Mehanizam djelovanja hormona. Klasifikacije hormona

Hormoni su uključeni u upravljanje metabolizmom na sljedeći način. Tijek informacija o stanju unutarnjeg okruženja tijela io promjenama povezanim s vanjskim utjecajima ulazi u živčani sustav, gdje se obrađuje i formira se odgovorni signal. U efektorske organe ulazi u obliku živčanih impulsa duž cetrigeusnih živaca i neizravno kroz endokrini sustav.

Točka u kojoj se spajaju tokovi živčanih i endokrinih informacija je hipotalamus - živčani impulsi iz različitih dijelova mozga dolaze ovdje. Oni određuju proizvodnju i lučenje hormona hipotalamusa, koji preko hipofize utječu na proizvodnju hormona perifernih endokrinih žlijezda. Hormoni perifernih žlijezda, posebice srži nadbubrežne žlijezde, kontroliraju lučenje hipotalamusa. U konačnici, sadržaj hormona u krvotoku se održava prema principu samoregulacije. Visoka razina hormona isključuje ili slabi njegovo stvaranje mehanizmom negativne povratne sprege, niska razina pojačava proizvodnju.

Hormoni djeluju selektivno na tkiva, zbog nejednake osjetljivosti tkiva na njih. Nazivaju se organi i stanice koji su najosjetljiviji na utjecaj pojedinog hormona meta hormona (ciljni organ ili ciljna stanica).

Koncept ciljnog tkiva. Ciljno tkivo je tkivo u kojem hormon izaziva specifičan fiziološki (biokemijski) odgovor. Brojni čimbenici određuju ukupni odgovor ciljnog tkiva na hormon. Prije svega, to je lokalna koncentracija hormona u blizini ciljnog tkiva, koja ovisi 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 neaktivnog oblika hormona u aktivni;

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

Stvarni odgovor tkiva određuje:

Relativna aktivnost i (ili) stupanj popunjenosti specifičnih receptora

Stanje senzibilizacije - desentacija stanice.

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

Svi hormonski receptori mogu se podijeliti u 2 tipa:

1) lokaliziran na vanjskoj površini stanične membrane;

2) stanice smještene u citoplazmi.

Svojstva receptora:

Jasna specifičnost supstrata;

Zasićenost;

Afinitet prema hormonu u granicama bioloških koncentracija hormona;

reverzibilnost djelovanja.

Ovisno o tome gdje se u ćeliji prenose informacije, možemo razlikovati sljedeće: varijante 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 membranskih transportnih sustava. Tako se, na primjer, transmembranski prijenos glukoze ostvaruje pod djelovanjem inzulina, aminokiselina i nekih iona. Obično se membranski tip djelovanja kombinira s membransko-intracelularnim.

Membransko-intracelularno djelovanje hormona je karakteristično po tome što hormon ne prodire u stanicu, već djeluje na razmjenu u njoj preko posrednika, koji je takoreći predstavnik hormona u stanici - sekundarnog posrednika (primarni posrednik je sam hormon). Ciklički nukleotidi (cAMP, cGMP) i ioni kalcija djeluju kao sekundarni glasnici.

Regulacija je složen kompleksan mehanizam koji reagira na različite vrste utjecaja promjenom metabolizma i održavanjem konstantnosti unutarnjeg okoliša.

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 srednji položaj u lipidnom dvosloju membrane između receptora i katalitičkog dijela) i katalitički(zapravo enzimski protein, čiji je aktivni centar okrenut unutar 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 stvara cAMP unutar stanice (ATP ¾® cAMP + H 4 P 2 O 7)

Adenilat ciklaza djeluje sve dok je kompleks hormon-receptor očuvan, tako da jedna molekula kompleksa ima vremena za formiranje od 10 do 100 cAMP molekula.

Sinteza cGMP-a pokreće se na isti način, s tom 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 ​​na račun ATP-a;

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. Stoga se biokemijski procesi u stanici pod utjecajem jednog hormona mogu 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 uključuju gvanilat ciklazu i stvaranje cGMP. Ciklički nukleotidi aktiviraju različite proteine, pa priroda metaboličkih promjena u stanici ne ovisi o hormonu, već o receptorima koje stanica ima.

Utjecaj cikličkih nukleotida na metabolizam zaustavljaju enzimi fosfodiesteraze.

Dakle, proces kontroliran kroz sustav adenilat ciklaze ovisi o omjeru između brzine proizvodnje cAMP ili cGMP i brzine njihovog raspada.

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

Citoplazmatski mehanizam djelovanja svojstven je hormonima steroidne prirode.

Receptori za steroidne hormone nalaze se u citoplazmi stanice. Ovi hormoni (posjeduju lipofilna svojstva), prodirući u stanicu, stupaju u interakciju s receptorima i tvore kompleks hormon-receptor, koji nakon molekularne reorganizacije koja dovodi do njegove aktivacije ulazi u staničnu jezgru, gdje stupa u interakciju s kromatinom. U ovom slučaju dolazi do aktivacije gena, a zatim se razvija lanac procesa, popraćen povećanom 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 djelovanju na rast i diferencijaciju tkiva i organa.

Za jodotironine je karakterističan mješoviti tip prijenosa informacija(hormoni štitnjače), koji u smislu lipofilnih svojstava zauzimaju srednji položaj između vodotopivih i lipofilnih (steroidnih) hormona. Ova skupina hormona svoj učinak ostvaruje i membransko-intracelularnim i citosolnim mehanizmima.

U početku je pojam "hormon" označavao kemikalije 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. Međutim, pokazalo se da neke od tih tvari (na primjer, norepinefrin), kružeći u krvi kao hormoni, obavljaju funkciju neurotransmitera (neurotransmitera), dok su druge (somatostatin) i hormoni i neurotransmiteri. Osim toga, pojedine kemikalije 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 širem smislu riječi, biološki su aktivne tvari i nositelji specifičnih informacija, preko kojih se ostvaruje komunikacija između različitih stanica i tkiva, neophodna za regulaciju brojnih funkcija organizma. Informacije sadržane u hormonima dolaze do odredišta 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 kemikalija 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, oslobađajući se iz živčanih završetaka, obavlja funkciju neurotransmitera ili neuromodulatora, tj. tvar koja mijenja (obično pojačava) djelovanje neurotransmitera;

4) parakrin - vrsta izokrine akcije, ali u isto vrijeme, hormon formiran 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 obližnje druge stanice;

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

7) solinokrino djelovanje, kada hormon iz jedne stanice ulazi u lumen kanala i tako dolazi do druge stanice, imajući 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 različitih proteina, a neke visokodiferencirane stanice i do 50.000 proteina. Svaka sinteza proteina počinje transpozicijom segmenata DNA, nakon čega slijedi transkripcija, posttranskripcijska obrada, translacija, posttranslacijska obrada i modifikacija. Mnogi polipeptidni hormoni se sintetiziraju u obliku velikih prekursora prohormona (proinzulin, proglukagon, proopiomelanokortin itd.). Pretvorba prohormona u hormone provodi se u Golgijevom aparatu.

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

Proteinski hormoni se dijele na peptidne hormone: ACTH, somatotropne (STH), melanocitostimulirajuće (MSH), prolaktin, paratireoidni hormon, kalcitonin, inzulin, glukagon, te na proteinske - glukoproteine: tireotropne (TSH), folikulostimulirajuće (FSH), luteinizirajući (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. Ovoj skupini pripadaju i steroli vitamina D, kalcitriol. Derivati ​​arahidonske kiseline su, kao što je već rečeno, 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 slobodnom i djelomično vezanom stanju s proteinima krvi. Steroidni hormoni i hormoni štitnjače su lipofilni (hidrofobni), karakterizirani slabom topljivošću, većina njih cirkulira u krvi u stanju vezanom za proteine.

Hormoni svoje biološko djelovanje ostvaruju kompleksiranjem s receptorima – informacijskim molekulama koje pretvaraju hormonski 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, čimbenici rasta, neurotransmiteri, kateholamini i prostaglandini pripadaju skupini hormona za koje se receptori nalaze na plazma membranama stanica. Receptori plazme, ovisno o strukturi, dijele se 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, 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), čimbenik rasta živaca, 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 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 hormonalni učinak kroz aktivaciju receptora kroz stimulaciju adenilat ciklaze. -cAMP sustav. Istovremeno, druga skupina hormona, kao što su somatostatin, angiotenzin II, acetilkolin (muskarinski učinak), dopamin, opioidi i a2-adrenergički kateholamini, inhibiraju sustav adenilat ciklaza-cAMP.

U formiranju sekundarnih glasnika za hormone kao što su gonadoliberin, tiroliberin, dopamin, tromboksani A2, endoperoksidi, leukotrieni, agiotenzin II, endotelin, paratiroidni hormon, neuropeptid Y, a1-adrenergički kateholamini, acetilkolin, bradikinin, vazopresin, sustav fosfolipaze C, uključeni su inozitol trifosfat, Ca2+-ovisna protein kinaza C. Inzulin, čimbenik stimulacije kolonije makrofaga, čimbenik rasta izveden iz trombocita posreduje u svom djelovanju preko tirozin kinaze, a atrijski natriuretski hormon, histamin, acetilkolin, bradikinin, faktor izveden iz endotela ili dušik oksid, koji zauzvrat posreduje vazodilatatorsko djelovanje bradikinina i acetilkolina preko gvanilat ciklaze. Treba napomenuti da je podjela hormona prema principu aktiviranja sustava ili jednog ili drugog drugog glasnika uvjetna, 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-podjedinica . Identificirano je više od 16 gena koji kodiraju a-podjedinicu, nekoliko gena za b- i g-podjedinicu. Različiti tipovi a-podjedinica imaju neidentične učinke. Dakle, a-s-podjedinica inhibira adenilat ciklazu i Ca2+ kanale, a-q-podjedinica inhibira fosfolipazu C, a-i-podjedinica inhibira adenilat ciklazu i Ca2+ kanale i stimulira fosfolipazu C, K+ kanale i fosfodiesterazu; b-podjedinica stimulira fosfolipazu C, adenilat ciklazu i Ca2+ kanale, dok g-podjedinica stimulira K+ kanale, fosfodiesterazu i inhibira adenilat ciklazu. Točna funkcija ostalih podjedinica regulacijskih proteina još nije utvrđena.

Hormoni u kompleksu 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, provode prijenos hormonskog signala kroz ionske kanale.

Novija istraživanja su pokazala da sekundarni glasnici nisu jedan od navedenih spojeva, već višestupanjski (kaskadni) sustav, čiji konačni supstrat (tvar) može biti jedan ili više biološki aktivnih spojeva. Dakle, hormoni 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, dok su ekstracelularni i unutarstanični fragmenti (petlje) hidrofilni. C-terminalni citoplazmatski završetak polipeptidnog lanca receptora sadrži mjesta na kojima se, pod utjecajem aktiviranih G-proteina, odvija fosforilacija, karakterizirajući aktivno stanje receptora uz istovremenu 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 proteinskih regija, 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-a, 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 koji imaju 7 transmembranskih fragmenata) uključuje najmanje 3 uzastopna stupnja: 1) aktivaciju receptora, 2) prijenos hormonskog signala i 3) stanično djelovanje.

Prva faza ili razina je interakcija hormona (liganda) s receptorom, koja se odvija preko 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 pak aktivira enzime vezane na membranu (fosfolipazu C, adenilat ciklazu) s naknadnim stvaranjem 3 sekundarna glasnika: inozitol trifosfat, diacilglicerol i cAMP.

Sustav adenilat ciklaze receptora sastoji se od 3 komponente: samog receptora (njegov stimulacijski i inhibitorni dio), regulatornog proteina sa svojim a-, b- i g-podjedinicama i katalitičke podjedinice (sama adenilat ciklaza), koja u normalnom (tj. nestimuliranom) stanju odvojeni jedni od drugih (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 b/g-podjedinice. kompleks, koji je sposoban izazvati određene biološke učinke. Kompleks GTP-a-podjedinice, kao što je već navedeno, aktivira adenilat ciklazu i naknadno stvaranje cAMP. Potonji već 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).

PC je receptor koji veže stimulirajući hormon,

St je stimulirajući hormon

Ru je receptor koji veže inhibitorni hormon,

Ug - depresivni hormon,

Ac - adenilat ciklaza,

Gy - protein koji inhibira 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 provode fosforilaciju odgovarajućih proteina, tj. prijenos fosfatne skupine s ATP-a na hidroksilnu skupinu serina, treonina ili tirozina, koji su dio proteinske molekule. 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 molna masa 39-46 kDa, b - 37 kDa i g-podjedinica - 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 svojim veznim mjestima, a-podjedinica uzrokuje disocijaciju i deaktivaciju aktivnog kompleksa, budući da ponovna asocijacija a-podjedinice - GDP s b- i g-podjedinicama vraća sustav adenilat ciklaze u prvobitno stanje. Utvrđeno je da je a-podjedinica G-proteina u različitim tkivima predstavljena 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 različite snage i kvalitete na kraju sustava.

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

Uloga regulatornih proteina u prijenosu hormonskog signala je velika, struktura tih proteina uspoređuje se s "kazetom", a raznolikost odgovora povezana je s visokom mobilnošću regulatornog proteina. Dakle, neki hormoni mogu istovremeno aktivirati i Gs i Gi u različitim stupnjevima. 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 kompleksa hormon-receptor. U nekim receptorskim sustavima u tu interakciju uključeno je do 20 ili više regulatornih proteina koji, osim što potiču stvaranje cAMP-a, istovremeno aktiviraju kalcijeve kanale.

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 unutarstaničnog kalcija. Ovaj prijenosni sustav može se aktivirati na dva načina, naime preko regulatornog proteina ili fosfotirozinskih proteina. U oba slučaja dolazi do daljnje aktivacije fosfolipaze C, koja hidrolizira polifosfoinozidni sustav. Ovaj sustav, kao što je gore navedeno, uključuje dva intracelularna sekundarna glasnika koji su izvedeni iz membranski vezanog polifosfoinozida koji se naziva fosfatidilinozitol-4,5-bisfosfat (FIF2). Kompleksiranje hormona s receptorom uzrokuje hidrolizu PIF2 pomoću fosforilaze, što rezultira stvaranjem ovih 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 PIF2, 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, tiroliberin, oksitocin, paratiroidni hormon, neuropeptid Y, supstanca P, angiotenzin II, kateholamini, koji djeluju preko a1-adrenergičkih receptora itd.

Skupina enzima fosfolipaze C uključuje do 16 izoformi, koje se dalje 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 kinaze.

Inozitol trifosfat djeluje putem vlastitih specifičnih tetramernih receptora koji imaju molekularnu težinu od 4x313 kDa. Nakon kompleksiranja s takvim receptorom, identificirani su takozvani “veliki” inozitol trifosfat receptori ili rijanodinski receptori, koji također pripadaju tetramerima i imaju molekulsku 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 biti jedan od elemenata prijenosa hormonskog djelovanja uz sudjelovanje kalcijevih iona.

Kao što znate, kalcij se nalazi unutar stanice u stanju vezanom za proteine ​​i u slobodnom obliku u izvanstaničnoj tekućini. Identificirani su unutarstanični proteini koji vežu kalcij kao što su kalretikulin i kalsekvestrin. Intracelularni slobodni kalcij, koji djeluje kao drugi glasnik, ulazi iz izvanstanične tekućine kroz kalcijeve kanale plazma membrane stanice 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 - 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 17000 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 unutarstanične razine slobodnog kalcija koji se veže na kalmodulin, pretvara ga u aktivni oblik i utječe na proteine ​​osjetljive na kalcij ili enzime odgovorne za odgovarajući biološki učinak hormona.

Povećana razina intracelularnog kalcija tada stimulira kalcijsku pumpu koja slobodni kalcij „ispumpava“ u međustaničnu tekućinu, smanjuje njegovu razinu u stanici, čime kalmodulin prelazi u neaktivni oblik i uspostavlja se stanje funkcionalnog mirovanja. stanica. Kalmodulin također djeluje 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, a posredno i metabolizma glikogena, kalmodulin je uključen u sekretorne i druge funkcionalne procese u stanici. Dinamička je komponenta mitotskog aparata, regulira polimerizaciju mikrotubularno-viloznog sustava, sintezu aktomiozina i aktivaciju membrana kalcijeve "pumpe". Kalmodulin je analog mišićnog proteina troponina 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, aktivira specifičnu serin-treonin protein fosfatazu nazvanu kalcineurin, koja 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 protein kinazu A, koja posreduje u fosforilaciji mnogih unutarstaničnih proteina. Protein kinaze "posebne namjene" fosforiliraju nekoliko supstrata, kao što je kinaza lakog lanca miozina, kinaza fosforilaze, itd.

Protein kinaza C predstavljena je s nekoliko izoformi (mol.m. 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 aktiviraju kalcij i diacilglicerol, nove protein kinaze aktiviraju diacilglicerol i forbol ester, a jedna od atipičnih protein kinaza ne reagira niti na jedan od navedenih 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 različite funkcije. 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. U aktivaciji ras proteina sudjeluje protein koji otpušta gvanin nukleotid, a proces inaktivacije odvija se hidrolizom GTP pod utjecajem GTPaze. Aktivacija ras proteina, pak, 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 prekomjerna ekspresija ili mutacija ovih proteina pronađena u malignim neoplazmama. Normalno, ras proteini su uključeni u različite regulacijske procese, uključujući rast.

Neki proteinski hormoni (inzulin, IGF I, itd.) provode svoje početno djelovanje aktivacije receptora preko tirozin kinaze osjetljive na hormone. Vezanje hormona za receptor dovodi do konformacijske promjene ili dimerizacije koja uzrokuje aktivaciju tirozin kinaze i naknadnu autofosforilaciju receptora. Nakon interakcije hormon-receptor, 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. Tirozin kinaza se aktivira ili fosforilira preko vezanja na adapter ili SH2 protein, koji se sastoji od dvije SH2 domene i jedne SH3 domene. SH2 domene vežu specifične fosfotirozine receptora tirozin kinaze, a SH3 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 transdukcije hormonskog signala ovisi o dvjema reakcijama – fosforilaciji i defosforilaciji. Prva reakcija je pod kontrolom različitih tirozin kinaza, druga - fosfotirozin fosfataza. 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. Vjeruje se da je funkcija fosfotirozin fosfataza domene SH2 (tipovi I i II) smanjenje signala defosforilacijom fosforilacijskih mjesta na receptorskoj tirozin kinazi ili pojačanje signala vezanjem signalnih proteina koji fosforiliraju tirozin na jednu ili obje SH2 domene, kao i signal transdukcija kroz interakciju jednog SH2 proteina s drugim proteinom ili inaktivacija procesom defosforilacije tirozin-fosforiliranih sekundarnih glasničkih molekula, kao što je fosfolipaza C-g ili src-tirozin kinaza.

Kod nekih hormona prijenos hormonskog signala odvija se fosforilacijom ostataka aminokiselina tirozina, kao i serina ili treonina. Karakterističan je u tom smislu 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 dobro shvaćen. 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 fosforiliraju ili defosforiliraju serin, tirozin ili treoninske ostatke, što uzrokuje odgovarajuće konformacijske promjene, neophodne za ispoljavanje biološke aktivnosti.

Valja 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 sintaze, piruvat dehidrogenaze i piruvata. kinaze se aktiviraju procesom defosforilacije.

Treća razina regulacijskih signalnih mehanizama u djelovanju hormona karakterizirana je odgovarajućim odgovorom na staničnoj razini, a očituje se promjenom metabolizma, biosinteze, sekrecije, rasta ili diferencijacije. 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, glukoze kroz staničnu membranu provode odgovarajući transportni proteini 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 su 2 simporteri ili kotransporteri natrijeve glukoze.

Hormoni sekundarnog glasnika utječu na ekspresiju gena modificirajući procese 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) je u kompleksu sa specifičnim regijama DNK, što je uobičajeni 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" koje se nalaze na unutarnjoj površini stanične membrane, koja je obložena proteinom klatrinom. Tako agregirani hormonsko-receptorski kompleksi koji su lokalizirani u “prekrivenim jamicama” potom se invaginacijom stanične membrane internaliziraju (mehanizam je vrlo sličan procesu fagocitoze), pretvarajući se u vezikule (endosome ili receptorosome) 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 vraćanja receptora na staničnu membranu naziva se proces reciklaže receptora. Tijekom funkcioniranja receptora (vrijeme poluživota receptora kreće se od nekoliko do 24 sata ili više), on uspijeva izvesti od 50 do 150 takvih "šatl" ciklusa. Proces endocitoze je sastavni ili dodatni dio receptorskog signalnog mehanizma u djelovanju hormona.

Osim toga, uz pomoć procesa internalizacije provodi se razgradnja proteinskih hormona (u lizosomima) i stanična desenzibilizacija (smanjenje stanične osjetljivosti na hormon) smanjenjem broja receptora na staničnoj membrani. Utvrđeno je da je sudbina kompleksa hormon-receptor nakon procesa endocitoze drugačija. U većini hormona (FSH, LH, 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.

Kod ostalih hormona (GH, interleukin-2, epidermalni, živčani i trombocitni čimbenici rasta), nakon disocijacije endosoma, receptor i odgovarajući hormon prolaze proces razgradnje u lizosomima.

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

Intracelularno su lokalizirani receptori za hormone kore nadbubrežne žlijezde, spolne hormone, kalcitriol, retinoičnu kiselinu, hormone štitnjače. Ti su hormoni lipofilni, prenose se proteinima krvi, imaju dugi poluvijek, a njihovo djelovanje posredovano je hormonsko-receptorskim kompleksom koji, vezanjem na specifične regije DNA, 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. Proučavanje transformacije receptora in vitro pokazalo je da temperaturni režim, prisutnost heparina, ATP-a i drugih komponenti u inkubacijskom mediju 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 pojavljuje se u a- i b-izoformama, koje su kodirane različitim genima. Slična situacija je uočena u odnosu na steroidne hormone.

Osim proteina stresa s molom. m. 90 kDa, u netransformiranom receptoru, protein s mol. m 59 kDa (M. Lebean i sur., 1992.), nazvan imunofilin, koji nije izravno povezan s receptorom steroidnog hormona, već tvori komplekse s mol proteina. 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 (npr. rapamicin i FK 506).

Steroidni hormoni transportiraju se u krvi u stanju vezanom za proteine, a samo mali dio njih je u slobodnom obliku. Hormon, koji se nalazi 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. Trenutačno su otkriveni receptori za estradiol, androgene, progesteron, glukokortikoide, mineralokortikoide, vitamin D, hormone štitnjače, kao i retinoičnu kiselinu i neke druge spojeve (receptor edixona, receptor dioksina, receptor peroksisomalnog proliferativnog aktivatora i dodatni X receptor za retinoičnu kiselinu). identificiran.. Koncentracija receptora u odgovarajućim ciljnim tkivima je 103 do 5104 po stanici.

Receptori steroidnih hormona 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 karboksilnog kraja. Kao što je navedeno, amino-terminalna domena ima najveće razlike u obliku i u sekvenci aminokiselina. Sastoji se od 100-600 aminokiselina i najmanjih dimenzija ima u receptoru hormona štitnjače, a najveće u receptoru glukokortikoidnog hormona. Ova domena određuje karakteristike odgovora receptora i visoko je fosforilirana kod većine vrsta, 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. . Postoji mala regija na DNA-vezujućoj domeni za specifično vezanje nuklearnih receptora, nazvana "elementi odgovora hormona", koja modulira početak transkripcije. Ova regija se nalazi unutar drugog fragmenta, koji se sastoji od 250 nukleotida, odgovornih za početak transkripcije. Domena za vezanje DNA ima najveću postojanost strukture među svim unutarstaničnim receptorima.

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 terminala 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 djelovanja 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 tzv. intracelularni bazen hormona štitnjače. Biološko djelovanje uglavnom provodi T3, dok se T4 dejodinira, pretvarajući se u T3, koji se veže na citoplazmatski receptor. Ako se steroidni citoplazmatski kompleks translocira u staničnu jezgru, tada tireoidni citoplazmatski kompleks prvo disocira i T3 se izravno veže na nuklearne receptore s visokim afinitetom za njega. Osim toga, T3 receptori visokog afiniteta također se nalaze u mitohondrijima. Smatra se da se kalorijsko djelovanje hormona štitnjače odvija u mitohondrijima stvaranjem novog ATP-a za čije se stvaranje koristi adenozin difosfat (ADP).

Hormoni štitnjače reguliraju sintezu proteina na razini transkripcije i to djelovanje, koje se otkriva 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, specifično djelovanje hormona očituje se tek nakon njegovog kompleksiranja 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 biološko djelovanje 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. Tako je npr. koncentracija hormona u krvi i međustaničnoj tekućini vrlo 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, a na plazma membrani ih ima oko 1014-1010 M, a unutarstanična razina sekundarnih glasnika nešto je viša - 108-106 M. Apsolutni broj receptorskih mjesta na stanične membrane u rasponu od nekoliko stotina do 100.000.

Brojne studije pokazale su da receptori imaju karakteristično svojstvo pojačavanja djelovanja hormona ne samo opisanim mehanizmima, već i putem takozvanog "nelinearnog vezanja". Karakteristična je još jedna osobina, a to je da najveći hormonski učinak ne znači i najveće vezanje hormona za receptore. Tako, na primjer, maksimalna stimulacija transporta glukoze u adipocite pomoću inzulina opažena je kada je samo 2% inzulinskih receptora vezano za hormon (J. Gliemann i sur., 1975.). Isti odnos je utvrđen za ACTH, gonadotropine i druge hormone (M.L. Dufau i sur., 1988). To je zbog dva fenomena: "nelinearnog vezanja" i prisutnosti takozvanih "rezervnih receptora". Ovako ili onako, ali pojačanje, odnosno pojačanje djelovanja hormona, koje je posljedica ova dva fenomena, igra važnu fiziološku ulogu u procesima biološkog djelovanja hormona u normalnim i pod različitim patološkim stanjima. Na primjer, kod hiperinzulinizma i pretilosti, broj inzulinskih receptora lokaliziranih na hepatocitima, adipocitima, timocitima i monocitima smanjuje se za 50-60%, i obrnuto, stanja nedostatka inzulina u životinja popraćena su povećanjem broja inzulinskih receptora. . Zajedno s brojem inzulinskih receptora mijenja se i njihov afinitet; sposobnost kompleksiranja s inzulinom, a mijenja se i transdukcija (prijenos) hormonskog signala unutar receptora. Dakle, promjena osjetljivosti organa i tkiva na hormone provodi se putem mehanizama povratne sprege (nizka regulacija). Za stanja praćena visokom koncentracijom hormona u krvi karakteristično je smanjenje broja receptora, što se klinički očituje rezistencijom na ovaj hormon.

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

Smanjenje osjetljivosti hormona 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 su u stanju kompetitivno vezati receptor za hormon, smanjujući ili potpuno blokirajući njegov biološki učinak. Agonisti, naprotiv, u kompleksu s odgovarajućim receptorom pojačavaju djelovanje hormona ili potpuno oponašaju njegovu prisutnost, a ponekad je poluživot agonista stotinama ili više puta duži od vremena razgradnje prirodnog hormona, a, stoga se tijekom tog vremena očituje biološki učinak koji se prirodno koristi u kliničke svrhe. Tako su npr. agonisti glukokortikoida 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 za glukokortikoidne receptore uključuju 11a-hidroksiprogesteron, tetrahidrokortizol, androstendion, 11a-, 17a-metiltestosteron. Ovi se odnosi uzimaju u obzir ne samo u pokusu pri razjašnjavanju djelovanja hormona, nego i u kliničkoj praksi.

Dešifriranje mehanizama djelovanja hormona u životinjskom tijelu daje priliku za bolje razumijevanje fizioloških procesa – regulacije metabolizma, biosinteze proteina, rasta i diferencijacije tkiva.

To je važno i s praktičnog gledišta, u vezi sa sve većom primjenom prirodnih i sintetskih hormonskih pripravaka u stočarstvu i veterini.

Trenutno postoji oko 100 hormona koji se stvaraju u endokrinim žlijezdama, ulaze u krv i imaju svestrani učinak na metabolizam u stanicama, tkivima i organima. Teško je odrediti takve fiziološke procese u tijelu koji ne bi bili pod regulatornim utjecajem hormona. Za razliku od mnogih enzima koji uzrokuju pojedinačne, usko usmjerene promjene u organizmu, hormoni višestruko djeluju na metaboličke procese i druge fiziološke funkcije. Istodobno, niti jedan od hormona, u pravilu, u potpunosti ne osigurava regulaciju pojedinih funkcija. Za to je potrebno djelovanje niza hormona u određenom slijedu i međudjelovanju. Tako, 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 odvija se pod regulatornim utjecajem lutropina itd.

Većina hormona u krvi povezana je s albuminima ili globulinima, što sprječava njihovo brzo uništavanje enzimima i održava optimalnu koncentraciju metabolički aktivnih hormona u stanicama i tkivima. Hormoni imaju izravan učinak na proces biosinteze proteina. Steroidni i proteinski hormoni (spolni, trostruki hormoni hipofize) u ciljnim tkivima uzrokuju povećanje broja i volumena stanica. Drugi hormoni, kao što su inzulin, glukokortikoidi i mineralokortikoidi, utječu na sintezu proteina neizravno.

Receptori stanične membrane prva su karika u fiziološkom djelovanju hormona kod životinja. U istim stanicama postoji veliki broj 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.

Zbog velike veličine svojih molekula, većina hormona proteinske prirode ne može prodrijeti u stanice, već se nalaze na njihovoj površini i, u interakciji s odgovarajućim receptorima, utječu na metabolizam unutar stanica. Dakle, posebno je djelovanje tireotropina povezano s fiksacijom njegovih molekula na površini stanica štitnjače, pod utjecajem kojih 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 prolasku u tkiva. Somatotropin također djeluje stimulativno na sintezu nukleinskih kiselina i proteina djelovanjem na stanične membrane.

Isti hormoni mogu na različite načine utjecati na metaboličke procese u stanicama tkiva. Uz promjenu propusnosti staničnih membrana i membrana unutarstaničnih struktura za različite enzime i druge kemikalije, pod utjecajem istih hormona mijenja se ionski sastav okoliša izvan i unutar stanice, kao i aktivnost različitih enzima i intenzitet metaboličkih procesa, može se promijeniti.

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, a to zaustavlja djelovanje hormona.

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

Detaljne studije pokazale su da djelovanje većine proteinskih i peptidnih hormona dovodi do stimulacije aktivnosti adenilciklaze i povećanja koncentracije cAMP u ciljnim stanicama, što je povezano s daljnjim prijenosom hormonalnih informacija uz aktivno sudjelovanje niza 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, hormoni štitnjače, zbog male veličine molekula, prolaze kroz staničnu membranu i stupaju u kontakt s citoplazmatskim receptorima unutar stanica. Nakon toga, steroidni hormoni u kombinaciji sa svojim receptorima, koji su kiseli proteini, prelaze u jezgru stanice. Pretpostavlja se da peptidni hormoni, kako se cijepaju kompleksi hormon-receptor, također utječu na specifične receptore u citoplazmi, Golgijev kompleks i jezgrinu ovojnicu.

Ne potiču svi hormoni aktivnost enzima adenilciklaze i povećavaju njegovu koncentraciju u stanicama. Neki peptidni hormoni, posebno inzulin, citocin, kalcitonin, imaju inhibicijski učinak na adenilciklazu. Vjeruje se da fiziološki učinak njihova djelovanja nije posljedica povećanja koncentracije cAMP, već njezina smanjenja. Istodobno, u stanicama sa specifičnom osjetljivošću na te hormone, povećava se koncentracija drugog cikličkog nukleotida, cikličkog guanozin monofosfata (cGMP). Rezultat djelovanja hormona u stanicama tijela u konačnici ovisi o učincima oba ciklička nukleotida - cAMP i cGMP, koji su univerzalni intracelularni posrednici - posrednici hormona. S obzirom na djelovanje steroidnih hormona, koji u kombinaciji sa svojim receptorima prodiru u jezgru stanice, uloga cAMP i cGMP kao intracelularnih medijatora smatra se upitnom.

Mnogi, ako ne i svi, hormoni krajnji fiziološki učinak pokazuju neizravno – kroz promjenu biosinteze enzimskih proteina. Biosinteza proteina je složen višefazni proces koji se provodi uz aktivno sudjelovanje genskog aparata stanica.

Regulacijski učinak hormona na biosintezu proteina provodi se uglavnom stimuliranjem reakcije RNA polimeraze s stvaranjem ribosomske i nuklearne vrste RNA, kao i glasničke RNA, te utjecajem na funkcionalnu aktivnost ribosoma i drugih veza 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 dolazi do derepresije gena u jezgrama stanica koje se oslobađaju inhibitornog učinka specifičnih represora – nuklearnih histonskih proteina.

Hormoni poput estrogena i androgena u staničnoj jezgri vežu se na histonske proteine ​​koji potiskuju odgovarajuće gene i time dovode genski aparat stanica u aktivno 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.

Zajedno s aktivacijom sinteze proteina u stanicama, odvija se stvaranje histonskih proteina, koji su represori aktivnosti gena, što sprječava metaboličke funkcije jezgri i pretjeranu manifestaciju stimulacije rasta. Posljedično, stanične jezgre imaju vlastiti mehanizam genetske i mitotičke regulacije metabolizma i rasta.

U vezi s utjecajem hormona na anaboličke procese u tijelu, povećava se zadržavanje hranjivih tvari u hrani, a time i broj supstrata za intermedijarni metabolizam, regulacijski mehanizmi biokemijskih procesa povezani s učinkovitijom upotrebom dušikovih i drugih spojeva. se aktiviraju.

Na procese sinteze proteina u stanicama utječu somatotropin, kortikosteroidi, estrogeni, a također i tiroksin. Ovi hormoni stimuliraju sintezu različitih glasničkih RNA i time pojačavaju sintezu odgovarajućih proteina. U procesima sinteze proteina važnu ulogu ima i inzulin koji potiče vezanje glasničkih RNA na ribosome i posljedično aktivira sintezu proteina. Aktiviranjem kromosomskog aparata stanica hormoni utječu na povećanje stope 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 sudjeluju u biokemijskim reakcijama kao specifični aktivatori ili inhibitori enzima, djelujući 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 znate, vitamini igraju određenu ulogu u izgradnji koenzima. Vjeruje se da hormoni imaju i regulatornu ulogu u tim procesima. Na primjer, kortikosteroidi utječu na fosforilaciju određenih vitamina B skupine.

Za prostaglandine je posebno važna njihova visoka fiziološka aktivnost i vrlo niski nuspojave. Danas je poznato da prostaglandini djeluju unutar stanica poput posrednika i igraju važnu ulogu u provedbi učinka hormona. Istodobno se aktiviraju procesi sinteze cikličkog adenozin monofosfata (cAMP), koji je sposoban prenijeti usko usmjereno djelovanje hormona. Moguće je pretpostaviti da farmakološke tvari unutar stanica djeluju zahvaljujući proizvodnji specifičnih prostaglandina. Sada se u mnogim zemljama proučava mehanizam djelovanja prostaglandina na staničnoj i molekularnoj razini, budući da sveobuhvatna studija djelovanja prostaglandina može omogućiti ciljano djelovanje na metabolizam i druge fiziološke procese u životinjskom tijelu.

Na temelju navedenog može se zaključiti da hormoni imaju složen i svestran učinak na životinjski organizam. Složeni učinak živčane i humoralne regulacije osigurava usklađen tijek svih biokemijskih i fizioloških procesa. Međutim, u najsitnijim detaljima, mehanizam djelovanja hormona još nije dovoljno proučen. Ovaj problem zanima mnoge znanstvenike i od velikog je interesa za teoriju i praksu endokrinologije, ali i stočarstva i veterine.

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. 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 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, 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 funkcionalne aktivnosti stanice.

Trenutno se razlikuju sljedeće mogućnosti djelovanja hormona:

1. hormonski ili hemokrini 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, oslobađajući se iz živčanih završetaka, obavlja funkciju neurotransmitera ili neuromodulatora, tj. tvar koja mijenja (obično pojačava) djelovanje neurotransmitera;
4. parakrini- vrsta izokrinog djelovanja, ali u isto vrijeme, 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 obližnje druge stanice;
6. autokrini djelovanje, kada hormon koji se oslobađa iz stanice utječe na istu stanicu, mijenjajući njezinu funkcionalnu aktivnost;
7. fiziološka otopina djelovanje kada hormon iz jedne stanice ulazi u lumen kanala i tako dolazi do druge stanice, imajući 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 različitih proteina, a neke visokodiferencirane 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 provodi se u Golgijevom aparatu.

Dva su glavna mehanizma djelovanja hormona na staničnoj razini:
1. Provedba učinka s vanjske površine stanične membrane.
2. Provedba učinka nakon prodora hormona u stanicu.

1) Provedba 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 pridonosi stvaranju adenozin trifosforne kiseline (ATP) najvažnijeg unutarstaničnog posrednika za provedbu hormonskih učinaka - cikličkog 3,5-adenozin monofosfata (cAMP). cAMP aktivira stanični enzim protein kinazu, koji provodi djelovanje hormona. Utvrđeno je da je hormonski ovisna adenilat ciklaza uobičajeni enzim na koji utječu različiti hormoni, dok su hormonski receptori višestruki i specifični za svaki hormon. Sekundarni glasnici, uz cAMP, mogu biti ciklički 3,5-gvanozin monofosfat (cGMP), ioni kalcija i inozitol trifosfat. Tako djeluju peptidi, proteinski hormoni, derivati ​​tirozina - kateholamini. Karakteristična značajka djelovanja ovih hormona je relativna brzina odgovora, koja je posljedica aktivacije prethodno već sintetiziranih enzima i drugih proteina.

Hormoni svoje biološko djelovanje ostvaruju kompleksiranjem s receptorima – informacijskim molekulama koje pretvaraju hormonski 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.

Receptori plazme, ovisno o strukturi, dijele se na:

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

Hormoni čiji se receptor sastoji od sedam transmembranskih fragmenata uključuju:
ACTH, TSH, FSH, LH, korionski gonadotropin, prostaglandini, gastrin, kolecistokinin, neuropeptid Y, neuromedin K, vazopresin, epinefrin (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:
STH, prolaktin, inzulin, somatomamotropin ili placentni laktogen, IGF-1, faktori rasta živaca ili neurotrofini, faktor rasta hepatocita, atrijski natriuretski peptid tipa A, B i C, onkostatin, eritropoetin, cilijarni neurotrofni faktor, leukemijski inhibicijski faktor, faktor nekroze tumora faktori (p75 i p55), faktor rasta živaca, interferoni (a, b i g), faktor epidermalnog rasta, faktor neurodiferencijacije, faktor rasta fibroblasta, faktor 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 ponovljeno provođenje hormonskog signala na razini plazma membrane. G-protein u aktiviranom obliku stimulira sintezu cikličkog AMP putem adenilat ciklaze, što pokreće kaskadni mehanizam za aktivaciju unutarstaničnih proteina.

Opći temeljni mehanizam kroz koji se ostvaruju biološki učinci "sekundarnih" glasnika unutar stanice je proces fosforilacija – defosforilacija proteina uz sudjelovanje širokog spektra protein kinaza koje kataliziraju transport krajnje 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 funkcije. Konkretno, uzrokuje promjenu u strukturnim svojstvima (udruživanje ili disocijacija sastavnih podjedinica), aktivaciju ili inhibiciju 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, odnosno mijenjajući njihovu aktivnost;
5)fosfodiesteraza, što uzrokuje razgradnju cAMP-a i time prekida (prekida) djelovanje signala

Dokazano je da vezanje hormona na β-adrenergički receptor dovodi do strukturnih promjena u intracelularnoj domeni receptora, što zauzvrat osigurava interakciju receptora s drugim proteinom signalnog puta, GTP-vezujućim.

GTP-vezujući protein - G protein- mješavina je 2 vrste proteina:
aktivni G (od engleskog stimulatory G)
inhibitorni G i
Svaki od njih ima tri različite podjedinice (α-, β- i γ-), tj. oni 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 prevede Gs-protein u aktivirano stanje, dok aktivni G-protein disocira u prisutnosti iona Mg 2+ na β-, γ-podjedinice i složenu α-podjedinicu G u GTP obliku; ovaj aktivni kompleks zatim prelazi na molekulu adenilat ciklaze i aktivira je. Sam kompleks zatim prolazi kroz samoinaktivaciju zbog energije raspada GTP-a i reasocijacije β- i γ-podjedinica s formiranjem izvornog GDP oblika 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 obliku neaktivnog 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 prisutna kao tetramerni kompleks koji se sastoji od dvije katalitičke (C2) i dvije regulacijske (R2) podjedinice; u ovom obliku, enzim je neaktivan. U prisutnosti cAMP, kompleks protein kinaze reverzibilno disocira na jednu R 2 podjedinicu i dvije slobodne C katalitičke podjedinice; potonji imaju enzimatsku aktivnost, katalizirajući fosforilaciju proteina i enzima, mijenjajući tako 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, odnosno smanjujući razinu cAMP-a i fosforilacije proteina. Konkretno, hormon somatostatin, spajanjem 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.

Otvoreno u mišićnom tkivu 3 vrste regulacija glikogen fosforilaze.
Prva vrsta – kovalentna regulacija na temelju hormonski ovisne fosforilacije-defosforilacije 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 nisu vezani za aktivni centar, već za alosterički centar svake podjedinice.

U mišiću koji radi, 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 mrtvljenjem.
Treća vrsta – regulacija kalcija, koji se temelji na alosteričnoj aktivaciji fosforilaze b kinaze Ca 2+ ionima, čija koncentracija raste s mišićnom kontrakcijom, pridonoseći tako stvaranju aktivne fosforilaze a.

Glasnički sustav gvanilat ciklaze

Dugo se vremena ciklički gvanozin monofosfat (cGMP) smatrao antipodom cAMP-a. Pripisivale su mu se 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 odvija 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 b kinaza; 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 otvoren u citosolu.

Oblici vezani za membranu sastoje se od 3 parcele:
receptor, lokaliziran na vanjskoj površini plazma membrane;
intramembranska domena i
katalitička komponenta, što je isto za različite oblike enzima.
Gvanilat ciklaza je otvorena 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 se aktivira preko odgovarajućih receptora kratkim izvanstaničnim peptidima, posebno hormonskim atrijskim natriuretičkim peptidom (ANF), termostabilnim toksinom gram-negativnih bakterija, itd. ANF, kao što je poznato, sintetizira se u atriju kao odgovor na povećanje volumena krvi, ulazi u bubrege s krvlju, aktivira gvanilat ciklazu (odgovarajuće povećava razinu cGMP), promičući izlučivanje Na i vode. Stanice glatkih mišića krvnih žila također sadrže sličan receptor, sustav gvanilat ciklaze, preko kojeg ANF vezan za receptor vrši vazodilatacijski učinak, pomažući u snižavanju krvnog tlaka. U epitelnim stanicama crijeva bakterijski endotoksin može djelovati kao aktivator sustava receptor-gvanilat ciklaza, što dovodi do usporavanja apsorpcije vode u crijevu i razvoja proljeva.

Topivi oblik gvanilat ciklaze je enzim koji sadrži hem i sastoji se od 2 podjedinice. Ovaj oblik gvanilat ciklaze reguliraju nitrovazodilatatori, slobodni radikali su 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 hemom gvanilat ciklaze, potiče brzo stvaranje cGMP-a, koji smanjuje snagu srčanih kontrakcija stimulirajući ionske pumpe koje djeluju pri niskim koncentracijama Ca 2+. Međutim, djelovanje NO je kratkotrajno, nekoliko sekundi, lokalizirano – u blizini mjesta njegove sinteze. Sličan učinak, ali dulji, ima i nitroglicerin koji sporije otpušta NO.

Dobiveni su dokazi da je većina učinaka cGMP-a posredovana preko cGMP-ovisne protein kinaze koja se naziva protein kinaza G. Ovaj enzim, koji je široko rasprostranjen u eukariotskim stanicama, dobiven je u čistom obliku. Sastoji se od 2 podjedinice - katalitičke domene sa sekvencom sličnom C-podjedinici protein kinaze A (ovisne o cAMP), i regulatorne domene slične R-podjedinici protein kinaze A. Međutim, protein kinaze A i G prepoznaju različite proteinske sekvence, reguliraju, odnosno fosforilaciju OH skupine serina i treonina različitih intracelularnih proteina i time ispoljavaju različite biološke učinke.

Razinu cikličkih nukleotida cAMP i cGMP u stanici kontroliraju odgovarajuće fosfodiesteraze, koje kataliziraju njihovu hidrolizu u 5'-nukleotidne monofosfate i razlikuju se po afinitetu za cAMP i cGMP. koji nisu regulirani Ca2+ i kalmodulinom izolirani su i karakterizirani.

Ca 2+ messenger sustav

Ca 2+ ioni imaju središnju ulogu u regulaciji mnogih staničnih funkcija. 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 naponske i receptorski upravljane kalcijeve kanale) i iz intracelularnih izvora. . Jedan od najvažnijih mehanizama za provođenje hormonskog signala u sustavu kalcij-glasnik 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. S povećanjem koncentracije Ca 2+ u stanici 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 ionima Ca 2+, poput NO-sintaze, sadrži kalmodulin kao podjedinicu. Kalmodulin je dio mnogih 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 sustav glasnika također uključuje derivate fosfolipida eukariotskih staničnih membrana, 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 uzastopnih reakcija, formiraju se dva potencijalna sekundarna glasnika - diacilglicerol i inozitol-1 ,4,5-trifosfat.

Biološki učinci ovih sekundarnih glasnika ostvaruju se na različite načine. Djelovanje diacilglicerola, kao i slobodnih Ca 2+ iona, 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, olakšavajući otpuštanje iona Ca 2+ iz njega u citosol.

Dakle, prikazani podaci o sekundarnim glasnicima pokazuju da svaki od ovih sustava medijatora hormonskog učinka odgovara određenoj 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 regulirana je cGMP; Ca 2+ -kalmodulin-ovisne protein kinaze 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 drugog 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: ionskih kanala, unutarstaničnih strukturnih elemenata i genetskog aparata.

2) Provedba 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 u njezinoj citoplazmi sa specifičnim receptorskim proteinima. Kompleks hormon-receptor ulazi u jezgru stanice. U jezgri se kompleks razgrađuje, a hormon stupa u interakciju s određenim dijelovima nuklearne DNA, što rezultira stvaranjem posebne glasničke RNA. Glasnička RNA napušta jezgru i potiče sintezu proteina ili proteinskog enzima 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. Hormon nakon dostave s krvnim proteinima u stanicu prodire (difuzijom) kroz plazma membranu, a zatim kroz nuklearnu membranu i veže se na intranuklearni receptor-protein. Steroidno-proteinski kompleks zatim se veže na regulacijsko područje DNA, takozvane elemente osjetljive na hormone, potičući transkripciju odgovarajućih strukturnih gena, indukciju de novo sinteze proteina i promjenu metabolizma stanice kao odgovor na hormonalni signal.

Treba naglasiti da je glavna i razlikovna značajka molekularnih mehanizama djelovanja dviju glavnih klasa hormona to što se djelovanje peptidnih hormona ostvaruje uglavnom posttranslacijskim (postsintetskim) modifikacijama proteina u stanicama, dok se 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 različitim kemijskim promjenama vezanjem na glukuronsku ili sumpornu kiselinu ili kao rezultat djelovanja enzima. Neki od hormona izlučuju se u urinu nepromijenjeni. Djelovanje nekih hormona može biti blokirano zbog lučenja hormona koji imaju antagonistički učinak.