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 za stanična membrana mijenja svoju propusnost za metabolite, kao što su glukoza, aminokiseline, neki ioni. Unos glukoze, aminokiselina, pak, utječe biokemijski procesi u stanici, a promjena u raspodjeli iona s obje strane membrane utječe na električni potencijal i funkciju stanice. Membranski tip djelovanja hormona rijetko se nalazi u izoliranom obliku. Na primjer, inzulin ima i membranu (uzrokuje 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 preko 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 mogu prodrijeti kroz lipidni sloj membrane u stanicu, gdje stupaju u kompleks s citosolnim receptorima. Ovaj kompleks regulira količinu enzima u stanici, selektivno utječući na aktivnost gena jezgrinog kromosoma i time mijenjajući metabolizam i funkcije stanice. Ova vrsta djelovanja hormona naziva se izravna, za razliku od membransko-intracelularnog, kada hormon regulira metabolizam samo neizravno, preko unutarstaničnih medijatora.

Hormoni štitnjače i paratireoidnih žlijezda

Hormoni Štitnjača

Štitnjača luči dvije vrste hormona raznih utjecaja za metabolizam. Prva skupina su jodtironini: tiroksin i trijodtironin. Ovi hormoni reguliraju energetski metabolizam i utječu na diobu i diferencijaciju stanica, određujući razvoj organizma. Jodtironini djeluju na mnoga tkiva u tijelu, ali u najviše na tkivima jetre, srca, bubrega, skeletni mišić a manjim dijelom i masno i živčano tkivo.

Kod hiperfunkcije štitnjače (hipertireoza) dolazi do prekomjernog stvaranja jodtironina. 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, mijenjaju oblik. Stoga se ponekad tireotoksikoza naziva "mitohondrijska bolest". Izvana, hipertireoza se manifestira u obliku sljedeće simptome: povećanje bazalnog metabolizma, povećanje tjelesne temperature (povećano stvaranje topline), gubitak tjelesne težine, jaka tahikardija, povećana živčana razdražljivost, izbočene oči itd. Ovi se poremećaji uklanjaju ili kirurškim odstranjenjem dijela štitnjače ili uz pomoć lijekova koji potiskuju njegovu aktivnost.

Kod hipofunkcije (hipotireoze) štitnjače dolazi do nedostatka jodtironina. Hipotireoza u ranoj fazi djetinjstvo se kod djece naziva kretenizam ili miksedem, a kod odraslih jednostavno miksedem. Kretenizam karakterizira izražena tjelesna i mentalna retardacija. To je zbog smanjenog djelovanja jodtironina na diobu i diferencijaciju stanica, što dovodi do sporog i abnormalnog rasta. koštano tkivo, poremećena diferencijacija neurona. U odraslih se miksedem manifestira smanjenjem bazalnog metabolizma i tjelesne temperature, oštećenjem pamćenja, koža(suhoća, ljuštenje) itd. U tkivima tijela smanjen je metabolizam ugljikohidrata i masti te svi energetski procesi. Hipotireoza se uklanja liječenjem jodtironinima.

U drugu skupinu spada kalciotonin (protein molekulske mase 30 000), koji regulira metabolizam fosfora i kalcija, njegov rad je objašnjen u nastavku.

Mehanizmi djelovanja hormona.

Imajte na umu da mehanizam djelovanja hormona ovisi o njegovom 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 stvaraju složene spojeve s proteinima plazme u krvi. Ovi proteini uključuju i specifične transportne proteine ​​(na primjer, transkortin, koji veže hormone kore nadbubrežne žlijezde) i nespecifične (albumine).

Hormoni izravnog djelovanja, zbog svoje lipofilnosti, mogu difundirati kroz dvostruki lipidni sloj membrane ciljne stanice. Receptori za te hormone nalaze se u citosolu. Nastali kompleks hormona s receptorom kreće se do jezgre stanice, gdje se veže na kromatin i djeluje na DNA. Uslijed toga mijenja se brzina sinteze RNA na predlošku DNA (transkripcija) i brzina stvaranja specifičnih enzimskih proteina na predlošku RNA (translacija). To dovodi do promjene količine enzimskih proteina u ciljnim stanicama i promjene njihovog smjera kemijske reakcije(Pogledajte sliku 2).

Slika 2. Mehanizam utjecaja na stanicu hormona izravnog djelovanja.

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 proteina-enzima 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 proteina-enzima u stanici selektivno se 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 nakon 2-3 sata nakon prodiranja u stanicu.

2. Udaljeni hormoni. Distantni hormoni 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 dugog dometa svoj učinak na stanicu ostvaruju uz pomoć sekundarnog glasnika, koji najčešće djeluje kao ciklički AMP (cAMP).

Ciklički AMP se sintetizira iz ATP pomoću adenilat ciklaze:

Mehanizam distantnog djelovanja hormona prikazan je na slici 3.

Slika 3. Mehanizam utjecaja na stanicu hormona dugog dometa.

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 ​​na račun ATP-a, 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 su vrlo visoka osjetljivost hormoni, zbog čega se i zovu ciljne organe ili tkiva -mete. Hormoni utječu doslovno na sve aspekte 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 već postojećih enzima u stanicama ubrzavanjem njihove sinteze aktivacijom gena. Hormoni mogu povećati ili smanjiti propusnost staničnih i substaničnih membrana za enzime i druge biološke djelatne tvari, čime se olakšava ili inhibira djelovanje enzima. hormon organski organizam željezo

Membranski mehanizam . Hormon se veže za 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 to čini mijenjanjem transporta glukoze. Ali ova vrsta transporta hormona rijetko se odvija izolirano. Inzulin, na primjer, ima i membranski i membransko-intracelularni mehanizam djelovanja.

Membransko-intracelularni mehanizam . Prema membransko-intracelularnom tipu djeluju hormoni 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 norepinefrin, 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 informacijske (matrične) RNA (mRNA). Povećanje ili smanjenje količine mRNA utječe na sintezu proteina tijekom translacije, što dovodi do promjene funkcionalna aktivnost Stanice.

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

medijator obavlja sam hormon). Također je moguće povećati koncentraciju enzima ubrzavanjem njihove biosinteze aktivacijom gena.

Mehanizam djelovanja peptidnih i steroidnih hormona drugačiji. Amini i peptidni hormoni ne prodiru u stanicu, već se na njezinoj površini spajaju sa specifičnim receptorima u staničnoj membrani. Receptor vezan za enzim adenilat ciklaza. Kompleks hormona s receptorom aktivira adenilat ciklazu, koja razgrađuje ATP i stvara cAMP. Djelovanje cAMP-a ostvaruje se složenim lancem reakcija koje dovode do aktivacije određenih enzima njihovom fosforilacijom, a 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 prenosi hormon u jezgru; III - hormon reverzibilno stupa u interakciju s DNA kromosoma; IV - hormon aktivira gen na kojem nastaje matrična (informacijska) 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 Tz I T 4(tiroksin i trijodtironin) topljivi 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 u određenom dijelu DNA jednog od kromosoma sintetizira se matrična (informacijska) RNA (mRNA) koja prelazi iz jezgre u citoplazmu, pričvršćuje se na ribosome i ovdje inducira sintezu proteina (Sl. 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 djelovanja peptidnih hormona, ali obično traju duže.

2.2.5. Klasifikacija hormona

Na temelju funkcionalnih kriterija postoje 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. Bliski odnos između CNS-a 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 dijela 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 su vrlo osjetljivi na hormone, pa su tzv ciljne organe ili tkiva–mete. Hormoni utječu doslovno na sve aspekte 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 već postojećih enzima u stanicama ubrzavanjem njihove sinteze aktivacijom 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.

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

Membranski mehanizam . Hormon se veže za staničnu membranu i na mjestu vezanja mijenja svoju propusnost za glukozu, aminokiseline i neke ione. U ovom slučaju, hormon djeluje kao efektor membranskih nosača. Inzulin to čini mijenjanjem transporta glukoze. Ali ova vrsta transporta hormona rijetko se odvija izolirano. Inzulin, na primjer, ima i membranski i membransko-intracelularni mehanizam djelovanja.

Membransko-intracelularni mehanizam . Prema membransko-intracelularnom tipu djeluju hormoni 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 membrana, te katalitička (C), koja je enzimski protein, odnosno zapravo adenilat ciklaza, koja pretvara ATP (adenozin trifosfat) u cAMP.

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

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

U citoplazmi stanice su neaktivne protein kinaze. Ciklički nukleotidi, cAMP i GMP, aktiviraju protein kinaze. Postoje cAMP-ovisne i cGMP-ovisne protein kinaze koje se aktiviraju njihovim cikličkim nukleotidom. Ovisno o membranskom receptoru koji veže određeni hormon, uključuje se ili adenilat ceklaza ili gvanilat ceklaza, te nastaje cAMP, odnosno 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 već postojećih enzima kovalentnom modifikacijom, odnosno fosforilacijom; promjena količine enzimskog proteina zbog promjene brzine njegove biosinteze.

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

Unutar stanice ima vrlo malo iona kalcija, ali ih je više izvan stanice. Dolaze 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 promjene u fiziološkim funkcijama stanica. Preko iona kalcija djeluju hormoni oksitocin, inzulin, prostaglandin F 2α. 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 informacijske (matrične) RNA (mRNA). Povećanje ili smanjenje količine mRNA utječe na sintezu proteina tijekom translacije, što dovodi do promjene funkcionalne aktivnosti stanice.