A hormonok alapvető hatásmechanizmusai. A hormonok membrán-intracelluláris hatásmechanizmusa

Itt három van lehetséges opciók hormonok hatásmechanizmusa.

Membrán vagy lokális mechanizmus- abban rejlik, hogy a hormon a kötődés helyén sejt membrán megváltoztatja a metabolitok, például glükóz, aminosavak, egyes ionok permeabilitását. A glükóz, aminosavak bevitele viszont befolyásolja biokémiai folyamatok a sejtben, és az ionok eloszlásának változása a membrán mindkét oldalán befolyásolja a sejtek elektromos potenciálját és működését. A hormonok membrán típusú hatását ritkán találjuk izolált formában. Például az inzulin mindkét membránnal rendelkezik (ok helyi változások ionok, glükóz és aminosavak transzportja), valamint a membrán-intracelluláris hatástípus.

Membrán-intracelluláris a hatás típusa (vagy közvetett) azokra a hormonokra jellemző, amelyek nem hatolnak be a sejtbe, és ezért egy intracelluláris kémiai hírvivőn keresztül befolyásolják az anyagcserét, amely a sejten belüli hormon felhatalmazott képviselője. A hormon a membránreceptorokon keresztül befolyásolja a jelátviteli rendszerek (általában enzimek) működését, amelyek kiváltják az intracelluláris mediátorok képződését vagy bejutását. Ez utóbbiak pedig befolyásolják az aktivitást és a mennyiséget különböző enzimekés ezáltal megváltoztatja az anyagcserét a sejtben.

Citoszolikus mechanizmus A hatás a lipofil hormonokra jellemző, amelyek a membrán lipidrétegén keresztül behatolnak a sejtbe, ahol komplexbe lépnek a citoszol receptorokkal. Ez a komplex szabályozza a sejtben lévő enzimek mennyiségét, szelektíven befolyásolja a nukleáris kromoszóma gének aktivitását, és ezáltal megváltoztatja a sejt anyagcseréjét és funkcióit. A hormon ilyen típusú hatását direktnek nevezzük, ellentétben a membrán-intracellulárissal, amikor a hormon csak közvetetten, intracelluláris mediátorokon keresztül szabályozza az anyagcserét.

Pajzsmirigy és mellékpajzsmirigy hormonok

Hormonok pajzsmirigy

Pajzsmirigy kétféle hormont választ ki különféle hatások anyagcseréhez. Az első csoport a jódtironinok: tiroxin és trijódtironin. Ezek a hormonok szabályozzák az energia-anyagcserét és befolyásolják a sejtosztódást és differenciálódást, meghatározva a szervezet fejlődését. A jódtironinok a test számos szövetére hatnak, de a a legtöbb a máj, a szív, a vese szövetein, vázizomés kisebb mértékben a zsír- és idegszövet.

A pajzsmirigy túlműködése (hyperthyreosis) esetén a jódtironinok túlzott képződése következik be. jellemző tulajdonság a tirotoxikózis a szénhidrátok és zsírok (zsírraktárakból mobilizálva) felgyorsult lebontása. gyors égés zsírsavak, a glicerin és a glikolízis termékek nagy oxigénfogyasztást igényelnek. A mitokondriumok mérete megnő, megduzzad, megváltoztatja alakját. Ezért néha a tirotoxikózist "mitokondriális betegségnek" nevezik. Külsőleg a hyperthyreosis formájában nyilvánul meg a következő tünetek: a bazális anyagcsere fokozódása, a testhőmérséklet emelkedése (fokozott hőtermelés), fogyás, súlyos tachycardia, fokozott idegi ingerlékenység, kidudorodó szemek stb. Ezek a rendellenességek vagy a pajzsmirigy egy részének műtéti eltávolításával, ill. aktivitását elnyomó gyógyszerek segítségével.

A pajzsmirigy alulműködése (hipotireózisa) esetén a jódtironinok hiánya jelentkezik. Korai pajzsmirigy alulműködés gyermekkor gyermekeknél kreténizmusnak vagy myxedemának nevezik, felnőtteknél pedig egyszerűen myxedema. A kreténizmusra jellemző a kifejezett fizikai és mentális retardáció. Ennek oka a jódtironinok sejtosztódásra és differenciálódásra kifejtett hatásának csökkenése, ami lassú és rendellenes növekedéshez vezet. csontszövet, az idegsejtek károsodott differenciálódása. Felnőtteknél a myxedema a bazális anyagcsere és a testhőmérséklet csökkenésében, memóriazavarban, károsodott bőr(szárazság, hámlás) stb. A szervezet szöveteiben lelassul a szénhidrát- és zsíranyagcsere és minden energiafolyamat. A pajzsmirigy alulműködését jódtironinokkal végzett kezelés megszünteti.

A második csoportba tartozik a kalciotonin (30 000 molekulatömegű fehérje), amely szabályozza foszfor-kalcium anyagcsere, működését alább tárgyaljuk.

A hormonok hatásmechanizmusai.

Vegye figyelembe, hogy a hormonok hatásmechanizmusa attól függ kémiai természetés tulajdonságai - vízben vagy zsírokban való oldhatóság. A hatásmechanizmus szerint a hormonok két csoportra oszthatók: közvetlen és távoli hatásra.

1. Hormonok közvetlen cselekvés. Ebbe a csoportba tartoznak a lipofil (zsírban oldódó) hormonok - szteroidok és jódtironinok. Ezek az anyagok vízben rosszul oldódnak, ezért a vérben lévő plazmafehérjékkel komplex vegyületeket képeznek. Ezek a fehérjék egyaránt tartalmaznak specifikus transzportfehérjéket (például transzkortint, amely megköti a mellékvesekéreg hormonjait), és nem specifikusak (albuminok).

A közvetlen hatású hormonok lipofilitásuk miatt képesek átdiffundálni a célsejtmembránok kettős lipidrétegén. Ezen hormonok receptorai a citoszolban találhatók. A létrejövő hormon komplex a receptorral a sejtmagba kerül, ahol a kromatinhoz kötődik, és a DNS-re hat. Ennek eredményeként megváltozik az RNS-szintézis sebessége a DNS-templáton (transzkripció) és a specifikus enzimatikus fehérjék képződésének sebessége az RNS-templáton (transzláció). Ez a célsejtekben az enzimatikus fehérjék mennyiségének megváltozásához és irányváltozáshoz vezet kémiai reakciók(Lásd a 2. ábrát).

2. ábra: A közvetlen hatású hormonok sejtre gyakorolt ​​hatásmechanizmusa.

Mint már tudja, a fehérjeszintézis szabályozása végrehajtható az indukció és az elnyomás mechanizmusaival.

A fehérjeszintézis indukciója a megfelelő hírvivő RNS szintézisének stimulálása eredményeként következik be. Ugyanakkor megnő egy bizonyos fehérje-enzim koncentrációja a sejtben, és megnő az általa katalizált kémiai reakciók sebessége.

A fehérjeszintézis elnyomása a megfelelő hírvivő RNS szintézisének elnyomásával történik. A represszió hatására a sejtben szelektíven csökken egy bizonyos fehérje-enzim koncentrációja, és csökken az általa katalizált kémiai reakciók sebessége. Ne feledje, hogy ugyanaz a hormon indukálhatja egyes fehérjék szintézisét, és elnyomhatja más fehérjék szintézisét. A direkt hatású hormonok hatása általában csak a sejtbe jutás után 2-3 órával jelentkezik.

2. Távoli hormonok. A távoli hormonok közé tartoznak a hidrofil (vízben oldódó) hormonok - a katekolaminok és a fehérje-peptid jellegű hormonok. Mivel ezek az anyagok lipidekben oldhatatlanok, nem tudnak áthatolni a sejtmembránokon. Ezen hormonok receptorai a külső felület plazma membrán célsejtek. A hosszú távú hormonok a sejtre gyakorolt ​​hatásukat egy második hírvivő segítségével fejtik ki, amely leggyakrabban ciklikus AMP-ként (cAMP) működik.

A ciklikus AMP-t az ATP-ből szintetizálja az adenilát-cikláz:

A hormonok távoli hatásmechanizmusát a 3. ábra mutatja.

3. ábra: A hosszú távú hormonok sejtre gyakorolt ​​hatásmechanizmusa.

A hormon kölcsönhatása specifikus receptorával a sejtmembrán G-proteinjének aktiválásához vezet. A G-fehérje megköti a GTP-t és aktiválja az adenilát-ciklázt.

Az aktív adenilát-cikláz az ATP-t cAMP-vé alakítja, a cAMP aktiválja a protein-kinázt.

Az inaktív protein-kináz egy tetramer, amely két szabályozó (R) és két katalitikus (C) alegységből áll. A cAMP-vel való kölcsönhatás eredményeként a tetramer disszociál, és az enzim aktív centruma felszabadul.

A protein-kináz enzimfehérjéket foszforilál az ATP rovására, aktiválva vagy inaktiválva azokat. Ennek hatására a célsejtekben a kémiai reakciók sebessége megváltozik (egyes esetekben növekszik, máshol csökken).

A cAMP inaktiválása a foszfodiészteráz enzim részvételével történik.

A mirigyek által kiválasztott hormonok belső szekréció plazma transzport fehérjékhez kötődnek, vagy bizonyos esetekben adszorbeálódnak a vérsejteken és eljutnak a szervekbe és szövetekbe, befolyásolva azok működését és anyagcseréjét. Egyes szervek és szövetek nagyon nagy érzékenység hormonok, ezért nevezik őket célszervek vagy szövetek -célpontok. A hormonok szó szerint befolyásolják az anyagcserét, a szervezet funkcióit és szerkezetét.

Alapján modern ötletek, a hormonok hatása bizonyos enzimek katalitikus működésének stimulálásán vagy gátlásán alapul. Ezt a hatást a sejtekben már meglévő enzimek aktiválásával vagy gátlásával érik el azáltal, hogy gének aktiválásával felgyorsítják azok szintézisét. A hormonok növelhetik vagy csökkenthetik a sejtes és szubcelluláris membránok permeabilitását az enzimekkel és más biológiailag hatóanyagok, ezáltal megkönnyíti vagy gátolja az enzim működését. hormon szerves szervezet vas

Membrán mechanizmus . A hormon kötődik a sejtmembránhoz, és a kötődés helyén megváltoztatja a glükóz, aminosavak és egyes ionok permeabilitását. Ebben az esetben a hormon effektorként működik Jármű membránok. Az inzulin ezt a glükóztranszport megváltoztatásával teszi. De ez a fajta hormonszállítás ritkán fordul elő elszigetelten. Az inzulin például membránnal és membránon belüli hatásmechanizmussal is rendelkezik.

Membrán-intracelluláris mechanizmus . A membrán-intracelluláris típus szerint olyan hormonok hatnak, amelyek nem hatolnak be a sejtbe, ezért egy intracelluláris kémiai közvetítőn keresztül befolyásolják az anyagcserét. Ide tartoznak a fehérje-peptid hormonok (a hipotalamusz, az agyalapi mirigy, a hasnyálmirigy és a mellékpajzsmirigyek, pajzsmirigy tirokalcitoninja); aminosavszármazékok (mellékvese-medulla hormonjai - adrenalin és noradrenalin, pajzsmirigy - tiroxin, trijódtironin).

Intracelluláris (citoszolos) hatásmechanizmus . A szteroid hormonokra (kortikoszteroidok, nemi hormonok - androgének, ösztrogének és gesztagének) jellemző. A szteroid hormonok kölcsönhatásba lépnek a citoplazmában található receptorokkal. Az így létrejövő hormon-receptor komplex átkerül a sejtmagba, és közvetlenül a genomra hat, serkenti vagy gátolja annak aktivitását, azaz. a DNS szintézisre hat a transzkripció sebességének és az információs (mátrix) RNS (mRNS) mennyiségének megváltoztatásával. Az mRNS mennyiségének növekedése vagy csökkenése befolyásolja a fehérjeszintézist a transzláció során, ami változáshoz vezet funkcionális tevékenység sejteket.

A hormonok hatása a célszervek sejtjeiben bizonyos enzimek katalitikus funkciójának stimulálásán vagy gátlásán alapul. Ez a hatás a meglévő enzimek aktiválásával vagy gátlásával érhető el. És fontos szerep tartozik ciklikus adenozin-monofoszfát(cAMP), ami itt van másodlagos közvetítő(elsődleges szerepe

a mediátort maga a hormon végzi). Az enzimek koncentrációjának növelése is lehetséges, ha a gének aktiválásával felgyorsítják bioszintézisüket.

A peptid és szteroid hormonok hatásmechanizmusa különböző. Aminok és peptid hormonok nem hatol be a sejtbe, hanem annak felületén csatlakozik a sejtmembrán specifikus receptoraihoz. A receptor enzimhez kötődik adenilát-cikláz. A hormon komplexe a receptorral aktiválja az adenilát-ciklázt, amely az ATP-t lebontva cAMP-t képez. A cAMP hatása összetett reakcióláncon keresztül valósul meg, amely bizonyos enzimek foszforilációjával aktiválódik, és ezek fejtik ki a hormon végső hatását (2.3. ábra).

Rizs. 2.4 Hatásmechanizmus szteroid hormonok ÉN- a hormon belép a sejtbe, és a citoplazmában egy receptorhoz kötődik; II - a receptor szállítja a hormont a sejtmagba; III - a hormon reverzibilisen kölcsönhatásba lép a kromoszómák DNS-ével; IV - a hormon aktiválja azt a gént, amelyen a mátrix (információ) RNS (mRNS) képződik; A V-mRNS elhagyja a sejtmagot, és elindítja egy fehérje (általában egy enzim) szintézisét a riboszómákon; az enzim megvalósítja a végső hormonális hatást; 1 - sejtmembrán, 2 - hormon, 3 - receptor, 4 - nukleáris membrán, 5 - DNS, 6 - mRNS, 7 - riboszóma, 8 - fehérje (enzim) szintézis.

szteroid hormonok, szintén Tzés T 4(tiroxin és trijódtironin) zsírban oldódnak, így áthatolnak a sejtmembránon. A hormon egy receptorhoz kötődik a citoplazmában. A létrejövő hormon-receptor komplex a sejtmagba kerül, ahol reverzibilis kölcsönhatásba lép a DNS-sel, és indukálja egy fehérje (enzim) vagy több fehérje szintézisét. Az egyik kromoszóma DNS-ének egy bizonyos szakaszán specifikus gének bekapcsolásával mátrix (információs) RNS (mRNS) szintetizálódik, amely a sejtmagból a citoplazmába jut, riboszómákhoz kötődik és itt fehérjeszintézist indukál (2.4. ábra). ).

Az enzimeket aktiváló peptidekkel ellentétben a szteroid hormonok új enzimmolekulák szintézisét okozzák. Ebben a tekintetben a szteroid hormonok hatása sokkal lassabban jelentkezik, mint a peptid hormonok hatása, de általában tovább tart.

2.2.5. A hormonok osztályozása

Funkcionális kritériumok alapján vannak a hormonok három csoportja: 1) a célszervre közvetlenül ható hormonok; ezeket a hormonokat nevezik effektor 2) hormonok, amelyek fő funkciója az effektor hormonok szintézisének és felszabadulásának szabályozása;

ezeket a hormonokat nevezik tropikus 3) termelődő hormonok idegsejtekés az adenohipofízis hormonok szintézisének és felszabadulásának szabályozása; ezeket a hormonokat nevezzük releasing hormonoknak, vagy liberineknek, ha stimulálják ezeket a folyamatokat, vagy gátló hormonoknak, statinoknak, ha ellenkező hatást fejtenek ki. Szoros kapcsolat a központi idegrendszer és endokrin rendszer főként ezeknek a hormonoknak a segítségével.

Egy összetett rendszerben hormonális szabályozás az élőlényeket többé-kevésbé megkülönböztetik hosszú láncok szabályozás. A kölcsönhatások fő vonala: CNS → hypothalamus → hypophysis → perifériás belső elválasztású mirigyek. Ennek a rendszernek minden eleme kombinálva van Visszacsatolás. Az endokrin mirigyek egy részének működése nincs az adenohipofízis hormonok szabályozó hatása alatt (például mellékpajzsmirigy, hasnyálmirigy stb.).

Az endokrin mirigyek által kiválasztott hormonok a plazma transzportfehérjékhez kötődnek, vagy bizonyos esetekben a vérsejteken adszorbeálódnak, és eljutnak a szervekbe és szövetekbe, befolyásolva azok működését és anyagcseréjét. Egyes szervek és szövetek nagyon érzékenyek a hormonokra, ezért ún célszervek vagy szövetek–célpontok. A hormonok szó szerint befolyásolják az anyagcserét, a szervezet funkcióit és szerkezetét.

A modern elképzelések szerint a hormonok hatása bizonyos enzimek katalitikus működésének stimulálásán vagy gátlásán alapul. Ezt a hatást a sejtekben már meglévő enzimek aktiválásával vagy gátlásával érik el azáltal, hogy gének aktiválásával felgyorsítják azok szintézisét. A hormonok növelhetik vagy csökkenthetik a sejt- és szubcelluláris membránok permeabilitását az enzimek és más biológiailag aktív anyagok számára, ezáltal elősegítve vagy gátolva az enzim működését.

A hormonok hatásmechanizmusának következő típusai vannak: membrán, membrán-intracelluláris és intracelluláris (citoszol).

Membrán mechanizmus . A hormon kötődik a sejtmembránhoz, és a kötődés helyén megváltoztatja a glükóz, aminosavak és egyes ionok permeabilitását. Ebben az esetben a hormon a membránhordozók effektoraként működik. Az inzulin ezt a glükóztranszport megváltoztatásával teszi. De ez a fajta hormonszállítás ritkán fordul elő elszigetelten. Az inzulin például membránnal és membránon belüli hatásmechanizmussal is rendelkezik.

Membrán-intracelluláris mechanizmus . A membrán-intracelluláris típus szerint olyan hormonok hatnak, amelyek nem hatolnak be a sejtbe, ezért egy intracelluláris kémiai közvetítőn keresztül befolyásolják az anyagcserét. Ide tartoznak a fehérje-peptid hormonok (a hipotalamusz, az agyalapi mirigy, a hasnyálmirigy és a mellékpajzsmirigy hormonjai, a pajzsmirigy tirokalcitoninja); aminosav-származékok (mellékvese-medulla hormonjai - adrenalin és noradrenalin, pajzsmirigyhormonok - tiroxin, trijódtironin).

A hormonok intracelluláris kémiai hírvivőinek funkcióit ciklikus nukleotidok látják el - ciklikus 3 ׳ ,5׳ – adenozin-monofoszfát (cAMP) és ciklikus 3 ׳ ,5׳ – guanozin-monofoszfát (cGMP), kalciumionok.

A hormonok befolyásolják a ciklikus nukleotidok képződését: cAMP - adenilát-ciklázon, cGMP - guanilát-ciklázon keresztül.

Az adenilát-cikláz beépül a sejtmembránba, és 3 egymással összefüggő részből áll: receptor (R), amelyet a membránon kívül elhelyezkedő membránreceptorok halmaza képvisel, konjugálva (N), amelyet a lipidrétegben található speciális N-protein képvisel. a membrán, és a katalitikus (C), amely egy enzimatikus fehérje, vagyis valójában adenilát-cikláz, amely az ATP-t (adenozin-trifoszfátot) cAMP-vé alakítja.

Az adenilát-cikláz a következő séma szerint működik. Amint a hormon a receptorhoz (R) kötődik, és hormon-receptor komplex képződik, megtörténik az N-protein-GTP (guanozin-trifoszfát) komplex képződése, amely aktiválja az adenilát-cecláz katalitikus (C) részét. Az adenilát-cikláz aktiválása cAMP képződéséhez vezet a sejten belül, az ATP membrán belső felületén.

A receptorhoz kötött hormon egyetlen molekulája is működésbe hozza az adenilát-ciklázt. Ebben az esetben a megkötött hormon molekulánként 10-100 cAMP molekula képződik a sejten belül. Az adenilát-cikláz mindaddig aktív marad, amíg a hormon-receptor komplex létezik. A guanilát-cikláz hasonló módon működik.

A sejt citoplazmájában inaktív protein-kinázok találhatók. A ciklikus nukleotidok, a cAMP és a GMP, aktiválják a protein kinázokat. Vannak cAMP-dependens és cGMP-függő proteinkinázok, amelyeket ciklikus nukleotidjuk aktivál. Attól függően, hogy melyik membránreceptor köt meg egy bizonyos hormont, vagy az adenilát-ceklász, vagy a guanilát-ceklász kapcsol be, és cAMP vagy cGMP képződik.

A legtöbb hormon a cAMP-n keresztül hat, és csak az oxitocin, a tirokalcitonin, az inzulin és az adrenalin hat a cGMP-n keresztül.

Az aktivált protein kinázok segítségével az enzimaktivitás kétféle szabályozása valósul meg: a már meglévő enzimek aktiválása kovalens módosítással, azaz foszforilációval; az enzimatikus fehérje mennyiségének változása a bioszintézis sebességének változása miatt.

A ciklikus nukleotidok befolyása a biokémiai folyamatokra egy speciális enzim, a foszfodiészteráz hatására megszűnik, amely elpusztítja a cAMP-t és a cGMP-t. Egy másik enzim - a foszfoprotein foszfáz - elpusztítja a protein kináz hatásának eredményét, azaz lehasítja a foszforsavat az enzimatikus fehérjékből, aminek következtében azok inaktívvá válnak.

A sejten belül nagyon kevés kalciumion van, de a sejten kívül több van belőlük. Az extracelluláris környezetből származnak a membrán kalciumcsatornáin keresztül. A sejtben a kalcium kölcsönhatásba lép a kalciumkötő fehérjével, a calmodulinnal (CM). Ez a komplex megváltoztatja az enzimek aktivitását, ami a sejtek élettani funkcióinak megváltozásához vezet. A kalciumionokon keresztül az oxitocin, az inzulin, a prosztaglandin F 2α hormonok hatnak. Így a szövetek és szervek hormonokkal szembeni érzékenysége a membránreceptoroktól függ, specifikus szabályozó hatásukat pedig intracelluláris mediátor határozza meg.

Intracelluláris (citoszolos) hatásmechanizmus . A szteroid hormonokra (kortikoszteroidok, nemi hormonok - androgének, ösztrogének és gesztagének) jellemző. A szteroid hormonok kölcsönhatásba lépnek a citoplazmában található receptorokkal. Az így létrejövő hormon-receptor komplex átkerül a sejtmagba, és közvetlenül a genomra hat, serkenti vagy gátolja annak aktivitását, azaz. a DNS szintézisre hat a transzkripció sebességének és az információs (mátrix) RNS (mRNS) mennyiségének megváltoztatásával. Az mRNS mennyiségének növekedése vagy csökkenése befolyásolja a fehérjeszintézist a transzláció során, ami a sejt funkcionális aktivitásának megváltozásához vezet.