Mehanizam djelovanja hormona. Klasifikacije hormona

Hormoni su uključeni u kontrolu metabolizma na sljedeći način. Tijek statusnih informacija unutarnje okruženje tijelo i promjene povezane s vanjski utjecaji ulazi živčani sustav, tamo se signal odgovora obrađuje i generira. Do efektorskih organa dospijeva u obliku živčanih impulsa duž centrifugalnih živaca i posredno preko endokrinog sustava.

Točka u kojoj se stapaju tokovi živčanih i endokrinih informacija je hipotalamus – ovdje ljudi ulaze živčanih impulsa iz različitih dijelova mozga. Oni određuju proizvodnju i lučenje hormona hipotalamusa, koji zauzvrat utječu na proizvodnju hormona od strane perifernih endokrinih žlijezda preko hipofize. Hormoni perifernih žlijezda, posebice srži nadbubrežne žlijezde, kontroliraju lučenje hipotalamičkih. U konačnici, sadržaj hormona u krvotoku održava se prema principu samoregulacije. Visoka razina hormona isključuje ili slabi njegovo stvaranje kroz mehanizam negativne povratne sprege, niska razina poboljšava proizvode.

Hormoni djeluju selektivno na tkiva, što je posljedica nejednake osjetljivosti tkiva na njih. Organi i stanice najosjetljiviji na utjecaj određeni hormon, obično tzv meta hormona (ciljni organ ili ciljna stanica).

Koncept ciljnog tkiva. Ciljno tkivo je tkivo u kojem hormon izaziva specifičnu fiziološku (biokemijsku) reakciju Opća reakcija ciljno tkivo određuje djelovanje hormona cijela linijačimbenici. Prije svega, to je lokalna koncentracija hormona u blizini ciljnog tkiva, ovisno o:

1. brzina sinteze i lučenja hormona;

2. anatomska blizina ciljnog tkiva izvoru hormona;

3. konstante vezanja hormona sa specifičnim proteinom nosačem (ako postoji);

4. brzina transformacije neaktivnog ili slabo aktivnog oblika hormona u aktivni;

5. brzina nestanka hormona iz krvi kao rezultat raspadanja ili izlučivanja.

Sam odgovor tkiva određuje:

Relativna aktivnost i (ili) stupanj popunjenosti specifičnih receptora

Stanje senzibilizacije - desenzibilizacija stanice.

Specifičnost hormona u odnosu na ciljne stanice je zbog prisutnosti specifične receptore.

Svi hormonski receptori mogu se podijeliti u 2 tipa:

1) lokalizirano vanjska površina stanična membrana;

2) stanice smještene u citoplazmi.

Svojstva receptora:

Jasna specifičnost supstrata;

Zasićenost;

Afinitet prema hormonu unutar granica bioloških koncentracija hormona;

Reverzibilnost djelovanja.

Ovisno o tome gdje se u ćeliji odvija prijenos informacija, razlikuju se sljedeći: mogućnosti djelovanja hormona:

1) Membrana (lokalna).

2) Membranski-intracelularni ili posredovani.

3) Citoplazmatski (izravni).

Vrsta membrane Djelovanje se ostvaruje na mjestu vezanja hormona na plazmatsku membranu i sastoji se u selektivnoj promjeni njezine propusnosti. Prema mehanizmu djelovanja, hormon u ovom slučaju djeluje kao alosterički efektor transportni sustavi membrane. Na primjer, transmembranski transport glukoze osigurava djelovanje inzulina, aminokiselina i nekih iona. Obično se membranski tip djelovanja kombinira s membransko-intracelularnim.

Membransko-intracelularno djelovanje Za hormone je karakteristično da hormon ne prodire u stanicu, već utječe na razmjenu u njoj preko posrednika koji je, takoreći, predstavnik hormona u stanici - sekundarni glasnik (primarni glasnik je sam hormon). Ciklički nukleotidi (cAMP, cGMP) i ioni kalcija djeluju kao sekundarni glasnici.

Regulacija je složen kompleksan mehanizam koji reagira na razne vrste učinci promjena u metabolizmu i održavanje postojanosti unutarnje sredine.

Regulacija preko cAMP ili cGMP. Enzim je ugrađen u citoplazmatsku membranu stanice adenilat ciklaza, koja se sastoji od 3 dijela - prepoznavanje(skup receptora smještenih na površini membrane), konjugirajući(N-protein koji zauzima lipidni dvosloj membrane međupoložaj između receptora i katalitičkog dijela) i katalitički(pravi enzimski protein, čije je aktivno središte okrenuto prema unutrašnjosti stanice). Katalitički protein ima odvojena mjesta za vezanje cAMP i cGMP.

Prijenos informacija, čiji je izvor hormon, događa se na sljedeći način:

Hormon se veže na receptor;

Kompleks hormon-receptor stupa u interakciju s N-proteinom, mijenjajući njegovu konfiguraciju;

Promjena konfiguracije rezultira pretvorbom GDP-a (prisutnog u neaktivnom proteinu) u GTP;

Kompleks protein-GTP aktivira samu adenilat ciklazu;

Aktivna adenilat ciklaza proizvodi cAMP unutar stanice (ATP ¾® cAMP + H 4 P 2 O 7)

Adenilat ciklaza djeluje sve dok je kompleks hormon-receptor očuvan, pa jedna molekula kompleksa uspije formirati od 10 do 100 molekula cAMP.

Sinteza cGMP-a pokreće se na isti način, s jedinom razlikom što kompleks hormon-receptor aktivira gvanilat ciklazu, koja proizvodi cGMP iz GTP-a.

Ciklički nukleotidi aktiviraju protein kinaze (cAMP-ovisne ili cGMP-ovisne);

Aktivirane protein kinaze fosforiliraju različite proteine ​​koristeći ATP;

Fosforilaciju prati promjena funkcionalne aktivnosti (aktivacija ili inhibicija) ovih proteina.

Ciklički nukleotidi (cAMP i cGMP) djeluju na različite proteine, pa učinak ovisi o membranskom receptoru koji veže hormon. Priroda receptora određuje hoće li se promijeniti aktivnost cAMP- ili cGMP-ovisnih enzimskih proteina. Često ti nukleotidi imaju suprotne učinke. Dakle, biokemijski procesi u stanici pod utjecajem jednog hormona mogu se aktivirati ili inhibirati, ovisno o tome koje receptore stanica ima. Na primjer, adrenalin se može vezati za b- i a-receptore. Prvi uključuju adenilat ciklazu i stvaranje cAMP, a drugi – gvanilat ciklazu i stvaranje cGMP. Ciklički nukleotidi aktiviraju različite proteine, pa priroda metaboličke promjene u stanici ne ovisi o hormonu, nego o receptorima koje stanica ima.

Učinak cikličkih nukleotida na metabolizam zaustavlja se uz pomoć enzima fosfodiesteraze.

Dakle, proces kontroliran putem sustava adenilat ciklaze ovisi o odnosu između brzine proizvodnje cAMP ili cGMP i brzine njihove razgradnje.

Mehanizam djelovanja hormona, uključujući sustav adenilat ciklaze, svojstven je hormonima proteinske i polipeptidne prirode, kao i kateholaminima (adrenalin, norepinefrin).

Citoplazmatski mehanizam djelovanja svojstven je steroidnim hormonima.

Receptori za steroidne hormone nalaze se u citoplazmi stanice. Ovi hormoni (posjeduju lipofilna svojstva), prodirući u stanicu, stupaju u interakciju s receptorima stvarajući kompleks hormon-receptor, koji nakon molekularne reorganizacije koja dovodi do njegove aktivacije ulazi u staničnu jezgru, gdje stupa u interakciju s kromatinom. U tom se slučaju aktiviraju geni, a zatim se razvija lanac procesa, popraćen pojačanom sintezom RNK, uključujući informacijske. To dovodi do indukcije odgovarajućih enzima tijekom procesa translacije, što za posljedicu ima promjenu brzine i smjera metaboličkih procesa u stanici.

Dakle, u ovom slučaju, hormonski učinak se ostvaruje na razini genetskog aparata ciljne stanice.

Biološki učinci hormona koji utječu na genetski aparat stanice očituju se uglavnom u njihovom utjecaju na rast i diferencijaciju tkiva i organa.

Mješoviti tip prijenos informacija karakterističan je za jodtironine(hormoni štitnjače), koji u smislu lipofilnih svojstava zauzimaju srednji položaj između vodotopivih i lipofilnih (steroidnih) hormona. Ova skupina hormona svoj učinak ostvaruje kroz membransko-intracelularne i citosolne mehanizme.

U početku je pojam "hormon" označavao kemijske tvari koje izlučuju endokrine žlijezde u limfne ili krvne žile, cirkuliraju u krvi i djeluju na različite organe i tkiva koji se nalaze na znatnoj udaljenosti od mjesta njihovog nastanka. Pokazalo se, međutim, da neke od tih tvari (primjerice, norepinefrin), koje kruže krvlju kao hormoni, djeluju kao neurotransmiteri, dok su druge (somatostatin) i hormoni i neurotransmiteri. Osim toga, određene kemijske tvari izlučuju endokrine žlijezde ili stanice u obliku prohormona i samo na periferiji se pretvaraju u biološki aktivne hormone (testosteron, tiroksin, angiotenzinogen i dr.).

Hormoni, u u širem smislu riječi su biološki aktivne tvari i nositelji specifičnih informacija uz pomoć kojih komuniciraju između različite stanice i tkiva, što je neophodno za regulaciju brojnih tjelesnih funkcija. Informacije sadržane u hormonima dolaze do svog primatelja zahvaljujući prisutnosti receptora, koji ih prevode u postreceptorsko djelovanje (utjecaj), popraćeno određenim biološkim učinkom.

Trenutno se razlikuju sljedeće mogućnosti djelovanja hormona:

1) hormonalni, ili hemokrini, tj. djelovanje na znatnoj udaljenosti od mjesta formiranja;

2) izokrine, ili lokalne, kada kemijska tvar sintetizirana u jednoj stanici ima učinak na stanicu koja se nalazi u bliskom kontaktu s prvom, a otpuštanje ove tvari provodi se u intersticijsku tekućinu i krv;

3) neurokrino ili neuroendokrino (sinaptičko i nesinaptičko) djelovanje, kada hormon, oslobođen iz živčanih završetaka, obavlja funkciju neurotransmitera ili neuromodulatora, tj. tvar koja mijenja (obično pojačava) djelovanje neurotransmitera;

4) parakrin - vrsta izokrinog djelovanja, ali u ovom slučaju hormon proizveden u jednoj stanici ulazi u međustaničnu tekućinu i utječe na brojne stanice koje se nalaze u neposrednoj blizini;

5) juktakrin - vrsta parakrinog djelovanja, kada hormon ne ulazi u međustaničnu tekućinu, a signal se prenosi kroz plazma membranu druge stanice koja se nalazi u blizini;

6) autokrino djelovanje, kada hormon koji se oslobađa iz stanice utječe na istu stanicu, mijenjajući je funkcionalna aktivnost;

7) solinokrino djelovanje, kada hormon iz jedne stanice ulazi u lumen kanala i tako dolazi do druge stanice, vršeći na nju specifičan učinak (npr. neki gastrointestinalni hormoni).

Sinteza proteinskih hormona, kao i drugih proteina, pod genetskom je kontrolom, a tipične stanice sisavaca izražavaju gene koji kodiraju između 5.000 i 10.000 razne bjelančevine, i neke visoko diferencirane stanice - do 50 000 proteina. Svaka sinteza proteina počinje transpozicijom segmenata DNA, zatim transkripcijom, posttranskripcijskom obradom, translacijom, posttranslacijskom obradom i modifikacijom. Mnogi polipeptidni hormoni se sintetiziraju u obliku velikih prekursora prohormona (proinzulin, proglukagon, proopiomelanokortin itd.). Pretvorba prohormona u hormone događa se u Golgijevom aparatu.

Prema kemijskoj prirodi hormoni se dijele na proteinske, steroidne (ili lipide) i derivate aminokiselina.

Proteinski hormoni se dijele na peptidne hormone: ACTH, somatotropni hormon (GH), melanocitostimulirajući hormon (MSH), prolaktin, paratireoidni hormon, kalcitonin, inzulin, glukagon i proteidne hormone - glukoproteine: tireotropni hormon (TSH), folikulostimulirajući hormon (FSH), luteinizirajući hormon (LH), tireoglobulin. Hipofiziotropni hormoni i hormoni gastrointestinalnog trakta pripadaju oligopeptidima, odnosno malim peptidima. Steroidni (lipidni) hormoni uključuju kortikosteron, kortizol, aldosteron, progesteron, estradiol, estriol, testosteron, koje izlučuju kora nadbubrežne žlijezde i spolne žlijezde. U ovu skupinu spadaju i steroli vitamina D – kalcitriol. Derivati ​​arahidonske kiseline su, kao što je već navedeno, prostaglandini i pripadaju skupini eikosanoida. Adrenalin i norepinefrin, sintetizirani u srži nadbubrežne žlijezde i drugim kromafinskim stanicama, kao i hormoni štitnjače derivati ​​su aminokiseline tirozina. Proteinski hormoni su hidrofilni i mogu se prenositi krvlju u slobodnim i djelomično vezanim na proteine ​​krvi. Steroidni hormoni i hormoni štitnjače su lipofilni (hidrofobni), slabo su topivi i najveći dio njih cirkulira u krvi u stanju vezanom za proteine.

Hormoni svoje biološko djelovanje ostvaruju spajanjem s receptorima – informacijskim molekulama koje pretvaraju hormonalni signal u hormonsko djelovanje. Većina hormona stupa u interakciju s receptorima koji se nalaze na plazma membranama stanica, dok drugi hormoni stupaju u interakciju s receptorima koji su lokalizirani unutar stanice, tj. s citoplazmatskim i jezgrinim.

Proteinski hormoni, faktori rasta, neurotransmiteri, kateholamini i prostaglandini pripadaju skupini hormona za koje se receptori nalaze na plazma membranama stanica. Plazma receptore, ovisno o njihovoj strukturi, dijelimo na:

1) receptori, čiji se transmembranski segment sastoji od sedam fragmenata (petlji);

2) receptori, čiji se transmembranski segment sastoji od jednog fragmenta (petlje ili lanca);

3) receptori, čiji se transmembranski segment sastoji od četiri fragmenta (petlje).

Hormoni čiji se receptor sastoji od sedam transmembranskih fragmenata su: ACTH, TSH, FSH, LH, humani korionski gonadotropin, prostaglandini, gastrin, kolecistokinin, neuropeptid Y, neuromedin K, vazopresin, adrenalin (a-1 i 2, b-1 i 2) , acetilkolin (M1, M2, M3 i M4), serotonin (1A, 1B, 1C, 2), dopamin (D1 i D2), angiotenzin, supstanca K, supstanca P ili neurokinin tipa 1, 2 i 3, trombin, interleukin -8, glukagon, kalcitonin, sekretin, somatoliberin, VIP, peptid koji aktivira adenilat ciklazu hipofize, glutamat (MG1 – MG7), adenin.

U drugu skupinu spadaju hormoni koji imaju jedan transmembranski fragment: hormon rasta, prolaktin, inzulin, somatomamotropin ili placentni laktogen, IGF-1, čimbenici rasta živaca ili neurotrofini, faktor rasta hepatocita, atrijski natriuretski peptid tipova A, B i C, onkostatin. , eritropoetin, cilijarni neurotrofni čimbenik, inhibicijski čimbenik leukemije, čimbenik nekroze tumora (p75 i p55), neuralni čimbenik rasta, interferoni (a, b i g), epidermalni čimbenik rasta, neurodiferencijacijski čimbenik, čimbenik rasta fibroblasta, čimbenik rasta trombocita A i B , faktor stimulacije kolonije makrofaga, aktivin, inhibin, interleukini-2, 3, 4, 5, 6 i 7, faktor stimulacije kolonije granulocita-makrofaga, faktor stimulacije kolonije granulocita, lipoprotein niske gustoće, transferin, IGF-2, aktivator plazminogena urokinaze.

Hormoni treće skupine, čiji receptor ima četiri transmembranska fragmenta, uključuju acetilkolin (nikotinski mišić i živac), serotonin, glicin, g-aminomaslačnu kiselinu.

Membranski receptori sastavni su dijelovi plazma membrana. Veza hormona s odgovarajućim receptorom karakterizirana je visokim afinitetom, tj. visok stupanj afiniteta receptora za ovaj hormon.

Biološki učinak hormona koji su u interakciji s receptorima lokaliziranim na plazma membrani provodi se uz sudjelovanje "drugog glasnika" ili odašiljača.

Ovisno o tome koja tvar obavlja svoju funkciju, hormoni se mogu podijeliti u sljedeće skupine:

1) hormoni koji imaju biološki učinak uz sudjelovanje cikličkog adenozin monofosfata (cAMP);

2) hormoni koji provode svoje djelovanje uz sudjelovanje cikličkog gvanidin monofosfata (cGMP);

3) hormoni koji posreduju u svom djelovanju uz sudjelovanje ioniziranog kalcija ili fosfatidilinozitida (inozitol trifosfat i diacilglicerol) ili oba spoja kao unutarstanični drugi glasnik;

4) hormoni koji svoj učinak ostvaruju stimulacijom kaskade kinaza i fosfataza.

Mehanizmi uključeni u stvaranje sekundarnih glasnika djeluju putem aktivacije adenilat ciklaze, gvanilat ciklaze, fosfolipaze C, fosfolipaze A2, tirozin kinaze, Ca2+ kanala itd.

Kortikoliberin, somatoliberin, VIP, glukagon, vazopresin, LH, FSH, TSH, humani korionski gonadotropin, ACTH, paratiroidni hormon, prostaglandini tipa E, D i I, b-adrenergički kateholamini imaju hormonski učinak kroz aktivaciju receptora kroz stimulaciju adenilat ciklaze - cAMP sustava. Istovremeno, druga skupina hormona, kao što su somatostatin, angiotenzin II, acetilkolin (muskarinski učinak), dopamin, opioidi i a2-adrenergički kateholamini, inhibiraju sustav adenilat ciklaza-cAMP.

Sustav fosfolipaze C i inozitol trifosfat uključeni su u stvaranje sekundarnih glasnika za hormone kao što su gonadoliberin, hormon koji oslobađa tireotropin, dopamin, tromboksan A2, endoperoksidi, leukotrieni, agniotenzin II, endotelin, paratiroidni hormon, neuropeptid Y, a1-adrenergički kateholamini , acetilkolin, bradikinin, vazopresin., Ca2+-ovisna protein kinaza C. Inzulin, čimbenik stimulacije kolonije makrofaga, čimbenik rasta trombocita posreduje u svom djelovanju preko tirozin kinaze, a atrijski natriuretski hormon, histamin, acetilkolin, bradikinin, čimbenik endotela ili dušikov oksid, koji je zauzvrat uključen u posredovanje vazodilatacijskog učinka bradikinina, i acetilkolina preko gvanilat ciklaze. Treba napomenuti da je podjela hormona prema principu aktiviranja sustava ili jednog ili drugog sekundarnog glasnika proizvoljna, budući da mnogi hormoni, nakon interakcije s receptorom, istovremeno aktiviraju nekoliko sekundarnih glasnika.

Većina hormona koji su u interakciji s plazma receptorima, koji imaju 7 transmembranskih fragmenata, aktiviraju sekundarne glasnike vezanjem na gvanilat nukleotidne proteine ​​ili G-proteine ​​ili regulatorne proteine ​​(G-proteine), koji su heterotrimerni proteini koji se sastoje od a-, b-, g- podjedinice . Identificirano je više od 16 gena koji kodiraju a-podjedinicu i nekoliko gena za b- i g-podjedinicu. Različiti tipovi a-podjedinica imaju neidentične učinke. Tako a-s-podjedinica inhibira adenilat ciklazu i Ca2+ kanale, a-q-podjedinica inhibira fosfolipazu C, a-i-podjedinica inhibira adenilat ciklazu i Ca2+ kanale te stimulira fosfolipazu C, K+ kanale i fosfodiesterazu; B-podjedinica stimulira fosfolipazu C, adenilat ciklazu i Ca2+ kanale, a g-podjedinica stimulira K+ kanale, fosfodiesterazu i inhibira adenilat ciklazu. Točna funkcija ostalih podjedinica regulacijskih proteina još nije utvrđena.

Hormoni koji se kompleksiraju s receptorom koji ima jedan transmembranski fragment aktiviraju unutarstanične enzime (tirozin kinazu, gvanilat ciklazu, serin-treonin kinazu, tirozin fosfatazu). Hormoni, čiji receptori imaju 4 transmembranska fragmenta, prenose hormonalni signal kroz ionske kanale.

Istraživanje zadnjih godina Pokazalo se da sekundarni glasnici nisu samo jedan od navedenih spojeva, već višestupanjski (kaskadni) sustav, čiji konačni supstrat (tvar) može biti jedan ili više biološki aktivnih spojeva. Dakle, hormoni koji su u interakciji s receptorima koji imaju 7 transmembranskih fragmenata i aktiviraju G protein zatim stimuliraju adenilat ciklazu, fosfolipazu ili oba enzima, što dovodi do stvaranja nekoliko sekundarnih glasnika: cAMP, inozitol trifosfat i diacilglicerol. Do danas je ova skupina zastupljena najvećim brojem (više od 100) receptora, koji uključuju peptidergičke, dopaminergičke, adrenergičke, kolinergičke, serotonergičke i druge receptore. U tim receptorima 3 izvanstanična fragmenta (petlje) odgovorna su za prepoznavanje i vezanje hormona, 3 unutarstanična fragmenta (petlje) vežu G protein. Transmembranske (intramembranske) domene su hidrofobne, a ekstracelularni i unutarstanični fragmenti (petlje) su hidrofilni. C-terminalni citoplazmatski kraj polipeptidnog lanca receptora sadrži područja u kojima se, pod utjecajem aktiviranih G-proteina, odvija fosforilacija, karakterizirajući aktivno stanje receptora uz istodobnu tvorbu sekundarnih glasnika: cAMP, inozitol trifosfat i diacilglicerol.

Interakcija hormona s receptorom, koji ima jedan transmembranski fragment, dovodi do aktivacije enzima (tirozin kinaza, fosfat-tirozin fosfataza itd.) koji fosforiliraju tirozinske ostatke na proteinskim molekulama.

Kompleksiranje hormona s receptorom koji pripada trećoj skupini i ima 4 transmembranska fragmenta dovodi do aktivacije ionskih kanala i ulaska iona, što zauzvrat ili stimulira (aktivira) serin-treonin kinaze koje posreduju u fosforilaciji određenih dijelova proteina ili dovodi do depolarizacije membrane. Prijenos signala bilo kojim od navedenih mehanizama praćen je učincima karakterističnim za djelovanje pojedinih hormona.

Povijest proučavanja sekundarnih glasnika započinje studijama Sutherlanda i suradnika (1959.), koji su pokazali da se razgradnja jetrenog glikogena pod utjecajem glukagona i adrenalina odvija kroz stimulirajući učinak ovih hormona na aktivnost stanice. membranski enzim adenilat ciklaza, koji katalizira pretvorbu intracelularnog adenozin trifosfata (ATP) u cAMP (Shema 1).

Shema 1. Pretvorba ATP-a u cAMP.

Sama adenilat ciklaza je glikoprotein s molekulskom težinom od oko 150 000 kDa. Adenilat ciklaza sudjeluje s Mg2+ ionima u stvaranju cAMP čija je koncentracija u stanici oko 0,01-1 μg mol/l, dok sadržaj ATP-a u stanici doseže razinu do 1 μg mol/l.

Stvaranje cAMP-a događa se uz pomoć sustava adenilat ciklaze, koji je jedna od komponenti receptora. Interakcija hormona s receptorom prve skupine (receptori sa 7 transmembranskih fragmenata) uključuje najmanje 3 uzastopna stupnja: 1) aktivaciju receptora, 2) prijenos hormonskog signala i 3) stanično djelovanje.

Prva faza, odnosno razina, je interakcija hormona (liganda) s receptorom, koja se odvija putem ionskih i vodikovih veza i hidrofobnih spojeva u kojima sudjeluju najmanje 3 membranske molekule G-proteina ili regulatornog proteina, koji se sastoji od -, b- i g- podjedinice. Ovo zauzvrat aktivira enzime vezane na membranu (fosfolipaza C, adenilat ciklaza) s naknadnim stvaranjem 3 sekundarna glasnika: inozitol trifosfat, diacilglicerol i cAMP.

Sustav receptora adenilat ciklaze sastoji se od 3 komponente: samog receptora (stimulacijski i inhibicijski dio), regulatornog proteina sa svojim a-, b- i g-podjedinicama i katalitičke podjedinice (sama adenilat ciklaza), koji su u normalnom ( tj. nestimulirano) stanje međusobno su odvojene (shema 2). Receptor (oba njegova dijela - stimulirajući i inhibitorni) nalazi se na vanjskoj, a regulatorna jedinica na unutarnjoj površini plazma membrane. Regulacijska jedinica, ili G protein, vezana je gvanozin difosfatom (GDP) u odsutnosti hormona. Kompleksiranje hormona s receptorom uzrokuje disocijaciju kompleksa G-protein–GDP i interakciju G-proteina, odnosno njegove a-podjedinice s gvanozin trifosfatom (GTP) i istodobno stvaranje kompleksa b/g-podjedinice, što može izazvati određene biološke učinke. Kompleks GTP-a-podjedinice, kao što je već navedeno, aktivira adenilat ciklazu i naknadno stvaranje cAMP. Potonji aktivira protein kinazu A s odgovarajućom fosforilacijom različitih proteina, što se također očituje u određenom biološkom učinku. Osim toga, aktivirani kompleks GTP-a-podjedinice u nekim slučajevima regulira stimulaciju fosfolipaze C, cGMP, fosfodiesteraze, Ca2+ i K+ kanala te ima inhibicijski učinak na Ca2+ kanale i adenilat ciklazu.

Shema 2. Mehanizam djelovanja proteinskih hormona aktivacijom cAMP (objašnjenja u tekstu).

RS – stimulirajući receptor za vezanje hormona

St – stimulirajući hormon,

Ru – inhibitorni receptor za vezanje hormona

Ug je inhibitorni hormon

Ac - adenilat ciklaza,

Gy – protein koji suzbija hormone,

Gc je protein koji stimulira hormone.

Uloga hormona je, dakle, zamijeniti kompleks G-protein-GDP kompleksom G-protein-GTP. Potonji aktivira katalitičku podjedinicu, pretvarajući je u stanje s visokim afinitetom za ATP-Mg2+ kompleks, koji se brzo pretvara u cAMP. Istovremeno s aktivacijom adenilat ciklaze i stvaranjem cAMP-a, kompleks G protein-GTP uzrokuje disocijaciju hormonskog receptorskog kompleksa smanjujući afinitet receptora za hormon.

Nastali cAMP zauzvrat aktivira cAMP-ovisne protein kinaze. Oni su enzimi koji vrše fosforilaciju odgovarajućih proteina, tj. prijenos fosfatne skupine s ATP-a na hidroksilnu skupinu serina, treonina ili tirozina uključene u proteinsku molekulu. Ovako fosforilirani proteini izravno provode biološki učinak hormona.

Sada je utvrđeno da regulatorne proteine ​​predstavlja više od 50 različitih proteina sposobnih za kompleksiranje s GTP-om, koji se dijele na G-proteine ​​male molekularne težine (20-25 kDa) i visokomolekularne G-proteine, koji se sastoje od 3 podjedinice (a - c molekulske mase 39-46 kDa; b – 37 kDa i g-podjedinice – 8 kDa). a-podjedinica je u biti GTPaza koja hidrolizira GTP u GDP i slobodni anorganski fosfat. B- i g-podjedinice sudjeluju u stvaranju aktivnog kompleksa nakon interakcije liganda s odgovarajućim receptorom. Oslobađajući GDP na mjestima svog vezanja, a-podjedinica uzrokuje disocijaciju i deaktivaciju aktivnog kompleksa, budući da opetovano povezivanje a-podjedinice - GDP s b- i g-podjedinicama vraća sustav adenilat ciklaze u početno stanje. Utvrđeno je da je a-podjedinica G-proteina u različitim tkivima zastupljena s 8, b-4 i g-6 oblika. Disocijacija podjedinica G-proteina u staničnoj membrani može dovesti do istovremenog stvaranja i interakcije različitih signala koji imaju biološke učinke nejednake snage i kvalitete na kraju sustava.

Sama adenilat ciklaza je glikoprotein s molekulskom težinom od 115-150 kDa. U različitim tkivima identificirano je 6 izoformi koje stupaju u interakciju s a-, b- i g-podjedinicama, kao i s Ca2+ kalmodulinom. U nekim vrstama receptora, uz regulacijske stimulatorne (GS) i regulacijske inhibitorne (I) proteine, identificiran je dodatni protein, transducin.

Uloga regulatornih proteina u prijenosu hormonskih signala je velika; struktura ovih proteina uspoređuje se s "kazetom", a raznolikost odgovora povezana je s visokom mobilnošću regulatornog proteina. Tako se neki hormoni mogu istovremeno aktivirati različitim stupnjevima i Gs i Gi. Štoviše, interakcija nekih hormona s receptorskim regulatornim proteinima uzrokuje ekspresiju odgovarajućih proteina koji reguliraju razinu i stupanj hormonskog odgovora. Aktivacija, kao što je gore prikazano, regulatornih proteina je posljedica njihove disocijacije od hormonskog receptorskog kompleksa. U nekim receptorskim sustavima ova interakcija uključuje do 20 ili više regulatornih proteina koji, osim što potiču stvaranje cAMP-a, istovremeno aktiviraju kalcijevih kanala.

Određeni broj receptora koji pripadaju prvoj skupini, koji imaju 7 transmembranskih fragmenata, posreduju svoje djelovanje sekundarnim glasnicima vezanim za derivate fosfatidilinozitola: inozitol trifosfat i diacilglicerol. Inozitol trifosfat kontrolira stanične procese stvaranjem intracelularnog kalcija. Ovaj prijenosni sustav može se aktivirati na dva načina, naime putem regulatornih proteina ili fosfotirozinskih proteina. U oba slučaja dodatno se aktivira fosfolipaza C, koja hidrolizira polifosfoinozidni sustav. Ovaj sustav, kao što je gore navedeno, uključuje dva intracelularna sekundarna glasnika koji se formiraju od membranskog polifosfoinozida koji se zove fosfatidilinozitol-4,5-bisfosfat (PIF2). Kompleksiranje hormona s receptorom uzrokuje hidrolizu PIF2 fosforilaze, što rezultira stvaranjem naznačenih glasnika - inozitol trifosfata (IP3) i diacilglicerola. IP3 potiče povećanje razine intracelularnog kalcija, prvenstveno zbog mobilizacije potonjeg iz endoplazmatskog retikuluma, gdje je lokaliziran u takozvanim kalciosomima, a zatim zbog ulaska izvanstaničnog kalcija u stanicu. Diacilglicerol, pak, aktivira specifične protein kinaze, a posebno protein kinazu C. Potonja fosforilira određene enzime odgovorne za konačni biološki učinak. Moguće je da destrukcija FIF2, uz otpuštanje dvaju glasnika i povećanje sadržaja intracelularnog kalcija, potiče i stvaranje prostaglandina koji su potencijalni stimulatori cAMP-a.

Ovaj sustav posreduje u djelovanju hormona kao što su histamin, serotonin, prostaglandini, vazopresin, kolecistokinin, somatoliberin, hormon koji oslobađa tireotropin, oksitocin, paratiroidni hormon, neuropeptid Y, supstanca P, angiotenzin II, kateholamini koji djeluju preko α1-adrenergičkih receptora itd.

Skupina enzima fosfolipaze C uključuje do 16 izoformi, koje se pak dijele na b-, g- i d-fosfolipazu C. Pokazano je da b-fosfolipaza C stupa u interakciju s regulatornim proteinima, a g-fosfolipaza C s tirozin kinazama .

Inozitol trifosfat djeluje preko vlastitih specifičnih tetramernih receptora molekularne težine 4x313 kDa. Nakon kompleksiranja s takvim receptorom, identificirani su takozvani “veliki” inozitol trifosfat receptori ili rijanodinski receptori, koji također pripadaju tetramerima i imaju molekularnu masu 4x565 kDa. Moguće je da su intracelularni kalcijevi kanali ryanodinskih receptora regulirani novim sekundarnim glasnikom, cADP-ribozom (L. Meszaros i sur., 1993.). Stvaranje ovog glasnika posredovano je cGMP-om i dušikovim oksidom (NO), koji aktivira citoplazmatsku gvanilat ciklazu. Dakle, dušikov oksid može predstavljati jedan od elemenata u prijenosu hormonskog djelovanja uz sudjelovanje iona kalcija.

Kao što je poznato, kalcij se nalazi unutar stanice u stanju vezanom za proteine ​​iu slobodan oblik u izvanstaničnoj tekućini. Identificirani su unutarstanični proteini koji vežu kalcij kao što su kalretikulin i kalsekvestrin. Intracelularni slobodni kalcij, koji djeluje kao drugi glasnik, dolazi iz izvanstanične tekućine kroz kalcijeve kanale u staničnoj plazma membrani ili se oslobađa intracelularno vezanjem na proteine. Unutarstanični slobodni kalcij utječe na odgovarajuće kinaze fosforilaze samo kada je vezan na unutarstanični protein kalmodulin (Shema 3).

Shema 3. Mehanizam djelovanja proteinskih hormona preko CA2+ (objašnjenja u tekstu) P – receptor; G – hormon; Ca+protein je intracelularni kalcij u obliku vezanom za proteine.

Kalmodulin, receptorski protein s visokim afinitetom za kalcij, sastoji se od 148 aminokiselinskih ostataka i prisutan je u svim stanicama s jezgrom. Njegova molekularna težina (mol.m.) je 17 000 kDa, svaka molekula ima 4 receptora za vezanje kalcija.

U stanju funkcionalnog mirovanja koncentracija slobodnog kalcija u izvanstaničnoj tekućini veća je nego unutar stanice, zbog djelovanja kalcijeve pumpe (ATPaze) i transporta kalcija iz stanice u međustaničnu tekućinu. U tom razdoblju kalmodulin je u neaktivnom obliku. Kompleksiranje hormona s receptorom dovodi do povećanja intracelularne razine slobodnog kalcija, koji se veže za kalmodulin, pretvara ga u aktivni oblik i utječe na proteine ​​osjetljive na kalcij ili enzime odgovorne za odgovarajući biološki učinak hormona.

Povišena razina intracelularnog kalcija tada stimulira kalcijsku pumpu koja slobodni kalcij „ispumpava“ u međustaničnu tekućinu, smanjuje njegovu razinu u stanici, uslijed čega kalmodulin postaje neaktivan i u stanici se uspostavlja stanje funkcionalnog mirovanja. Kalmodulin također utječe na adenilat ciklazu, gvanilat ciklazu, fosfodiesterazu, fosforilazu kinazu, miozin kinazu, fosfolipazu A2, Ca2+- i Mg2+-ATPazu, stimulira otpuštanje neurotransmitera, fosforilaciju membranskih proteina. Promjenom transporta kalcija, razine i aktivnosti cikličkih nukleotida te neizravno metabolizma glikogena, kalmodulin je uključen u sekretorne i druge funkcionalne procese koji se odvijaju u stanici. On je dinamička komponenta mitotskog aparata, regulira polimerizaciju mikrotubularno-viloznog sustava, sintezu aktomiozina i aktivaciju membrana kalcijeve "pumpe". Kalmodulin - analog mišićni protein troponin C, koji vezujući kalcij stvara kompleks aktina i miozina, a također aktivira miozin ATPazu koja je neophodna za ponovnu interakciju aktina i miozina.

Kompleks Ca2+-kalmodulina aktivira protein kinazu ovisnu o Ca2+-kalmodulinu, koja ima važnu ulogu u prijenosu živčanog signala (sinteza i otpuštanje neurotransmitera), u stimulaciji ili inhibiciji fosfolipaze A2, te aktivira specifičnu serin-treonin protein fosfatazu nazvan kalcineurin, koji posreduje u djelovanju T-staničnog receptora u T-limfocitima.

Protein kinaze ovisne o kalmodulinu dijele se u dvije skupine: višenamjenske, koje su dobro karakterizirane, i specifične, odnosno "posebne namjene". Prva skupina uključuje one kao što je protein kinaza A, koja posreduje u fosforilaciji mnogih unutarstaničnih proteina. Protein kinaze "posebne namjene" fosforiliraju neke supstrate, kao što je kinaza lakog lanca miozina, kinaza fosforilaze, itd.

Protein kinaza C predstavljena je s nekoliko izoformi (mol. tež. od 67 do 83 kDa), koje su kodirane s 10 različitih gena. Klasična protein kinaza C uključuje 4 različite izoforme (a-, b1-, b2- i g-izoforme); 4 druge izoforme proteina (delta, -epsilon, -pi i omega) i 2 atipične forme proteina.

Klasične protein kinaze se aktiviraju kalcijem i diacilglicerolom, nove protein kinaze diacilglicerolom i forbol esterima, a jedna od atipičnih protein kinaza ne reagira ni na jedan od ovih aktivatora, već je za njezino djelovanje potrebna prisutnost fosfatidilserina.

Gore je navedeno da se hormoni, čiji receptori imaju 7 transmembranskih fragmenata, nakon formiranja kompleksa hormon-receptor vežu na G-proteine, koji imaju malu molekulsku težinu (20-25 kDa) i obavljaju različita funkcija. Proteini koji stupaju u interakciju s receptorskom tirozin kinazom nazivaju se ras proteini, a proteini uključeni u transport vezikula nazivaju se rab proteini. Aktivirani oblik je G protein u kompleksu s GTP; neaktivni oblik ras proteina posljedica je njegovog kompleksiranja s GDP-om. Protein koji oslobađa gvanin nukleotid sudjeluje u aktivaciji ras proteina, a proces inaktivacije odvija se hidrolizom GTP pod utjecajem GTPaze. Aktivacija ras proteina, zauzvrat, preko fosfolipaze C stimulira stvaranje sekundarnih glasnika: inozitol trifosfata i diacilglicerola. Ras proteini su prvi put opisani kao onkogeni (A.G. Gilman, 1987.), budući da je povećana ekspresija ili mutacija ovih proteina otkrivena u malignim neoplazmama. Normalno, ras proteini su uključeni u različite regulacijske procese, uključujući rast.

Neki proteinski hormoni (inzulin, IGF I, itd.) obavljaju svoje početno djelovanje aktivacije receptora preko tirozin kinaze osjetljive na hormone. Vezanje hormona za receptor dovodi do konformacijskih promjena ili dimerizacije, što uzrokuje aktivaciju tirozin kinaze i naknadnu autofosforilaciju receptora. Nakon interakcije hormonskog receptora, autofosforilacija pojačava aktivnost tirozin kinaze u drugom dimeru i fosforilaciju unutarstaničnih supstrata. Receptorska tirozin kinaza je alosterički enzim u kojem je izvanstanična domena regulatorna podjedinica, a unutarstanična (citoplazmatska) domena katalitička podjedinica. Aktivacija ili fosforilacija tirozin kinaze događa se vezanjem na adapter ili SH2 protein, koji se sastoji od dvije SH2 domene i jedne SH3 domene. SH2 domene vežu specifične receptorske tirozin kinaze fosfotirozine, a SH3 domene vežu enzime ili signalne molekule. Fosforilirani proteini (fosfotirozini) su skraćeni za 4 aminokiseline, što određuje njihovo specifično visokoafinitetno vezanje na SH2 domene.

Kompleksi (fosfotirozin peptidi – SH2 domene) određuju selektivnost prijenosa hormonskog signala. Konačni učinak prijenosa hormonskog signala ovisi o dvjema reakcijama – fosforilaciji i defosforilaciji. Prva reakcija je pod kontrolom različitih tirozin kinaza, druga - fosfotirozin fosfataze. Do danas je identificirano više od 10 transmembranskih fosfotirozin fosfataza, koje su podijeljene u 2 skupine: a) veliki transmembranski proteini/tendemske domene i b) mali intracelularni enzimi s jednom katalitičkom domenom.

Unutarstanični fragmenti fosfotirozin fosfataze vrlo su raznoliki. Smatra se da je funkcija fosfotirozin fosfataza SH2 domene (tipovi I i II) smanjenje signala defosforilacijom fosforilacijskih mjesta na receptorskoj tirozin kinazi ili pojačanje signala vezanjem tirozin fosforilirajućih signalnih proteina na jednu ili obje SH2 domene, kao i prijenos signala kroz interakciju jednog SH2 proteina s drugim proteinom ili inaktivaciju procesom defosforilacije tirozin fosforiliranih sekundarnih glasničkih molekula, kao što su fosfolipaza C-g ili src-tirozin kinaza.

U nekim hormonima, prijenos hormonskog signala provodi se fosforilacijom aminokiselinskih ostataka tirozina, kao i serina ili treonina. Karakterističan je u tom pogledu inzulinski receptor u kojem može doći do fosforilacije i tirozina i serina, a fosforilacija serina je praćena smanjenjem biološkog učinka inzulina. Funkcionalni značaj istodobne fosforilacije nekoliko aminokiselinskih ostataka receptora tirozin kinaze nije posve jasan. Međutim, time se postiže modulacija hormonskog signala, što se shematski naziva druga razina receptorskih signalnih mehanizama. Ovu razinu karakterizira aktivacija nekoliko protein kinaza i fosfataza (kao što su protein kinaza C, protein kinaza ovisna o cAMP, protein kinaza ovisna o cGMP, protein kinaza ovisna o kalmodulinu, itd.), koje vrše fosforilaciju ili defosforilaciju serina, tirozinskih ili treoninskih ostataka, što uzrokuje odgovarajuće konformacijske promjene, potrebne za ispoljavanje biološke aktivnosti.

Treba napomenuti da se procesom fosforilacije aktiviraju enzimi poput fosforilaze, kinaze, kazein kinaze II, acetil-CoA karboksilaze kinaze, triglicerid lipaze, glikogen fosforilaze, protein fosfataze I, ATP citrat liaze, a glikogen sintaza, piruvat dehidrogenaza i piruvat kinaze se aktiviraju procesom defosforilacije.

Treća razina regulacijskih signalnih mehanizama u djelovanju hormona karakterizirana je odgovarajućim odgovorom na staničnoj razini i očituje se promjenama u metabolizmu, biosintezi, sekreciji, rastu ili diferencijaciji. To uključuje procese transporta različitih tvari kroz staničnu membranu, sintezu proteina, stimulaciju ribosomske translacije, aktivaciju mikroviloznog tubularnog sustava i translokaciju sekretornih granula na staničnu membranu. Dakle, aktivaciju transporta aminokiselina i glukoze kroz staničnu membranu provode odgovarajući proteini prijenosnici 5-15 minuta nakon početka djelovanja hormona kao što su hormon rasta i inzulin. Postoji 5 proteina prijenosnika za aminokiseline i 7 za glukozu, od kojih 2 pripadaju simporterima ili kotransporterima natrij-glukoza.

Hormonski sekundarni glasnici utječu na ekspresiju gena modificiranjem procesa transkripcije. Dakle, cAMP regulira brzinu transkripcije niza gena odgovornih za sintezu hormona. Ovo djelovanje je posredovano cAMP odgovornim elementom koji aktivira protein (CREB). Potonji protein (CREB) stvara komplekse sa specifičnim regijama DNA, budući da je opći faktor transkripcije.

Mnogi hormoni koji stupaju u interakciju s receptorima koji se nalaze na plazma membrani, nakon formiranja kompleksa hormon-receptor prolaze kroz proces internalizacije, odnosno endocitoze, tj. translokacija, odnosno prijenos kompleksa hormon-receptor u stanicu. Ovaj se proces odvija u strukturama koje se nazivaju "obložene jame", smještene na unutarnjoj površini stanične membrane, obložene proteinom klatrinom. Tako agregirani hormonsko-receptorski kompleksi, koji su lokalizirani u "obloženim jamama", potom se internaliziraju invaginacijom stanične membrane (mehanizam vrlo sličan procesu fagocitoze), pretvarajući se u vezikule (endosome ili receptosome) i potonji se translociraju u stanicu.

Tijekom translokacije, endosom prolazi proces acidifikacije (slično onome što se događa u lizosomima), što može rezultirati degradacijom liganda (hormona) ili disocijacijom kompleksa hormon-receptor. U potonjem slučaju, oslobođeni receptor se vraća na staničnu membranu, gdje ponovno stupa u interakciju s hormonom. Proces uranjanja receptora zajedno s hormonom u stanicu i povratak receptora na staničnu membranu naziva se proces reciklaže receptora. Tijekom razdoblja funkcioniranja receptora (poluživot receptora kreće se od nekoliko do 24 sata ili više), on uspijeva provesti od 50 do 150 takvih "šatl" ciklusa. Proces endocitoze je sastavni ili dodatni dio receptorskog signalnog mehanizma u djelovanju hormona.

Osim toga, procesom internalizacije dolazi do razgradnje proteinskih hormona (u lizosomima) i stanične desenzibilizacije (smanjene stanične osjetljivosti na hormon) smanjenjem broja receptora na staničnoj membrani. Utvrđeno je da je sudbina kompleksa hormon-receptor nakon procesa endocitoze drugačija. Za većinu hormona (FSH, LH, humani korionski gonadotropin, inzulin, IGF 1 i 2, glukagon, somatostatin, eritropoetin, VIP, lipoproteini niske gustoće), endosomi unutar stanice prolaze kroz disocijaciju. Oslobođeni receptor se vraća na staničnu membranu, a hormon prolazi kroz proces razgradnje u lizosomskom aparatu stanice.

Za druge hormone (GH, interleukin-2, epidermalni, živčani i trombocitni čimbenici rasta), nakon disocijacije endosoma, receptor i odgovarajući hormon prolaze kroz proces razgradnje u lizosomima.

Neki hormoni (transferin, proteini koji sadrže manoza-6-fosfat i manji dio inzulina, GH u nekim ciljnim tkivima) nakon disocijacije endosoma vraćaju se, kao i njihovi receptori, na staničnu membranu. Unatoč činjenici da navedeni hormoni prolaze kroz proces internalizacije, ne postoji konsenzus o izravnom intracelularnom djelovanju proteinskog hormona ili njegovog kompleksa hormon-receptor.

Receptori za hormone nadbubrežne žlijezde, spolne hormone, kalcitriol, retinoičnu kiselinu i hormone štitnjače lokalizirani su intracelularno. Navedeni hormoni su lipofilni, prenose se proteinima krvi i imaju dugo razdoblje poluživota i njihovo djelovanje posredovano je hormonsko-receptorskim kompleksom, koji, vezanjem na specifične regije DNK, aktivira ili deaktivira specifične gene.

Vezanje hormona za receptor dovodi do promjena u fizikalno-kemijskim svojstvima potonjeg, a taj se proces naziva aktivacija ili transformacija receptora. Studija transformacije receptora in vitro pokazala je da temperaturni uvjeti, prisutnost heparina, ATP-a i drugih komponenti u mediju za inkubaciju mijenjaju brzinu ovog procesa.

Netransformirani receptori su protein molekulske mase 90 kDa, koji je identičan proteinu stresnog ili temperaturnog šoka iste molekulske mase (M. Catell i sur., 1985.). Potonji protein se nalazi u a- i b-izoformama, koje su kodirane različitim genima. Slična je situacija u vezi sa steroidnim hormonima.

Osim proteina stresa s mol. m. 90 kDa, protein s mol. m. 59 kDa (M. Lebean i sur., 1992.), nazvan imunofilin, koji nije izravno povezan s receptorom steroidnog hormona, ali tvori komplekse s proteinom mol. m. 90 kDa. Funkcija proteina imunofilina nije dobro razjašnjena, iako je njegova uloga u regulaciji funkcije receptora steroidnog hormona dokazana, budući da veže imunosupresivne tvari (na primjer, rapamicin i FK 506).

Steroidni hormoni transportiraju se u krvi u stanju vezanom za proteine ​​i samo mali dio njih je u slobodnom obliku. Hormon, koji je u slobodnom obliku, može stupiti u interakciju sa staničnom membranom i proći kroz nju u citoplazmu, gdje se veže na citoplazmatski receptor, koji je vrlo specifičan. Na primjer, iz hepatocita su izolirani receptorski proteini koji vežu samo glukokortikoidne hormone ili estrogene. Trenutno su identificirani receptori za estradiol, androgene, progesteron, glukokortikoide, mineralokortikoide, vitamin D, hormone štitnjače, kao i za retinoičnu kiselinu i neke druge spojeve (receptor za edikson, receptor za dioksin, receptor proliferativnog aktivatora peroksisoma i dodatni receptor X za retinoičnu kiselinu ) . Koncentracija receptora u odgovarajućim ciljnim tkivima je 103 do 5 104 po stanici.

Receptori za steroidne hormone imaju 4 domene: amino-terminalna domena, koja ima značajne razlike u receptorima za navedene hormone i sastoji se od 100-600 aminokiselinskih ostataka; DNA-vezujuća domena, koja se sastoji od približno 70 aminokiselinskih ostataka; domenu koja veže hormone od oko 250 aminokiselina i domenu na karboksilnom kraju. Kao što je navedeno, amino-terminalna domena ima najveće razlike u obliku i sekvenci aminokiselina. Sastoji se od 100-600 aminokiselina, a njegova najmanja veličina nalazi se u receptoru hormona štitnjače, a najveća u receptoru glukokortikoidnog hormona. Ova domena određuje karakteristike odgovora receptora i kod većine vrsta je visoko fosforilirana, iako ne postoji izravna korelacija između stupnja fosforilacije i biološkog odgovora.

DNA-veznu domenu karakteriziraju 3 introna, od kojih dva imaju takozvane „cinkove prste", odnosno strukture koje sadrže ione cinka s 4 cisteinska mosta. „Cinkovi prsti" sudjeluju u specifičnom vezanju hormona na DNA. . Domena za vezanje DNA sadrži malu regiju za specifično vezanje nuklearnih receptora, nazvanu "elementi hormonskog odgovora", koja modulira inicijaciju transkripcije. Ovo područje nalazi se unutar drugog fragmenta od 250 nukleotida koji je odgovoran za početak transkripcije. DNA-vezujuća domena ima najveću strukturnu stabilnost od svih unutarstaničnih receptora.

Domena koja veže hormone sudjeluje u vezivanju hormona, kao iu procesima dimerizacije i regulacije funkcije drugih domena. Nalazi se neposredno uz DNA-veznu domenu.

Domena karboksilnog kraja također je uključena u procese heterodimerizacije i u interakciji je s različitim faktorima transkripcije, uključujući proksimalne proteinske promotore.

Uz to, postoje dokazi da se steroidi prvo vežu na specifične proteine ​​stanične membrane, koji ih transportiraju do citoplazmatskog receptora ili, zaobilazeći ga, izravno do nuklearnih receptora. Citoplazmatski receptor se sastoji od dvije podjedinice. U staničnoj jezgri podjedinica A u interakciji s DNA pokreće (pokreće) proces transkripcije, a podjedinica B se veže na nehistonske proteine. Učinak steroidnih hormona ne pojavljuje se odmah, već nakon određenog vremena, koje je potrebno za stvaranje RNK i naknadnu sintezu specifičnog proteina.

Hormoni štitnjače (tiroksin-T4 i trijodtironin-T3), poput steroidnih hormona, lako difundiraju kroz lipidnu staničnu membranu i vežu se unutarstaničnim proteinima. Prema drugim podacima, hormoni štitnjače prvo stupaju u interakciju s receptorom na plazma membrani, gdje se kompleksiraju s proteinima, tvoreći takozvani intracelularni bazen hormona štitnjače. Biološko djelovanje uglavnom provodi T3, dok se T4 dejodinira u T3, koji se veže na citoplazmatski receptor. Ako se steroidni citoplazmatski kompleks translocira u staničnu jezgru, citoplazmatski kompleks štitnjače prvo disocira i T3 se izravno veže nuklearnim receptorima koji imaju veliki afinitet za njega. Osim toga, T3 receptori visokog afiniteta također se nalaze u mitohondrijima. Vjeruje se da se kalorijski učinak hormona štitnjače događa u mitohondrijima stvaranjem novog ATP-a, za čije se stvaranje koristi adenozin difosfat (ADP).

Hormoni štitnjače reguliraju sintezu proteina na transkripcijskoj razini i taj učinak, vidljiv nakon 12-24 sata, može se blokirati uvođenjem inhibitora sinteze RNA. Osim unutarstaničnog djelovanja, hormoni štitnjače stimuliraju transport glukoze i aminokiselina kroz staničnu membranu, izravno utječući na aktivnost nekih enzima lokaliziranih u njoj.

Dakle, specifični učinak hormona pojavljuje se tek nakon što se kompleksira s odgovarajućim receptorom. Kao rezultat procesa prepoznavanja, kompleksiranja i aktivacije receptora, potonji stvara niz sekundarnih glasnika koji uzrokuju sekvencijalni lanac postreceptorskih interakcija, završavajući manifestacijom specifičnog biološkog učinka hormona.

Iz toga slijedi da biološki učinak hormona ne ovisi samo o njegovom sadržaju u krvi, već io broju i funkcionalnom stanju receptora, kao io razini funkcioniranja postreceptorskog mehanizma.

Broj staničnih receptora, kao i ostalih komponenti stanice, stalno se mijenja, odražavajući procese njihove sinteze i razgradnje. Glavnu ulogu u regulaciji broja receptora imaju hormoni. Postoji obrnuti odnos između razine hormona u međustaničnoj tekućini i broja receptora. Na primjer, koncentracija hormona u krvi i međustaničnoj tekućini vrlo je niska i iznosi 1014-109 M, što je znatno niže od koncentracije aminokiselina i drugih raznih peptida (105-103 M). Broj receptora je veći i iznosi 1010-108 M, od čega oko 1014-1010 M na plazma membrani, a unutarstanična razina sekundarnih glasnika nešto je viša - 108-106 M. Apsolutni broj receptorskih mjesta na stanici membrana se kreće od nekoliko stotina do 100.000.

Brojne studije su pokazale da receptori imaju karakteristično svojstvo da pojačavaju djelovanje hormona ne samo kroz opisane mehanizme, već i kroz takozvano “nelinearno vezanje”. Još jedna karakteristična karakteristika je da najveći hormonski učinak ne znači i najveće vezanje hormona za receptore. Na primjer, maksimalna stimulacija transporta glukoze u adipocite pomoću inzulina uočena je kada hormon veže samo 2% inzulinskih receptora (J. Gliemann i sur., 1975.). Isti su odnosi utvrđeni za ACTH, gonadotropine i druge hormone (M.L. Dufau i sur., 1988.). To se objašnjava dvama fenomenima: "nelinearnim vezanjem" i prisutnošću takozvanih "rezervnih receptora". Na ovaj ili onaj način, ali amplifikacija, odnosno pojačanje djelovanja hormona, koje je posljedica ova dva fenomena, ima važnu ulogu. fiziološka uloga u procesima biološkog djelovanja hormona u normalnim uvjetima i u različitim patološkim stanjima. Na primjer, s hiperinzulinizmom i pretilošću, broj inzulinskih receptora lokaliziranih na hepatocitima, adipocitima, timocitima, monocitima smanjuje se za 50-60%, i, obrnuto, nedostatak inzulina u životinja prati povećanje broja inzulinskih receptora. Zajedno s brojem inzulinskih receptora mijenja se i njihov afinitet, tj. sposobnost kompleksiranja s inzulinom, a mijenja se i transdukcija (prijenos) hormonskog signala unutar receptora. Dakle, promjene u osjetljivosti organa i tkiva na hormone provode se putem mehanizama povratne sprege (nizka regulacija). Stanja praćena visokom koncentracijom hormona u krvi karakterizirana su smanjenjem broja receptora, što se klinički očituje kao rezistencija na ovaj hormon.

Neki hormoni mogu utjecati na broj ne samo svojih "vlastitih" receptora, već i receptora za drugi hormon. Dakle, progesteron smanjuje, a estrogeni povećavaju broj receptora i za estrogen i za progesteron.

Smanjenje osjetljivosti na hormon može biti posljedica sljedećih mehanizama: 1) smanjenje afiniteta receptora zbog utjecaja drugih hormona i kompleksa hormonskih receptora; 2) smanjenje broja funkcionalnih receptora kao rezultat njihove internalizacije ili otpuštanja iz membrane u izvanstanični prostor; 3) inaktivacija receptora zbog konformacijskih promjena; 4) uništavanje receptora povećanjem aktivnosti proteaza ili razgradnjom kompleksa hormon-receptor pod utjecajem lizosomskih enzima; 5) inhibicija sinteze novih receptora.

Za svaku vrstu hormona postoje agonisti i antagonisti. Potonji su tvari koje se mogu kompetitivno vezati za hormonski receptor, smanjujući ili potpuno blokirajući njegov biološki učinak. Agonisti, naprotiv, kada su u kompleksu s odgovarajućim receptorom, pojačavaju učinak hormona ili potpuno oponašaju njegovu prisutnost, a ponekad je poluživot agonista stotinama ili više puta dulji od vremena razgradnje prirodnog hormona, a , dakle, tijekom tog vremena pojavljuje se biološki učinak, koji se prirodno koristi u kliničke svrhe. Na primjer, agonisti glukokortikoida su deksametazon, kortikosteron, aldosteron, a parcijalni agonisti su 11b-hidroksiprogesteron, 17a-hidroksiprogesteron, progesteron, 21-deoksikortizol, a njihovi antagonisti su testosteron, 19-nortestosteron, 17-estradiol. Neaktivni steroidi na glukokortikoidnim receptorima uključuju 11a-hidroksiprogesteron, tetrahidrokortizol, androstendion, 11a-, 17a-metiltestosteron. Ti se odnosi uzimaju u obzir ne samo u pokusima pri razjašnjavanju djelovanja hormona, nego i u kliničkoj praksi.

Dešifriranje mehanizama djelovanja hormona kod životinja pruža mogućnost boljeg razumijevanja fizioloških procesa – regulacije metabolizma, biosinteze proteina, rasta i diferencijacije tkiva.

To je važno i s praktičnog gledišta, u vezi sa sve raširenijom upotrebom prirodnih i sintetičkih hormonski lijekovi u stočarstvu i veterini.

Trenutno postoji oko 100 hormona koji se stvaraju u endokrinim žlijezdama, ulaze u krv i imaju raznolik učinak na metabolizam u stanicama, tkivima i organima. Teško je identificirati fiziološke procese u tijelu koji nisu pod regulacijskim utjecajem hormona. Za razliku od mnogih enzima koji uzrokuju pojedinačne, usko ciljane promjene u tijelu, hormoni višestruko utječu na metaboličke procese i dr. fiziološke funkcije. Istodobno, niti jedan od hormona, u pravilu, u potpunosti ne osigurava regulaciju pojedinačne funkcije. Za to je potrebno djelovanje niza hormona u određenom slijedu i međudjelovanju. Na primjer, somatotropin stimulira procese rasta samo uz aktivno sudjelovanje inzulina i hormona štitnjače. Rast folikula uglavnom osigurava folitropin, a njihovo sazrijevanje i proces ovulacije odvijaju se pod regulacijskim utjecajem lutropina itd.

Većina hormona u krvi vezana je za albumine ili globuline, što ih štiti od brzog uništenja enzimima i održava optimalnu metaboličku koncentraciju aktivnih hormona u stanicama i tkivima. Hormoni imaju izravan učinak na proces biosinteze proteina. Steroidni i proteinski hormoni (spolni hormoni, trostruki hormoni hipofize) u ciljnim tkivima uzrokuju povećanje broja i volumena stanica. Ostali hormoni, kao što su inzulin, gluko- i mineralokortikoidi, neizravno utječu na sintezu proteina.

Prva poveznica fiziološko djelovanje Hormoni u životinjskom tijelu su receptori stanične membrane. U istim ćelijama postoje velike količine nekoliko vrsta; specifične receptore, uz pomoć kojih selektivno vežu molekule različitih hormona koji cirkuliraju u krvi. Na primjer, masne stanice u svojim membranama imaju specifične receptore za glukagon, lutropin, tireotropin, kortikotropin.

Većina hormona proteinske prirode, zbog velike veličine svojih molekula, ne može prodrijeti u stanice, već se nalaze na njihovoj površini i, u interakciji s odgovarajućim receptorima, utječu na metabolizam unutar stanica. Tako je osobito učinak tireotropina povezan s fiksacijom njegovih molekula na površini stanica štitnjače, pod čijim utjecajem se povećava propusnost staničnih membrana za natrijeve ione, au njihovoj prisutnosti povećava se intenzitet oksidacije glukoze. Inzulin povećava propusnost staničnih membrana u tkivima i organima za molekule glukoze, što pomaže smanjenju njezine koncentracije u krvi i prijenosu u tkiva. Somatotropin također djeluje stimulativno na sintezu nukleinskih kiselina i proteina djelovanjem na stanične membrane.

Isti hormoni mogu utjecati metabolički procesi u stanicama tkiva na razne načine. Zajedno s promjenom propusnosti stanične membrane i membrane unutarstaničnih struktura za različite enzime i druge kemikalije, pod utjecajem istih hormona može se promijeniti ionski sastav okoliša izvan i unutar stanica, kao i aktivnost različitih enzima i intenzitet metaboličkih procesa.

Hormoni utječu na aktivnost enzima i genskog aparata stanica ne izravno, već uz pomoć medijatora (posrednika). Jedan od tih medijatora je ciklički 3', 5'-adenozin monofosfat (ciklički AMP). Ciklički AMP (cAMP) nastaje unutar stanica iz adenozin trifosforne kiseline (ATP) uz sudjelovanje enzima adenil ciklaze koji se nalazi na staničnoj membrani, a koja se aktivira kada je izložena odgovarajućim hormonima. Na unutarstaničnim membranama nalazi se enzim fosfodiesteraza, koji pretvara cAMP u manje aktivnu tvar - 5'-adenozin monofosfat i time zaustavlja djelovanje hormona.

Kada je stanica izložena nekoliko hormona koji stimuliraju sintezu cAMP-a u njoj, reakciju katalizira ista adenil ciklaza, ali su receptori u staničnoj membrani za te hormone strogo specifični. Stoga npr. kortikotropin djeluje samo na stanice kore nadbubrežne žlijezde, a tireotropin na stanice štitnjače itd.

Detaljne studije su pokazale da djelovanje većine proteinskih i peptidnih hormona dovodi do stimulacije aktivnosti adenil ciklaze i povećanja koncentracije cAMP u ciljnim stanicama, što je povezano s daljnjim prijenosom informacija hormonalni učinci uz aktivno sudjelovanje brojnih protein kinaza. cAMP igra ulogu intracelularnog posrednika hormona, osiguravajući povećanje aktivnosti proteinskih kinaza koje ovise o njemu u citoplazmi i jezgri stanica. Zauzvrat, cAMP-ovisne protein kinaze kataliziraju fosforilaciju ribosomskih proteina, što je izravno povezano s regulacijom sinteze proteina u ciljnim stanicama pod utjecajem peptidnih hormona.

Steroidni hormoni, kateholamini i hormoni štitnjače, zbog svoje male veličine molekula, prolaze kroz staničnu membranu i stupaju u interakciju s citoplazmatskim receptorima unutar stanica. Unaprijediti steroidni hormoni u kombinaciji sa svojim receptorima, koji su kiseli proteini, prelaze u jezgru stanice. Pretpostavlja se da peptidni hormoni, kao hormonsko-receptorski kompleksi razdvojeni, djeluju i na specifične receptore u citoplazmi, Golgijev kompleks i nuklearnu membranu.

Ne potiču svi hormoni aktivnost enzima adenil ciklaze i povećanje njegove koncentracije u stanicama. Neki peptidni hormoni, posebno inzulin, ocitocin, kalcitonin, imaju inhibitorni učinak na adenil ciklazu. Vjeruje se da fiziološki učinak njihova djelovanja nije posljedica povećanja koncentracije cAMP-a, već njegovog smanjenja. Istodobno, u stanicama koje imaju specifičnu osjetljivost na spomenute hormone, povećava se koncentracija drugog cikličkog nukleotida, cikličkog guanozin monofosfata (cGMP). Rezultat djelovanja hormona u stanicama tijela u konačnici ovisi o utjecaju oba ciklička nukleotida - cAMP i cGMP, koji su univerzalni unutarstanični posrednici - hormonski posrednici. S obzirom na djelovanje steroidnih hormona, koji u kombinaciji sa svojim receptorima prodiru u jezgru stanice, upitna je uloga cAMP i cGMP kao intracelularnih medijatora.

Mnogi, ako ne i svi, hormoni su ograničeni fiziološki učinak očituju se neizravno – kroz promjene u biosintezi enzimskih proteina. Biosinteza proteina složen je višefazni proces koji se odvija uz aktivno sudjelovanje genskog aparata stanice.

Regulacijski učinak hormona na biosintezu proteina provodi se uglavnom stimuliranjem reakcije RNA polimeraze uz stvaranje ribosomske i nuklearne vrste RNA, kao i glasničke RNA te utjecajem na funkcionalnu aktivnost ribosoma i drugih dijelova metabolizma proteina. Specifične protein kinaze u staničnoj jezgri stimuliraju fosforilaciju odgovarajućih proteinskih komponenti i reakciju RNA polimeraze uz stvaranje glasničkih RNA koje kodiraju sintezu proteina u stanicama i ciljnim organima. Istodobno, u jezgri stanica dolazi do derepresije gena koji se oslobađaju inhibitornog učinka specifičnih represora - nuklearnih histonskih proteina.

Hormoni kao što su estrogeni i androgeni u jezgri stanica vežu se na histonske proteine ​​koji potiskuju odgovarajuće gene i time aktiviraju genski aparat stanica funkcionalno stanje. Istodobno, androgeni utječu na genski aparat stanica manje od estrogena, što je posljedica aktivnijeg povezivanja potonjeg s kromatinom i slabljenja sinteze RNA u jezgrama.

Uz aktivaciju sinteze proteina u stanicama dolazi do stvaranja proteina histona koji su represori aktivnosti gena, što onemogućuje metaboličke funkcije jezgri i prekomjernu stimulaciju rasta. Posljedično, stanične jezgre imaju vlastiti mehanizam za genetsku i mitotsku regulaciju metabolizma i rasta.

Uslijed utjecaja hormona na anaboličke procese u tijelu povećava se retencija hranjivim tvarima hrane i, posljedično, povećava se količina supstrata za intersticijski metabolizam, regulacijski mehanizmi biokemijskih procesa povezani s više učinkovitu upotrebu dušikovih i drugih spojeva.

Na procese sinteze proteina u stanicama utječu somatotropin, kortikosteroidi, estrogeni i tiroksin. Ovi hormoni stimuliraju sintezu različitih glasničkih RNA i time pojačavaju sintezu odgovarajućih proteina. U procesima sinteze proteina važno također pripada inzulinu, koji stimulira vezanje glasničkih RNA na ribosome i, posljedično, aktivira sintezu proteina. Aktivirajući kromosomski aparat stanica, hormoni utječu na povećanje brzine sinteze proteina i koncentracije enzima u stanicama jetre i drugih organa i tkiva. Međutim, mehanizam utjecaja hormona na intracelularni metabolizam još nije dovoljno proučen.

Djelovanje hormona, u pravilu, usko je povezano s funkcijama enzima koji osiguravaju biokemijske procese u stanicama, tkivima i organima. Hormoni su uključeni u biokemijske reakcije kao specifični aktivatori ili inhibitori enzima, ostvarujući svoj utjecaj na enzime osiguravajući njihovu vezu s različitim biokoloidima.

Budući da su enzimi proteinska tijela, učinak hormona na njihovu funkcionalnu aktivnost očituje se prvenstveno utjecajem na biosintezu enzima i kataboličkih koenzima proteina. Jedna od manifestacija aktivnosti hormona je njihovo sudjelovanje u interakciji niza enzima u različitim dijelovima složenih reakcija i procesa. Kao što je poznato, vitamini imaju određenu ulogu u izgradnji koenzima. Vjeruje se da hormoni također imaju regulatornu funkciju u tim procesima. Na primjer, kortikosteroidi utječu na fosforilaciju nekih vitamina B skupine.

Za prostaglandine je osobito važna njihova visoka fiziološka aktivnost i vrlo niska nuspojava. Danas je poznato da prostaglandini djeluju poput posrednika unutar stanica i igraju važnu ulogu u djelovanju hormona. Istodobno se aktiviraju procesi sinteze cikličkog adenozin monofosfata (cAMP), koji je sposoban prenijeti usko ciljani učinak hormona. Moguće je pretpostaviti da farmakološke tvari djeluju unutar stanica kroz proizvodnju specifičnih prostaglandina. Sada se u mnogim zemljama mehanizam djelovanja prostaglandina proučava na staničnoj i molekularnoj razini, budući da sveobuhvatna studija djelovanja prostaglandina može omogućiti specifično djelovanje na metabolizam i druge fiziološke procese u tijelu životinja.

Na temelju navedenog možemo zaključiti da hormoni imaju složen i raznolik učinak u organizmu životinja. Složeni utjecaj živčane i humoralne regulacije osigurava usklađen tijek svih biokemijskih i fiziološki procesi. Međutim, najfiniji detalji mehanizma djelovanja hormona još nisu dovoljno proučeni. Ovaj problem zanima mnoge znanstvenike i od velikog je interesa za teoriju i praksu endokrinologije, kao i za stočarstvo i veterinu.

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 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 biološki aktivne tvari, čime se olakšava ili inhibira djelovanje enzima. 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 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 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 promjene funkcionalne aktivnosti stanice.

Trenutno se razlikuju sljedeće mogućnosti djelovanja hormona:

1. hormonska ili hemokrina, oni. djelovanje na znatnoj udaljenosti od mjesta formiranja;
2. izokrine ili lokalne, kada kemijska tvar sintetizirana u jednoj stanici ima učinak na stanicu koja se nalazi u bliskom kontaktu s prvom, a otpuštanje te tvari provodi se u intersticijsku tekućinu i krv;
3. neurokrini ili neuroendokrini (sinaptički i nesinaptički), djelovanje kada hormon, oslobođen iz živčanih završetaka, obavlja funkciju neurotransmitera ili neuromodulatora, tj. tvar koja mijenja (obično pojačava) djelovanje neurotransmitera;
4. parakrini- vrsta izokrinog djelovanja, ali u ovom slučaju hormon formiran u jednoj stanici ulazi u međustaničnu tekućinu i utječe na brojne stanice koje se nalaze u neposrednoj blizini;
5. jukstakrini– vrsta parakrinog djelovanja, kada hormon ne ulazi u međustaničnu tekućinu, a signal se prenosi kroz plazma membranu druge stanice koja se nalazi u blizini;
6. autokrini djelovanje kada hormon koji se oslobađa iz stanice utječe na istu stanicu, mijenjajući njezinu funkcionalnu aktivnost;
7. solinokrini djelovanje kada hormon iz jedne stanice ulazi u lumen kanala i tako dolazi do druge stanice, utječući na nju specifični učinak(npr. neki gastrointestinalni hormoni).

Sinteza proteinskih hormona, kao i drugih proteina, pod genetskom je kontrolom, a tipične stanice sisavaca izražavaju gene koji kodiraju od 5.000 do 10.000 različitih proteina, a neke visoko diferencirane stanice - i do 50.000 proteina. Sve sinteze proteina počinju sa transpozicija segmenata DNA, onda transkripcija, posttranskripcijska obrada, prevođenje, posttranslacijska obrada i modifikacija. Mnogi polipeptidni hormoni se sintetiziraju u obliku velikih prekursora - prohormoni(proinzulin, proglukagon, proopiomelanokortin itd.). Pretvorba prohormona u hormone događa se u Golgijevom aparatu.

Dva su glavna mehanizma djelovanja hormona na staničnoj razini:
1. Realizacija učinka s vanjske površine stanične membrane.
2. Učinak se ostvaruje nakon što hormon prodre u stanicu.

1) Realizacija učinka s vanjske površine stanične membrane

U ovom slučaju, receptori se nalaze na staničnoj membrani. Kao rezultat interakcije hormona s receptorom, aktivira se membranski enzim adenilat ciklaza. Ovaj enzim potiče stvaranje iz adenozin trifosforne kiseline (ATP) najvažnijeg intracelularnog posrednika hormonskih učinaka - cikličkog 3,5-adenozin monofosfata (cAMP). cAMP aktivira stanični enzim protein kinazu, koji ostvaruje djelovanje hormona. Utvrđeno je da je hormonski ovisna adenilat ciklaza zajednički enzim na koji djeluju različiti hormoni, dok su hormonski receptori višestruki i specifični za svaki hormon. Sekundarni posrednici uz cAMP mogu postojati ciklički 3,5-gvanozin monofosfat (cGMP), ioni kalcija, inozitol trifosfat. Tako djeluju peptidni i proteinski hormoni te derivati ​​tirozina - kateholamini. Karakteristična značajka Djelovanje ovih hormona je relativna brzina odgovora, koja je posljedica aktivacije prethodnih već sintetiziranih enzima i drugih proteina.

Hormoni svoje biološko djelovanje ostvaruju spajanjem s receptorima – informacijskim molekulama koje pretvaraju hormonalni signal u hormonsko djelovanje. Većina hormona stupa u interakciju s receptorima koji se nalaze na plazma membrane stanice, i drugi hormoni - s receptorima lokaliziranim intracelularno, tj. S citoplazmatski I nuklearni.

Plazma receptore, ovisno o njihovoj strukturi, dijelimo na:

1. sedam fragmenata(petlje);
2. receptore čiji se transmembranski segment sastoji jedan fragment(petlje ili lanci);
3. receptore čiji se transmembranski segment sastoji četiri ulomka(petlje).

Hormoni čiji se receptor sastoji od sedam transmembranskih fragmenata uključuju:
ACTH, TSH, FSH, LH, humani korionski gonadotropin, prostaglandini, gastrin, kolecistokinin, neuropeptid Y, neuromedin K, vazopresin, adrenalin (a-1 i 2, b-1 i 2), acetilkolin (M1, M2, M3 i M4) ), serotonin (1A, 1B, 1C, 2), dopamin (D1 i D2), angiotenzin, supstanca K, supstanca P ili neurokinin tipa 1, 2 i 3, trombin, interleukin-8, glukagon, kalcitonin, sekretin, somatoliberin , VIP, peptid koji aktivira adenilat ciklazu hipofize, glutamat (MG1 – MG7), adenin.

Druga skupina uključuje hormone koji imaju jedan transmembranski fragment:
GH, prolaktin, inzulin, somatomamotropin ili placentni laktogen, IGF-1, čimbenici rasta živaca ili neurotrofini, faktor rasta hepatocita, atrijski natriuretski peptid tipa A, B i C, onkostatin, eritropoetin, cilijarni neurotrofni faktor, leukemijski inhibitorni faktor, faktor nekroza tumora (p75 i p55), neuralni čimbenik rasta, interferoni (a, b i g), epidermalni čimbenik rasta, neurodiferencijacijski čimbenik, čimbenik rasta fibroblasta, čimbenik rasta trombocita A i B, faktor stimulacije kolonija makrofaga, aktivin, inhibin, interleukini -2, 3, 4, 5, 6 i 7, faktor stimulacije kolonije granulocita-makrofaga, faktor stimulacije kolonije granulocita, lipoprotein niske gustoće, transferin, IGF-2, aktivator plazminogena urokinaze.

Hormoni treće skupine, čiji receptor ima četiri transmembranska fragmenta, uključuju:
acetilkolin (nikotinski mišić i živac), serotonin, glicin, g-aminomaslačna kiselina.

Spajanje receptora s efektorskim sustavima provodi se preko takozvanog G-proteina, čija je funkcija osigurati ponavljani prijenos hormonskog signala na razini plazma membrane. G protein u svom aktiviranom obliku stimulira sintezu cikličkog AMP preko adenilat ciklaze, što pokreće kaskadni mehanizam za aktivaciju unutarstaničnih proteina.

Zajednički temeljni mehanizam kojim se ostvaruju biološki učinci "drugih" glasnika unutar stanice je proces fosforilacija – defosforilacija proteina uz sudjelovanje širokog spektra protein kinaza koje kataliziraju transport terminalne skupine od ATP do OH skupina serina i treonina, au nekim slučajevima i tirozina ciljnih proteina. Proces fosforilacije najvažnija je posttranslacijska kemijska modifikacija proteinskih molekula, koja radikalno mijenja njihovu strukturu i funkciju. Konkretno, uzrokuje promjenu strukturna svojstva(asocijacija ili disocijacija sastavnih podjedinica), aktivacija ili inhibicija njihovih katalitičkih svojstava, u konačnici određujući brzinu kemijskih reakcija i, općenito, funkcionalnu aktivnost stanica.

Messenger sustav adenilat ciklaze

Najviše je proučavan adenilat ciklazni put prijenosa hormonskog signala. Uključuje najmanje pet dobro proučenih proteina:
1)hormonski receptor;
2)enzim adenilat ciklaza, koji obavlja funkciju sinteze cikličkog AMP (cAMP);
3)G protein, koji komunicira između adenilat ciklaze i receptora;
4)cAMP-ovisna protein kinaza, katalizirajući fosforilaciju unutarstaničnih enzima ili ciljnih proteina, sukladno tome mijenjajući njihovu aktivnost;
5)fosfodiesteraza, što uzrokuje razgradnju cAMP-a i time zaustavlja (prekida) učinak signala

Dokazano je da vezanje hormona na β-adrenergički receptor dovodi do strukturne promjene intracelularna domena receptora, koja zauzvrat osigurava interakciju receptora s drugim proteinom signalnog puta - GTP-vezom.

GTP-vezujući protein – G protein– mješavina je 2 vrste proteina:
aktivni G (od engleskog stimulatory G)
inhibitorni G i
Svaka od njih sadrži tri različite podjedinice (α-, β- i γ-), tj. to su heterotrimeri. Pokazalo se da su β-podjedinice G s i G i identične; u isto vrijeme, pokazalo se da su α-podjedinice, koje su proizvodi različitih gena, odgovorne za manifestaciju aktivatorske i inhibitorne aktivnosti G proteina. Hormonski receptorski kompleks daje G proteinu sposobnost ne samo da lako mijenja endogeno vezani GDP za GTP, već i da prenosi Gs protein u aktivirano stanje, dok aktivni G protein disocira u prisutnosti Mg 2+ iona u β -, γ-podjedinice i složene α-podjedinice G s u GTP obliku; ovaj aktivni kompleks zatim prelazi na molekulu adenilat ciklaze i aktivira je. Sam kompleks zatim prolazi kroz samoinaktivaciju zbog energije raspadanja GTP-a i reasocijacije β- i γ-podjedinica kako bi se formirao izvorni GDP oblik G s.

Retz- receptor; G- G protein; AC-adenilatne ciklaze.

Sastavni je protein plazma membrana, njegov aktivni centar je usmjeren prema citoplazmi i katalizira reakciju sinteze cAMP iz ATP-a:

Katalitička komponenta adenilat ciklaze, izolirana iz različitih životinjskih tkiva, predstavljena je jednim polipeptidom. U nedostatku G proteina, praktički je neaktivan. Sadrži dvije SH skupine, od kojih je jedna uključena u konjugaciju s Gs proteinom, a druga je neophodna za manifestaciju katalitičke aktivnosti.Pod djelovanjem fosfodiesteraze, cAMP se hidrolizira u neaktivni 5'-AMP.

Protein kinaza je intracelularni enzim preko kojeg cAMP ostvaruje svoj učinak. Protein kinaza može postojati u 2 oblika. U nedostatku cAMP, protein kinaza je predstavljena kao tetramerni kompleks koji se sastoji od dvije katalitičke (C 2) i dvije regulacijske (R 2) podjedinice; u ovom obliku enzim je neaktivan. U prisutnosti cAMP, kompleks protein kinaze reverzibilno disocira na jednu R 2 podjedinicu i dvije slobodne katalitičke C podjedinice; potonji imaju enzimsku aktivnost, katalizirajući fosforilaciju proteina i enzima, sukladno tome mijenjajući staničnu aktivnost.

Aktivnost mnogih enzima regulirana je fosforilacijom ovisnom o cAMP-u; prema tome, većina hormona proteinsko-peptidne prirode aktivira ovaj proces. Međutim, niz hormona ima inhibitorni učinak na adenilat ciklazu, odgovarajuće smanjujući razinu cAMP i fosforilacije proteina. Konkretno, hormon somatostatin, povezujući se sa svojim specifičnim receptorom - inhibitornim G proteinom (Gi, koji je strukturni homolog Gs proteina), inhibira sintezu adenilat ciklaze i cAMP, tj. uzrokuje učinak izravno suprotan onom koji izazivaju adrenalin i glukagon. U nizu organa prostaglandini (osobito PGE 1) također imaju inhibicijski učinak na adenilat ciklazu, iako u istom organu (ovisno o tipu stanice) isti PGE 1 može aktivirati sintezu cAMP.

Detaljnije je proučavan mehanizam aktivacije i regulacije mišićne glikogen fosforilaze koja aktivira razgradnju glikogena. Postoje 2 oblika:
katalitički aktivan - fosforilaza a I
neaktivan – fosforilaze b.

Obje fosforilaze građene su od dvije identične podjedinice, u svakoj je serinski ostatak na poziciji 14 podvrgnut procesu fosforilacije–defosforilacije, odnosno aktivacije i inaktivacije.

Pod djelovanjem fosforilaze b kinaze, čiju aktivnost regulira cAMP ovisna protein kinaza, obje podjedinice molekule neaktivnog oblika fosforilaze b prolaze kroz kovalentnu fosforilaciju i pretvaraju se u aktivnu fosforilazu a. Defosforilacija potonjeg pod djelovanjem specifične fosfataze fosforilaze a dovodi do inaktivacije enzima i povratka u prvobitno stanje.

U mišićno tkivo otvoren 3 vrste regulacija glikogen fosforilaze.
Prva vrsta – kovalentna regulacija, temeljeno na hormonski ovisnoj fosforilaciji-defosforilaciji podjedinica fosforilaze.
Druga vrsta – alosterična regulacija. Temelji se na reakcijama adenilacije-deadenilacije podjedinica glikogen fosforilaze b (aktivacija-inaktivacija). Smjer reakcija određen je omjerom koncentracija AMP i ATP, koji se dodaju ne u aktivno središte, već u alosterično središte svake podjedinice.

U mišićima koji rade, nakupljanje AMP-a zbog potrošnje ATP-a uzrokuje adenilaciju i aktivaciju fosforilaze b. U mirovanju, naprotiv, visoke koncentracije ATP-a, istiskujući AMP, dovode do alosterične inhibicije ovog enzima kroz deadenilaciju.
Treća vrsta – regulacija kalcija, koji se temelji na alosteričnoj aktivaciji fosforilaze b kinaze Ca 2+ ionima, čija koncentracija raste s mišićnom kontrakcijom, čime se potiče stvaranje aktivne fosforilaze a.

Glasnički sustav gvanilat ciklaze

Dovoljno dugo vremena ciklički gvanozin monofosfat (cGMP) smatrao se antipodom cAMP-a. Pripisane su mu funkcije suprotne cAMP-u. Do danas je prikupljeno mnogo dokaza da cGMP igra neovisnu ulogu u regulaciji funkcije stanica. Konkretno, u bubrezima i crijevima kontrolira transport iona i izmjenu vode, u srčanom mišiću služi kao signal za opuštanje itd.

Biosinteza cGMP iz GTP provodi se pod djelovanjem specifične gvanilat ciklaze analogno sintezi cAMP:

Adrenalinski receptorski kompleks: AC- adenilat ciklaza, G- G protein; C i R- katalitičke i regulatorne podjedinice protein kinaze; KF- fosforilaza kinaza b; F- fosforilaze; Glk-1-P- glukoza-1-fosfat; Glk-6-P- glukoza-6-fosfat; UDF-Glk- uridin difosfat glukoza; HS- glikogen sintaza.

Poznata su četiri različita oblika gvanilat ciklaze, od kojih su tri vezana za membranu, a jedan je topiv i otvoren u citosolu.

Oblici vezani membranom sastoje se od 3 parcele:
receptor, lokalizirano na vanjska površina plazma membrana;
intramembranska domena I
katalitička komponenta, isto različite forme enzim.
Gvanilat ciklaza je otkrivena u mnogim organima (srce, pluća, bubrezi, nadbubrežne žlijezde, intestinalni endotel, mrežnica itd.), što ukazuje na njenu široku participaciju u regulaciji intracelularnog metabolizma, posredovanog cGMP-om. Membranski vezan enzim aktiviraju preko odgovarajućih receptora kratki ekstracelularni peptidi, posebice hormon atrijski natriuretski peptid (ANP), termostabilni toksin gram-negativnih bakterija itd. ANP se, kao što je poznato, sintetizira u atriju u kao odgovor na povećanje volumena krvi, ulazi u krv u bubrege i aktivira gvanilat ciklazu (odgovarajuće povećava razinu cGMP), pospješujući izlučivanje Na i vode. Glatko, nesmetano mišićne staniceŽile također sadrže sličan sustav receptor-gvanilat ciklaza, preko kojeg ANF vezan na receptor ima vazodilatacijski učinak, pomažući smanjiti krvni tlak. U epitelne stanice crijeva, može poslužiti aktivator sustava receptor-gvanilat ciklaza bakterijski endotoksin, što dovodi do sporije apsorpcije vode u crijevima i razvoja proljeva.

Topivi oblik gvanilat ciklaze je enzim koji sadrži hem i sastoji se od 2 podjedinice. Nitrovazodilatatori sudjeluju u regulaciji ovog oblika gvanilat ciklaze, slobodni radikali– produkti peroksidacije lipida. Jedan od poznatih aktivatora je endotelni faktor (EDRF), uzrokujući vaskularnu relaksaciju. Aktivna komponenta, prirodni ligand, ovog faktora je dušikov oksid NO. Ovaj oblik enzima također aktiviraju neki nitrosovazodilatatori (nitroglicerin, nitroprusid, itd.) koji se koriste za bolesti srca; razgradnjom ovih lijekova također se oslobađa NO.

Dušikov oksid nastaje iz aminokiseline arginina uz sudjelovanje složenog Ca 2+ ovisnog enzimskog sustava s mješovitom funkcijom nazvanom NO sintaza:

Dušikov oksid, u interakciji s gvanilat ciklazom hema, potiče brzo obrazovanje cGMP, koji smanjuje snagu kontrakcija srca stimulirajući ionske pumpe koje rade pri niskim koncentracijama Ca 2+. Međutim, učinak NO je kratkotrajan, nekoliko sekundi, lokaliziran – u blizini mjesta njegove sinteze. Nitroglicerin koji sporije oslobađa NO ima sličan učinak, ali dugotrajniji.

Dobiveni su dokazi da je većina učinaka cGMP-a posredovana preko cGMP-ovisne protein kinaze koja se naziva protein kinaza G. Ovaj enzim, široko rasprostranjen u eukariotskim stanicama, dobiva se u čisti oblik. Sastoji se od 2 podjedinice – katalitičke domene sa sekvencom sličnom sekvenci C-podjedinice protein kinaze A (cAMP-ovisne), i regulatorne domene slične R-podjedinici protein kinaze A. Međutim, protein kinaze A i G prepoznaju različite sekvence proteina, u skladu s tim reguliraju fosforilaciju OH skupine serina i treonina različitih unutarstaničnih proteina i time proizvode različite biološke učinke.

Ciklička razina cAMP nukleotidi a cGMP u stanici kontroliraju odgovarajuće fosfodiesteraze, koje kataliziraju njihovu hidrolizu do 5"-nukleotidnih monofosfata i razlikuju se po afinitetu za cAMP i cGMP. Topljiva fosfodiesteraza ovisna o kalmodulinu i izoforma vezana na membranu, ne regulira Ca 2+ i kalmodulin, izolirani su i karakterizirani.

Ca 2+ messenger sustav

Ca 2+ ioni imaju središnju ulogu u regulaciji mnogih stanične funkcije. Promjena koncentracije unutarstaničnog slobodnog Ca 2+ je signal za aktivaciju ili inhibiciju enzima, koji zauzvrat reguliraju metabolizam, kontraktilnu i sekretornu aktivnost, adheziju i rast stanica. Izvori Ca 2+ mogu biti intra- i ekstracelularni. Normalno, koncentracija Ca 2+ u citosolu ne prelazi 10 -7 M, a njegovi glavni izvori su endoplazmatski retikulum i mitohondriji. Neurohormonalni signali dovode do naglog porasta koncentracije Ca 2+ (do 10 –6 M), koji dolazi izvana kroz plazma membranu (točnije, kroz kalcijeve kanale ovisne o naponu i receptoru) i iz unutarstaničnih kanala. izvori. Jedan od najvažnije mehanizme provođenje hormonskog signala u sustavu prijenosnika kalcija je pokretanje staničnih reakcija (odgovora) aktiviranjem specifične Ca 2+ -kalmodulin-ovisna protein kinaza. Pokazalo se da je regulatorna podjedinica ovog enzima Ca 2+ -vezujući protein kalmodulin. Kada se koncentracija Ca 2+ u stanici poveća kao odgovor na dolazne signale, specifična protein kinaza katalizira fosforilaciju mnogih intracelularnih ciljnih enzima, čime regulira njihovu aktivnost. Pokazalo se da fosforilaza b kinaza, aktivirana Ca 2+ ionima, poput NO sintaze, uključuje kalmodulin kao podjedinicu. Kalmodulin je dio niza drugih proteina koji vežu Ca 2+. S povećanjem koncentracije kalcija, vezanje Ca 2+ na kalmodulin je popraćeno njegovim konformacijskim promjenama, au ovom obliku vezanom za Ca 2+, kalmodulin modulira aktivnost mnogih unutarstaničnih proteina (otuda i njegov naziv).

Unutarstanični glasnički sustav također uključuje derivate fosfolipida u membranama eukariotskih stanica, posebno fosforilirane derivate fosfatidilinozitola. Ti se derivati ​​oslobađaju kao odgovor na hormonski signal (na primjer, iz vazopresina ili tireotropina) pod djelovanjem specifične membranski vezane fosfolipaze C. Kao rezultat sekvencijskih reakcija, nastaju dva potencijalna sekundarna glasnika - diacilglicerol i inozitol 1, 4,5-trifosfat.

Biološki učinci ovih sekundarnih glasnika ostvaruju se na različite načine. Djelovanje diacilglicerola, poput slobodnih iona Ca 2+, posredovano je kroz membranu Ca ovisan enzim protein kinaza C, koji katalizira fosforilaciju unutarstaničnih enzima, mijenjajući njihovu aktivnost. Inozitol 1,4,5-trifosfat veže se na specifičan receptor na endoplazmatskom retikulumu, potičući otpuštanje iona Ca 2+ u citosol.

Dakle, podaci prikazani o sekundarnim glasnicima pokazuju da svaki od ovih posredničkih sustava hormonski učinak odgovara specifičnoj klasi protein kinaza, iako se ne može isključiti mogućnost bliskog odnosa između ovih sustava. Aktivnost protein kinaza tipa A regulirana je cAMP, protein kinaze G cGMP; Protein kinaze ovisne o Ca 2+-kalmodulinu su pod kontrolom intracelularnog [Ca 2+ ], a protein kinazu tipa C regulira diacilglicerol u sinergiji sa slobodnim Ca 2+ i kiselim fosfolipidima. Povećanje razine bilo kojeg sekundarnog glasnika dovodi do aktivacije odgovarajuće klase protein kinaza i naknadne fosforilacije njihovih proteinskih supstrata. Kao rezultat toga, mijenja se ne samo aktivnost, već i regulatorna i katalitička svojstva mnogih staničnih enzimskih sustava: ionski kanali, unutarstanični konstruktivni elementi i genetski aparat.

2) Ostvarenje učinka nakon prodora hormona u stanicu

U ovom slučaju, receptori za hormon nalaze se u citoplazmi stanice. Hormoni ovog mehanizma djelovanja, zbog svoje lipofilnosti, lako prodiru kroz membranu u ciljnu stanicu i vežu se na specifične receptorske proteine ​​u njezinoj citoplazmi. Kompleks hormon-receptor ulazi u jezgru stanice. U jezgri se kompleks raspada, a hormon stupa u interakciju s određenim dijelovima nuklearne DNA, što rezultira stvaranjem posebne glasničke RNA. Messenger RNA napušta jezgru i potiče sintezu proteina ili enzimskog proteina na ribosomima. Tako djeluju steroidni hormoni i derivati ​​tirozina - hormoni štitnjače. Njihovo djelovanje karakterizira duboko i dugotrajno restrukturiranje staničnog metabolizma.

Poznato je da se učinak steroidnih hormona ostvaruje kroz genetski aparat promjenom ekspresije gena. Nakon što se s proteinima krvi unese u stanicu, hormon prodire (difuzijom) kroz plazma membranu i dalje kroz membranu jezgre te se veže na intranuklearni receptorski protein. Kompleks steroid-protein zatim se veže na regulacijsko područje DNA, takozvane elemente osjetljive na hormone, potičući transkripciju odgovarajućih strukturnih gena, indukciju de novo sinteze proteina i promjene u metabolizmu stanice kao odgovor na hormonalni signal.

Treba naglasiti da je glavno i posebno obilježje molekularnih mehanizama djelovanja dviju glavnih klasa hormona to što se djelovanje peptidnih hormona ostvaruje uglavnom posttranslacijskim (postsintetskim) modifikacijama proteina u stanicama, dok steroidni hormoni ( kao i hormoni štitnjače, retinoidi, hormoni vitamina D3) djeluju kao regulatori ekspresije gena.

Inaktivacija hormona događa se u efektorskim organima, uglavnom u jetri, gdje hormoni podliježu raznim kemijskim promjenama vezanjem na glukuronsku ili sumpornu kiselinu ili kao rezultat djelovanja enzima. Djelomično se hormoni izlučuju nepromijenjeni urinom. Djelovanje nekih hormona može biti blokirano zbog lučenja hormona koji imaju antagonistički učinak.