Osnovni mehanizmi djelovanja hormona. Membransko-intracelularni mehanizam djelovanja hormona

Postoje tri moguće opcije mehanizam djelovanja hormona.

Membranski ili lokalni mehanizam- leži u činjenici da hormon na mjestu vezanja sa stanična membrana mijenja svoju propusnost za metabolite, na primjer, glukozu, aminokiseline i neke ione. Opskrba glukozom i aminokiselinama, pak, utječe biokemijski procesi u stanici, a promjena raspodjele iona s obje strane membrane utječe na električni potencijal i funkciju stanica. Membranski tip djelovanja hormona rijetko se nalazi u izoliranom obliku. Na primjer, inzulin ima obje membrane (uzroke lokalne promjene transport iona, glukoze i aminokiselina) i membransko-intracelularni tip djelovanja.

Membrana-unutarstanični vrsta djelovanja (ili neizravna) karakteristična je za hormone koji ne prodiru u stanicu i stoga utječu na metabolizam putem unutarstaničnog kemijskog glasnika, koji je ovlašteni predstavnik hormona unutar stanice. Hormon preko membranskih receptora utječe na funkciju signalnih sustava (obično enzima) koji pokreću stvaranje ili ulazak unutarstaničnih medijatora. A potonji, pak, utječu na aktivnost i količinu različite enzime a samim time mijenjaju metabolizam u stanici.

Citosolni mehanizam Djelovanje je karakteristično za lipofilne hormone koji su sposobni prodrijeti kroz lipidni sloj membrane u stanicu, gdje stupaju u kompleks s citosolnim receptorima. Ovaj kompleks regulira broj enzima u stanici, selektivno utječući na aktivnost gena jezgrinog kromosoma i time mijenjajući metabolizam i funkcije stanice. Ovakvo djelovanje hormona naziva se izravnim, za razliku od membransko-intracelularnog djelovanja, kada hormon regulira metabolizam samo neizravno, preko unutarstaničnih posrednika.

Hormoni štitnjače i paratireoidnih žlijezda

Hormoni Štitnjača

Štitnjača luči dvije skupine hormona sa drugačiji utjecaj na metabolizam. Prva skupina su jodtironini: tiroksin i trijodtironin. Ovi hormoni reguliraju energetski metabolizam i utječu na diobu i diferencijaciju stanica, određujući razvoj tijela. Jodtironini djeluju na mnoga tkiva u tijelu, ali u u najvećoj mjeri na tkivu jetre, srca, bubrega, skeletni mišići a manjim dijelom na masno i živčano tkivo.

Kod hiperfunkcije štitnjače (hipertireoza) opaža se prekomjerno stvaranje jodotironina. Karakteristična značajka tireotoksikoza je ubrzana razgradnja ugljikohidrata i masti (mobiliziranih iz masnih depoa). Brzo sagorijevanje masne kiseline, glicerol i proizvodi glikolize zahtijevaju veliku potrošnju kisika. Mitohondriji se povećavaju, bubre i mijenja im se oblik. Stoga se tireotoksikoza ponekad naziva "mitohondrijska bolest". Izvana se hipertireoza očituje kao sljedeće simptome: pojačan bazalni metabolizam, povišena tjelesna temperatura (povećano stvaranje topline), gubitak tjelesne težine, jaka tahikardija, povećana živčana razdražljivost, izbuljene oči, itd. Ovi se poremećaji mogu ublažiti ili kirurškim uklanjanjem dijela štitnjače, ili uz pomoć lijekovi koji inhibiraju njegovu aktivnost.

Kod hipofunkcije (hipotireoze) štitnjače dolazi do nedostatka jodtironina. Hipotireoza u ranoj fazi djetinjstvo koji se kod djece naziva kretenizam ili miksedem, a kod odraslih jednostavno miksedem. Kretenizam karakterizira izražena tjelesna i mentalna retardacija. To se objašnjava smanjenjem učinka jodotironina na diobu i diferencijaciju stanica, što za posljedicu ima spor i abnormalan rast koštano tkivo, poremećena diferencijacija neurona. U odraslih se miksedem manifestira smanjenjem bazalnog metabolizma i tjelesne temperature, oštećenjem pamćenja i koža(suhoća, ljuštenje) itd. U tkivima tijela smanjen je metabolizam ugljikohidrata i masti te svi energetski procesi. Hipotireoza se uklanja liječenjem jodtironinskim lijekovima.

U drugu skupinu spada kalciotonin (protein molekulske mase 30 000), koji regulira metabolizam fosfora i kalcija, njegovo djelovanje je objašnjeno u nastavku.

Mehanizmi djelovanja hormona.

Imajte na umu da mehanizam djelovanja hormona ovisi o tome kemijske prirode te svojstva – topljivost u vodi ili mastima. Prema mehanizmu djelovanja hormone možemo podijeliti u dvije skupine: izravnog i udaljenog djelovanja.

1. Hormoni izravno djelovanje. U ovu skupinu spadaju lipofilni (topivi u mastima) hormoni – steroidi i jodotironini. Ove tvari su slabo topljive u vodi i stoga tvore kompleksne spojeve s proteinima plazme u krvi. Ovi proteini uključuju i specifične transportne proteine ​​(na primjer, transkortin, koji veže hormone kore nadbubrežne žlijezde) i nespecifične (albumin).

Hormoni izravnog djelovanja, zbog svoje lipofilnosti, mogu difundirati kroz lipidni dvosloj membrane ciljne stanice. Receptori za ove hormone nalaze se u citosolu. Rezultirajući kompleks hormona s receptorom kreće se u jezgru stanice, gdje se veže na kromatin i utječe na DNA. Zbog toga se mijenja brzina sinteze RNA na matrici DNA (transkripcija) i brzina stvaranja specifičnih enzimskih proteina na matrici RNA (translacija). To dovodi do promjene količine enzimskih proteina u ciljnim stanicama i promjene njihovog smjera kemijske reakcije(vidi sliku 2).

Slika 2. Mehanizam utjecaja hormona izravnog djelovanja na stanicu.

Kao što već znate, regulacija sinteze proteina može se provesti pomoću mehanizama indukcije i represije.

Indukcija sinteze proteina nastaje kao rezultat stimulacije sinteze odgovarajuće messenger RNA. Istodobno se povećava koncentracija određenog enzimskog proteina u stanici i povećava se brzina kemijskih reakcija koje on katalizira.

Potiskivanje sinteze proteina događa se potiskivanjem sinteze odgovarajuće messenger RNA. Kao rezultat potiskivanja, koncentracija određenog enzimskog proteina u stanici se selektivno smanjuje i smanjuje se brzina kemijskih reakcija koje on katalizira. Imajte na umu da isti hormon može inducirati sintezu nekih proteina i potisnuti sintezu drugih proteina. Učinak hormona izravnog djelovanja obično se javlja tek 2 do 3 sata nakon prodiranja u stanicu.

2. Hormoni udaljenog djelovanja. Hormoni udaljenog djelovanja uključuju hidrofilne (topljive u vodi) hormone - kateholamine i hormone proteinsko-peptidne prirode. Budući da su te tvari netopljive u lipidima, ne mogu prodrijeti kroz stanične membrane. Receptori za ove hormone nalaze se na vanjska površina plazma membrana ciljne stanice. Hormoni udaljenog djelovanja ostvaruju svoj učinak na stanicu uz pomoć sekundarnog glasnika, što je najčešće ciklički AMP (cAMP).

Ciklički AMP se sintetizira iz ATP djelovanjem adenilat ciklaze:

Mehanizam distantnog djelovanja hormona prikazan je na slici 3.

Slika 3. Mehanizam utjecaja hormona udaljenog djelovanja na stanicu.

Interakcija hormona s njegovim specifičnim receptorom dovodi do aktivacije G proteina stanične membrane. G protein veže GTP i aktivira adenilat ciklazu.

Aktivna adenilat ciklaza pretvara ATP u cAMP, cAMP aktivira protein kinazu.

Neaktivna protein kinaza je tetramer koji se sastoji od dvije regulatorne (R) i dvije katalitičke (C) podjedinice. Kao rezultat interakcije s cAMP, tetramer disocira i aktivno središte enzima se oslobađa.

Protein kinaza fosforilira enzimske proteine ​​koristeći ATP, bilo ih aktivirajući ili inaktivirajući. Kao rezultat toga, brzina kemijskih reakcija u ciljnim stanicama se mijenja (u nekim slučajevima se povećava, u drugima smanjuje).

Inaktivacija cAMP događa se uz sudjelovanje enzima fosfodiesteraze.

Hormoni koje luče žlijezde unutarnje izlučivanje, vežu se za transportne proteine ​​plazme ili se, u nekim slučajevima, adsorbiraju na krvne stanice i dostavljaju u organe i tkiva, utječući na njihovu funkciju i metabolizam. Neki organi i tkiva imaju vrlo visoka osjetljivost na hormone, zbog čega se i zovu ciljne organe ili tkanine -mete. Hormoni utječu doslovno na svaki aspekt metabolizma, funkcije i strukture u tijelu.

Prema moderne ideje, djelovanje hormona temelji se na stimulaciji ili inhibiciji katalitičke funkcije određenih enzima. Taj se učinak postiže aktivacijom ili inhibicijom postojećih enzima u stanicama ubrzavanjem njihove sinteze putem aktivacije gena. Hormoni mogu povećati ili smanjiti propusnost staničnih i substaničnih membrana za enzime i druge biološke djelatne tvari, zbog čega je djelovanje enzima olakšano ili inhibirano. hormon organsko tijelo željezo

Mehanizam dijafragme . Hormon se veže na staničnu membranu i na mjestu vezanja mijenja svoju propusnost za glukozu, aminokiseline i neke ione. U ovom slučaju, hormon djeluje kao efektor Vozilo membrane. Inzulin ima ovaj učinak mijenjanjem transporta glukoze. Ali ova vrsta transporta hormona rijetko se javlja u izoliranom obliku. Inzulin, na primjer, ima i membranski i membransko-intracelularni mehanizam djelovanja.

Membransko-intracelularni mehanizam . Hormoni djeluju prema membransko-unutarstaničnom tipu, koji ne prodiru u stanicu i stoga utječu na metabolizam preko unutarstaničnog kemijskog posrednika. Tu spadaju proteinsko-peptidni hormoni (hormoni hipotalamusa, hipofize, gušterače i paratiroidne žlijezde, tireokalcitonin štitnjače); derivati ​​aminokiselina (hormoni srži nadbubrežne žlijezde - adrenalin i noradrenalin, štitnjače - tiroksin, trijodtironin).

Intracelularni (citosolni) mehanizam djelovanja . Karakterističan je za steroidne hormone (kortikosteroide, spolne hormone – androgene, estrogene i gestagene). Steroidni hormoni stupaju u interakciju s receptorima koji se nalaze u citoplazmi. Nastali kompleks hormon-receptor prenosi se u jezgru i djeluje izravno na genom, stimulirajući ili inhibirajući njegovu aktivnost, tj. djeluje na sintezu DNA, mijenjajući brzinu transkripcije i količinu glasničke RNA (mRNA). Povećanje ili smanjenje količine mRNA utječe na sintezu proteina tijekom translacije, što dovodi do promjena funkcionalna aktivnost Stanice.

Djelovanje hormona temelji se na stimulaciji ili inhibiciji katalitičke funkcije određenih enzima u stanicama ciljnih organa. To se djelovanje može postići aktivacijom ili inhibicijom već postojećih enzima. Štoviše važna uloga pripada ciklički adenozin monofosfat(cAMP) koji je ovdje sekundarni posrednik(uloga primarne

sam hormon djeluje kao posrednik). Također je moguće povećati koncentraciju enzima ubrzavanjem njihove biosinteze putem aktivacije gena.

Mehanizam djelovanja peptidnih i steroidnih hormona drugačiji. Amini i peptidni hormoni ne prodiru u stanicu, već se vežu za specifične receptore u staničnoj membrani na njezinoj površini. Receptor vezan za enzim adenilat ciklaza. Kompleks hormon-receptor aktivira adenilat ciklazu, koja razgrađuje ATP i stvara cAMP. Djelovanje cAMP-a ostvaruje se kroz složeni lanac reakcija koje dovode do aktivacije određenih enzima putem njihove fosforilacije, oni ostvaruju konačni učinak hormona (slika 2.3).

Riža. 2.4 Mehanizam djelovanja steroidni hormoni ja - hormon ulazi u stanicu i veže se na receptor u citoplazmi; II - receptor transportira hormon u jezgru; III - hormon reverzibilno stupa u interakciju s DNA kromosoma; IV - hormon aktivira gen na kojem nastaje messenger RNA (mRNA); V-mRNA napušta jezgru i započinje sintezu proteina (obično enzima) na ribosomima; enzim ostvaruje konačni hormonalni učinak; 1 - stanična membrana, 2 - hormon, 3 - receptor, 4 - nuklearna membrana, 5 - DNA, 6 - mRNA, 7 - ribosom, 8 - sinteza proteina (enzima).

Steroidni hormoni i Tk I T 4(tiroksin i trijodtironin) topivi su u mastima, pa prodiru kroz staničnu membranu. Hormon se veže na receptor u citoplazmi. Rezultirajući kompleks hormon-receptor transportira se do jezgre stanice, gdje stupa u reverzibilnu interakciju s DNA i inducira sintezu proteina (enzima) ili nekoliko proteina. Uključivanjem specifičnih gena na određenom dijelu DNA jednog od kromosoma sintetizira se matrična (glasnička) RNA (mRNA) koja prelazi iz jezgre u citoplazmu, pričvršćuje se na ribosome i ovdje inducira sintezu proteina (slika 2.4).

Za razliku od peptida koji aktiviraju enzime, steroidni hormoni uzrokuju sintezu novih enzimskih molekula. U tom smislu, učinci steroidnih hormona pojavljuju se puno sporije od učinaka peptidnih hormona, ali obično traju duže.

2.2.5. Klasifikacija hormona

Na temelju funkcionalnih kriterija razlikuju tri grupe hormona: 1) hormoni koji izravno utječu na ciljni organ; ti se hormoni nazivaju efektor 2) hormoni, čija je glavna funkcija regulacija sinteze i oslobađanja efektorskih hormona;

ti se hormoni nazivaju tropski 3) proizvedeni hormoni nervne ćelije I reguliranje sinteze i oslobađanja hormona adenohipofize; Ti se hormoni nazivaju oslobađajući hormoni ili liberini, ako potiču te procese, ili inhibitorni hormoni, statini, ako imaju suprotan učinak. Bliska veza između središnjeg živčanog sustava i endokrilni sustav provodi se uglavnom uz pomoć tih hormona.

U složenom sustavu hormonska regulacija organizmi se više ili manje razlikuju dugi lanci regulacija. Glavna linija interakcija: CNS → hipotalamus → hipofiza → periferni endokrine žlijezde. Svi elementi ovog sustava su kombinirani Povratne informacije. Funkcija nekih endokrinih žlijezda nije pod regulatornim utjecajem hormona adenohipofize (na primjer, paratireoidne žlijezde, gušterača itd.).

Hormoni koje luče endokrine žlijezde vežu se za transportne proteine ​​plazme ili se, u nekim slučajevima, adsorbiraju na krvne stanice i dostavljaju u organe i tkiva, utječući na njihovu funkciju i metabolizam. Neki organi i tkiva imaju vrlo visoku osjetljivost na hormone, zbog čega se i zovu ciljne organe ili tkanine–mete. Hormoni utječu doslovno na svaki aspekt metabolizma, funkcije i strukture u tijelu.

Prema suvremenim shvaćanjima, djelovanje hormona temelji se na stimulaciji ili inhibiciji katalitičke funkcije određenih enzima. Taj se učinak postiže aktivacijom ili inhibicijom postojećih enzima u stanicama ubrzavanjem njihove sinteze putem aktivacije gena. Hormoni mogu povećati ili smanjiti propusnost staničnih i substaničnih membrana za enzime i druge biološki aktivne tvari, čime se olakšava ili inhibira djelovanje enzima.

Razlikuju se sljedeće vrste mehanizma djelovanja hormona: membranski, membransko-intracelularni i intracelularni (citosolni).

Mehanizam dijafragme . Hormon se veže na staničnu membranu i na mjestu vezanja mijenja svoju propusnost za glukozu, aminokiseline i neke ione. U ovom slučaju, hormon djeluje kao efektor membranskog transporta. Inzulin ima ovaj učinak mijenjanjem transporta glukoze. Ali ova vrsta transporta hormona rijetko se javlja u izoliranom obliku. Inzulin, na primjer, ima i membranski i membransko-intracelularni mehanizam djelovanja.

Membransko-intracelularni mehanizam . Hormoni djeluju prema membransko-unutarstaničnom tipu, koji ne prodiru u stanicu i stoga utječu na metabolizam preko unutarstaničnog kemijskog posrednika. Tu spadaju proteinsko-peptidni hormoni (hormoni hipotalamusa, hipofize, gušterače i paratiroidnih žlijezda, tireokalcitonin štitnjače); derivati ​​aminokiselina (hormoni srži nadbubrežne žlijezde - adrenalin i norepinefrin, hormoni štitnjače - tiroksin, trijodtironin).

Funkcije unutarstaničnih kemijskih glasnika hormona obavljaju ciklički nukleotidi - ciklički 3 ׳ ,5׳ – adenozin monofosfat (cAMP) i ciklički 3 ׳ ,5׳ – gvanozin monofosfat (cGMP), ioni kalcija.

Hormoni utječu na stvaranje cikličkih nukleotida: cAMP - preko adenilat ciklaze, cGMP - preko gvanilat ciklaze.

Adenilat ciklaza ugrađena je u staničnu membranu i sastoji se od 3 međusobno povezana dijela: receptor (R), predstavljen skupom membranskih receptora smještenih izvan membrane, konjugirajući (N), predstavljen posebnim N proteinom smještenim u lipidnom sloju membranski, te katalitički (C), koji je enzimski protein, odnosno sama adenilat ciklaza, koja pretvara ATP (adenozin trifosfat) u cAMP.

Adenilat ciklaza djeluje prema sljedećoj shemi. Čim se hormon veže za receptor (R) i nastaje kompleks hormon-receptor, nastaje kompleks N–protein–GTP (gvanozin trifosfat) koji aktivira katalitički (C) dio adenilat ceklaze. Aktivacija adenilat ciklaze dovodi do stvaranja cAMP unutar stanice na unutarnjoj površini membrane iz ATP-a.

Čak i jedna molekula hormona koja se veže na receptor uzrokuje rad adenilat ciklaze. U tom slučaju za jednu molekulu vezanog hormona unutar stanice nastaje 10-100 molekula cAMP. Adenilat ciklaza ostaje aktivna sve dok postoji kompleks hormon-receptor. Gvanilat ciklaza djeluje na sličan način.

Neaktivne protein kinaze nalaze se u staničnoj citoplazmi. Ciklički nukleotidi – cAMP i cGMP – aktiviraju protein kinaze. Postoje cAMP-ovisne i cGMP-ovisne protein kinaze koje se aktiviraju njihovim cikličkim nukleotidom. Ovisno o membranskom receptoru koji veže pojedini hormon, uključuje se ili adenilat ceklaza ili gvanilat ceklaza, te prema tome nastaje cAMP ili cGMP.

Većina hormona djeluje preko cAMP-a, a samo oksitocin, tireokalcitonin, inzulin i adrenalin djeluju preko cGMP-a.

Uz pomoć aktiviranih protein kinaza provode se dvije vrste regulacije aktivnosti enzima: aktivacija postojećih enzima kovalentnom modifikacijom, odnosno fosfolacijom; mijenjanje količine enzimskog proteina zbog promjena u brzini njegove biosinteze.

Utjecaj cikličkih nukleotida na biokemijske procese prestaje pod utjecajem posebnog enzima, fosfodiesteraze, koji uništava cAMP i cGMP. Drugi enzim, fosfoprotein fosfaza, uništava rezultat djelovanja protein kinaze, odnosno odvaja fosfornu kiselinu od enzimskih proteina, zbog čega oni postaju neaktivni.

Unutar stanice ima vrlo malo iona kalcija; više ih ima izvan stanice. Ulaze iz izvanstaničnog okoliša kroz kalcijeve kanale u membrani. U stanici, kalcij stupa u interakciju s proteinom koji veže kalcij kalmodulinom (CM). Ovaj kompleks mijenja aktivnost enzima, što dovodi do promjena u fiziološkim funkcijama stanica. Hormoni oksitocin, inzulin i prostaglandin F 2α djeluju preko iona kalcija. Dakle, osjetljivost tkiva i organa na hormone ovisi o membranskim receptorima, a njihov specifični regulatorni učinak određuje unutarstanični posrednik.

Intracelularni (citosolni) mehanizam djelovanja . Karakterističan je za steroidne hormone (kortikosteroide, spolne hormone – androgene, estrogene i gestagene). Steroidni hormoni stupaju u interakciju s receptorima koji se nalaze u citoplazmi. Nastali kompleks hormon-receptor prenosi se u jezgru i djeluje izravno na genom, stimulirajući ili inhibirajući njegovu aktivnost, tj. djeluje na sintezu DNA, mijenjajući brzinu transkripcije i količinu glasničke RNA (mRNA). Povećanje ili smanjenje količine mRNA utječe na sintezu proteina tijekom translacije, što dovodi do promjene funkcionalne aktivnosti stanice.