Hormonok és hatásmechanizmusuk. A szervezet létfontosságú funkcióinak szabályozása

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. Sőt, fontos szerep tartozik hozzá 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 A szteroid hormonok hatásmechanizmusa 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) az idegsejtek által termelt hormonok és 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. A központi idegrendszer és az endokrin rendszer közötti szoros kapcsolat főként ezeknek a hormonoknak a segítségével valósul meg.

A szervezet hormonális szabályozásának összetett rendszerében többé-kevésbé hosszú szabályozási láncokat különböztetnek meg. A kölcsönhatások fő vonala: CNS → hypothalamus → agyalapi mirigy → perifériás endokrin mirigyek. Ennek a rendszernek minden elemét visszacsatolások egyesítik. 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.

4 fő anyagcsere-szabályozó rendszer: Központi idegrendszer (az idegimpulzusokon és neurotranszmittereken keresztül történő jelátvitel miatt); Endokrin rendszer (a mirigyekben szintetizált és a célsejtekbe szállított hormonok segítségével (A. ábra); Parakrin és autokrin rendszerek (a sejtekből az extracelluláris térbe szekretált szignálmolekulák részvételével - eikozanoidok, hisztaminok, gyomor-bélrendszeri hormonok, citokinek) (B és C ábrán) Az immunrendszer (specifikus fehérjéken keresztül - antitesteken, T-receptorokon, a hisztokompatibilitási komplex fehérjéin keresztül.) A szabályozás minden szintje integrált és egységes egészként működik.

Az endokrin rendszer hormonokon keresztül szabályozza az anyagcserét. Hormonok (dr. - görög ὁρμάω - gerjeszt, indukál) - - biológiailag aktív szerves vegyületek, amelyek kis mennyiségben termelődnek a belső elválasztású mirigyekben, az anyagcsere humorális szabályozását végzik, és eltérő kémiai szerkezetűek.

A klasszikus hormonoknak számos jellemzőjük van: Hatástávolság - szintézis a belső elválasztású mirigyekben, és a távoli szövetek szabályozása Hatás szelektivitása A hatás szigorú specifitása Rövid távú hatás Nagyon alacsony koncentrációban fejtik ki hatásukat, a központi idegrendszer irányítása alatt, ill. hatásuk szabályozását a legtöbb esetben a visszacsatolás típusa végzi. Közvetetten fejtik ki hatásukat fehérjereceptorokon és enzimrendszereken keresztül

A neurohormonális szabályozás megszervezése A hormonok szigorú hierarchiája vagy alárendeltsége van. A szervezet hormonszintjének fenntartása a legtöbb esetben negatív visszacsatolási mechanizmust biztosít.

A szervezet hormonszintjének szabályozása A célsejtekben a metabolitok koncentrációjának negatív visszacsatolási mechanizmussal történő megváltoztatása elnyomja a hormonszintézist, akár az endokrin mirigyekre, akár a hipotalamuszra hat. Vannak olyan endokrin mirigyek, amelyeket nem szabályoznak a trópusi hormonok – a mellékpajzsmirigy, a mellékvesevelő, a renin-aldoszteron rendszer és a hasnyálmirigy. Ezeket idegi hatások vagy bizonyos anyagok koncentrációja szabályozza a vérben.

A hormonok osztályozása biológiai funkciók szerint; a hatásmechanizmus szerint; kémiai szerkezet szerint; 4 csoportot különböztetünk meg: 1. Protein-peptid 2. Hormonok-aminosav származékok 3. Szteroid hormonok 4. Eikozanoidok

1. Protein-peptid hormonok A hipotalamusz hormonjai; agyalapi mirigy hormonok; hasnyálmirigy hormonok - inzulin, glukagon; pajzsmirigy és mellékpajzsmirigy hormonok - kalcitonin és parathormon. Főleg célzott proteolízissel állítják elő őket. A hormonok rövid élettartamúak, 3-250 AMK-maradékot tartalmaznak.

A fő anabolikus hormon az inzulin, a fő katabolikus hormon a glukagon

A fehérje-peptid hormonok néhány képviselője: tiroliberin (piroglu-gis-pro-NN HH 22), inzulin és szomatosztatin.

2. Hormonok - aminosav származékok Az aminosav - tirozin származékai. Ide tartoznak a pajzsmirigyhormonok – a trijódtironin (II 33) és a tiroxin (II 44), valamint az adrenalin és a noradrenalin – a katekolaminok.

3. Szteroid jellegű hormonok Koleszterinből szintetizálva (az ábrán) A mellékvesekéreg hormonjai - kortikoszteroidok (kortizol, kortikoszteron) Mellékvesekéreg hormonjai - mineralokortikoidok (andoszteron) Nemi hormonok: androgének (19 "C") és ösztrogének 18 "C")

Eikozanoidok Az összes eikozanoid prekurzora az arachidonsav. Három csoportra oszthatók - prosztaglandinok, leukotriének, tromboxánok. Az eikaszonoidok - mediátorok (helyi hormonok) - a jelzőanyagok széles körben elterjedt csoportja, amelyek a test szinte minden sejtjében képződnek, és rövid hatástartamúak. Ebben különböznek a klasszikus hormonoktól, amelyeket az endokrin mirigyek speciális sejtjeiben szintetizálnak. .

Az eikoszonoidok különböző csoportjainak jellemzői A prosztaglandinok (Pg) szinte minden sejtben szintetizálódnak, kivéve az eritrociták és limfociták. Léteznek ilyen típusú prosztaglandinok A, B, C, D, E, F. A prosztaglandinok funkciója a hörgők, a húgy- és érrendszer, a gyomor-bél traktus simaizomzatának tónusának megváltozására redukálódik, míg a A változások iránya a prosztaglandinok típusától és állapotától függően eltérő. A testhőmérsékletet is befolyásolják. A prosztaciklinek a prosztaglandinok (Pg I) alfaja, de emellett speciális funkciójuk is van - gátolják a vérlemezke-aggregációt és értágulatot okoznak. Különösen aktívan szintetizálódik a szívizom, a méh, a gyomornyálkahártya edényeinek endotéliumában. .

Tromboxánok és leukotriének A tromboxánok (Tx) a vérlemezkékben képződnek, serkentik aggregációjukat és a kis erek szűkületét okozzák. A leukotriének (Lt) aktívan szintetizálódnak a leukocitákban, a tüdő, a lép, az agy és a szív sejtjeiben. A leukotriének 6 típusa létezik: A, B, C, D, E, F. A leukocitákban stimulálják a mobilitást, a kemotaxist és a sejtvándorlást a gyulladás helyére. A hisztaminnál 100-1000-szer kisebb dózisban a hörgők izomzatának összehúzódását is okozzák.

Hormonok kölcsönhatása célsejt-receptorokkal A biológiai aktivitáshoz a hormonoknak a receptorokhoz való kötődése egy biológiai választ kiváltó jel kialakulásához kell, hogy vezessen. Például: a pajzsmirigy a tirotropin célpontja, amelynek hatására megnő az acinussejtek száma, nő a pajzsmirigyhormonok szintézisének sebessége. A célsejtek felismerik a megfelelő hormont, mivel rendelkeznek a megfelelő receptorral.

A receptorok általános jellemzői A receptorok elhelyezkedhetnek: - a sejtmembrán felszínén - a sejt belsejében - a citoszolban vagy a sejtmagban. A receptorok olyan fehérjék, amelyek több doménből állhatnak. A membránreceptoroknak van hormonfelismerő és -kötő doménje, transzmembrán és citoplazmatikus doménje. A hormonokhoz, DNS-hez és a transzdukciót szabályozó fehérjékhez való kötődés intracelluláris (nukleáris) doménjei.

A hormonális jelátvitel főbb szakaszai: membránon (hidrofób) és intracelluláris (hidrofil) receptorokon keresztül. Ezek a gyors és lassú utak.

A hormonális jel megváltoztatja az anyagcsere folyamatok válaszának sebességét: - megváltoztatja az enzimek aktivitását - megváltoztatja az enzimek mennyiségét. A hatásmechanizmus szerint a hormonok megkülönböztethetők: - kölcsönhatásba lépnek a membránreceptorokkal (peptid hormonok, adrenalin, eikozanoidok) és - kölcsönhatásba lépnek az intracelluláris receptorokkal (szteroid és pajzsmirigyhormonok)

Hormonális jel átvitele intracelluláris receptorokon keresztül szteroid hormonokhoz (mellékvesekéreg hormonjai és nemi hormonjai), pajzsmirigyhormonokhoz (T 3 és T 4). Lassú átviteli típus.

Hormonális jel átvitele membránreceptorokon keresztül A hormon elsődleges hírvivőjétől származó információ továbbítása a receptoron keresztül történik. A receptorok ezt a jelet a második hírvivők koncentrációjának változásává alakítják át, amelyeket másodlagos hírvivőknek neveznek. A receptor és az effektor rendszer összekapcsolása a GG-fehérjén keresztül történik. A biológiai hatások megvalósításának általános mechanizmusa a "foszforiláció - enzimek defoszforilációja" folyamata. Különféle mechanizmusok léteznek a hormonális jelek átvitelére a membránreceptorokon keresztül - adenilát-cikláz, guanilát-cikláz, inozitol-foszfát rendszerek és mások.

A hormonból származó jel a másodlagos hírvivők koncentrációjának változásává alakul át - c. AMF, c. GTP, IP 3, DAG, SA 2+, NO.

A hormonális jelek membránreceptorokon keresztül történő átvitelének leggyakoribb rendszere az adenilát-cikláz rendszer. A hormon-receptor komplex egy G-fehérjéhez kapcsolódik, amelynek 3 alegysége van (α, β és γ). A hormon hiányában az α-alegység GTP-hez és adenilát-ciklázhoz kötődik. A hormon-receptor komplex a βγ dimer lehasadásához vezet az α GTP-ből. Az α GTP alegység aktiválja az adenilát-ciklázt, amely katalizálja a ciklikus AMP (cAMP) képződését. c. Az AMP aktiválja a protein kináz A-t (PKA), amely foszforilálja az enzimeket, amelyek megváltoztatják az anyagcsere-folyamatok sebességét. A protein kinázok megkülönböztetik az A, B, C stb.

Az adrenalin és a glukagon az adenilát-cikláz hormonális jelátviteli rendszeren keresztül aktiválja a hormonfüggő adipocita TAG lipázt. Akkor fordul elő, amikor a szervezet stresszes (éhezés, hosszan tartó izommunka, lehűlés). Az inzulin blokkolja ezt a folyamatot. A protein kináz A foszforilálja a TAG lipázt és aktiválja azt. A TAG lipáz zsírsavakat hasít le a triacilglicerinekből, így glicerint képez. A zsírsavak oxidálódnak és energiával látják el a szervezetet.

Jelátvitel az adrenoreceptorokból. AC, adenilát-cikláz, Pk. A, protein kináz A, Pk. C - protein kináz C, Fl. C - foszfolipáz C, Fl. A2 - foszfolipáz A2, Fl. D, foszfolipáz D, PC, foszfatidilkolin, PL, foszfolipidek, FA, foszfatidsav, Ax. K - arachidonsav, PIP 2 - foszfatidil-inozitol-bifoszfát, IP 3 - inozit-trifoszfát, DAG - diacilglicerin, Pg - prosztaglandinok, LT - leukotriének.

Minden típusú adrenoreceptor Gs-fehérjéken keresztül valósítja meg működését. Ennek a fehérjének α-alegységei aktiválják az adenilát-ciklázt, amely biztosítja a c. AMP az ATP-ből és a c. AMP függő protein kináz A. A Gs fehérje ββ γ alegysége aktiválja az L-típusú Ca 2+ és maxi-K+ csatornákat. Hatása alatt c. Az AMP-függő protein kináz A foszforilált miozin könnyű lánc kináz, és inaktívvá válik, nem képes foszforilálni a miozin könnyű láncait. A könnyűlánc foszforilációja leáll, és a simaizomsejt ellazul.

Robert Lefkowitz és Brian Kobilka amerikai tudósok 2012-ben Nobel-díjat kaptak az adrenalinreceptorok és a G-fehérjék közötti kölcsönhatási mechanizmusok megértéséért. A béta-2 receptor (kék színnel jelölve) kölcsönhatása G-fehérjékkel (zölddel jelölve). A G-protein-kapcsolt receptorok nagyon szépek, ha a sejt építészeti molekuláris együtteseit a természet remekeinek tekintjük. Hétspirálnak nevezik őket, mert karácsonyfa szerpentin módjára spirálisan a sejtmembránba vannak csomagolva, és hétszer „áthatolnak” rajta, felszínre téve a „farkat”, képesek jelet fogadni és továbbítani. konformációs változások az egész molekulában.

A G-proteinek (eng. G proteins) a GTPázokkal rokon fehérjék családja, amelyek közvetítőként működnek az intracelluláris jelátviteli kaszkádokban. A G-fehérjéket azért nevezték így, mert jelátviteli mechanizmusukban a GDP (kék) GTP-vel (zöld) való helyettesítését használják molekuláris funkcionális "kapcsolóként" a sejtfolyamatok szabályozására.

A G-fehérjék két fő csoportra oszthatók - heterotrimer ("nagy") és "kicsi". A heterotrimer G-fehérjék kvaterner szerkezetű fehérjék, amelyek három alegységből állnak: alfa (α), béta (β) és gamma (γ). A kis G-fehérjék egy polipeptid láncból származó fehérjék, molekulatömegük 20-25 k. Igen, és a kis GTPázok Ras szupercsaládjába tartoznak. Egyetlen polipeptid láncuk homológ a heterotrimer G fehérjék α alegységével. A G-fehérjék mindkét csoportja részt vesz az intracelluláris jelátvitelben.

A ciklikus adenozin-monofoszfát (ciklikus AMP, c. AMP, c. AMP) egy ATP-származék, amely másodlagos hírvivőként működik a szervezetben, és bizonyos hormonok (például glukagon vagy adrenalin) sejten belüli jelszaporítására szolgál, amelyek nem tudnak átjutni a szervezeten. sejt membrán. .

A hormonális jelátviteli rendszerek mindegyike a protein kinázok egy bizonyos osztályának felel meg Az A típusú protein kinázok aktivitását a c. AMP, protein kináz G - c. HMF. A Ca 2+ - kalmodulin függő protein kinázok a CA 2+ koncentrációjának szabályozása alatt állnak. A C típusú protein kinázokat a DAG szabályozza. Bármely második hírvivő szintjének növekedése a protein-kinázok egy bizonyos osztályának aktiválásához vezet. Esetenként egy membránreceptor-alegységnek enzimaktivitása lehet. Például: inzulin receptor tirozin protein kináz, amelynek aktivitását egy hormon szabályozza.

Az inzulin hatása a célsejtekre a membránreceptorokhoz való kötődése után kezdődik, míg a receptor intracelluláris doménje tirozin-kináz aktivitással rendelkezik. A tirozin-kináz elindítja az intracelluláris fehérjék foszforilációs folyamatait. A receptor autofoszforilációja ebben az esetben az elsődleges jel növekedéséhez vezet. Az inzulin-receptor komplex a foszfolipáz C aktiválását, az inozitol-trifoszfát és a diacil-glicerin másodlagos hírvivőinek képződését, a protein kináz C aktiválását, a c. AMF. Számos másodlagos hírvivő rendszer bevonása magyarázza az inzulin hatásának sokféleségét és különbségeit a különböző szövetekben.

Egy másik rendszer a guanilát-cikláz hírvivő rendszer. A receptor citoplazmatikus doménje guanilát-cikláz (hem-tartalmú enzim) aktivitással rendelkezik. Molekulák c. A GTP aktiválhatja az ioncsatornákat vagy a GG protein kinázt, amely foszforilálja az enzimeket. c. A GMF szabályozza a vízcserét és az iontranszportot a vesékben és a belekben, a szívizomban pedig a relaxáció jeleként szolgál.

inozitol-foszfát rendszer. A hormon receptorhoz való kötődése konformációs változást okoz a receptorban. Megtörténik a G-G fehérje disszociációja, és a GDP-t GTP váltja fel. A GTP-molekulához kapcsolódó elválasztott α-alegység affinitást szerez a foszfolipáz C-hez. A foszfolipáz-C hatására a membrán lipid foszfatidil-inozitol-4,5-biszfoszfát (FIF 2) hidrolizálódik és inozitol-1, 4, 5-trifoszfát (IF 3 ) és diacilglicerin (DAG). A DAG részt vesz a protein kináz C (PKC) enzim aktiválásában. Az inozitol-1, 4, 5-trifoszfát (IF 3) az ER membrán Ca 2+ csatornájának specifikus központjaihoz kötődik, ami a fehérje konformációjának megváltozásához és a csatorna megnyílásához vezet - a Ca 2+ belép a citoszolba. . Ha a citoszolban nincs IF3, a csatorna zárva van.

A hormonpályákat két alternatív lehetőségnek tekintik:

1) a hormon hatása a sejtmembrán felszínéről specifikus membránreceptorhoz való kötődés után, és ezáltal biokémiai átalakulások láncának elindítása a membránban és a citoplazmában (peptidhormonok és katekolaminok hatásai);

2) a hormon hatása a membránon keresztülés a citoplazmatikus receptorhoz való kötődés, amely után a hormon-receptor komplex behatol a sejt magjába és sejtszervecskéibe, ahol megvalósítja szabályozó hatását (szteroid hormonok, pajzsmirigyhormonok).

Guanilát cikláz-cGMP rendszer

Guanilát cikláz-cGMP rendszer. A membrán-guanilát-cikláz aktiválása nem a hormon-receptor komplex közvetlen hatása alatt történik, hanem közvetve a membránok ionizált kalcium- és oxidáló rendszerein keresztül. A guanilát-cikláz aktivitás tipikus stimulálása acetilkolinnal szintén közvetett módon, Ca++-on keresztül valósul meg. A guanilát-cikláz aktiválása révén a pitvari nátriuretikus hormon, egy atriopeptid is kifejti hatását. A peroxidáció aktiválásával az érfal biológiailag aktív anyaga (szöveti hormon), egy relaxáló endothel faktor, stimulálja a gu-anilát ciklázt. A guanilát-cikláz hatására a GTP-ből cGMP szintetizálódik, amely aktiválja a cGMP-függő protein kinázokat, amelyek csökkentik a miozin könnyű láncok foszforilációjának sebességét az érfalak simaizmában, ami ezek ellazulásához vezet. A legtöbb szövetben a cAMP és a cGMP biokémiai és élettani hatása ellentétes. Ilyenek például a szívösszehúzódások stimulálása cAMP hatására és gátlásuk cGMP-vel, a bél simaizom-összehúzódásának cGMP-vel történő stimulálása és a cAMP elnyomása. A cGMP szerepet játszik a retina receptorainak hiperpolarizációjában fényfotonok hatására. A cGMP enzimatikus hidrolízisét specifikus foszfodiészteráz segítségével hajtják végre.

8. JEGY

A parathormon és a kalcitonin szerepe a vér kalciumszintjének szabályozásában. Kémiai eredet, hatásmechanizmusok, célszervek, anyagcsere hatások. E hormonok hiper- és hipofunkciójával kapcsolatos patológiák.

parathormon- egy 84 aminosavból álló polipeptid, amelyet a mellékpajzsmirigyek nagy molekulatömegű prohormon formájában hoznak létre és választanak ki. A sejtek elhagyása után a prohormon proteolízisen megy keresztül, és mellékpajzsmirigy hormon képződik. A mellékpajzsmirigyhormon termelése, szekréciója és hidrolitikus hasítása szabályozza a kalcium koncentrációját a vérben. Ennek csökkenése a hormon szintézisének és felszabadulásának serkentéséhez vezet, a csökkenés pedig az ellenkező hatást váltja ki. A parathormon növeli a kalcium és a foszfát koncentrációját a vérben. A mellékpajzsmirigy hormon az oszteoblasztokra hat, ami fokozza a csontok demineralizációját. Nemcsak maga a hormon aktív, hanem amino-terminális peptidje is (1-34 aminosav). Minél nagyobb mennyiségben képződik a mellékpajzsmirigy-hormon hidrolízise során a májsejtekben és a vesékben, minél alacsonyabb a kalcium koncentrációja a vérben. Az oszteoklasztokban a csont köztiterméket elpusztító enzimek aktiválódnak, a vese proximális tubulusainak sejtjeiben pedig a foszfátok fordított reabszorpciója gátolt. A kalcium felszívódása fokozódik a bélben.

Kalcitonin- a pajzsmirigy C-sejtjeiben (parafollikuláris sejtjeiben) szintetizálódik a hipokalcémiás hatású, peptid jellegű hormon. Némelyik a tüdőből szintetizálódik. D. Knopp 1962-ben hívta fel először a figyelmet a kalcitonin létezésére, amely képes fenntartani a kalcium állandó szintjét a vérben, aki tévesen azt hitte, hogy ezt a hormont a mellékpajzsmirigyek szintetizálják.
A hormon fő célpontjai a csontok és a vesék. A kalcitonin fő élettani szerepe a hiperkalcémia megelőzése, amely akkor lehetséges, ha a kalcium bejut a szervezetbe. Ez a funkció nagy valószínűséggel a kalcium csontokból történő felszabadulásának gátlásával valósul meg.
Ennek a hormonnak a fő funkciója a mellékpajzsmirigy hormon (a mellékpajzsmirigyek által termelt hormon, amely szintén részt vesz a kalcium-anyagcsere szabályozásában és növeli a vér kalciumtartalmát. Lásd "Parathormon") elleni antagonista hatás. A kalcitonin és a parathormon csontokra gyakorolt ​​hatása általában ellentétes, ugyanakkor nem antiparatiroid hormon. Valószínűleg ezek a hormonok a csontok különböző típusú sejtjeire hatnak.
A kalcitonin szintézis szabályozását a vér kalciumkoncentrációja szabályozza. A kalciumkoncentráció növekedése serkenti a hormon szintézisét, a csökkenés ellenkező hatáshoz vezet. A kalcitonin hatása az oszteoklasztok aktivitásának gátlásában, a csontfelszívódás csökkenésében, a kalcium csontból történő felszabadulásának megakadályozásában és ennek következtében a vér kalciumtartalmának csökkenésében nyilvánul meg. A kalcitonin közvetlen hatással van a vesére, fokozza a kalcium, foszfor és nátrium kiválasztását azáltal, hogy elnyomja a tubuláris reabszorpcióját. A kalcitonin gátolja a kalcium felszívódását a vékonybélben.
A klinikai gyakorlatban a velős pajzsmirigyrák diagnosztizálása szempontjából fontos lehet a vér kalcitonin tartalmának meghatározása, mivel ennek a rákformának a tartalma a vérszérumban megnő. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a vér kalcitonintartalmának növekedése fordulhat elő tüdő- és emlőrák, valamint más lokalizációjú daganatok (prosztatarák) esetén. Terhesség, ösztrogén kezelés, kalcium adás, D-vitamin túladagolás esetén előfordulhat némi tartalomnövelés, ezért a diagnózis felállítása minden lehetséges vizsgálati módszer figyelembevételével történik.

célszervek PTH esetében - csontok és vesék. A vese és a csontszövet sejtjeiben specifikus receptorok lokalizálódnak, amelyek kölcsönhatásba lépnek a mellékpajzsmirigy hormonnal, aminek eredményeként események sorozata indul be, ami az adenilát-cikláz aktiválásához vezet. A sejten belül megnő a cAMP molekulák koncentrációja, amelyek hatása serkenti a kalciumionok mobilizálását az intracelluláris tartalékokból. A kalciumionok olyan kinázokat aktiválnak, amelyek specifikus fehérjéket foszforilálnak, amelyek specifikus gének transzkripcióját indukálják.

Hyperparathyreosis

Primer hyperparathyreosisban a mellékpajzsmirigyhormon-szekréció elnyomásának mechanizmusa a hiperkalcémiára válaszul megszakad. Ez a betegség 1:1000 gyakorisággal fordul elő. Oka lehet a mellékpajzsmirigy daganata (80%) vagy a mirigyek diffúz hiperpláziája, egyes esetekben a mellékpajzsmirigyrák (kevesebb, mint 2%). A mellékpajzsmirigyhormon túlzott szekréciója a kalcium és a foszfát fokozott mobilizációjához vezet a csontszövetből, megnövekedett kalcium reabszorpciójához és a foszfát vesékben történő kiválasztásához. Ennek eredményeként hypercalcaemia lép fel, ami a neuromuszkuláris ingerlékenység csökkenéséhez és az izom hipotenziójához vezethet. A betegeknél általános és izomgyengeség, bizonyos izomcsoportokban fáradtság és fájdalom jelentkezik, nő a gerinc-, combcsont- és alkarcsontok törésének kockázata. A foszfát- és kalciumionok koncentrációjának növekedése a vesetubulusokban vesekőképződést okozhat, és hyperphosphaturiához és hypophosphataemiához vezet.

Másodlagos hyperparathyreosis krónikus veseelégtelenségben és D 3 -vitamin-hiányban fordul elő, és hipokalcémiával jár együtt, amely főként a kalcium bélben történő felszívódásának károsodásával jár, ami az érintett vesék által a kalcitriol képződésének gátlása miatt következik be. Ebben az esetben a mellékpajzsmirigyhormon szekréciója nő. A parathormon emelkedett szintje azonban nem tudja normalizálni a kalciumionok koncentrációját a vérplazmában a kalcitriol szintézisének megsértése és a kalcium felszívódásának csökkenése miatt a bélben. A hipokalcémiával együtt gyakran megfigyelhető hyperfostataemia. A betegek csontvázkárosodást (csontritkulás) alakítanak ki a csontszövetből származó kalcium fokozott mobilizációja miatt. Egyes esetekben (adenóma vagy a mellékpajzsmirigy hiperplázia kialakulásával) a parathormon autonóm hiperszekréciója kompenzálja a hipokalcémiát, és hiperkalcémiához vezet. tercier hyperparathyreosis).

Hypoparathyreosis

A mellékpajzsmirigy-elégtelenség következtében fellépő hypoparathyreosis fő tünete a hypocalcaemia. A vér kalciumion-koncentrációjának csökkenése neurológiai, szemészeti és szív- és érrendszeri betegségeket, valamint kötőszöveti károsodást okozhat. A hypoparathyreosisban szenvedő betegeknél fokozódik a neuromuszkuláris vezetés, tónusos görcsrohamok, légzőizmok és rekeszizom görcsök, laryngospasmus

A hormonok hatásmechanizmusainak megfejtése az állati szervezetben lehetőséget ad az élettani folyamatok - az anyagcsere szabályozása, a fehérje bioszintézis, a szövetnövekedés és a differenciálódás - jobb megértésére.

Ez gyakorlati szempontból is fontos, a természetes és szintetikus hormonkészítmények állattenyésztésben és állatgyógyászatban való egyre nagyobb felhasználása kapcsán.

Jelenleg mintegy 100 hormon van, amelyek az endokrin mirigyekben képződnek, bejutnak a vérbe, és sokoldalúan befolyásolják a sejtekben, szövetekben és szervekben zajló anyagcserét. Nehéz olyan élettani folyamatokat meghatározni a szervezetben, amelyek ne lennének a hormonok szabályozó hatása alatt. Ellentétben sok olyan enzimmel, amelyek egyéni, szűken irányított változásokat okoznak a szervezetben, a hormonok többféle hatással vannak az anyagcsere folyamatokra és más élettani funkciókra. Ugyanakkor általában egyik hormon sem biztosítja teljes mértékben az egyes funkciók szabályozását. Ez számos hormon működését igényli bizonyos sorrendben és kölcsönhatásban. Tehát például a szomatotropin csak az inzulin és a pajzsmirigyhormonok aktív részvételével stimulálja a növekedési folyamatokat. A tüszők növekedését elsősorban a follitropin biztosítja, érésük és az ovuláció folyamata pedig a lutropin stb. szabályozó hatása alatt megy végbe.

A vérben lévő hormonok többsége albuminokhoz vagy globulinokhoz kapcsolódik, ami megakadályozza, hogy az enzimek gyorsan elpusztítsák őket, és fenntartja a metabolikusan aktív hormonok optimális koncentrációját a sejtekben és a szövetekben. A hormonok közvetlen hatással vannak a fehérje bioszintézis folyamatára. A célszövetekben a szteroid és fehérjehormonok (nem, hármas hipofízis hormonok) a sejtek számának és térfogatának növekedését okozzák. Más hormonok, mint például az inzulin, a glükokortikoidok és a mineralokortikoidok, közvetetten befolyásolják a fehérjeszintézist.

A sejtmembránreceptorok a hormonok élettani hatásának első láncszemei ​​állatokban. Ugyanabban a sejtben számos faj található; specifikus receptorok, amelyek segítségével szelektíven megkötik a vérben keringő különböző hormonok molekuláit. Például a membránjukban lévő zsírsejtek specifikus receptorokkal rendelkeznek a glukagonra, lutropinra, tirotropinra, kortikotropinra.

Molekuláik nagy mérete miatt a legtöbb fehérje jellegű hormon nem tud behatolni a sejtekbe, hanem azok felszínén helyezkedik el, és a megfelelő receptorokkal kölcsönhatásba lépve befolyásolja a sejten belüli anyagcserét. Tehát különösen a tirotropin hatása molekuláinak a pajzsmirigy sejtek felszínén történő rögzítéséhez kapcsolódik, amelynek hatására a sejtmembránok nátriumionok permeabilitása nő, és jelenlétükben nő a glükóz oxidációjának intenzitása. Az inzulin növeli a sejtmembránok permeabilitását a szövetekben és szervekben a glükózmolekulák számára, ami segít csökkenteni koncentrációját a vérben és átjutni a szövetekbe. A szomatotropin a sejtmembránokra hatva serkenti a nukleinsavak és fehérjék szintézisét is.

Ugyanazok a hormonok különböző módon befolyásolhatják a szöveti sejtekben zajló anyagcsere folyamatokat. A sejtmembránok és az intracelluláris struktúrák membránjainak különböző enzimek és egyéb vegyi anyagok számára történő permeabilitásának megváltozásával párhuzamosan, ugyanazon hormonok hatására, a sejten kívüli és a sejten belüli környezet ionösszetétele, valamint a különböző enzimek és más vegyszerek aktivitása is megváltozik. az anyagcsere folyamatok intenzitása, változhat.

A hormonok nem közvetlenül, hanem mediátorok (közvetítők) segítségével befolyásolják az enzimek aktivitását és a sejtek génapparátusát. Az egyik ilyen mediátor a ciklikus 3', 5'-adenozin-monofoszfát (ciklikus AMP). A ciklikus AMP (cAMP) a sejtek belsejében adenozin-trifoszforsavból (ATP) képződik a sejtmembránon található adenil-cikláz enzim részvételével, amely aktiválódik, ha a megfelelő hormonoknak van kitéve. Az intracelluláris membránokon egy foszfodiészteráz enzim található, amely a cAMP-t kevésbé aktív anyaggá - 5'-adenozin-monofoszfáttá - alakítja át, és ez leállítja a hormon hatását.

Ha egy sejt több olyan hormon hatásának van kitéve, amelyek serkentik a benne lévő cAMP szintézisét, akkor a reakciót ugyanaz az adenilcikláz katalizálja, de a sejtmembránok receptorai ezekre a hormonokra szigorúan specifikusak. Ezért például a kortikotropin csak a mellékvesekéreg sejtjeit érinti, a tirotropin pedig a pajzsmirigy sejtjeit stb.

Részletes tanulmányok kimutatták, hogy a legtöbb fehérje- és peptidhormon hatása az adenil-cikláz aktivitás stimulálásához és a cAMP koncentrációjának növekedéséhez vezet a célsejtekben, ami a hormonális információ további átvitelével jár együtt számos protein-kináz aktív részvételével. . A cAMP a hormon intracelluláris közvetítőjeként játszik szerepet, biztosítva a tőle függő protein-kinázok aktivitásának növekedését a citoplazmában és a sejtmagokban. A cAMP-függő protein kinázok viszont katalizálják a riboszóma fehérjék foszforilációját, ami közvetlenül összefügg a fehérjeszintézis szabályozásával a célsejtekben peptid hormonok hatására.

A szteroid hormonok, katekolaminok, pajzsmirigyhormonok a molekulák kis méretéből adódóan átjutnak a sejtmembránon, és kapcsolatba kerülnek a sejtek belsejében lévő citoplazmatikus receptorokkal. Ezt követően a szteroid hormonok receptoraikkal kombinálva, amelyek savas fehérjék, átjutnak a sejtmagba. Feltételezzük, hogy a peptidhormonok, mivel a hormon-receptor komplexek lehasadnak, a citoplazmában, a Golgi-komplexben és a nukleáris burokban lévő specifikus receptorokra is hatással vannak.

Nem minden hormon serkenti az adenil-cikláz enzim aktivitását, és növeli annak koncentrációját a sejtekben. Egyes peptidhormonok, különösen az inzulin, a citocin, a kalcitonin, gátolják az adenilciklázt. Hatásuk élettani hatása feltehetően nem a cAMP-koncentráció növekedésének, hanem annak csökkenésének köszönhető. Ugyanakkor az ezekre a hormonokra specifikusan érzékeny sejtekben megnő egy másik ciklikus nukleotid, a ciklikus guanozin-monofoszfát (cGMP) koncentrációja. A hormonok hatásának eredménye a test sejtjeiben végső soron mindkét ciklikus nukleotid - a cAMP és a cGMP - hatásától függ, amelyek univerzális intracelluláris mediátorok - a hormonok közvetítői. A szteroid hormonok hatását illetően, amelyek receptoraikkal együtt behatolnak a sejtmagba, a cAMP és a cGMP intracelluláris mediátor szerepét kétségesnek tartják.

Sok, ha nem az összes hormon közvetetten – az enzimfehérjék bioszintézisének megváltozása révén – mutatja ki a végső élettani hatást. A fehérje bioszintézis egy összetett, többlépcsős folyamat, amelyet a sejtek génberendezésének aktív részvételével hajtanak végre.

A hormonok fehérje-bioszintézisre gyakorolt ​​szabályozó hatását főként az RNS-polimeráz reakció stimulálásával, riboszómális és nukleáris típusú RNS, valamint hírvivő RNS képződésével, valamint a riboszómák és a fehérje-anyagcsere egyéb kapcsolatainak funkcionális aktivitásának befolyásolásával hajtják végre. A sejtmagokban található specifikus protein kinázok serkentik a megfelelő fehérjekomponensek foszforilációját és az RNS polimeráz reakciót a sejtekben és a célszervekben a fehérjeszintézist kódoló hírvivő RNS-ek képződésével. Ugyanakkor a sejtek magjában a gének derepresszálódnak, amelyek felszabadulnak a specifikus represszorok - nukleáris hisztonfehérjék - gátló hatásából.

A sejtmagokban lévő hormonok, például ösztrogének és androgének a hisztonfehérjékhez kötődnek, amelyek elnyomják a megfelelő géneket, és ezáltal a sejtek génapparátusát aktív működési állapotba hozzák. Ugyanakkor az androgének kevésbé befolyásolják a sejtek génberendezését, mint az ösztrogének, ami az utóbbiak kromatinnal való aktívabb kapcsolatának és az RNS-szintézis gyengülésének köszönhető a magokban.

A sejtekben a fehérjeszintézis aktiválásával együtt a génaktivitás represszorai, hisztonfehérjék képződése történik, ami megakadályozza a sejtmagok metabolikus funkcióit és a növekedési stimuláció túlzott megnyilvánulását. Következésképpen a sejtmagok saját mechanizmussal rendelkeznek az anyagcsere és a növekedés genetikai és mitotikus szabályozására.

A hormonoknak a szervezet anabolikus folyamataira gyakorolt ​​hatásával összefüggésben nő a takarmánytápanyagok visszatartása, és ennek következtében a köztes anyagcsere szubsztrátjainak száma, a nitrogéntartalmú és egyéb vegyületek hatékonyabb felhasználásával összefüggő biokémiai folyamatok szabályozó mechanizmusai. aktiválva vannak.

A sejtekben a fehérjeszintézis folyamatait a szomatotropin, a kortikoszteroidok, az ösztrogének és a tiroxin is befolyásolják. Ezek a hormonok serkentik a különböző hírvivő RNS-ek szintézisét, és ezáltal fokozzák a megfelelő fehérjék szintézisét. A fehérjeszintézis folyamataiban az inzulin is fontos szerepet játszik, amely serkenti a hírvivő RNS-ek kötődését a riboszómákhoz, és ennek következtében aktiválja a fehérjeszintézist. A sejtek kromoszómális apparátusának aktiválásával a hormonok befolyásolják a fehérjeszintézis sebességének növekedését és az enzimek koncentrációját a máj és más szervek és szövetek sejtjeiben. A hormonok intracelluláris anyagcserére gyakorolt ​​hatásának mechanizmusát azonban még nem vizsgálták eléggé.

A hormonok hatása általában szorosan összefügg a sejtekben, szövetekben és szervekben biokémiai folyamatokat biztosító enzimek funkcióival. A hormonok az enzimek specifikus aktivátoraiként vagy inhibitoraiként vesznek részt a biokémiai reakciókban, hatásukat az enzimekre azáltal, hogy biztosítják azok kapcsolatát különböző biokolloidokkal.

Mivel az enzimek fehérjetestek, a hormonok funkcionális aktivitásukra gyakorolt ​​hatása elsősorban az enzimek és a katabolikus koenzimfehérjék bioszintézisének befolyásolásában nyilvánul meg. A hormonok aktivitásának egyik megnyilvánulása, hogy részt vesznek számos enzim kölcsönhatásában az összetett reakciók és folyamatok különböző részeiben. Mint tudják, a vitaminok bizonyos szerepet játszanak a koenzimek felépítésében. Úgy tartják, hogy ezekben a folyamatokban a hormonok is szabályozó szerepet játszanak. Például a kortikoszteroidok befolyásolják bizonyos B-vitaminok foszforilációját.

A prosztaglandinok esetében különösen fontos a magas élettani aktivitásuk és a nagyon alacsony mellékhatásuk. Ma már ismert, hogy a prosztaglandinok a sejten belül közvetítőként hatnak, és fontos szerepet játszanak a hormonok hatásának megvalósításában. Ezzel egyidejűleg aktiválódnak a ciklikus adenozin-monofoszfát (cAMP) szintézisének folyamatai, amely képes a hormonok szűken irányított hatásának továbbítására. Feltételezhető, hogy a sejteken belüli farmakológiai anyagok specifikus prosztaglandinok termelése miatt hatnak. Jelenleg sok országban vizsgálják a prosztaglandinok sejt- és molekuláris szintű hatásmechanizmusát, mivel a prosztaglandinok hatásának átfogó vizsgálata lehetővé teszi az anyagcsere és más fiziológiai folyamatok célzott befolyásolását az állati szervezetben.

A fentiek alapján megállapítható, hogy a hormonok összetett és sokoldalú hatást fejtenek ki az állati szervezetben. Az idegi és humorális szabályozás komplex hatása biztosítja az összes biokémiai és élettani folyamat összehangolt lefolyását. A legapróbb részletekben azonban a hormonok hatásmechanizmusát még nem vizsgálták kellőképpen. Ez a probléma sok tudóst érdekel, és nagy érdeklődésre tart számot az endokrinológia elmélete és gyakorlata, valamint az állattenyésztés és az állatgyógyászat számára.