторичните месинджъри показват, че всяка от тези междинни системи хормонален ефектсъответства на специфичен клас протеин кинази, въпреки че не може да се изключи възможността за тясна връзка между тези системи. Активността на тип А протеин кинази се регулира от cAMP, протеин киназа G от cGMP; Ca 2+ -калмодулин-зависимите протеин кинази са под контрола на вътреклетъчния [Ca 2+ ], а тип С протеин киназата се регулира от диацилглицерол в синергия със свободен Ca 2+ и киселинни фосфолипиди. Увеличаването на нивото на всеки вторичен посредник води до активиране на съответния клас протеин кинази и последващо фосфорилиране на техните протеинови субстрати. В резултат на това се променя не само активността, но и регулаторните и каталитичните свойства на много клетъчни ензимни системи: йонни канали, вътреклетъчни структурни елементии генетичен апарат.

2) Осъществяване на ефекта след проникването на хормона в клетката

В този случай рецепторите за хормона се намират в цитоплазмата на клетката. Хормоните с този механизъм на действие, поради тяхната липофилност, лесно проникват през мембраната в целевата клетка и се свързват със специфични рецепторни протеини в нейната цитоплазма. Комплексът хормон-рецептор навлиза в клетъчното ядро. В ядрото комплексът се разпада и хормонът взаимодейства с определени участъци от ядрената ДНК, което води до образуването на специална информационна РНК. Информационната РНК напуска ядрото и подпомага синтеза на протеин или ензимен протеин върху рибозомите. Така действат стероидните хормони и производните на тирозина - хормоните на щитовидната жлеза. Тяхното действие се характеризира с дълбоко и дългосрочно преструктуриране на клетъчния метаболизъм.

Известно е, че ефектът на стероидните хормони се осъществява чрез генетичния апарат чрез промяна на генната експресия. След като бъде доставен с кръвни протеини в клетката, хормонът прониква (чрез дифузия) през плазмената мембрана и по-нататък през ядрената мембрана и се свързва с интрануклеарния рецепторен протеин. След това стероидно-протеиновият комплекс се свързва с регулаторната област на ДНК, така наречените хормонално-чувствителни елементи, насърчавайки транскрипцията на съответните структурни гени, индуциране на de novo протеинов синтез и промени в клетъчния метаболизъм в отговор на хормонален сигнал.

Трябва да се подчертае, че основната и отличителна черта на молекулярните механизми на действие на двата основни класа хормони е, че действието на пептидните хормони се осъществява главно чрез посттранслационни (постсинтетични) модификации на протеини в клетките, докато стероидните хормони ( както и тиреоидни хормони, ретиноиди, витамин D3 хормони) действат като регулатори на генната експресия.

Инактивирането на хормоните се случва в ефекторни органи, главно в черния дроб, където хормоните претърпяват различни химични промени чрез свързване с глюкуронова или сярна киселина или в резултат на действието на ензими. Частично хормоните се екскретират непроменени с урината. Действието на някои хормони може да бъде блокирано поради секрецията на хормони, които имат антагонистичен ефект.