Механизмът на действие на хормоните. Класификация на хормоните

Хормоните участват в управлението на метаболизма по следния начин. Потокът от информация за състоянието на вътрешната среда на тялото и за промените, свързани с външни влияния, навлиза в нервната система, където се обработва и се формира отговорен сигнал. Той навлиза в ефекторните органи под формата на нервни импулси по цетригеусните нерви и индиректно през ендокринната система.

Точката, където се сливат потоците от нервна и ендокринна информация, е хипоталамусът - тук идват нервни импулси от различни части на мозъка. Те определят производството и секрецията на хормони на хипоталамуса, които от своя страна чрез хипофизната жлеза влияят върху производството на хормони от периферните ендокринни жлези. Хормоните на периферните жлези, по-специално надбъбречната медула, контролират секрецията на хипоталамуса. В крайна сметка съдържанието на хормона в кръвния поток се поддържа според принципа на саморегулацията. Високото ниво на хормона изключва или отслабва неговото образуване чрез механизъм на отрицателна обратна връзка, ниското ниво засилва производството.

Хормоните действат избирателно върху тъканите, поради различната чувствителност на тъканите към тях. Наричат се органите и клетките, които са най-чувствителни към влиянието на определен хормон целта на хормона (прицелен орган или прицелна клетка).

Концепция за целева тъкан.Прицелната тъкан е тъкан, в която даден хормон предизвиква специфичен физиологичен (биохимичен) отговор Редица фактори определят общия отговор на прицелната тъкан към даден хормон. На първо място, това е локалната концентрация на хормона в близост до целевата тъкан, която зависи от:

1. скоростта 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 неактивна или неактивна форма на хормона в активна;

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

Действителният тъканен отговор се определя от:

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

Състоянието на сенсибилизация - десентация на клетката.

Специфичността на хормоните по отношение на целевите клетки се дължи на присъствието в клетките специфични r-рецептори.

Всички хормонални рецептори могат да бъдат разделени на 2 вида:

1) локализиран на външната повърхност на клетъчната 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 предава информацията, може да се разграничи следното: Варианти на 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 на мембранните транспортни системи. Така например трансмембранният трансфер на глюкоза се осигурява под действието на инсулин, аминокиселини и някои йони. Обикновено мембранният тип действие се комбинира с мембранно-вътреклетъчен.

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

Регулирането е сложен комплексен механизъм, който реагира на различни видове влияния чрез промяна на метаболизма и поддържане на постоянството на вътрешната среда.

Регулиране чрез cAMP или cGMP. Ензимът е вграден в цитоплазмената мембрана на клетката аденилат циклаза, състояща се от 3 части – разпознаваща(набор от рецептори, разположени на повърхността на мембраната), конюгиране(N-протеин, който заема междинна позиция в липидния двоен слой на мембраната между рецептора и каталитичната част) и каталитичен(всъщност ензимен протеин, чийто активен център е обърнат вътре в клетката). Каталитичният протеин има отделни места за свързване на cAMP и cGMP.

Прехвърлянето 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 генерира cAMP вътре в клетката (ATP ¾® cAMP + H 4 P 2 O 7)

Аденилат циклазата работи, докато комплексът хормон-рецептор е запазен, така че една молекула от комплекса има време да образува от 10 до 100 молекули сАМР.

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

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

Активираните протеин кинази фосфорилират различни протеини за сметка на 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 включват гуанилатциклаза и образуването на cGMP. Цикличните нуклеотиди активират различни протеини, така че естеството на метаболитните промени в клетката не зависи от хормона, а от рецепторите, които клетката има.

Влиянието на цикличните нуклеотиди върху метаболизма се спира от ензимите фосфодиестерази.

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

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 хормоните със стероидна природа.

Рецепторите за стероидни хормони се намират в цитоплазмата на клетката. Тези хормони (притежаващи липофилни свойства), прониквайки в клетката, взаимодействат с рецептори, 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 настъпва генна активация и впоследствие се развива верига от процеси, придружени от повишен 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, които засягат генетичния апарат на клетката, се проявяват главно в ефекта върху растежа и диференциацията на тъканите и органите.

Смесен тип трансфер на информация е характерен за йодтиронините(тиреоидни хормони), които по отношение на липофилните свойства заемат междинна позиция между водоразтворимите и липофилните (стероидни) хормони. Тази група хормони осъществява своето действие както по мембранно-вътреклетъчен, така и по цитозолен механизъм.

Първоначално терминът "хормон" означава химикали, които се отделят от жлезите с вътрешна секреция в лимфните или кръвоносните съдове, циркулират в кръвта и действат 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, изпълняват функцията на невротрансмитер (невротрансмитер), докато други (соматостатин) са едновременно хормони и невротрансмитери. Освен това някои химикали се секретират от жлезите с вътрешна секреция или клетките под формата на прохормони и само в периферията се превръщат в биологично активни хормони (тестостерон, тироксин, ангиотензиноген и др.).

Хормоните, в широкия смисъл на думата, са биологично активни вещества и носители на специфична информация, чрез които се осъществява комуникация между различни клетки и тъкани, необходима за регулиране на редица функции на тялото. Информацията, съдържаща се в хормоните, достига до целта си благодарение на наличието на рецептори, които я превръщат 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 химикал, синтезиран 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 хормонът, освобождавайки се 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 същото време хормонът, образуван 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 близка друга клетка;

6) автокринно действие, когато хормон, освободен от клетка, засяга същата клетка, променяйки нейната функционална активност;

7) солинокринно действие, когато хормон от една клетка навлиза в лумена на канала и по този начин достига до друга клетка, оказвайки 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, последвано от транскрипция, посттранскрипционна обработка, транслация, посттранслационна обработка и модификация. Много полипептидни хормони се синтезират под формата на големи прекурсори на прохормони (проинсулин, проглюкагон, проопиомеланокортин и др.). Превръщането на прохормоните в хормони се извършва в апарата на Голджи.

По химическа природа хормоните се разделят на протеинови, стероидни (или липидни) и производни на аминокиселини.

Протеиновите хормони се разделят на пептидни хормони: ACTH, соматотропни (STH), меланоцит-стимулиращи (MSH), пролактин, паратиреоиден хормон, калцитонин, инсулин, глюкагон и протеинови - глюкопротеини: тиреотропни (TSH), фоликулостимулиращи (FSH), лутеинизиращ (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. Витамин D стероли, калцитриол, също принадлежат към тази група. Производните на арахидоновата киселина са, както вече беше споменато, простагландини и принадлежат към групата на ейкозаноидите. Адреналинът и норепинефринът, синтезирани в надбъбречната медула и други хромафинови клетки, както и хормоните на щитовидната жлеза, са производни на аминокиселината тирозин. Протеиновите хормони са хидрофилни и могат да се транспортират чрез кръвта както в свободно състояние, така и в частично свързано състояние с кръвни протеини. Стероидните и тиреоидните хормони са липофилни (хидрофобни), характеризиращи се с ниска разтворимост, повечето от тях циркулират в кръвта в свързано с протеин състояние.

Хормоните осъществяват своето биологично действие чрез комплексиране с рецептори - информационни молекули, които трансформират хормонален 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 група хормони, за които рецепторите са разположени върху плазмените мембрани на клетките. Плазмените рецептори, в зависимост от структурата, се разделят на:

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

2) рецептори, чийто трансмембранен сегмент се състои от единичен 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, 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, левкемичен инхибиторен фактор, фактор на туморна некроза (p75 и p55), фактор на растеж на нервите, интерферони (a, b и g), епидермален растежен фактор, невродиференциращ фактор, фактори на растеж на фибробласти, фактори на растеж на тромбоцити 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 афинитет на рецептора към този хормон.

Биологичният ефект на хормоните, взаимодействащи 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 каскадата 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 хорион гонадотропин, ACTH, паратиреоиден хормон, простагландини тип E, D и I, b-адренергични катехоламини имат хормонален ефект чрез активиране на рецептора чрез стимулиране на аденилат циклазата -cAMP система. В същото време друга група хормони, като соматостатин, ангиотензин II, ацетилхолин (мускаринов ефект), допамин, опиоиди и a2-адренергични катехоламини, инхибират системата аденилат циклаза-сАМР.

При образуването на вторични посредници за такива хормони като гонадолиберин, тиролиберин, допамин, тромбоксани А2, ендопероксиди, левкотриени, агиотензин II, ендотелин, паратироиден хормон, невропептид Y, a1-адренергични катехоламини, ацетилхолин, брадикинин, вазопресин, системата фосфолипаза С, участват инозитол трифосфат, Са2+-зависима протеин киназа С. Инсулинът, факторът, стимулиращ колониите на макрофагите, факторът на растежа, получен от тромбоцитите, медиират своето действие чрез тирозин киназа и предсърден натриуретичен хормон, хистамин, ацетилхолин, брадикинин, фактор, получен от ендотел, или азотен оксид, който от своя страна медиира вазодилататорното действие на брадикинина и ацетилхолина чрез гуанилат циклаза. Трябва да се отбележи, че разделянето на хормоните според принципа на активиране на системи или един или друг втори посланик е условно, тъй като много хормони, след взаимодействие с рецептора, едновременно активират няколко вторични посланика.

Повечето хормони, които взаимодействат с плазмените рецептори, имащи 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-субединици . Идентифицирани са повече от 16 гена, кодиращи a-субединица, няколко гена за b- и g-субединица. Различните видове a-субединици имат различни ефекти. И така, a-s-субединица инхибира аденилатциклаза и Ca2+ канали, a-q-субединица инхибира фосфолипаза С, a-i-субединица инхибира аденилатциклаза и Ca2+ канали и стимулира фосфолипаза C, K+ канали и фосфодиестераза; b-субединицата стимулира фосфолипаза С, аденилатциклаза и Ca2+ канали, докато g-субединица стимулира K+ канали, фосфодиестераза и инхибира аденилатциклаза. Точната функция на други субединици на регулаторните протеини все още не е установена.

Хормоните, образуващи комплекс с рецептор с един трансмембранен фрагмент, активират вътреклетъчните ензими (тирозин киназа, гуанилат циклаза, серин-треонин киназа, тирозин фосфатаза). Хормоните, чиито рецептори имат 4 трансмембранни фрагмента, извършват предаването на хормонален сигнал през йонни канали.

Последните проучвания показват, че вторичните посредници не са едно от изброените съединения, а многостепенна (каскадна) система, чийто краен субстрат (субстанция) може да бъде едно или повече биологично активни съединения. По този начин хормоните, взаимодействащи с рецептори, имащи 7 трансмембранни фрагмента и активиращи G-протеин, след това стимулират аденилат циклаза, фосфолипаза или и двата ензима, което води до образуването на няколко вторични посредника: сАМР, 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 (бримки) са отговорни за разпознаването и свързването на хормона, 3 вътреклетъчни фрагмента (бримки) свързват G-протеина. Трансмембранните (интрамембранните) домени са хидрофобни, докато екстра- и вътреклетъчните фрагменти (примки) са хидрофилни. С-терминалният цитоплазмен край на рецепторната полипептидна верига съдържа места, където под въздействието на активирани G-протеини настъпва фосфорилиране, характеризиращо активното състояние на рецептора с едновременното образуване на вторични посредници: сАМР, инозитол трифосфат и диацилглицерол.

Взаимодействието на хормон с рецептор с един трансмембранен фрагмент води до активиране на ензими (тирозин киназа, фосфат тирозин фосфатаза и др.), които фосфорилират тирозинови остатъци върху протеинови молекули.

Комплексообразуването 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, медииращи фосфорилирането на определени протеинови региони, 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 хормон с рецептор от първата група (рецептори със 7 трансмембранни фрагмента) включва най-малко 3 последователни етапа: 1) активиране на рецептора, 2) предаване на хормонален 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 регулаторен протеин, състоящ се от -, b- и g- субединици. Това от своя страна активира мембранно свързаните ензими (фосфолипаза С, аденилат циклаза) с последващо образуване на 3 вторични посредника: инозитол трифосфат, диацилглицерол и сАМР.

Аденилатциклазната система на рецептора се състои от 3 компонента: самият рецептор (неговата стимулираща и инхибиторна част), регулаторният протеин с неговите a-, b- и g-субединици и каталитичната субединица (самата аденилатциклаза), която в нормално (т.е. нестимулирано) състояние, разделени един от друг (Схема 2). Рецепторът (и двете му части - стимулираща и инхибиторна) е разположен на външната, а регулаторната единица - на вътрешната повърхност на плазмената мембрана. Регулаторната единица или G протеин се свързва от гуанозин дифосфат (GDP) в отсъствието на хормона. Комплексообразуването на хормона с рецептора предизвиква дисоциацията на комплекса G-протеин-GDP и взаимодействието на G-протеина, а именно неговата a-субединица с гуанозин трифосфат (GTP) и едновременното образуване на b/g-субединица комплекс, който е в състояние да причини определени биологични ефекти. Комплексът GTP-a-субединица, както вече беше отбелязано, активира аденилат циклазата и последващото образуване на сАМР. Последният вече активира протеин киназа А със съответното 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 цАМФ (пояснения в текста).

PC е рецептор, който свързва стимулиращия хормон,

St е стимулиращ хормон

Ru е рецептор, който свързва инхибиторен хормон,

Ug - депресиращ хормон,

Ac - аденилат циклаза,

Gy - хормон-инхибиращ протеин,

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 предизвиква 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 фосфорилирането на съответните протеини, т.е. прехвърляне на фосфатна група от АТФ към хидроксилната група на серин, треонин или тирозин, които са част от протеиновата молекула. Протеините, фосфорилирани по този начин, директно осъществяват биологичния ефект на хормона.

Сега е установено, че регулаторните протеини са представени от повече от 50 различни протеини, способни да образуват комплекс с GTP, които са разделени на G-протеини с малко молекулно тегло (20-25 kDa) и високомолекулни G-протеини, състоящи се от 3 субединици (a - c молна маса 39-46 kDa, b - 37 kDa и g-субединица - 8 kDa). А-субединицата по същество е GTPase, която хидролизира GTP до 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 своите места на свързване, a-субединица причинява дисоциация и дезактивиране на активния комплекс, тъй като повторното свързване на a-субединица - GDP с b- и g-субединици връща аденилатциклазната система в първоначалното й 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 негови изоформи, които взаимодействат с a-, b- и g-субединици, както и с Ca2+ калмодулин. В някои видове рецептори, в допълнение към регулаторните стимулиращи (Gs) и регулаторните инхибиторни (GI) протеини, е идентифициран допълнителен протеин, трансдуцин.

Ролята на регулаторните протеини в предаването на хормоналния сигнал 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 едновременно да активират Gs и Gi в различна степен. 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 комплекса хормон-рецептор. В някои рецепторни системи в това взаимодействие участват до 20 или повече регулаторни протеини, които освен че стимулират образуването на сАМР, едновременно активират калциевите 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 настъпва допълнително активиране на фосфолипаза С, която хидролизира полифосфоинозидната система. Тази система, както е посочено по-горе, включва два вътреклетъчни вторични посредника, които са получени от мембранно свързан полифосфоинозид, наречен фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (FIF2). Комплексообразуването на хормона с рецептора предизвиква хидролиза на PIF2 от фосфорилаза, което води до образуването на тези посредници - 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 PIF2, заедно с освобождаването на два месинджъра и повишаването на съдържанието на вътреклетъчен калций, също да индуцира образуването на простагландини, които са потенциални стимулатори на сАМР.

Тази система медиира действието на такива хормони като хистамин, серотонин, простагландини, вазопресин, холецистокинин, соматолиберин, тиролиберин, окситоцин, паратироиден хормон, невропептид Y, субстанция Р, ангиотензин II, катехоламини, които действат чрез a1-адренергични рецептори и др.

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

Инозитол трифосфатът действа чрез свои собствени специфични тетрамерни рецептори с молекулно тегло 4x313 kDa. След комплексиране с такъв рецептор бяха 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 бъде един от елементите на трансфера на хормонално действие с участието на калциеви йони.

Както знаете, калцият се намира вътре в клетката в свързано с протеин състояние и в свободна форма в извънклетъчната течност. Идентифицирани са калций-свързващи вътреклетъчни протеини като калретикулин и калсеквестрин. Вътреклетъчният свободен калций, който действа като втори посредник, навлиза от извънклетъчната течност през калциевите канали на плазмената мембрана на клетката 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 + протеин - 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 17000 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 калмодулина, превръща го в активна форма и повлиява 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 преминава в неактивна форма и състоянието на функционален покой се възстановява в клетката. Калмодулин действа също върху аденилат циклаза, гуанилат циклаза, фосфодиестераза, фосфорилаза киназа, миозин киназа, фосфолипаза А2, Са2+- и Mg2+-АТФаза, стимулира освобождаването на невротрансмитери, фосфорилирането на мембранните протеини. Променяйки калциевия транспорт, нивото и активността на цикличните нуклеотиди и индиректно метаболизма на гликогена, калмодулин участва в секреторните и други функционални процеси 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. Калмодулинът е аналог на мускулния протеин тропонин С, който чрез свързване на калций образува комплекс от актин и миозин и също така активира миозин-АТФаза, която е необходима за многократното взаимодействие на актин и миозин.

Са2+-калмодулиновият комплекс активира Са2+-калмодулин-зависимата протеин киназа, която играе важна роля в предаването на нервен сигнал (синтез и освобождаване на невротрансмитери), в стимулирането или инхибирането на фосфолипаза А2, активира специфична серин-треонин протеин фосфатаза, наречена калциневрин, която 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 няколко субстрата, като киназата на леката верига на миозина, киназата на фосфорилазата и др.

Протеин киназа С е представена от няколко изоформи (mol.m. 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, пи и омега) и 2 нетипични протеинови форми.

Класическите протеин кинази се активират от калций и диацилглицерол, новите протеин кинази се активират от диацилглицерол и форболови естери, а една от атипичните протеин кинази не отговаря на нито един от изброените активатори, но нейната активност изисква присъствието на фосфатидилсерин.

По-горе беше отбелязано, че хормоните, чиито рецептори имат 7 трансмембранни фрагмента, след образуването на комплекса хормон-рецептор се свързват с G-протеини, които имат малко молекулно тегло (20-25 kDa) и изпълняват различни функции. 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 въздействието 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 свръхекспресията или мутацията 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 своето първоначално действие на активиране на рецептора чрез хормон-чувствителна тирозин киназа. Свързването на хормона с рецептора води до конформационна промяна или димеризация, която причинява активиране на тирозин киназа и последващо автофосфорилиране на рецептора. След взаимодействие хормон-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. Тирозин киназата се активира или фосфорилира чрез свързване към адаптер или SH2 протеин, който се състои от два SH2 домена и един SH3 домен. SH2 домейните свързват специфични тирозин киназни рецепторни фосфотирозини, а SH3 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 трансдукцията на хормоналния сигнал зависи от две реакции - фосфорилиране и дефосфорилиране. Първата реакция се контролира от различни тирозин кинази, втората - от 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 намаляване на сигнала чрез дефосфорилиране на фосфорилиращи места на рецепторната тирозин киназа или усилване на сигнала чрез свързване на тирозин фосфорилиращи сигнални протеини към единия или двата SH2 домена, както и сигнал трансдукция чрез взаимодействие на единичен SH2 протеин с друг протеин или инактивиране чрез процеса на дефосфорилиране на тирозин-фосфорилирани вторични молекули на посредника, като фосфолипаза C-g или src-тирозин киназа.

При някои хормони предаването на хормонален сигнал се осъществява чрез фосфорилиране на тирозинови аминокиселинни остатъци, както и на 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 серин е придружено от намаляване на биологичния ефект на инсулина. Функционалното значение на едновременното фосфорилиране на няколко аминокиселинни остатъка на рецепторната тирозин киназа не е добре разбрано. 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 фосфорилират или дефосфорилират серин, тирозин или треонинови остатъци, което предизвиква съответните конформационни промени, необходими за проявата на биологична активност.

Трябва да се отбележи, че ензими като фосфорилаза, киназа, казеин киназа II, ацетил-CoA карбоксилаза киназа, триглицерид липаза, гликоген фосфорилаза, протеин фосфатаза I, АТФ цитрат лиаза се активират от процеса на фосфорилиране и гликоген синтаза, пируват дехидрогеназа и пируват киназа се активират от процеса на дефосфорилиране.

Третото ниво на регулаторни сигнални механизми в действието на хормоните се характеризира с подходящ отговор на клетъчно ниво и се проявява чрез промяна 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, глюкоза през клетъчната мембрана се извършва 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, от които 2 са симпортери или котранспортери на натриева глюкоза.

Хормоните на втория пратеник влияят върху 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) е комплексиран със специфични региони на ДНК, като е общ транскрипционен фактор.

Много хормони, които взаимодействат с рецептори, разположени на плазмената мембрана, след образуването на комплекса хормон-рецептор, преминават през процеса 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, която е облицована с протеин клатрин. Хормон-рецепторните комплекси, агрегирани по този начин, които са локализирани в „покрити ями“, след това се интернализират чрез инвагинация на клетъчната мембрана (механизмът е много подобен на процеса на фагоцитоза), превръщайки се във везикули (ендозоми или рецепторозоми) 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 в клетъчната мембрана се нарича процес на рециклиране на рецептора. По време на функционирането 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, с помощта на процеса на интернализация, разграждането на протеиновите хормони (в лизозомите) и клетъчната десенсибилизация (намаляване на клетъчната чувствителност към хормона) се извършва чрез намаляване на броя на рецепторите на клетъчната мембрана. Установено е, че съдбата на хормонорецепторния комплекс след процеса на ендоцитоза е различна. При повечето хормони (FSH, LH, хорион гонадотропин, 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.

При 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, растежен хормон в някои целеви тъкани) след дисоциация на ендозоми се връщат, подобно на техните рецептори, към клетъчната мембрана. Въпреки факта, че тези хормони преминават през процес на интернализация, няма консенсус относно директното вътреклетъчно действие на протеиновия хормон или неговия хормон-рецепторен комплекс.

Рецепторите за хормоните на надбъбречната кора, половите хормони, калцитриол, ретиноева киселина, тиреоидни хормони са локализирани вътреклетъчно. Тези хормони са липофилни, транспортират се от кръвни протеини, имат дълъг полуживот 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 рецепторна активация или трансформация. Изследването на рецепторната трансформация in vitro показа, че температурният режим, наличието на хепарин, АТФ и други компоненти в инкубационната среда променят скоростта на този процес.

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

В допълнение към протеина на стреса с кея. м. 90 kDa, в нетрансформирания рецептор, 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 протеин мол. 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 (напр. 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, е в състояние да взаимодейства с клетъчната мембрана и да премине през нея в цитоплазмата, където се свързва с цитоплазмения рецептор, който е силно специфичен. Например, от хепатоцити са изолирани рецепторни протеини, които свързват само глюкокортикоидни хормони или естрогени. Понастоящем са открити 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 X рецептор за ретиноева киселина). идентифициран.. 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 остатъци; 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 както във формата, така и в аминокиселинната последователност. Състои се от 100-600 аминокиселини и най-малките му размери се намират в рецептора на тиреоидния хормон, а най-големият в рецептора на глюкокортикоидния хормон. Този домен определя характеристиките на рецепторния отговор и е силно фосфорилиран при повечето видове, 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 . Има малък участък в ДНК-свързващия домен за специфично свързване на ядрени рецептори, наречен "елементи на хормонален отговор", който модулира началото на транскрипцията. Този регион се намира в друг фрагмент, състоящ се от 250 нуклеотида, отговорен за започването на транскрипцията. ДНК-свързващият домен има най-високо структурно постоянство сред 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.

Карбоксилният краен 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 от действието 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, превръщайки се в Т3, който се свързва с цитоплазмения рецептор. Ако стероидцитоплазменият комплекс се премести в клетъчното ядро, тогава тироидцитоплазменият комплекс първо се дисоциира и Т3 директно се свързва с ядрените рецептори с висок афинитет към него. В допълнение, Т3 рецептори с висок афинитет се намират и в митохондриите. Смята се, че калоригенното действие на тиреоидните хормони се осъществява в митохондриите чрез генериране на нов АТФ, за образуването на който се използва аденозин дифосфат (АДФ).

Тироидните хормони регулират протеиновия синтез на ниво транскрипция и това действие, което се открива след 12-24 часа, може да бъде блокирано чрез въвеждане на инхибитори на РНК синтезния синтез. Освен вътреклетъчното си действие, тиреоидните хормони стимулират транспорта на глюкоза и аминокиселини през клетъчната мембрана, като пряко влияят върху активността на някои ензими, локализирани в нея.

Така специфичното действие на хормона се проявява едва след комплексообразуването му 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 специфичен биологичен ефект на хормона.

От това следва, че биологичното действие 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. Така например концентрацията на хормона в кръвта и междуклетъчната течност е много ниска и възлиза на 1014-109 М, което е много по-ниско от концентрацията на аминокиселини и други различни пептиди (105-103 М). Броят на рецепторите е по-висок и е 1010-108 М, като на плазмената мембрана има около 1014-1010 М, а вътреклетъчното ниво на вторичните месинджъри е малко по-високо - 108-106 М. Абсолютният брой рецепторни места на клетъчната мембрана варира от няколкостотин до 100 000.

Многобройни изследвания показват, че рецепторите имат характерно свойство да усилват действието на хормона не само чрез описаните механизми, но и чрез така нареченото „нелинейно свързване“. Характерна е и друга особеност, която е, че най-големият хормонален ефект не означава най-голямото свързване на хормона от рецепторите. Така например, максималното стимулиране на транспорта на глюкоза в адипоцитите от инсулин се наблюдава, когато само 2% от инсулиновите рецептори са свързани с хормона (J. Gliemann et al., 1975). Същата връзка е установена за ACTH, гонадотропини и други хормони (M.L. Dufau et al., 1988). Това се дължи на два феномена: „нелинейно свързване“ и наличието на така наречените „резервни рецептори“. Така или иначе, но усилването или усилването на действието на хормона, което е следствие от тези две явления, играе важна физиологична роля в процесите на биологичното действие на хормона в нормални и при различни патологични състояния. Например, при хиперинсулинизъм и затлъстяване, броят на инсулиновите рецептори, локализирани в хепатоцитите, адипоцитите, тимоцитите и моноцитите, намалява с 50-60% и, обратно, състоянията на инсулинов дефицит при животните са придружени от увеличаване на броя на инсулиновите рецептори. . Заедно с броя на инсулиновите рецептори се променя и техният афинитет; способността за комплексиране с инсулин и трансдукцията (предаване) на хормоналния сигнал вътре в рецептора също се променя. По този начин промяната в чувствителността на органите и тъканите към хормоните се извършва чрез механизми за обратна връзка (регулация надолу). За състояния, придружени от висока концентрация на хормона в кръвта, е характерно намаляване на броя на рецепторите, което се проявява клинично като резистентност към този хормон.

Някои хормони могат да повлияят на броя не само на "собствените" рецептори, но и на рецепторите за друг хормон. Така прогестеронът намалява, а естрогените увеличават броя на рецепторите за естроген и прогестерон едновременно.

Намаляването на хормоналната чувствителност 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 са в състояние конкурентно да свържат рецептора с хормона, намалявайки или напълно блокирайки неговия биологичен ефект. Агонистите, напротив, образувайки комплекс със съответния рецептор, засилват действието на хормона или напълно имитират неговото присъствие, а понякога полуживотът на агониста е стотици или повече пъти по-дълъг от времето на разграждане на естествения хормон и, следователно през това време се проявява биологичен ефект, който естествено се използва за клинични цели. Така 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 за глюкокортикоидните рецептори включват 11а-хидроксипрогестерон, тетрахидрокортизол, андростендион, 11а-, 17а-метилтестостерон. Тези зависимости се вземат предвид не само в експеримента при изясняване действието на хормоните, но и в клиничната практика.

Дешифрирането на механизмите на действие на хормоните в животинския организъм дава възможност за по-добро разбиране на физиологичните процеси - регулация на метаболизма, биосинтеза на протеини, тъканен растеж и диференциация.

Това е важно и от практическа гледна точка, във връзка с нарастващото използване на естествени и синтетични хормонални препарати в животновъдството и ветеринарната медицина.

В момента има около 100 хормона, които се образуват в жлезите с вътрешна секреция, навлизат в кръвта и имат многостранен ефект върху метаболизма в клетките, тъканите и органите. Трудно е да се определят такива физиологични процеси в тялото, които не биха били под регулаторното влияние на хормоните. За разлика от много ензими, които причиняват индивидуални, тясно насочени промени в тялото, хормоните имат многобройни ефекти върху метаболитните процеси и други физиологични функции. В същото време нито един от хормоните, като правило, не осигурява напълно регулирането на отделните функции. Това изисква действието на редица хормони в определена последователност и взаимодействие. Така 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 регулаторното влияние на лутропин и др.

Повечето от хормоните в кръвта са свързани с албумини или глобулини, което предотвратява бързото им унищожаване от ензими и поддържа оптимална концентрация на метаболитно активни хормони в клетките и тъканите. Хормоните имат пряк ефект върху процеса на биосинтеза на протеини. Стероидните и протеиновите хормони (полови, тройни хипофизни хормони) в целевите тъкани предизвикват увеличаване на броя и обема на клетките. Други хормони, като инсулин, глюкокортикоиди и минералокортикоиди, влияят индиректно на протеиновия синтез.

Рецепторите на клетъчната мембрана са първото звено във физиологичното действие на хормоните при животните. В същите клетки има голям брой от няколко вида; специфични рецептори, с чиято помощ селективно свързват циркулиращите в кръвта молекули на различни хормони. Например мастните клетки в мембраните си имат специфични рецептори за глюкагон, лутропин, тиротропин, кортикотропин.

Поради големия размер на техните молекули, повечето хормони от протеинова природа не могат да проникнат в клетките, но се намират на тяхната повърхност и, взаимодействайки със съответните рецептори, влияят на метаболизма вътре в клетките. По-специално, действието на тиротропина е свързано с фиксирането на неговите молекули върху повърхността на клетките на щитовидната жлеза, под влиянието на което се увеличава пропускливостта на клетъчните мембрани за натриеви йони и в тяхно присъствие се увеличава интензивността на окисление 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 преминаване в тъканите. Соматотропинът има и стимулиращ ефект върху синтеза на нуклеинови киселини и протеини чрез въздействие върху клетъчните мембрани.

Едни и същи хормони могат да повлияят на метаболитните процеси в тъканните клетки по различни начини. Наред с промяната в пропускливостта на клетъчните мембрани и мембраните на вътреклетъчните структури за различни ензими и други химикали, под въздействието на същите хормони, йонният състав на околната среда извън и вътре в клетките, както и активността на различни ензими и интензивността на метаболитните процеси може да се промени.

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. Върху вътреклетъчните мембрани има ензим фосфодиестераза, който превръща цАМФ в по-слабо активно вещество - 5'-аденозин монофосфат и това спира действието на хормона.

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

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

Стероидните хормони, катехоламините, тиреоидните хормони, поради малкия размер на молекулите, преминават през клетъчната мембрана и влизат в контакт с цитоплазмените рецептори вътре в клетките. Впоследствие стероидните хормони в комбинация с техните рецептори, които са киселинни протеини, преминават в клетъчното ядро. Предполага се, че пептидните хормони, тъй като хормон-рецепторните комплекси се разцепват, също засягат специфични рецептори в цитоплазмата, комплекса на Голджи и ядрената обвивка.

Не всички хормони стимулират активността на ензима аденилциклаза и повишават концентрацията му в клетките. Някои пептидни хормони, по-специално инсулин, цитоцин, калцитонин, имат инхибиторен ефект върху аденилциклазата. 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 със специфична чувствителност към тези 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 ефектите на двата циклични нуклеотида - cAMP и cGMP, които са универсални вътреклетъчни медиатори - медиатори на хормоните. Що се отнася до 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 показват крайния физиологичен ефект индиректно - чрез промяна в биосинтезата на ензимните протеини. Биосинтезата на протеини е сложен многоетапен процес, осъществяван с активното участие на генния апарат на клетките.

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 връзки на протеиновия метаболизъм. Специфични протеин кинази в клетъчните ядра стимулират фосфорилирането на съответните протеинови компоненти и РНК полимеразната реакция с образуването на информационни РНК, кодиращи протеиновия синтез в клетките и целевите органи. В същото време гените се дерепресират в ядрата на клетките, които се освобождават от инхибиторния ефект на специфични репресори - ядрени хистонови протеини.

Хормони като естрогени и андрогени в клетъчните ядра се свързват с хистонови протеини, които потискат съответните гени и по този начин привеждат генния апарат на клетките в активно функционално състояние. В същото време андрогените засягат 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 извършва образуването на хистонови протеини, които са репресори на генната активност, което предотвратява метаболитните функции на ядрата и прекомерното проявление на стимулация на растежа. Следователно клетъчните ядра имат свой собствен механизъм на генетична и митотична регулация на метаболизма и растежа.

Във връзка с влиянието на хормоните върху анаболните процеси в организма се увеличава задържането на хранителни вещества във фуража и следователно се увеличава броят на субстратите за междинния метаболизъм, регулаторните механизми на биохимичните процеси, свързани с по-ефективното използване на азотни и други съединения са активирани.

Процесите на синтез на протеини в клетките се влияят от соматотропин, кортикостероиди, естрогени, а също и тироксин. Тези хормони стимулират синтеза на различни информационни РНК и по този начин усилват синтеза на съответните протеини. В процесите на протеиновия синтез важна роля играе и инсулинът, който стимулира свързването на информационните РНК с рибозомите и съответно активира протеиновия синтез. Чрез активиране на хромозомния апарат на клетките, хормоните влияят върху увеличаването на скоростта на протеиновия синтез и концентрацията на ензими в клетките на черния дроб и други органи и тъкани. Механизмът на ефекта 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 биохимичните реакции като специфични активатори или инхибитори на ензими, оказвайки 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 знаете, витамините играят определена роля в изграждането на коензими. Смята се, че хормоните също играят регулаторна роля в тези процеси. Например, кортикостероидите влияят върху фосфорилирането на някои витамини от група В.

За простагландините е особено важна тяхната висока физиологична активност и много ниски странични ефекти. Вече е известно, че простагландините действат вътре в клетките като медиатори и играят важна роля в осъществяването на ефекта на хормоните. В същото време се активират процесите на синтез на цикличен аденозин монофосфат (cAMP), който е способен да предава тясно насоченото действие на хормоните. Възможно е да се предположи, че фармакологичните вещества вътре в клетките действат поради производството на специфични простагландини. Сега в много страни се изучава механизмът на действие на простагландините на клетъчно и молекулярно ниво, тъй като цялостното изследване на действието на простагландините може да направи възможно целенасоченото повлияване на метаболизма и други физиологични процеси в животинското тяло.

Въз основа на гореизложеното може да се заключи, че хормоните имат комплексен и многостранен ефект върху животинското тяло. Комплексният ефект на нервната и хуморалната регулация осигурява координираното протичане на всички биохимични и физиологични процеси. Но в най-фините подробности механизмът на действие на хормоните все още не е достатъчно проучен. 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 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. 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 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, 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 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:

хормонални или хемокринитези. действие на значително разстояние от мястото на образуване;
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;
неврокринен или невроендокринен (синаптичен и несинаптичен), действие, при което хормонът, освобождавайки се от нервните окончания, изпълнява функцията на невротрансмитер или невромодулатор, т.е. вещество, което променя (обикновено засилва) действието на невротрансмитер;
паракринен- вид изокринно действие, но в същото време хормонът, образуван в една клетка, навлиза в междуклетъчната течност и засяга редица клетки, разположени в непосредствена близост;
юкстакринен- вид паракринно действие, когато хормонът не навлиза в междуклетъчната течност и сигналът се предава през плазмената мембрана на близка друга клетка;
автокринендействие, когато хормон, освободен от клетка, засяга същата клетка, променяйки нейната функционална активност;
физиологичен разтвордействие, когато хормон от една клетка навлезе в лумена на канала и по този начин достигне друга клетка, оказвайки 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. 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:

Осъществяване на ефекта от външната повърхност на клетъчната мембрана.
Осъществяване на ефекта след проникването 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 мембранен ензим, аденилат циклаза. Този ензим допринася за образуването на аденозинтрифосфорна киселина (АТФ) на най-важния вътреклетъчен медиатор за осъществяване на хормонални ефекти - цикличен 3,5-аденозин монофосфат (цАМР). cAMP активира клетъчния ензим протеин киназа, който осъществява 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 посредници, в допълнение към cAMP, могат да бъдат цикличен 3,5-гуанозин монофосфат (cGMP), калциеви йони и инозитол трифосфат. Така действат пептидните, протеиновите хормони, производните на тирозина - катехоламините. Характерна особеност на действието на тези хормони е относителната бързина на реакцията, която се дължи на активирането на предишни вече синтезирани ензими и други протеини.

Хормоните осъществяват своето биологично действие чрез комплексиране с рецептори - информационни молекули, които трансформират хормонален 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 структурата, се разделят на:

седем фрагмента(примки);
рецептори, чийто трансмембранен сегмент се състои от един фрагмент(примки или вериги);
рецептори, чийто трансмембранен сегмент се състои от четири фрагмента(примки).

Хормоните, чийто рецептор се състои от седем трансмембранни фрагмента, включват:
ACTH, TSH, FSH, LH, хорионгонадотропин, простагландини, гастрин, холецистокинин, невропептид Y, невромедин К, вазопресин, епинефрин (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:
STH, пролактин, инсулин, соматомамотропин или плацентарен лактоген, IGF-1, нервни растежни фактори или невротрофини, хепатоцитен растежен фактор, предсърден натриуретичен пептид типове A, B и C, онкостатин, еритропоетин, цилиарен невротрофичен фактор, левкемичен инхибиторен фактор, фактор на туморна некроза фактори (р75 и р55), нервен растежен фактор, интерферони (a, b и g), епидермален растежен фактор, невродиференциращ фактор, фибробластни растежни фактори, тромбоцитни растежни фактори А и В, фактор, стимулиращ колонията 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 многократното провеждане на хормоналния сигнал на нивото на плазмената мембрана. G-протеинът в 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 "вторичните" 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 функции. По-специално, той причинява промяна в структурните свойства (асоцииране или дисоциация на съставните субединици), активиране или инхибиране на техните каталитични свойства, в крайна сметка определяйки 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 променящи тяхната активност;
5)фосфодиестераза, което причинява разпадане на cAMP и по този начин прекратява (прекъсва) действието на сигнала

Доказано е, че свързването на хормона с β-адренергичния рецептор води до структурни промени във вътреклетъчния домен на рецептора, което 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 има три различни субединици (α-, β- и γ-), т.е. те са хетеротримери. Показано е, че β-субединиците на G s и G i са идентични; в същото време α-субединиците, които са продукти на различни гени, се оказват отговорни за проявата на активаторна и инхибиторна активност от G-протеина. Комплексът от хормонален рецептор дава на G-протеина способността не само лесно да обменя ендогенно свързан GDP с GTP, но и да прехвърли Gs-протеина в активирано състояние, докато активният G-протеин се дисоциира в присъствието на Mg 2+ йони в β-, γ-субединици и сложна α-субединица G s 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 разпад на GTP и повторното свързване на β- и γ-субединици с образуването на оригиналната GDP форма G s.

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, за да образува 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 присъства 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 С каталитични субединици; последните имат ензимна активност, като катализират фосфорилирането на протеини и ензими, като по този начин 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, чрез комбиниране със своя специфичен рецептор, инхибиторния G-протеин (Gi, който е структурен хомолог на Gs-протеина), инхибира синтеза на аденилат циклаза и сАМР, 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.

По-подробно е проучен механизмът на активиране и регулиране на мускулната гликоген фосфорилаза, която активира разграждането на гликогена. 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 специфична фосфатаза фосфорилаза а води до инактивиране на ензима и връщане към първоначалното му състояние.

Отворете в мускулната тъкан 3 видарегулиране на гликогенфосфорилазата.
Първи тип – ковалентна регулацияна базата на хормонално зависимо фосфорилиране-дефосфорилиране на фосфорилазни субединици.
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 са прикрепени не към активния център, а към алостеричния център на всяка субединица.

В работещия мускул натрупването на AMP, дължащо се на консумацията на АТФ, 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, базиран на алостеричното активиране на фосфорилаза b киназа от Ca 2+ йони, чиято концентрация се увеличава с мускулна контракция, като по този начин допринася за образуването на активна фосфорилаза a.

Система за съобщения на гуанилат циклаза

Доста дълго време цикличният 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 гуанилат циклаза, 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 b киназа; 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 разтворима е отворена в цитозола.

Свързаните с мембрана форми са съставени от 3 парцела:
рецептор, локализиран върху външната повърхност на плазмената мембрана;
интрамембранен домени
каталитичен компонент, което е еднакво за различните форми на ензима.
Гуанилат циклазата е отворена 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. Мембранно-свързаният ензим се активира чрез съответните рецептори от къси екстрацелуларни пептиди, по-специално хормоналния атриален натриуретичен пептид (ANF), термостабилен токсин на грам-отрицателни бактерии и др. ANF, както е известно, се синтезира в атриума в отговор на увеличаване на кръвния обем, навлиза в бъбреците с кръв, активира гуанилат циклаза (съответно повишава нивото на cGMP), насърчавайки екскрецията на Na и вода. Клетките на гладката мускулатура на съдовете също съдържат подобен рецептор, гуанилат циклазната система, чрез която свързаният с рецептора ANF упражнява съдоразширяващ ефект, помагайки за понижаване на кръвното налягане. В епителните клетки на червата бактериалният ендотоксин може да действа като активатор на системата рецептор-гуанилат циклаза, което води до забавяне на абсорбцията на вода в червата и развитие на диария.

Разтворимата форма на гуанилат циклазата е ензим, съдържащ хем, състоящ се от 2 субединици. Тази форма на гуанилат циклаза се регулира от нитровазодилататори, свободните радикали са продукти на липидната пероксидация. Един от добре познатите активатори е ендотелен фактор (EDRF)причинявайки съдова релаксация. Активният компонент, естествен 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 хема на гуанилат циклазата, насърчава бързото образуване на cGMP, което намалява силата на сърдечните контракции чрез стимулиране на йонни помпи, които функционират при ниски концентрации на Ca 2+. Действието на NO обаче е краткотрайно, няколко секунди, локализирано - близо до мястото на неговия синтез. Подобен ефект, но по-продължителен, осигурява нитроглицеринът, който освобождава NO по-бавно.

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

Нивото на цикличните нуклеотиди cAMP и cGMP в клетката се контролира от съответните фосфодиестерази, които катализират тяхната хидролиза до 5'-нуклеотидни монофосфати и се различават по своя афинитет към cAMP и cGMP.Разтворима калмодулин-зависима фосфодиестераза и мембранно свързана изоформа нерегулирани от Са2+ 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), която идва както отвън през плазмената мембрана (по-точно през волтаж-зависими и рецептор-зависими калциеви канали), така и от вътреклетъчни източници . Един от най-важните механизми за провеждане на хормонален сигнал в калциево-информационната система 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.С увеличаване на концентрацията на Ca 2+ в клетката в отговор на входящите сигнали, специфична протеин киназа катализира фосфорилирането на много вътреклетъчни целеви ензими, като по този начин регулира тяхната активност. Показано е, че фосфорилаза b киназата, активирана от Ca 2+ йони, подобно на NO-синтазата, съдържа калмодулин като субединица. Калмодулинът е част от много 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 система от месинджъри също включва производни на фосфолипиди от еукариотни клетъчни мембрани, 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, както и 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, улеснявайки освобождаването на Ca 2+ йони от него в цитозола.

По този начин представените данни за вторичните посредници показват, че всяка от тези системи от медиатори на хормоналния ефект съответства на определен клас протеин кинази, въпреки че не може да се изключи възможността за тясна връзка между тези системи. Активността на протеин киназите тип А се регулира от cAMP, протеин киназа G се регулира от cGMP; Ca 2+ -калмодулин-зависимите протеин кинази са под контрола на вътреклетъчния [Ca 2+ ], а протеин киназа тип С се регулира от диацилглицерол в синергия със свободен Ca 2+ и киселинни фосфолипиди. Увеличаването на нивото на всеки втори 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 елементи и 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 на този механизъм на действие, поради тяхната липофилност, лесно проникват през мембраната в целевата клетка и се свързват в нейната цитоплазма със специфични рецепторни протеини. 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 протеинов ензим 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. Хормонът след доставяне с кръвни протеини в клетката прониква (чрез дифузия) през плазмената мембрана и след това през ядрената мембрана и се свързва с интрануклеарния рецепторен протеин. След това комплексът стероид-протеин се свързва с регулаторната област на ДНК, така наречените хормонално-чувствителни елементи, насърчавайки транскрипцията на съответните структурни гени, индуциране на синтез на протеини de novo и промяна на 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 хормоните (както и хормоните на щитовидната жлеза, ретиноидите, хормоните на витамин D3) 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. Някои от хормоните се екскретират в урината непроменени. Действието на някои хормони може да бъде блокирано поради секрецията на хормони, които имат антагонистичен ефект.

КАТЕГОРИИ

Прожекция

Ултразвук на крайници

Видове ултразвук

ултразвук на корема

ултразвук на гръдния кош

ПОПУЛЯРНИ СТАТИИ

	Десет признака на любовта на мъжа към жената - Поведение на любовник
	Четири етапа на живот и смърт в Аюрведа
	Най-романтичните и влюбени знаци на зодиака
	Как да разберете, че една жена не ви обича (маркери, че е време да потърсите нова)?
	"Бял шум" и преговори със света на мъртвите

2022 "kingad.ru" - ултразвуково изследване на човешки органи