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 към клетъчната мембранапроменя пропускливостта си за метаболити, като глюкоза, аминокиселини, някои йони. Приемът на глюкоза, аминокиселините от своя страна оказва влияние биохимични процесив клетката и промяна в разпределението на йони от двете страни на мембраната засяга електрическия потенциал и функцията на клетките. Мембранният тип действие на хормоните рядко се среща в изолирана форма. Например, инсулинът има както мембрана (причинява локални променитранспорт на йони, глюкоза и аминокиселини) и мембранно-вътреклетъчен тип действие.

Мембранно-вътреклетъченвидът на действие (или косвено) е характерен за хормони, които не проникват в клетката и следователно влияят на метаболизма чрез вътреклетъчен химически пратеник, който е оторизираният представител на хормона вътре в клетката. Хормонът чрез мембранни рецептори засяга 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 могат да проникнат през липидния слой на мембраната в клетката, където влизат в комплекс с цитозолни рецептори. Този комплекс регулира количеството ензими в клетката, селективно влияе върху активността на ядрените хромозомни гени и по този начин променя метаболизма и функциите на клетката. Този тип действие на хормона се нарича директно, за разлика от мембранно-вътреклетъчното, когато хормонът регулира метаболизма само индиректно, чрез вътреклетъчни медиатори.

Тиреоидни и паратироидни хормони

Хормони щитовидната жлеза

Щитовидна жлезасекретира два вида хормони различни влиянияза метаболизма. Първата група са йодотиронините: тироксин и трийодтиронин. Тези хормони регулират енергийния метаболизъм и влияят върху деленето и диференциацията на клетките, определящи развитието на организма. Йодтиронините действат върху много тъкани на тялото, но в повечетовърху тъканите на черния дроб, сърцето, бъбреците, скелетни мускулии в по-малка степен мастната и нервната тъкан.

При хиперфункция на щитовидната жлеза (хипертиреоидизъм) има прекомерно образуване на йодотиронини. характерна особеносттиреотоксикозата е ускорено разграждане на въглехидрати и мазнини (мобилизирани от мастните депа). бързо изгаряне мастни киселини, глицеролът и продуктите от гликолиза изискват голяма консумация на кислород. Митохондриите се увеличават по размер, набъбват, променят формата си. Поради това понякога тиреотоксикозата се нарича "митохондриална болест". Външно хипертиреоидизмът се проявява под формата следните симптоми: повишаване на основния метаболизъм, повишаване на телесната температура (повишено производство на топлина), загуба на тегло, тежка тахикардия, повишена нервна възбудимост, изпъкнали очи и др. Тези нарушения се отстраняват или чрез хирургично отстраняване на част от щитовидната жлеза, или с помощта на лекарства, които потискат дейността му.

При хипофункция (хипотиреоидизъм) на щитовидната жлеза има недостиг на йодтиронини. Хипотиреоидизъм в началото детствосе нарича кретинизъм или микседем при децата, а при възрастните е просто микседем. Кретинизмът се характеризира с изразени физически и умствена изостаналост. Това се дължи на намаляване на действието на йодтиронините 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, 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 йодтиронини.

Втората група включва калциотонин (протеин с молекулно тегло 30 000), той регулира фосфорно-калциев метаболизъм, работата му е разгледана по-долу.

Механизми на действие на хормоните.

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 дистанционно действие.

1. Хормони пряко действие. Тази група включва липофилни (мастноразтворими) хормони - стероиди и йодтиронини. Тези вещества са слабо разтворими във вода и поради това 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 (албумини).

Хормоните с директно действие, поради тяхната липофилност, могат да дифундират през двойния липиден слой на целевите клетъчни мембрани. Рецептори за тези хормони се намират в цитозола. Полученият комплекс на хормона с рецептора се придвижва до клетъчното ядро, където се свързва с хроматина и действа върху ДНК. В резултат на това скоростта на синтеза на РНК върху матрицата на ДНК (транскрипция) и скоростта на образуване на специфични ензимни протеини върху матрицата на РНК (транслация) се променят. Това води до промяна в количеството на ензимните протеини в целевите клетки и промяна в тяхната посока химична реакция(Вижте Фигура 2).

Фигура 2. Механизъм на въздействие върху клетката на хормони с директно действие.

Както вече знаете, регулирането на протеиновия синтез може да се извърши с помощта на механизмите 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 протеин-ензим 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 протеин-ензим в клетката избирателно намалява и скоростта на катализираните от него химични реакции намалява. 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 едва след 2-3 часа след проникването им в клетката.

2. Дистантни хормони. Дистанционните хормони 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. Дългодействащите хормони осъществяват ефекта си върху клетката с помощта на втори посредник, който най-често действа като цикличен АМФ (цАМР).

Цикличният AMP се синтезира от АТФ от аденилат циклаза:

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

Фигура 3. Механизъм на влияние върху клетката на хормоните на дълги разстояния.

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 аденилатциклаза 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 ензимните протеини за сметка на 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 са много висока чувствителностхормони, поради което се наричат целеви органиили носни кърпи -цели.Хормоните влияят буквално върху всички аспекти на метаболизма, функциите и структурите 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 вече съществуващи ензими в клетките чрез ускоряване на техния синтез чрез активиране на гени. Хормоните могат да увеличат или намалят пропускливостта на клетъчните и субклетъчните мембрани за ензими и други биологични активни вещества, като по този начин улеснява или инхибира действието на ензима. хормон органичен организъм 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 прави това чрез промяна на транспорта на глюкозата. Но този тип хормонален транспорт рядко се случва изолирано. Инсулинът например има както мембранен, така и мембранно-вътреклетъчен механизъм на действие.

Мембранно-вътреклетъчен механизъм . Според мембранно-вътреклетъчния тип действат хормони, които не проникват в клетката и следователно влияят на метаболизма чрез вътреклетъчен химичен медиатор. 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 норепинефрин, 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 чрез промяна на скоростта на транскрипция и количеството информационна (матрична) РНК (mRNA). Увеличаването или намаляването на количеството на иРНК засяга протеиновия синтез по време на транслацията, което води до промяна 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 съществуващи ензими. И важна роляпринадлежи цикличен аденозин монофосфат(cAMP), който е тук вторичен посредник(ролята на основния

медиаторът се осъществява от самия хормон). Също така е възможно да се увеличи концентрацията на ензими чрез ускоряване на биосинтезата им чрез активиране на гени.

Механизъм на действие на пептидни и стероидни хормони различно. Амини и пептидни хормонине проникват в клетката, а се свързват на нейната повърхност със специфични рецептори в клетъчната мембрана. Рецептор, свързан с ензим аденилат циклаза.Комплексът на хормона с рецептора 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 и 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 до ядрото; III - хормонът взаимодейства обратимо с ДНК на хромозомите; IV - хормонът активира гена, върху който се образува матрична (информационна) РНК (иРНК); V-mRNA напуска ядрото и инициира синтеза на протеин (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, както и Tzи 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 от ДНК на една от хромозомите се синтезира матрична (информационна) РНК (mRNA), която преминава от ядрото към цитоплазмата, прикрепя се към рибозомите и тук индуцира протеинов синтез (фиг. 2.4). ).

За разлика от пептидите, които активират ензимите, стероидните хормони предизвикват синтеза на нови ензимни молекули. В тази връзка ефектите на стероидните хормони се проявяват много по-бавно от действието на пептидните хормони, но обикновено продължават по-дълго.

2.2.5. Класификация на хормоните

Въз основа на функционални критерии има 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 ЦНС 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 → хипофиза → периферна ендокринни жлези. Всички елементи на тази система са комбинирани обратна връзка. Функцията на част от ендокринните жлези не е под регулаторното влияние на хормоните на аденохипофизата (например паращитовидни жлези, панкреас 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 са много чувствителни към хормони, така че те се наричат целеви органиили носни кърпи–цели.Хормоните влияят буквално върху всички аспекти на метаболизма, функциите и структурите 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 вече съществуващи ензими в клетките чрез ускоряване на техния синтез чрез активиране на гени. 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.

Различават се следните видове механизми 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 мембранните носители. Инсулинът прави това чрез промяна на транспорта на глюкозата. Но този тип хормонален транспорт рядко се случва изолирано. Инсулинът например има както мембранен, така и мембранно-вътреклетъчен механизъм на действие.

Мембранно-вътреклетъчен механизъм . Според мембранно-вътреклетъчния тип действат хормони, които не проникват в клетката и следователно влияят на метаболизма чрез вътреклетъчен химичен медиатор. Те включват протеиново-пептидни хормони (хормони на хипоталамуса, хипофизата, 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 мембраната и каталитичен (C), който е ензимен протеин, тоест всъщност 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, настъпва образуването на комплекса N-протеин-GTP (гуанозин трифосфат), който активира каталитичната (С) част на аденилатцеклазата. Активирането на аденилат циклазата води до образуването на сАМР вътре в клетката върху вътрешната повърхност на мембраната на АТФ.

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

В цитоплазмата на клетката има неактивни протеин кинази. Цикличните нуклеотиди, cAMP и GMP, 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 се образува съответно 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 вече съществуващи ензими чрез ковалентна модификация, т.е. чрез фосфорилиране; промяна в количеството на ензимния протеин поради промяна в скоростта на неговата биосинтеза.

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

Има много малко калциеви йони вътре в клетката, но има повече от тях извън клетката. Те идват 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 промяна във физиологичните функции на клетките. Чрез калциевите йони действат хормоните окситоцин, инсулин, простагландин F 2α. 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 чрез промяна на скоростта на транскрипция и количеството информационна (матрична) 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.