Il meccanismo d'azione degli ormoni. Classificazioni ormonali

Gli ormoni sono coinvolti nella gestione del metabolismo nel modo seguente. Il flusso di informazioni sullo stato dell'ambiente interno del corpo e sui cambiamenti associati alle influenze esterne entra nel sistema nervoso, dove viene elaborato e si forma un segnale di risposta. Entra negli organi effettori sotto forma di impulsi nervosi lungo i nervi cetrigeo e indirettamente attraverso il sistema endocrino.

Il punto in cui i flussi di informazioni nervose ed endocrine si fondono è l'ipotalamo: gli impulsi nervosi provenienti da diverse parti del cervello arrivano qui. Determinano la produzione e la secrezione di ormoni ipotalamici, che a loro volta, attraverso la ghiandola pituitaria, influenzano la produzione di ormoni da parte delle ghiandole endocrine periferiche. Gli ormoni delle ghiandole periferiche, in particolare il midollo surrenale, controllano la secrezione dell'ipotalamo. In definitiva, il contenuto dell'ormone nel flusso sanguigno viene mantenuto secondo il principio dell'autoregolazione. Un livello alto dell'ormone disattiva o indebolisce la sua formazione da un meccanismo di feedback negativo, un livello basso migliora la produzione.

Gli ormoni agiscono selettivamente sui tessuti, a causa della diseguale sensibilità dei tessuti ad essi. Vengono chiamati gli organi e le cellule più sensibili all'influenza di un particolare ormone il bersaglio dell'ormone (organo bersaglio o cellula bersaglio).

Concetto di tessuto bersaglio. Un tessuto bersaglio è un tessuto in cui un ormone provoca una specifica risposta fisiologica (biochimica) Diversi fattori determinano la risposta complessiva di un tessuto bersaglio a un ormone. Prima di tutto, questa è la concentrazione locale dell'ormone vicino al tessuto bersaglio, che dipende da:

1. il tasso di sintesi e secrezione dell'ormone;

2. vicinanza anatomica del tessuto bersaglio alla fonte dell'ormone;

3. costanti di legame dell'ormone con una specifica proteina veicolante (se presente);

4. il tasso di trasformazione di una forma inattiva o inattiva dell'ormone in una forma attiva;

5. il tasso di scomparsa dell'ormone dal sangue a causa del decadimento o dell'escrezione.

La risposta effettiva del tessuto è determinata da:

Attività relativa e (o) grado di occupazione di recettori specifici

Lo stato di sensibilizzazione - desentazione della cellula.

La specificità degli ormoni rispetto alle cellule bersaglio è dovuta alla presenza nelle cellule recettori r specifici.

Tutti i recettori ormonali possono essere suddivisi in 2 tipi:

1) localizzato sulla superficie esterna della membrana cellulare;

2) cellule situate nel citoplasma.

Proprietà del recettore:

Chiara specificità del substrato;

saturabilità;

Affinità per l'ormone nel limite delle concentrazioni biologiche dell'ormone;

reversibilità dell'azione.

A seconda della posizione in cui vengono trasmesse le informazioni nella cella, è possibile distinguere quanto segue: varianti dell'azione ormonale:

1) Membrana (locale).

2) Membrana-intracellulare o mediata.

3) Citoplasmatico (diretto).

Tipo di membrana l'azione si realizza nel sito di legame dell'ormone alla membrana plasmatica e consiste in un cambiamento selettivo della sua permeabilità. Secondo il meccanismo d'azione, l'ormone in questo caso funge da effettore allosterico dei sistemi di trasporto della membrana. Quindi, ad esempio, il trasferimento transmembrana del glucosio viene fornito sotto l'azione di insulina, amminoacidi e alcuni ioni. Di solito il tipo di azione della membrana è combinato con la membrana intracellulare.

Azione membrana-intracellulare ormoni è caratterizzato dal fatto che l'ormone non penetra nella cellula, ma influenza lo scambio in essa attraverso un intermediario, che è, per così dire, un rappresentante dell'ormone nella cellula - un intermediario secondario (l'intermediario primario è il ormone stesso). I nucleotidi ciclici (cAMP, cGMP) e gli ioni calcio agiscono come messaggeri secondari.

La regolazione è un meccanismo complesso complesso che reagisce a vari tipi di influenze modificando il metabolismo e mantenendo la costanza dell'ambiente interno.

Regolazione tramite cAMP o cGMP. L'enzima è incorporato nella membrana citoplasmatica della cellula adenilato ciclasi, composto da 3 parti - riconoscente(un insieme di recettori situati sulla superficie della membrana), coniugare(proteina N, che occupa una posizione intermedia nel doppio strato lipidico della membrana tra il recettore e la parte catalitica) e catalitico(in realtà una proteina enzimatica, il cui centro attivo è rivolto all'interno della cellula). La proteina catalitica ha siti separati per il legame di cAMP e cGMP.

Il trasferimento di informazioni, la cui fonte è l'ormone, avviene come segue:

L'ormone si lega al recettore;

Il complesso ormone-recettore interagisce con la proteina N, modificandone la configurazione;

Il cambio di configurazione comporta la conversione del PIL (presente nella proteina inattiva) in GTP;

Il complesso proteina-GTP attiva la stessa adenilato ciclasi;

L'adenilato ciclasi attiva genera cAMP all'interno della cellula (ATP ¾® cAMP + H 4 P 2 O 7)

L'adenilato ciclasi funziona finché il complesso recettore ormonale viene preservato, quindi una molecola del complesso ha il tempo di formare da 10 a 100 molecole di cAMP.

La sintesi di cGMP viene attivata allo stesso modo, con l'unica differenza che il complesso recettore dell'ormone attiva la guanilato ciclasi, che produce cGMP da GTP.

I nucleotidi ciclici attivano le protein chinasi (cAMP-dipendenti o cGMP-dipendenti);

Le protein chinasi attivate fosforilano varie proteine ​​a spese dell'ATP;

La fosforilazione è accompagnata da un cambiamento nell'attività funzionale (attivazione o inibizione) di queste proteine.

I nucleotidi ciclici (cAMP e cGMP) agiscono su diverse proteine, quindi l'effetto dipende dal recettore di membrana che lega l'ormone. La natura del recettore determina se l'attività delle proteine ​​enzimatiche dipendenti da cAMP o cGMP sarà modificata. Spesso questi nucleotidi hanno effetti opposti. Pertanto, i processi biochimici nella cellula sotto l'influenza di un ormone possono essere attivati ​​​​o inibiti, a seconda di quali recettori ha la cellula. Ad esempio, l'adrenalina può legarsi ai recettori b e a. I primi includono l'adenilato ciclasi e la formazione di cAMP, i secondi includono la guanilato ciclasi e la formazione di cGMP. I nucleotidi ciclici attivano diverse proteine, quindi la natura dei cambiamenti metabolici nella cellula non dipende dall'ormone, ma dai recettori che la cellula ha.

L'influenza dei nucleotidi ciclici sul metabolismo è bloccata dagli enzimi fosfodiesterasi.

Pertanto, il processo controllato attraverso il sistema adenilato ciclasi dipende dal rapporto tra la velocità di produzione di cAMP o cGMP e la velocità del loro decadimento.

Il meccanismo d'azione degli ormoni, compreso il sistema dell'adenilato ciclasi, è inerente agli ormoni di natura proteica e polipeptidica, nonché alle catecolamine (adrenalina, norepinefrina).

Il meccanismo d'azione citoplasmatico è inerente agli ormoni di natura steroidea.

I recettori degli ormoni steroidei si trovano nel citoplasma della cellula. Questi ormoni (che possiedono proprietà lipofile), penetrando nella cellula, interagiscono con i recettori per formare un complesso ormone-recettore che, dopo un riarrangiamento molecolare che porta alla sua attivazione, entra nel nucleo cellulare, dove interagisce con la cromatina. In questo caso, i geni vengono attivati ​​e successivamente si sviluppa una catena di processi, accompagnati da una maggiore sintesi di RNA, compresi quelli informativi. Ciò porta all'induzione degli enzimi corrispondenti durante il processo di traduzione, che comporta un cambiamento nella velocità e nella direzione dei processi metabolici nella cellula.

Pertanto, in questo caso, l'effetto ormonale si realizza a livello dell'apparato genetico della cellula bersaglio.

Gli effetti biologici degli ormoni che colpiscono l'apparato genetico della cellula si manifestano principalmente nell'effetto sulla crescita e sulla differenziazione di tessuti e organi.

Un tipo misto di trasferimento di informazioni è caratteristico delle iodotironine(ormoni tiroidei), che in termini di proprietà lipofile occupano una posizione intermedia tra gli ormoni idrosolubili e lipofili (steroidi). Questo gruppo di ormoni realizza il suo effetto sia attraverso meccanismi intracellulari di membrana che citosolici.

Inizialmente, il termine "ormone" indicava sostanze chimiche che vengono secrete dalle ghiandole endocrine nei vasi linfatici o sanguigni, circolano nel sangue e hanno un effetto su vari organi e tessuti situati a notevole distanza dal luogo della loro formazione. Tuttavia, si è scoperto che alcune di queste sostanze (ad esempio la norepinefrina), circolanti nel sangue come ormoni, svolgono la funzione di neurotrasmettitore (neurotrasmettitore), mentre altre (somatostatina) sono sia ormoni che neurotrasmettitori. Inoltre, alcune sostanze chimiche vengono secrete dalle ghiandole o cellule endocrine sotto forma di pro-ormoni e solo alla periferia vengono convertite in ormoni biologicamente attivi (testosterone, tiroxina, angiotensinogeno, ecc.).

Gli ormoni, in senso lato, sono sostanze biologicamente attive e vettori di informazioni specifiche, attraverso le quali avviene la comunicazione tra varie cellule e tessuti, necessaria per la regolazione di numerose funzioni dell'organismo. L'informazione contenuta negli ormoni raggiunge la sua destinazione per la presenza di recettori che la traducono in un'azione post-recettoria (influenza), accompagnata da un certo effetto biologico.

Attualmente si distinguono le seguenti opzioni per l'azione degli ormoni:

1) ormonale o emocrino, cioè azione a notevole distanza dal luogo di formazione;

2) isocrino, o locale, quando una sostanza chimica sintetizzata in una cellula ha un effetto su una cellula situata a stretto contatto con la prima e il rilascio di questa sostanza viene effettuato nel liquido interstiziale e nel sangue;

3) azione neurocrina, o neuroendocrina (sinaptica e non sinaptica), quando l'ormone, rilasciato dalle terminazioni nervose, svolge la funzione di neurotrasmettitore o neuromodulatore, cioè una sostanza che altera (solitamente potenzia) l'azione di un neurotrasmettitore;

4) paracrino: una sorta di azione isocrina, ma allo stesso tempo l'ormone formato in una cellula entra nel liquido intercellulare e colpisce un numero di cellule situate nelle immediate vicinanze;

5) juxtacrine - una sorta di azione paracrina, quando l'ormone non entra nel liquido intercellulare e il segnale viene trasmesso attraverso la membrana plasmatica di un'altra cellula vicina;

6) azione autocrina, quando un ormone rilasciato da una cellula colpisce la cellula stessa, modificandone l'attività funzionale;

7) azione solinocrina, quando un ormone proveniente da una cellula entra nel lume del dotto e quindi raggiunge un'altra cellula, esercitando su di essa un effetto specifico (ad esempio, alcuni ormoni gastrointestinali).

La sintesi degli ormoni proteici, come altre proteine, è sotto controllo genetico e le cellule tipiche dei mammiferi esprimono geni che codificano tra 5.000 e 10.000 proteine ​​diverse e alcune cellule altamente differenziate fino a 50.000 proteine. Qualsiasi sintesi proteica inizia con la trasposizione di segmenti di DNA, seguita da trascrizione, elaborazione post-trascrizionale, traduzione, elaborazione post-traduzionale e modifica. Molti ormoni polipeptidici sono sintetizzati sotto forma di grandi precursori di proormoni (proinsulina, proglucagone, proopiomelanocortina, ecc.). La conversione dei proormoni in ormoni avviene nell'apparato del Golgi.

Per natura chimica, gli ormoni si dividono in derivati ​​proteici, steroidei (o lipidici) e aminoacidi.

Gli ormoni proteici sono suddivisi in ormoni peptidici: ACTH, somatotropico (STH), melanociti-stimolante (MSH), prolattina, ormone paratiroideo, calcitonina, insulina, glucagone e proteide - glucoproteine: tireotropo (TSH), follicolo-stimolante (FSH), luteinizzante (LH), tireoglobulina. Gli ormoni ipofisiotropi e gli ormoni del tratto gastrointestinale appartengono agli oligopeptidi o piccoli peptidi. Gli ormoni steroidei (lipidi) includono corticosterone, cortisolo, aldosterone, progesterone, estradiolo, estriolo, testosterone, che sono secreti dalla corteccia surrenale e dalle gonadi. Anche gli steroli di vitamina D, calcitriolo, appartengono a questo gruppo. I derivati ​​dell'acido arachidonico sono, come già accennato, prostaglandine e appartengono al gruppo degli eicosanoidi. L'adrenalina e la noradrenalina, sintetizzate nel midollo surrenale e in altre cellule cromaffini, così come gli ormoni tiroidei, sono derivati ​​dell'amminoacido tirosina. Gli ormoni proteici sono idrofili e possono essere trasportati dal sangue sia allo stato libero che parzialmente legato alle proteine ​​del sangue. Gli ormoni steroidei e tiroidei sono lipofili (idrofobici), caratterizzati da una bassa solubilità, la maggior parte di essi circola nel sangue in uno stato legato alle proteine.

Gli ormoni svolgono la loro azione biologica complessandosi con i recettori, molecole informative che trasformano un segnale ormonale in un'azione ormonale. La maggior parte degli ormoni interagiscono con i recettori situati sulle membrane plasmatiche delle cellule, mentre altri ormoni interagiscono con i recettori localizzati a livello intracellulare, ad es. con citoplasmatica e nucleare.

Ormoni proteici, fattori di crescita, neurotrasmettitori, catecolamine e prostaglandine appartengono a un gruppo di ormoni per i quali i recettori si trovano sulle membrane plasmatiche delle cellule. I recettori plasmatici, a seconda della struttura, si dividono in:

1) recettori, il cui segmento transmembrana è costituito da sette frammenti (anse);

2) recettori, il cui segmento transmembrana è costituito da un singolo frammento (ansa o catena);

3) recettori, il cui segmento transmembrana è costituito da quattro frammenti (anse).

Gli ormoni il cui recettore è costituito da sette frammenti transmembrana includono: ACTH, TSH, FSH, LH, gonadotropina corionica umana, prostaglandine, gastrina, colecistochinina, neuropeptide Y, neuromedina K, vasopressina, adrenalina (a-1 e 2, b-1 e 2) , acetilcolina (M1, M2, M3 e M4), serotonina (1A, 1B, 1C, 2), dopamina (D1 e D2), angiotensina, sostanza K, sostanza P o neurochinine di tipo 1, 2 e 3, trombina, interleuchina -8, glucagone, calcitonina, secretina, somatoliberina, VIP, peptide attivante l'adenilato ciclasi ipofisario, glutammato (MG1 - MG7), adenina.

Il secondo gruppo comprende gli ormoni che hanno un frammento transmembrana: ormone della crescita, prolattina, insulina, somatomammotropina o lattogeno placentare, IGF-1, fattori di crescita nervosi o neurotrofine, fattore di crescita degli epatociti, peptide natriuretico atriale di tipo A, B e C, oncostatina , eritropoietina, fattore neurotrofico ciliare, fattore inibitorio leucemico, fattore di necrosi tumorale (p75 e p55), fattore di crescita nervosa, interferoni (a, b e g), fattore di crescita epidermico, fattore neurodifferenziante, fattori di crescita dei fibroblasti, fattori di crescita piastrinici A e B , fattore stimolante le colonie di macrofagi, attivina, inibina, interleuchine-2, 3, 4, 5, 6 e 7, fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi, fattore stimolante le colonie di granulociti, lipoproteina a bassa densità, transferrina, IGF-2, attivatore del plasminogeno dell'urochinasi.

Gli ormoni del terzo gruppo, il cui recettore ha quattro frammenti transmembrana, includono acetilcolina (muscolo e nervo nicotinico), serotonina, glicina, acido g-aminobutirrico.

I recettori di membrana sono componenti integrali delle membrane plasmatiche. La connessione dell'ormone con il corrispondente recettore è caratterizzata da un'elevata affinità, ad es. un alto grado di affinità del recettore per questo ormone.

L'effetto biologico degli ormoni che interagiscono con i recettori localizzati sulla membrana plasmatica viene effettuato con la partecipazione di un "secondo messaggero", o trasmettitore.

A seconda della sostanza che svolge la sua funzione, gli ormoni possono essere suddivisi nei seguenti gruppi:

1) ormoni che hanno un effetto biologico con la partecipazione dell'adenosina monofosfato ciclico (cAMP);

2) ormoni che svolgono la loro azione con la partecipazione della guanidina monofosfato ciclica (cGMP);

3) ormoni che mediano la loro azione con la partecipazione di calcio ionizzato o fosfatidilinositidi (inositolo trifosfato e diacilglicerolo) o entrambi i composti come secondo messaggero intracellulare;

4) ormoni che esercitano il loro effetto stimolando la cascata di chinasi e fosfatasi.

I meccanismi coinvolti nella formazione dei secondi messaggeri operano attraverso l'attivazione di adenilato ciclasi, guanilato ciclasi, fosfolipasi C, fosfolipasi A2, tirosin-chinasi, canali del Ca2+, ecc.

Corticoliberina, somatoliberina, VIP, glucagone, vasopressina, LH, FSH, TSH, gonadotropina corionica umana, ACTH, ormone paratiroideo, prostaglandine di tipo E, D e I, le catecolamine b-adrenergiche hanno un effetto ormonale attraverso l'attivazione del recettore attraverso la stimolazione dell'adenilato ciclasi - sistema cAMP. Allo stesso tempo, un altro gruppo di ormoni, come la somatostatina, l'angiotensina II, l'acetilcolina (effetto muscarinico), la dopamina, gli oppioidi e le catecolamine a2-adrenergiche, inibiscono il sistema dell'adenilato ciclasi-cAMP.

Nella formazione di secondi messaggeri per ormoni come gonadoliberina, tiroliberina, dopamina, trombossani A2, endoperossidi, leucotrieni, aggiotensina II, endotelina, ormone paratiroideo, neuropeptide Y, catecolamine a1-adrenergiche, acetilcolina, bradichinina, vasopressina, il sistema della fosfolipasi C, sono coinvolti l'inositolo trifosfato, la proteina chinasi C Ca2+-dipendente. L'insulina, il fattore stimolante le colonie di macrofagi, il fattore di crescita derivato dalle piastrine mediano la loro azione attraverso la tirosina chinasi e l'ormone natriuretico atriale, l'istamina, l'acetilcolina, la bradichinina, il fattore derivato dall'endotelio o il nitrico ossido, che a sua volta media l'azione vasodilatatrice della bradichinina, e dell'acetilcolina attraverso la guanilato ciclasi. Va notato che la divisione degli ormoni secondo il principio dell'attivazione dei sistemi o dell'uno o dell'altro secondo messaggero è arbitraria, poiché molti ormoni, dopo aver interagito con il recettore, attivano contemporaneamente più secondi messaggeri.

La maggior parte degli ormoni che interagiscono con i recettori plasmatici, aventi 7 frammenti transmembrana, attivano secondi messaggeri legandosi alle proteine ​​nucleotidiche del guanilato o alle proteine ​​G o alle proteine ​​regolatrici (proteine ​​G), che sono proteine ​​eterotrimeriche costituite da subunità a-, b-, g . Più di 16 geni codificanti per la subunità a, sono stati identificati diversi geni per le subunità b e g. Diversi tipi di subunità a hanno effetti non identici. Quindi, la subunità a-s inibisce i canali dell'adenilato ciclasi e Ca2+, la subunità a-q inibisce la fosfolipasi C, la subunità a-i inibisce i canali dell'adenilato ciclasi e Ca2+ e stimola la fosfolipasi C, i canali K+ e la fosfodiesterasi; la subunità b stimola la fosfolipasi C, l'adenilato ciclasi e i canali Ca2+, mentre la subunità g stimola i canali K+, la fosfodiesterasi e inibisce l'adenilato ciclasi. L'esatta funzione di altre subunità delle proteine ​​regolatrici non è stata ancora stabilita.

Gli ormoni che si complessano con un recettore avente un frammento transmembrana attivano enzimi intracellulari (tirosina chinasi, guanilato ciclasi, serina-treonina chinasi, tirosina fosfatasi). Gli ormoni, i cui recettori hanno 4 frammenti transmembrana, effettuano la trasmissione di un segnale ormonale attraverso i canali ionici.

Studi recenti hanno dimostrato che i secondi messaggeri non sono uno dei composti elencati, ma un sistema multistadio (a cascata), il cui substrato finale (sostanza) può essere uno o più composti biologicamente attivi. Pertanto, gli ormoni che interagiscono con i recettori che hanno 7 frammenti transmembrana e attivano la proteina G stimolano quindi l'adenilato ciclasi, la fosfolipasi o entrambi gli enzimi, che portano alla formazione di diversi secondi messaggeri: cAMP, inositolo trifosfato e diacilglicerolo. Ad oggi, questo gruppo è rappresentato dal maggior numero (più di 100) di recettori, che includono recettori peptidergici, dopaminergici, adrenergici, colinergici, serotoninergici e altri. In questi recettori, 3 frammenti extracellulari (anse) sono responsabili del riconoscimento e del legame dell'ormone, 3 frammenti intracellulari (anse) legano la proteina G. I domini transmembrana (intramembrana) sono idrofobici, mentre i frammenti extra e intracellulari (loop) sono idrofili. L'estremità citoplasmatica C-terminale della catena polipeptidica del recettore contiene siti in cui, sotto l'influenza delle proteine ​​G attivate, si verifica la fosforilazione, che caratterizza lo stato attivo del recettore con la formazione simultanea di messaggeri secondari: cAMP, inositolo trifosfato e diacilglicerolo.

L'interazione di un ormone con un recettore avente un frammento transmembrana porta all'attivazione di enzimi (tirosina chinasi, fosfato tirosina fosfatasi, ecc.) che fosforilano i residui di tirosina sulle molecole proteiche.

La complessazione dell'ormone con un recettore appartenente al terzo gruppo e avente 4 frammenti transmembrana porta all'attivazione di canali ionici e all'ingresso di ioni, che a loro volta stimolano (attivano) le serina-treonina chinasi mediando la fosforilazione di alcune regioni proteiche, o porta alla depolarizzazione della membrana. La trasmissione del segnale da parte di uno qualsiasi dei meccanismi elencati è accompagnata da effetti caratteristici dell'azione dei singoli ormoni.

La storia dello studio dei secondi messaggeri inizia con gli studi di Sutherland ed altri (1959), i quali hanno dimostrato che la degradazione del glicogeno epatico sotto l'influenza del glucagone e dell'adrenalina avviene attraverso l'effetto stimolante di questi ormoni sull'attività della cellula enzima di membrana adenilato ciclasi, che catalizza la conversione dell'adenosina trifosfato intracellulare (ATP) in cAMP (schema 1).

Schema 1. Conversione di ATP in cAMP.

La stessa adenilato ciclasi è una glicoproteina con un peso molecolare di circa 150.000 kDa. L'adenilato ciclasi è coinvolta con gli ioni Mg2+ nella formazione di cAMP, la cui concentrazione nella cellula è di circa 0,01-1 µg mol/l, mentre il contenuto di ATP nella cellula raggiunge un livello fino a 1 µg mol/l.

La formazione di cAMP avviene con l'aiuto del sistema adenilato ciclasi, che è uno dei componenti del recettore. L'interazione di un ormone con un recettore del primo gruppo (recettori aventi 7 frammenti transmembrana) comprende almeno 3 fasi successive: 1) attivazione del recettore, 2) trasmissione del segnale ormonale e 3) azione cellulare.

Il primo stadio, o livello, è l'interazione dell'ormone (ligando) con il recettore, che avviene attraverso legami ionici e idrogeno e composti idrofobici che coinvolgono almeno 3 molecole di membrana della proteina G o proteina regolatrice costituita da a- subunità , b e g. Questo, a sua volta, attiva gli enzimi legati alla membrana (fosfolipasi C, adenilato ciclasi) con la successiva formazione di 3 messaggeri secondari: inositolo trifosfato, diacilglicerolo e cAMP.

Il sistema dell'adenilato ciclasi del recettore è costituito da 3 componenti: il recettore stesso (le sue parti stimolatorie e inibitorie), la proteina regolatrice con le sue subunità a, b e g e la subunità catalitica (la stessa adenilato ciclasi), che nello stato normale (cioè non stimolato) separati l'uno dall'altro (Schema 2). Il recettore (entrambe le sue parti - stimolanti e inibitorie) si trova sulla parte esterna e l'unità di regolamentazione - sulla superficie interna della membrana plasmatica. L'unità di regolazione, o proteina G, è legata al guanosina difosfato (GDP) in assenza dell'ormone. Il complessamento dell'ormone con il recettore provoca la dissociazione del complesso proteina G-GDP e l'interazione della proteina G, ovvero la sua subunità a con guanosina trifosfato (GTP) e la contemporanea formazione della subunità b/g complesso, che è in grado di provocare determinati effetti biologici. Il complesso GTP-a-subunità, come già notato, attiva l'adenilato ciclasi e la successiva formazione di cAMP. Quest'ultimo attiva già la protein chinasi A con la corrispondente fosforilazione di varie proteine, che si manifesta anche in un certo effetto biologico. Inoltre, il complesso attivato della subunità GTP-a in alcuni casi regola la stimolazione dei canali della fosfolipasi C, cGMP, fosfodiesterasi, Ca2+ e K+ e ha un effetto inibitorio sui canali del Ca2+ e dell'adenilato ciclasi.

Schema 2. Il meccanismo d'azione degli ormoni proteici attivando il cAMP (spiegazioni nel testo).

Il PC è un recettore che lega l'ormone stimolante,

St è un ormone stimolante

Ru è un recettore che lega un ormone inibitorio,

Ug - ormone depressivo,

Ac - adenilato ciclasi,

Gy - proteina che inibisce gli ormoni,

Gc è una proteina stimolante gli ormoni.

Il ruolo dell'ormone, quindi, è quello di sostituire il complesso G-proteina-GDP con il complesso G-proteina-GTP. Quest'ultimo attiva la subunità catalitica, convertendola in uno stato ad alta affinità per il complesso ATP-Mg2+, che viene rapidamente convertito in cAMP. Contemporaneamente all'attivazione dell'adenilato ciclasi e alla formazione di cAMP, il complesso G-proteina-GTP provoca la dissociazione del complesso recettore ormonale riducendo l'affinità del recettore per l'ormone.

Il cAMP risultante a sua volta attiva le protein chinasi cAMP-dipendenti. Sono enzimi che svolgono la fosforilazione delle proteine ​​corrispondenti, cioè trasferimento di un gruppo fosfato dall'ATP al gruppo idrossile di serina, treonina o tirosina, che fanno parte della molecola proteica. Le proteine ​​fosforilate in questo modo svolgono direttamente l'effetto biologico dell'ormone.

È stato ora stabilito che le proteine ​​regolatrici sono rappresentate da più di 50 differenti proteine ​​capaci di complessare con GTP, che si dividono in G-proteine ​​a basso peso molecolare (20-25 kDa) e G-proteine ​​ad alto peso molecolare costituite da 3 subunità (a - c massa molare 39-46 kDa, b - 37 kDa e g-subunità - 8 kDa). La subunità a è essenzialmente una GTPasi che idrolizza il GTP in GDP e libera il fosfato inorganico. Le subunità b e g sono coinvolte nella formazione del complesso attivo dopo l'interazione del ligando con il corrispondente recettore. Rilasciando il PIL nei suoi siti di legame, la subunità a provoca la dissociazione e la disattivazione del complesso attivo, poiché la riassociazione della subunità a - PIL con le subunità b e g riporta il sistema dell'adenilato ciclasi al suo stato originale. È stato stabilito che la subunità a della proteina G in vari tessuti è rappresentata dalle forme 8, b - 4 e g - 6. La dissociazione delle subunità della proteina G nella membrana cellulare può portare alla formazione e all'interazione simultanea di vari segnali che hanno effetti biologici di diversa forza e qualità alla fine del sistema.

La stessa adenilato ciclasi è una glicoproteina con un peso molecolare di 115-150 kDa. In vari tessuti sono state identificate 6 sue isoforme, che interagiscono con le subunità a-, b- e g, nonché con la calmodulina Ca2+. In alcuni tipi di recettori, oltre alle proteine ​​regolatorie stimolanti (Gs) e regolatorie inibitorie (GI), è stata identificata una proteina aggiuntiva, la transducina.

Il ruolo delle proteine ​​regolatrici nella trasmissione del segnale ormonale è grande, la struttura di queste proteine ​​viene confrontata con una "cassetta" e la diversità della risposta è associata all'elevata mobilità della proteina regolatrice. Pertanto, alcuni ormoni possono attivare simultaneamente sia Gs che Gi a vari livelli. Inoltre, l'interazione di alcuni ormoni con proteine ​​regolatrici del recettore provoca l'espressione delle corrispondenti proteine ​​che regolano il livello e il grado della risposta ormonale. L'attivazione, come mostrato sopra, delle proteine ​​regolatrici è una conseguenza della loro dissociazione dal complesso ormone-recettore. In alcuni sistemi recettoriali, in questa interazione sono coinvolte fino a 20 o più proteine ​​regolatrici che, oltre a stimolare la formazione di cAMP, attivano contemporaneamente i canali del calcio.

Un certo numero di recettori che appartengono al primo gruppo, aventi 7 frammenti transmembrana, mediano la loro azione da secondi messaggeri legati ai derivati ​​del fosfatidilinositolo: inositolo trifosfato e diacilglicerolo. L'inositolo trifosfato controlla i processi cellulari generando calcio intracellulare. Questo sistema messaggero può essere attivato in due modi, vale a dire attraverso una proteina regolatrice o proteine ​​​​della fosfotirosina. In entrambi i casi si verifica un'ulteriore attivazione della fosfolipasi C, che idrolizza il sistema polifosfoinoside. Questo sistema, come detto sopra, include due secondi messaggeri intracellulari derivati ​​da un polifosfoinoside legato alla membrana chiamato fosfatidilinositolo-4,5-bisfosfato (FIF2). La complessazione dell'ormone con il recettore provoca l'idrolisi del PIF2 da parte della fosforilasi, con conseguente formazione di questi messaggeri: inositolo trifosfato (IP3) e diacilglicerolo. IP3 favorisce un aumento del livello di calcio intracellulare, dovuto principalmente alla mobilizzazione di quest'ultimo dal reticolo endoplasmatico, dove è localizzato nei cosiddetti calciosomi, e quindi all'ingresso di calcio extracellulare nella cellula. Il diacilglicerolo, a sua volta, attiva specifiche protein chinasi e, in particolare, la protein chinasi C. Quest'ultima fosforila alcuni enzimi responsabili dell'effetto biologico finale. È possibile che la distruzione di PIF2, insieme al rilascio di due messaggeri e ad un aumento del contenuto di calcio intracellulare, induca anche la formazione di prostaglandine, che sono potenziali stimolatori del cAMP.

Questo sistema media l'azione di ormoni come istamina, serotonina, prostaglandine, vasopressina, colecistochinina, somatoliberina, tiroliberina, ossitocina, ormone paratiroideo, neuropeptide Y, sostanza P, angiotensina II, catecolamine, che agiscono attraverso i recettori a1-adrenergici, ecc.

Il gruppo enzimatico della fosfolipasi C comprende fino a 16 isoforme, che a loro volta sono suddivise in b-, g- e d-fosfolipasi C. È stato dimostrato che la b-fosfolipasi C interagisce con le proteine ​​regolatrici e la g-fosfolipasi C interagisce con tirosin-chinasi.

L'inositolo trifosfato agisce attraverso i propri specifici recettori tetramerici aventi un peso molecolare di 4x313 kDa. Dopo la complessazione con tale recettore, sono stati identificati i cosiddetti recettori "grandi" dell'inositolo trifosfato o recettori della rianodina, che appartengono anche ai tetrameri e hanno un peso molecolare di 4x565 kDa. È possibile che i canali intracellulari del calcio dei recettori della rianodina siano regolati da un nuovo secondo messaggero, cADP-ribosio (L. Meszaros et al., 1993). La formazione di questo messaggero è mediata da cGMP e ossido nitrico (NO), che attiva la guanilato ciclasi citoplasmatica. Pertanto, l'ossido nitrico può essere uno degli elementi del trasferimento dell'azione ormonale con la partecipazione di ioni calcio.

Come sapete, il calcio si trova all'interno della cellula in uno stato legato alle proteine ​​e in forma libera nel liquido extracellulare. Sono state identificate proteine ​​intracellulari leganti il ​​calcio come la calreticolina e la calsequestrina. Il calcio libero intracellulare, che funge da secondo messaggero, entra dal fluido extracellulare attraverso i canali del calcio della membrana plasmatica della cellula o viene rilasciato intracellularmente dal legame proteico. Il calcio libero intracellulare colpisce le corrispondenti fosforilasi chinasi solo quando si lega alla proteina della calmodulina intracellulare (Schema 3).

Schema 3. Il meccanismo d'azione degli ormoni proteici attraverso il CA2+ (spiegazioni nel testo) P - recettore; G - ormone; Ca + proteina - calcio intracellulare in forma legata alle proteine.

La calmodulina, una proteina recettore ad alta affinità per il calcio, è costituita da 148 residui di amminoacidi ed è presente in tutte le cellule nucleate. Il suo peso molecolare (mol.m.) è di 17000 kDa, ogni molecola ha 4 recettori per il legame del calcio.

In uno stato di riposo funzionale, la concentrazione di calcio libero nel liquido extracellulare è maggiore che all'interno della cellula, a causa del funzionamento della pompa del calcio (ATPasi) e del trasporto del calcio dalla cellula al fluido intercellulare. Durante questo periodo, la calmodulina è in una forma inattiva. La complessazione dell'ormone con il recettore porta ad un aumento del livello intracellulare di calcio libero, che si lega alla calmodulina, la converte in una forma attiva e agisce su proteine ​​o enzimi calcio-sensibili responsabili del corrispondente effetto biologico dell'ormone.

L'aumento del livello di calcio intracellulare stimola quindi la pompa del calcio, che "pompa" il calcio libero nel liquido intercellulare, ne riduce il livello nella cellula, per cui la calmodulina passa in una forma inattiva e lo stato di riposo funzionale viene ripristinato in la cellula. La calmodulina agisce anche sull'adenilato ciclasi, guanilato ciclasi, fosfodiesterasi, fosforilasi chinasi, miosina chinasi, fosfolipasi A2, Ca2+ e Mg2+ ATPasi, stimola il rilascio di neurotrasmettitori, la fosforilazione delle proteine ​​di membrana. Modificando il trasporto del calcio, il livello e l'attività dei nucleotidi ciclici e indirettamente il metabolismo del glicogeno, la calmodulina è coinvolta nei processi secretori e in altri processi funzionali nella cellula. È un componente dinamico dell'apparato mitotico, regola la polimerizzazione del sistema microtubulare-villo, la sintesi dell'actomiosina e l'attivazione delle membrane “a pompa” del calcio. La calmodulina è un analogo della proteina muscolare troponina C, che, legando il calcio, forma un complesso di actina e miosina e attiva anche la miosina-ATPasi, necessaria per l'interazione ripetuta di actina e miosina.

Il complesso Ca2+-calmodulina attiva la proteina chinasi Ca2+-calmodulina-dipendente, che svolge un ruolo importante nella trasmissione del segnale nervoso (sintesi e rilascio di neurotrasmettitori), nella stimolazione o inibizione della fosfolipasi A2, attiva una specifica proteina serina-treonina fosfatasi chiamata calcineurina, che media l'azione del recettore dei linfociti T nei linfociti T.

Le protein chinasi dipendenti dalla calmodulina sono divise in due gruppi: multifunzionali, che sono ben caratterizzate, e specifiche, o “scopo speciale”. Il primo gruppo comprende come la protein chinasi A, che media la fosforilazione di molte proteine ​​intracellulari. Le protein chinasi "speciali" fosforilano diversi substrati, come la miosina chinasi della catena leggera, la fosforilasi chinasi, ecc.

La proteina chinasi C è rappresentata da diverse isoforme (mol.m. da 67 a 83 kDa), che sono codificate da 10 diversi geni. La classica protein chinasi C comprende 4 diverse isoforme (isoforme a-, b1-, b2- e g); 4 altre isoforme proteiche (delta, epsilon, pi e omega) e 2 forme proteiche atipiche.

Le protein chinasi classiche sono attivate dal calcio e dal diacilglicerolo, le nuove protein chinasi sono attivate dal diacilglicerolo e dagli esteri del forbolo e una delle protein chinasi atipiche non risponde a nessuno degli attivatori elencati, ma la sua attività richiede la presenza di fosfatidilserina.

È stato notato sopra che gli ormoni, i cui recettori hanno 7 frammenti transmembrana, dopo la formazione del complesso ormone-recettore, si legano alle proteine ​​G che hanno un piccolo peso molecolare (20-25 kDa) e svolgono varie funzioni. Le proteine ​​che interagiscono con il recettore tirosin-chinasi sono chiamate proteine ​​ras e le proteine ​​coinvolte nel trasporto delle vescicole sono chiamate proteine ​​rab. La forma attivata è una proteina G complessata con GTP; la forma inattiva della proteina ras è una conseguenza della sua complessazione con il PIL. Una proteina di rilascio del nucleotide della guanina è coinvolta nell'attivazione della proteina ras e il processo di inattivazione viene effettuato mediante idrolisi della GTP sotto l'influenza della GTPasi. L'attivazione della proteina ras, a sua volta, attraverso la fosfolipasi C, stimola la formazione di secondi messaggeri: inositolo trifosfato e diacilglicerolo. Le proteine ​​Ras sono state descritte per la prima volta come oncogeni (A.G. Gilman, 1987), poiché la sovraespressione, o mutazione, di queste proteine ​​è stata trovata nelle neoplasie maligne. Normalmente, le proteine ​​ras sono coinvolte in vari processi regolatori, inclusa la crescita.

Alcuni ormoni proteici (insulina, IGF I, ecc.) svolgono la loro azione iniziale di attivazione del recettore attraverso una tirosin-chinasi ormono-sensibile. Il legame dell'ormone al recettore porta a un cambiamento conformazionale o dimerizzazione che provoca l'attivazione della tirosin-chinasi e la successiva autofosforilazione del recettore. Dopo l'interazione ormone-recettore, l'autofosforilazione migliora sia l'attività della tirosin-chinasi nell'altro dimero che la fosforilazione dei substrati intracellulari. Il recettore tirosin-chinasi è un enzima allosterico in cui il dominio extracellulare è la subunità regolatrice e il dominio intracellulare (citoplasmatico) è la subunità catalitica. La tirosin-chinasi viene attivata o fosforilata tramite il legame con un adattatore o una proteina SH2, che consiste in due domini SH2 e un dominio SH3. I domini SH2 legano specifiche fosfotirosine del recettore della tirosin-chinasi e SH3 legano enzimi o molecole di segnalazione. Le proteine ​​fosforilate (fosfotirosine) sono accorciate da 4 amminoacidi, che determinano il loro legame specifico ad alta affinità con i domini SH2.

I complessi (peptidi di fosfotirosina - domini SH2) determinano la selettività della trasmissione del segnale ormonale. L'effetto finale della trasduzione del segnale ormonale dipende da due reazioni: fosforilazione e defosforilazione. La prima reazione è controllata da varie tirosin-chinasi, la seconda - dalle fosfotirosine fosfatasi. Ad oggi sono state identificate più di 10 fosfotirosine fosfatasi transmembrana, che sono divise in 2 gruppi: a) grandi proteine ​​transmembrana/domini tendinei eb) piccoli enzimi intracellulari con un singolo dominio catalitico.

I frammenti intracellulari di fosfotirosina fosfatasi sono molto diversi. Si ritiene che la funzione delle fosfotirosine fosfatasi del dominio SH2 (tipi I e II) sia la riduzione del segnale attraverso la defosforilazione dei siti fosforilanti sul recettore tirosin-chinasi o l'aumento del segnale attraverso il legame delle proteine ​​​​di segnalazione della fosforilazione della tirosina a uno o entrambi i domini SH2, nonché il segnale trasduzione attraverso l'interazione di una proteina SH2 con un'altra proteina o inattivazione mediante il processo di defosforilazione di molecole secondo messaggero tirosina-fosforilate, come la fosfolipasi C-g o la src-tirosina chinasi.

In alcuni ormoni, la trasmissione del segnale ormonale avviene per fosforilazione dei residui di aminoacidi tirosina, nonché serina o treonina. Caratteristico a questo proposito è il recettore dell'insulina, in cui può verificarsi la fosforilazione sia della tirosina che della serina e la fosforilazione della serina è accompagnata da una diminuzione dell'effetto biologico dell'insulina. Il significato funzionale della fosforilazione simultanea di diversi residui di amminoacidi del recettore tirosin-chinasi non è ben compreso. Tuttavia, questo ottiene la modulazione del segnale ormonale, che è schematicamente indicato come il secondo livello dei meccanismi di segnalazione del recettore. Questo livello è caratterizzato dall'attivazione di diverse protein chinasi e fosfatasi (come la protein chinasi C, la protein chinasi cAMP-dipendente, la protein chinasi cGMP-dipendente, la protein chinasi calmodulina-dipendente, ecc.), che fosforilano o defosforilano serina, tirosina o residui di treonina, che provocano corrispondenti cambiamenti conformazionali, necessari per la manifestazione dell'attività biologica.

Va notato che enzimi come fosforilasi, chinasi, casein chinasi II, acetil-CoA carbossilasi chinasi, trigliceride lipasi, glicogeno fosforilasi, proteina fosfatasi I, ATP citrato liasi sono attivati ​​dal processo di fosforilazione e glicogeno sintasi, piruvato deidrogenasi e piruvato chinasi sono attivate dal processo di defosforilazione.

Il terzo livello dei meccanismi di segnalazione regolatori nell'azione degli ormoni è caratterizzato da un'adeguata risposta a livello cellulare e si manifesta con un cambiamento nel metabolismo, nella biosintesi, nella secrezione, nella crescita o nella differenziazione. Ciò include i processi di trasporto di varie sostanze attraverso la membrana cellulare, la sintesi proteica, la stimolazione della traduzione ribosomiale, l'attivazione del sistema tubulare dei microvilli e la traslocazione dei granuli secretori alla membrana cellulare. Pertanto, l'attivazione del trasporto degli aminoacidi, il glucosio attraverso la membrana cellulare viene effettuata dalle corrispondenti proteine ​​​​trasportatori 5-15 minuti dopo l'inizio dell'azione di ormoni come l'ormone della crescita e l'insulina. Esistono 5 proteine ​​trasportatrici per gli amminoacidi e 7 per il glucosio, di cui 2 sono trasportatori o cotrasportatori del glucosio sodico.

Gli ormoni del secondo messaggero influenzano l'espressione genica modificando i processi di trascrizione. Pertanto, il cAMP regola la velocità di trascrizione di un certo numero di geni responsabili della sintesi degli ormoni. Questa azione è mediata dalla proteina di attivazione dell'elemento di risposta cAMP (CREB). Quest'ultima proteina (CREB) è complessata con specifiche regioni del DNA, essendo un fattore di trascrizione comune.

Molti ormoni che interagiscono con i recettori situati sulla membrana plasmatica, dopo la formazione del complesso ormone-recettore, subiscono il processo di interiorizzazione o endocitosi, ad es. traslocazione, o il trasferimento del complesso ormone-recettore nella cellula. Questo processo si verifica in strutture chiamate "fosse rivestite" situate sulla superficie interna della membrana cellulare, che è rivestita con la proteina clatrina. I complessi ormonali-recettori così aggregati, che sono localizzati in “fosse coperte”, vengono poi interiorizzati per invaginazione della membrana cellulare (il meccanismo è molto simile al processo della fagocitosi), trasformandosi in vescicole (endosomi o recettorisomi), e questi ultimi vengono traslocati nella cella.

Durante la traslocazione, l'endosoma subisce un processo di acidificazione (simile a quanto avviene nei lisosomi), che può provocare la degradazione del ligando (ormone) o la dissociazione del complesso ormone-recettore. In quest'ultimo caso, il recettore rilasciato ritorna alla membrana cellulare, dove reagisce con l'ormone. Il processo di immersione del recettore, insieme all'ormone, nella cellula e di ritorno del recettore alla membrana cellulare è chiamato processo di riciclo del recettore. Durante il funzionamento del recettore (l'emivita del recettore varia da alcune a 24 ore o più), riesce a eseguire da 50 a 150 di questi cicli di "navetta". Il processo di endocitosi è parte integrante o aggiuntiva del meccanismo di segnalazione del recettore nell'azione degli ormoni.

Inoltre, con l'aiuto del processo di interiorizzazione, la degradazione degli ormoni proteici (nei lisosomi) e la desensibilizzazione cellulare (diminuzione della sensibilità cellulare all'ormone) viene effettuata riducendo il numero di recettori sulla membrana cellulare. È stato stabilito che il destino del complesso recettore ormonale dopo il processo di endocitosi è diverso. Nella maggior parte degli ormoni (FSH, LH, gonadotropina corionica, insulina, IGF 1 e 2, glucagone, somatostatina, eritropoietina, VIP, lipoproteine ​​a bassa densità), gli endosomi all'interno della cellula subiscono la dissociazione. Il recettore rilasciato ritorna alla membrana cellulare e l'ormone subisce un processo di degradazione nell'apparato lisosomiale della cellula.

In altri ormoni (GH, interleuchina-2, fattori di crescita epidermici, nervosi e piastrinici), dopo la dissociazione degli endosomi, il recettore e l'ormone corrispondente subiscono un processo di degradazione nei lisosomi.

Alcuni ormoni (transferrina, proteine ​​contenenti mannosio-6-fosfato e una piccola parte di insulina, ormone della crescita in alcuni tessuti bersaglio) dopo la dissociazione degli endosomi ritornano, come i loro recettori, alla membrana cellulare. Nonostante il fatto che questi ormoni subiscano un processo di interiorizzazione, non c'è consenso sull'azione intracellulare diretta dell'ormone proteico o del suo complesso ormone-recettore.

I recettori per gli ormoni della corteccia surrenale, gli ormoni sessuali, il calcitriolo, l'acido retinoico, gli ormoni tiroidei sono localizzati a livello intracellulare. Questi ormoni sono lipofili, trasportati dalle proteine ​​del sangue, hanno una lunga emivita e la loro azione è mediata dal complesso ormone-recettore che, legandosi a specifiche regioni del DNA, attiva o inattiva specifici geni.

Il legame di un ormone a un recettore porta a cambiamenti nelle proprietà fisico-chimiche di quest'ultimo e questo processo è chiamato attivazione o trasformazione del recettore. Lo studio della trasformazione del recettore in vitro ha mostrato che il regime di temperatura, la presenza di eparina, ATP e altri componenti nel mezzo di incubazione modificano la velocità di questo processo.

I recettori non trasformati sono una proteina con un peso molecolare di 90 kDa, che è identica alla proteina da stress o shock termico con lo stesso peso molecolare (M. Catell et al., 1985). Quest'ultima proteina si trova nelle isoforme a e b, che sono codificate da geni diversi. Una situazione simile si osserva in relazione agli ormoni steroidei.

Oltre allo stress proteico con un molo. m.90 kDa, nel recettore non trasformato, una proteina con una mol. m 59 kDa (M. Lebean et al., 1992), chiamata immunofilina, che non è direttamente associata al recettore dell'ormone steroideo, ma forma complessi con una mole proteica. 90 kDa. La funzione della proteina immunofilina non è ben compresa, sebbene sia stato dimostrato il suo ruolo nella regolazione della funzione del recettore degli ormoni steroidei, poiché lega sostanze immunosoppressive (ad es. rapamicina e FK 506).

Gli ormoni steroidei vengono trasportati nel sangue in uno stato legato alle proteine ​​e solo una piccola parte di essi è in forma libera. L'ormone, che è in forma libera, è in grado di interagire con la membrana cellulare e di attraversarla nel citoplasma, dove si lega al recettore citoplasmatico, che è altamente specifico. Ad esempio, dagli epatociti sono state isolate proteine ​​recettoriali che legano solo gli ormoni glucocorticoidi o gli estrogeni. Attualmente, i recettori per l'estradiolo, gli androgeni, il progesterone, i glucocorticoidi, i mineralcorticoidi, la vitamina D, gli ormoni tiroidei, nonché l'acido retinoico e alcuni altri composti (recettore edixon, recettore della diossina, recettore dell'attivatore proliferativo perossisomiale e recettore X aggiuntivo per l'acido retinoico) sono stati identificato. . La concentrazione di recettori nei rispettivi tessuti bersaglio è compresa tra 103 e 5104 per cellula.

I recettori degli ormoni steroidei hanno 4 domini: il dominio amino-terminale, che ha differenze significative nei recettori per gli ormoni elencati e consiste in 100-600 residui di amminoacidi; Dominio di legame al DNA, costituito da circa 70 residui di amminoacidi; un dominio di legame degli ormoni di circa 250 aminoacidi e un dominio carbossil-terminale. Come notato, il dominio amminoterminale presenta le maggiori differenze sia nella forma che nella sequenza amminoacidica. È costituito da 100-600 aminoacidi e le sue dimensioni più piccole si trovano nel recettore dell'ormone tiroideo e il più grande nel recettore dell'ormone glucocorticoide. Questo dominio determina le caratteristiche della risposta del recettore ed è altamente fosforilato nella maggior parte delle specie, sebbene non vi sia una correlazione diretta tra il grado di fosforilazione e la risposta biologica.

Il dominio di legame del DNA è caratterizzato da 3 introni, due dei quali hanno le cosiddette "dita di zinco", ovvero strutture contenenti ioni di zinco con 4 ponti di cisteina.Le "dita di zinco" sono coinvolte nel legame specifico dell'ormone al DNA . C'è una piccola regione sul dominio di legame del DNA per il legame specifico dei recettori nucleari chiamata "elementi di risposta ormonale" che modula l'inizio della trascrizione. Questa regione si trova all'interno di un altro frammento, costituito da 250 nucleotidi, responsabile dell'inizio della trascrizione. Il dominio di legame al DNA ha la più alta costanza di struttura tra tutti i recettori intracellulari.

Il dominio di legame ormonale è coinvolto nel legame ormonale, nonché nei processi di dimerizzazione e regolazione della funzione di altri domini. È direttamente adiacente al dominio di legame del DNA.

Il dominio terminale carbossilico è anche coinvolto nei processi di eterodimerizzazione e interagisce con vari fattori di trascrizione, inclusi i promotori di proteine ​​prossimali.

Insieme a questo, ci sono prove che gli steroidi sono prima legati da proteine ​​specifiche della membrana cellulare, che li trasportano al recettore citoplasmatico o, bypassandolo, direttamente ai recettori nucleari. Il recettore citoplasmatico è costituito da due subunità. Nel nucleo cellulare, la subunità A, interagendo con il DNA, innesca (avvia) il processo di trascrizione e la subunità B si lega alle proteine ​​non istoniche. L'effetto dell'azione degli ormoni steroidei non appare immediatamente, ma dopo un certo tempo, necessario per la formazione dell'RNA e la successiva sintesi di una specifica proteina.

Gli ormoni tiroidei (tiroxina-T4 e triiodotironina-T3), come gli ormoni steroidei, si diffondono facilmente attraverso la membrana cellulare lipidica e sono legati alle proteine ​​intracellulari. Secondo altri dati, gli ormoni tiroidei interagiscono dapprima con il recettore sulla membrana plasmatica, dove si complessano con le proteine, formando il cosiddetto pool intracellulare di ormoni tiroidei. L'azione biologica è svolta principalmente dal T3, mentre il T4 viene deiodinato, trasformandosi in T3, che si lega al recettore citoplasmatico. Se il complesso steroidocitoplasmatico si trasloca nel nucleo cellulare, il complesso tiroideocitoplasmatico si dissocia dapprima e il T3 si lega direttamente ai recettori nucleari con elevata affinità per esso. Inoltre, i recettori T3 ad alta affinità si trovano anche nei mitocondri. Si ritiene che l'azione calorigena degli ormoni tiroidei sia svolta nei mitocondri attraverso la generazione di nuovo ATP, per la formazione del quale viene utilizzato l'adenosina difosfato (ADP).

Gli ormoni tiroidei regolano la sintesi proteica a livello di trascrizione e questa azione, che si rileva dopo 12-24 ore, può essere bloccata dall'introduzione di inibitori della sintesi dell'RNA. Oltre alla loro azione intracellulare, gli ormoni tiroidei stimolano il trasporto di glucosio e aminoacidi attraverso la membrana cellulare, influenzando direttamente l'attività di alcuni enzimi in essa localizzati.

Pertanto, l'azione specifica dell'ormone si manifesta solo dopo la sua complessazione con il corrispondente recettore. Come risultato dei processi di riconoscimento, complessazione e attivazione del recettore, quest'ultimo genera una serie di secondi messaggeri che provocano una catena sequenziale di interazioni post-recettore, che termina con la manifestazione di uno specifico effetto biologico dell'ormone.

Ne consegue che l'effetto biologico dell'ormone dipende non solo dal suo contenuto nel sangue, ma anche dal numero e dallo stato funzionale dei recettori, nonché dal livello di funzionamento del meccanismo post-recettore.

Il numero di recettori cellulari, così come di altri componenti cellulari, è in continua evoluzione, riflettendo i processi della loro sintesi e degradazione. Il ruolo principale nella regolazione del numero di recettori appartiene agli ormoni. Esiste una relazione inversa tra il livello di ormoni nel liquido intercellulare e il numero di recettori. Quindi, ad esempio, la concentrazione dell'ormone nel sangue e nel liquido intercellulare è molto bassa e ammonta a 1014-109 M, che è molto inferiore alla concentrazione di aminoacidi e altri vari peptidi (105-103 M). Il numero di recettori è più alto e ammonta a 1010-108 M, e ci sono circa 1014-1010 M sulla membrana plasmatica e il livello intracellulare dei secondi messaggeri è leggermente superiore - 108-106 M. Il numero assoluto di siti recettoriali su la membrana cellulare varia da diverse centinaia a 100.000.

Numerosi studi hanno dimostrato che i recettori hanno la caratteristica proprietà di potenziare l'azione dell'ormone non solo attraverso i meccanismi descritti, ma anche attraverso il cosiddetto “legame non lineare”. Un'altra caratteristica è caratteristica, ovvero che il massimo effetto ormonale non significa il massimo legame dell'ormone da parte dei recettori. Quindi, ad esempio, la massima stimolazione del trasporto del glucosio negli adipociti da parte dell'insulina si osserva quando solo il 2% dei recettori dell'insulina è legato dall'ormone (J. Gliemann et al., 1975). La stessa relazione è stata stabilita per ACTH, gonadotropine e altri ormoni (ML Dufau et al., 1988). Ciò è dovuto a due fenomeni: il “legame non lineare” e la presenza dei cosiddetti “recettori di riserva”. In un modo o nell'altro, ma l'amplificazione o il potenziamento dell'azione dell'ormone, che è una conseguenza di questi due fenomeni, svolge un ruolo fisiologico importante nei processi dell'azione biologica dell'ormone in condizioni normali e in varie condizioni patologiche. Quindi, ad esempio, nell'iperinsulinismo e nell'obesità, il numero di recettori dell'insulina localizzati su epatociti, adipociti, timociti e monociti diminuisce del 50-60% e, al contrario, gli stati carenti di insulina negli animali sono accompagnati da un aumento del numero dei recettori dell'insulina. Insieme al numero dei recettori dell'insulina, cambia anche la loro affinità; cambia anche la capacità di complessarsi con l'insulina e la trasduzione (trasmissione) del segnale ormonale all'interno del recettore. Pertanto, il cambiamento nella sensibilità di organi e tessuti agli ormoni viene effettuato attraverso meccanismi di feedback (downregulation). Per le condizioni accompagnate da un'elevata concentrazione dell'ormone nel sangue, è caratteristica una diminuzione del numero di recettori, che si manifesta clinicamente sotto forma di resistenza a questo ormone.

Alcuni ormoni possono influenzare il numero non solo dei "propri" recettori, ma anche dei recettori per un altro ormone. Quindi, il progesterone si riduce e gli estrogeni aumentano il numero di recettori sia per l'estrogeno che per il progesterone allo stesso tempo.

Una diminuzione della sensibilità ormonale può essere dovuta ai seguenti meccanismi: 1) una diminuzione dell'affinità recettoriale dovuta all'influenza di altri ormoni e complessi recettoriali ormonali; 2) una diminuzione del numero di recettori funzionanti a seguito della loro interiorizzazione o rilascio dalla membrana nello spazio extracellulare; 3) inattivazione del recettore per cambiamenti conformazionali; 4) distruzione dei recettori aumentando l'attività delle proteasi o degradazione del complesso ormone-recettore sotto l'influenza degli enzimi lisosomiali; 5) inibizione della sintesi di nuovi recettori.

Per ogni tipo di ormone esistono agonisti e antagonisti. Queste ultime sono sostanze in grado di legare in modo competitivo il recettore all'ormone, riducendone o bloccandone completamente l'effetto biologico. Gli agonisti, al contrario, complessandosi con il corrispondente recettore, potenziano l'azione dell'ormone o ne imitano completamente la presenza, e talvolta l'emivita dell'agonista è centinaia o più volte più lunga del tempo di degradazione dell'ormone naturale e, pertanto, durante questo periodo si manifesta un effetto biologico, che viene naturalmente utilizzato a fini clinici. Quindi, ad esempio, gli agonisti dei glucocorticoidi sono desametasone, corticosterone, aldosterone e gli agonisti parziali sono 11b-idrossiprogesterone, 17a-idrossiprogesterone, progesterone, 21-deossicortisolo e i loro antagonisti sono testosterone, 19-nortestosterone, 17-estradiolo. Gli steroidi inattivi per i recettori dei glucocorticoidi includono 11a-idrossiprogesterone, tetraidrocortisolo, androstenedione, 11a-, 17a-metiltestosterone. Queste relazioni vengono prese in considerazione non solo nell'esperimento quando si chiarisce l'azione degli ormoni, ma anche nella pratica clinica.

Decifrare i meccanismi d'azione degli ormoni nel corpo animale offre l'opportunità di comprendere meglio i processi fisiologici: la regolazione del metabolismo, la biosintesi proteica, la crescita e la differenziazione dei tessuti.

Ciò è importante anche da un punto di vista pratico, in connessione con l'uso crescente di preparati ormonali naturali e sintetici in zootecnia e medicina veterinaria.

Attualmente, ci sono circa 100 ormoni che si formano nelle ghiandole endocrine, entrano nel sangue e hanno un effetto versatile sul metabolismo di cellule, tessuti e organi. È difficile determinare tali processi fisiologici nel corpo che non sarebbero sotto l'influenza normativa degli ormoni. A differenza di molti enzimi che causano cambiamenti individuali e strettamente diretti nel corpo, gli ormoni hanno molteplici effetti sui processi metabolici e su altre funzioni fisiologiche. Allo stesso tempo, nessuno degli ormoni, di regola, fornisce completamente la regolazione delle funzioni individuali. Ciò richiede l'azione di un certo numero di ormoni in una determinata sequenza e interazione. Quindi, ad esempio, la somatotropina stimola i processi di crescita solo con la partecipazione attiva dell'insulina e degli ormoni tiroidei. La crescita dei follicoli è fornita principalmente dalla follitropina e la loro maturazione e il processo di ovulazione vengono effettuati sotto l'influenza regolatoria della lutropina, ecc.

La maggior parte degli ormoni nel sangue sono associati ad albumine o globuline, il che impedisce loro di essere rapidamente distrutti dagli enzimi e mantiene la concentrazione ottimale di ormoni metabolicamente attivi nelle cellule e nei tessuti. Gli ormoni hanno un effetto diretto sul processo di biosintesi delle proteine. Gli ormoni steroidei e proteici (sesso, ormoni ipofisari tripli) nei tessuti bersaglio causano un aumento del numero e del volume delle cellule. Altri ormoni, come insulina, glucocorticoidi e mineralcorticoidi, influenzano indirettamente la sintesi proteica.

I recettori della membrana cellulare sono il primo collegamento nell'azione fisiologica degli ormoni negli animali. Nelle stesse celle vi è un gran numero di diverse specie; recettori specifici, con l'aiuto dei quali legano selettivamente le molecole di vari ormoni circolanti nel sangue. Ad esempio, le cellule adipose nelle loro membrane hanno recettori specifici per glucagone, lutropina, tireotropina, corticotropina.

A causa delle grandi dimensioni delle loro molecole, la maggior parte degli ormoni di natura proteica non possono penetrare nelle cellule, ma si trovano sulla loro superficie e, interagendo con i recettori corrispondenti, influenzano il metabolismo all'interno delle cellule. Quindi, in particolare, l'azione della tireotropina è associata alla fissazione delle sue molecole sulla superficie delle cellule tiroidee, sotto l'influenza della quale aumenta la permeabilità delle membrane cellulari per gli ioni di sodio e in loro presenza aumenta l'intensità dell'ossidazione del glucosio. L'insulina aumenta la permeabilità delle membrane cellulari nei tessuti e negli organi per le molecole di glucosio, che aiuta a ridurne la concentrazione nel sangue e passare nei tessuti. La somatotropina ha anche un effetto stimolante sulla sintesi degli acidi nucleici e delle proteine ​​agendo sulle membrane cellulari.

Gli stessi ormoni possono influenzare i processi metabolici nelle cellule dei tessuti in modi diversi. Insieme a un cambiamento nella permeabilità delle membrane cellulari e delle membrane delle strutture intracellulari per vari enzimi e altre sostanze chimiche, sotto l'influenza degli stessi ormoni, la composizione ionica dell'ambiente esterno e interno alle cellule, nonché l'attività di vari enzimi e l'intensità dei processi metabolici, può cambiare.

Gli ormoni influenzano l'attività degli enzimi e l'apparato genico delle cellule non direttamente, ma con l'aiuto di mediatori (intermediari). Uno di questi mediatori è il 3′, 5′-adenosina monofosfato ciclico (AMP ciclico). L'AMP ciclico (cAMP) si forma all'interno delle cellule dall'acido adenosina trifosforico (ATP) con la partecipazione dell'enzima adenil ciclasi situato sulla membrana cellulare, che viene attivato quando esposto agli ormoni corrispondenti. Sulle membrane intracellulari è presente un enzima fosfodiesterasi, che converte il cAMP in una sostanza meno attiva - 5'-adenosina monofosfato, e questo interrompe l'azione dell'ormone.

Quando una cellula è esposta a diversi ormoni che stimolano la sintesi di cAMP in essa, la reazione è catalizzata dalla stessa adenil ciclasi, ma i recettori nelle membrane cellulari per questi ormoni sono strettamente specifici. Pertanto, ad esempio, la corticotropina colpisce solo le cellule della corteccia surrenale e la tireotropina - sulle cellule della ghiandola tiroidea, ecc.

Studi dettagliati hanno dimostrato che l'azione della maggior parte degli ormoni proteici e peptidici porta alla stimolazione dell'attività dell'adenilciclasi e ad un aumento della concentrazione di cAMP nelle cellule bersaglio, che è associato a un'ulteriore trasmissione di informazioni sugli effetti ormonali con la partecipazione attiva di un certo numero di proteine ​​chinasi. cAMP svolge il ruolo di un mediatore intracellulare dell'ormone, fornendo un aumento dell'attività delle protein chinasi dipendenti da esso nel citoplasma e nei nuclei delle cellule. A loro volta, le protein chinasi cAMP-dipendenti catalizzano la fosforilazione delle proteine ​​del ribosoma, che è direttamente correlata alla regolazione della sintesi proteica nelle cellule bersaglio sotto l'influenza degli ormoni peptidici.

Ormoni steroidei, catecolamine, ormoni tiroidei, a causa delle piccole dimensioni delle molecole, attraversano la membrana cellulare ed entrano in contatto con i recettori citoplasmatici all'interno delle cellule. Successivamente, gli ormoni steroidei in combinazione con i loro recettori, che sono proteine ​​acide, passano nel nucleo cellulare. Si presume che gli ormoni peptidici, quando i complessi ormonali-recettore vengono scissi, influenzino anche recettori specifici nel citoplasma, nel complesso del Golgi e nell'involucro nucleare.

Non tutti gli ormoni stimolano l'attività dell'enzima adenilciclasi e ne aumentano la concentrazione nelle cellule. Alcuni ormoni peptidici, in particolare insulina, citocina, calcitonina, hanno un effetto inibitorio sull'adenilciclasi. Si ritiene che l'effetto fisiologico della loro azione sia dovuto non ad un aumento della concentrazione di cAMP, ma alla sua diminuzione. Allo stesso tempo, nelle cellule con sensibilità specifica a questi ormoni, aumenta la concentrazione di un altro nucleotide ciclico, guanosina monofosfato ciclico (cGMP). Il risultato dell'azione degli ormoni nelle cellule del corpo dipende in definitiva dagli effetti di entrambi i nucleotidi ciclici - cAMP e cGMP, che sono mediatori intracellulari universali - mediatori degli ormoni. Per quanto riguarda l'azione degli ormoni steroidei, che, in combinazione con i loro recettori, penetrano nel nucleo cellulare, il ruolo di cAMP e cGMP come mediatori intracellulari è considerato dubbio.

Molti, se non tutti, gli ormoni mostrano l'effetto fisiologico finale indirettamente, attraverso un cambiamento nella biosintesi delle proteine ​​enzimatiche. La biosintesi proteica è un complesso processo a più stadi effettuato con la partecipazione attiva dell'apparato genico delle cellule.

L'effetto regolatorio degli ormoni sulla biosintesi proteica si svolge principalmente stimolando la reazione dell'RNA polimerasi con la formazione di tipi di RNA ribosomiale e nucleare, nonché RNA messaggero, e influenzando l'attività funzionale dei ribosomi e altri collegamenti del metabolismo delle proteine. Specifiche protein chinasi nei nuclei cellulari stimolano la fosforilazione dei componenti proteici corrispondenti e la reazione dell'RNA polimerasi con la formazione di RNA messaggeri che codificano per la sintesi proteica nelle cellule e negli organi bersaglio. Allo stesso tempo, i geni vengono derepressi nei nuclei delle cellule, che vengono rilasciati dall'effetto inibitorio di repressori specifici: le proteine ​​​​dell'istone nucleare.

Ormoni come gli estrogeni e gli androgeni nei nuclei cellulari si legano alle proteine ​​​​istoniche che reprimono i geni corrispondenti e quindi portano l'apparato genico delle cellule in uno stato funzionale attivo. Allo stesso tempo, gli androgeni influenzano l'apparato genico delle cellule in misura minore rispetto agli estrogeni, il che è dovuto alla connessione più attiva di questi ultimi con la cromatina e all'indebolimento della sintesi dell'RNA nei nuclei.

Insieme all'attivazione della sintesi proteica nelle cellule, viene effettuata la formazione di proteine ​​​​istoniche, che sono repressori dell'attività genica, e questo previene le funzioni metaboliche dei nuclei e l'eccessiva manifestazione di stimolazione della crescita. Di conseguenza, i nuclei cellulari hanno un proprio meccanismo di regolazione genetica e mitotica del metabolismo e della crescita.

In connessione con l'influenza degli ormoni sui processi anabolici nel corpo, aumenta la ritenzione dei nutrienti dei mangimi e, di conseguenza, aumenta il numero di substrati per il metabolismo intermedio, i meccanismi di regolazione dei processi biochimici associati a un uso più efficiente di azotati e altri composti sono attivati.

I processi di sintesi proteica nelle cellule sono influenzati dalla somatotropina, dai corticosteroidi, dagli estrogeni e anche dalla tiroxina. Questi ormoni stimolano la sintesi di vari RNA messaggeri e quindi migliorano la sintesi delle proteine ​​corrispondenti. Nei processi di sintesi proteica gioca un ruolo importante anche l'insulina, che stimola il legame degli RNA messaggeri ai ribosomi e, di conseguenza, attiva la sintesi proteica. Attivando l'apparato cromosomico delle cellule, gli ormoni influenzano l'aumento del tasso di sintesi proteica e la concentrazione di enzimi nelle cellule del fegato e di altri organi e tessuti. Tuttavia, il meccanismo dell'effetto degli ormoni sul metabolismo intracellulare non è stato ancora studiato a sufficienza.

L'azione degli ormoni, di regola, è strettamente correlata alle funzioni degli enzimi che forniscono processi biochimici nelle cellule, nei tessuti e negli organi. Gli ormoni partecipano alle reazioni biochimiche come attivatori o inibitori specifici di enzimi, esercitando la loro influenza sugli enzimi assicurando la loro connessione con vari biocolloidi.

Poiché gli enzimi sono corpi proteici, l'effetto degli ormoni sulla loro attività funzionale si manifesta principalmente influenzando la biosintesi degli enzimi e delle proteine ​​del coenzima catabolico. Una delle manifestazioni dell'attività degli ormoni è la loro partecipazione all'interazione di numerosi enzimi in varie parti di reazioni e processi complessi. Come sapete, le vitamine svolgono un certo ruolo nella costruzione dei coenzimi. Si ritiene che anche gli ormoni svolgano un ruolo regolatore in questi processi. Ad esempio, i corticosteroidi influenzano la fosforilazione di alcune vitamine del gruppo B.

Per le prostaglandine, sono particolarmente importanti la loro elevata attività fisiologica e gli effetti collaterali molto bassi. È ormai noto che le prostaglandine agiscono all'interno delle cellule come mediatori e svolgono un ruolo importante nella realizzazione dell'effetto degli ormoni. Allo stesso tempo, vengono attivati ​​i processi di sintesi dell'adenosina monofosfato ciclico (cAMP), che è in grado di trasmettere l'azione strettamente diretta degli ormoni. È possibile presumere che le sostanze farmacologiche all'interno delle cellule agiscano per la produzione di prostaglandine specifiche. Ora in molti paesi è allo studio il meccanismo d'azione delle prostaglandine a livello cellulare e molecolare, poiché uno studio completo dell'azione delle prostaglandine può consentire di influenzare intenzionalmente il metabolismo e altri processi fisiologici nel corpo animale.

Sulla base di quanto precede, si può concludere che gli ormoni hanno un effetto complesso e versatile sul corpo animale. Il complesso effetto della regolazione nervosa e umorale assicura il corso coordinato di tutti i processi biochimici e fisiologici. Tuttavia, nei minimi dettagli, il meccanismo d'azione degli ormoni non è stato ancora sufficientemente studiato. Questo problema interessa molti scienziati ed è di grande interesse per la teoria e la pratica dell'endocrinologia, nonché per la zootecnia e la medicina veterinaria.

Gli ormoni secreti dalle ghiandole endocrine si legano alle proteine ​​di trasporto plasmatiche o, in alcuni casi, vengono adsorbiti dalle cellule del sangue e consegnati a organi e tessuti, influenzandone la funzione e il metabolismo. Alcuni organi e tessuti sono molto sensibili agli ormoni, per questo vengono chiamati organi bersaglio o tessuti -obiettivi. Gli ormoni influenzano letteralmente tutti gli aspetti del metabolismo, delle funzioni e delle strutture del corpo.

Secondo i concetti moderni, l'azione degli ormoni si basa sulla stimolazione o inibizione della funzione catalitica di alcuni enzimi. Questo effetto si ottiene attivando o inibendo enzimi già esistenti nelle cellule accelerando la loro sintesi attivando i geni. Gli ormoni possono aumentare o diminuire la permeabilità delle membrane cellulari e subcellulari agli enzimi e ad altre sostanze biologicamente attive, facilitando o inibendo così l'azione dell'enzima. ormone organico ferro

Meccanismo a membrana . L'ormone si lega alla membrana cellulare e nel sito di legame cambia la sua permeabilità al glucosio, agli amminoacidi e ad alcuni ioni. In questo caso, l'ormone agisce come effettore dei veicoli di membrana. L'insulina lo fa alterando il trasporto del glucosio. Ma questo tipo di trasporto ormonale avviene raramente in isolamento. L'insulina, ad esempio, ha sia una membrana che un meccanismo d'azione intracellulare di membrana.

Meccanismo membrana-intracellulare . Secondo il tipo membrana-intracellulare, agiscono gli ormoni che non penetrano nella cellula e quindi influenzano il metabolismo attraverso un mediatore chimico intracellulare. Questi includono gli ormoni proteico-peptidi (ormoni dell'ipotalamo, dell'ipofisi, del pancreas e delle ghiandole paratiroidi, tirocalcitonina della tiroide); derivati ​​degli aminoacidi (ormoni del midollo surrenale - adrenalina e noradrenalina, tiroide - tiroxina, triiodotironina).

Meccanismo d'azione intracellulare (citosolico). . È caratteristico degli ormoni steroidei (corticosteroidi, ormoni sessuali - androgeni, estrogeni e gestageni). Gli ormoni steroidei interagiscono con i recettori situati nel citoplasma. Il risultante complesso ormone-recettore viene trasferito al nucleo e agisce direttamente sul genoma, stimolando o inibendo la sua attività, ad es. agisce sulla sintesi del DNA modificando la velocità di trascrizione e la quantità di RNA informativo (matrice) (mRNA). Un aumento o una diminuzione della quantità di mRNA influisce sulla sintesi proteica durante la traduzione, il che porta a un cambiamento nell'attività funzionale della cellula.

Attualmente si distinguono le seguenti opzioni per l'azione degli ormoni:

1. ormonale o emocrino quelli. azione a notevole distanza dal luogo di formazione;
2. isocrino, o locale, quando una sostanza chimica sintetizzata in una cellula ha un effetto su una cellula situata a stretto contatto con la prima e il rilascio di questa sostanza viene effettuato nel liquido interstiziale e nel sangue;
3. neurocrino o neuroendocrino (sinaptico e non sinaptico), un'azione quando l'ormone, essendo rilasciato dalle terminazioni nervose, svolge la funzione di neurotrasmettitore o neuromodulatore, cioè una sostanza che altera (solitamente potenzia) l'azione di un neurotrasmettitore;
4. paracrino- una sorta di azione isocrina, ma allo stesso tempo l'ormone formato in una cellula entra nel fluido intercellulare e colpisce un numero di cellule situate nelle immediate vicinanze;
5. giustacrino- una sorta di azione paracrina, quando l'ormone non entra nel liquido intercellulare e il segnale viene trasmesso attraverso la membrana plasmatica di un'altra cellula vicina;
6. autocrino azione, quando un ormone rilasciato da una cellula colpisce la cellula stessa, modificandone l'attività funzionale;
7. salino azione quando un ormone di una cellula entra nel lume del dotto e quindi raggiunge un'altra cellula, esercitando un effetto specifico su di essa (ad esempio, alcuni ormoni gastrointestinali).

La sintesi degli ormoni proteici, come altre proteine, è sotto controllo genetico e le cellule tipiche dei mammiferi esprimono geni che codificano tra 5.000 e 10.000 proteine ​​diverse e alcune cellule altamente differenziate fino a 50.000 proteine. Tutta la sintesi proteica inizia con trasposizione di segmenti di DNA, poi trascrizione, elaborazione post-trascrizionale, traduzione, elaborazione e modifica post-traduzionale. Molti ormoni polipeptidici sono sintetizzati sotto forma di grandi precursori - pro-ormoni(proinsulina, proglucagone, proopiomelanocortina, ecc.). La conversione dei proormoni in ormoni avviene nell'apparato del Golgi.

Esistono due principali meccanismi di azione degli ormoni a livello cellulare:
1. Implementazione dell'effetto dalla superficie esterna della membrana cellulare.
2. Attuazione dell'effetto dopo la penetrazione dell'ormone nella cellula.

1) Implementazione dell'effetto dalla superficie esterna della membrana cellulare

In questo caso, i recettori si trovano sulla membrana cellulare. Come risultato dell'interazione dell'ormone con il recettore, viene attivato un enzima di membrana, l'adenilato ciclasi. Questo enzima contribuisce alla formazione dell'acido adenosina trifosforico (ATP) del più importante mediatore intracellulare per l'implementazione degli effetti ormonali - 3,5-adenosina monofosfato ciclico (cAMP). cAMP attiva l'enzima cellulare protein chinasi, che implementa l'azione dell'ormone. È stato stabilito che l'adenilato ciclasi ormone-dipendente è un enzima comune su cui agisce vari ormoni, mentre i recettori ormonali sono multipli e specifici per ciascun ormone. I messaggeri secondari, oltre al cAMP, possono essere 3,5-guanosina monofosfato ciclico (cGMP), ioni calcio e inositolo trifosfato. Ecco come agiscono i peptidi, gli ormoni proteici, i derivati ​​della tirosina - le catecolamine. Una caratteristica dell'azione di questi ormoni è la relativa rapidità della risposta, che è dovuta all'attivazione di precedenti enzimi già sintetizzati e altre proteine.

Gli ormoni svolgono la loro azione biologica complessandosi con i recettori, molecole informative che trasformano un segnale ormonale in un'azione ormonale. La maggior parte degli ormoni interagiscono con i recettori situati su membrane plasmatiche cellule e altri ormoni - con recettori localizzati a livello intracellulare, ad es. Insieme a citoplasmatico e nucleare.

I recettori plasmatici, a seconda della struttura, si dividono in:

1. sette frammenti(anelli);
2. recettori, di cui è costituito il segmento transmembrana un frammento(anelli o catene);
3. recettori, di cui è costituito il segmento transmembrana quattro frammenti(cicli).

Gli ormoni il cui recettore è costituito da sette frammenti transmembrana includono:
ACTH, TSH, FSH, LH, gonadotropina corionica, prostaglandine, gastrina, colecistochinina, neuropeptide Y, neuromedina K, vasopressina, epinefrina (a-1 e 2, b-1 e 2), acetilcolina (M1, M2, M3 e M4) , serotonina (1A, 1B, 1C, 2), dopamina (D1 e D2), angiotensina, sostanza K, sostanza P o neurochinine di tipo 1, 2 e 3, trombina, interleuchina-8, glucagone, calcitonina, secretina, somatoliberina, VIP, peptide attivante l'adenilato ciclasi ipofisario, glutammato (MG1 – MG7), adenina.

Il secondo gruppo include ormoni che hanno un frammento transmembrana:
STH, prolattina, insulina, somatomammotropina o lattogeno placentare, IGF-1, fattori di crescita nervosa o neurotrofine, fattore di crescita degli epatociti, peptide natriuretico atriale di tipo A, B e C, oncostatina, eritropoietina, fattore neurotrofico ciliare, fattore inibitorio leucemico, fattore di necrosi tumorale fattore (p75 e p55), fattore di crescita nervosa, interferoni (a, b e g), fattore di crescita epidermico, fattore neurodifferenziante, fattori di crescita dei fibroblasti, fattori di crescita piastrinici A e B, fattore stimolante le colonie di macrofagi, attivina, inibina, interleuchine-2 , 3, 4, 5, 6 e 7, fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi, fattore stimolante le colonie di granulociti, lipoproteina a bassa densità, transferrina, IGF-2, attivatore del plasminogeno dell'urochinasi.

Gli ormoni del terzo gruppo, il cui recettore ha quattro frammenti transmembrana, includono:
acetilcolina (muscolo e nervo nicotinico), serotonina, glicina, acido g-aminobutirrico.

L'accoppiamento del recettore con i sistemi effettori avviene attraverso la cosiddetta proteina G, la cui funzione è quella di assicurare la conduzione ripetuta del segnale ormonale a livello della membrana plasmatica. La proteina G in una forma attivata stimola la sintesi dell'AMP ciclico attraverso l'adenilato ciclasi, che innesca un meccanismo a cascata per l'attivazione delle proteine ​​intracellulari.

Il meccanismo generale fondamentale attraverso il quale si realizzano gli effetti biologici dei messaggeri "secondari" all'interno della cellula è il processo fosforilazione - defosforilazione proteine ​​con la partecipazione di un'ampia varietà di protein chinasi che catalizzano il trasporto del gruppo terminale dall'ATP ai gruppi OH della serina e della treonina e, in alcuni casi, della tirosina delle proteine ​​bersaglio. Il processo di fosforilazione è la più importante modifica chimica post-traduzionale delle molecole proteiche, modificandone radicalmente sia la struttura che le funzioni. In particolare, provoca un cambiamento delle proprietà strutturali (associazione o dissociazione di subunità costituenti), l'attivazione o l'inibizione delle loro proprietà catalitiche, determinando in definitiva la velocità delle reazioni chimiche e, in generale, l'attività funzionale delle cellule.

Sistema di messaggero dell'adenilato ciclasi

La più studiata è la via dell'adenilato ciclasi della trasmissione del segnale ormonale. Coinvolge almeno cinque proteine ​​ben studiate:
1)recettore ormonale;
2)enzima adenilato ciclasi, che svolge la funzione di sintesi di AMP ciclico (cAMP);
3)proteina G, che comunica tra l'adenilato ciclasi e il recettore;
4)protein chinasi cAMP-dipendente, catalizzando la fosforilazione di enzimi intracellulari o proteine ​​bersaglio, modificandone rispettivamente l'attività;
5)fosfodiesterasi, che provoca la rottura di cAMP e quindi interrompe (interrompe) l'azione del segnale

È stato dimostrato che il legame dell'ormone al recettore β-adrenergico porta a cambiamenti strutturali nel dominio intracellulare del recettore, che a sua volta assicura l'interazione del recettore con la seconda proteina della via di segnalazione, il legame GTP.

Proteina legante GTP - proteina G- è una miscela di 2 tipi di proteine:
attivo G s (dall'inglese stimolatorio G)
inibitorio G i
Ciascuno di essi ha tre diverse subunità (α-, β- e γ-), cioè sono eterotrimeri. È stato dimostrato che le subunità β di G s e G i sono identiche; allo stesso tempo, le subunità α, che sono prodotti di geni diversi, si sono rivelate responsabili della manifestazione dell'attività attivatrice e inibitoria da parte della proteina G. Il complesso del recettore ormonale conferisce alla proteina G la capacità non solo di scambiare facilmente il GDP legato endogeno con il GTP, ma anche di trasferire la proteina Gs a uno stato attivato, mentre la proteina G attiva si dissocia in presenza di ioni Mg 2+ nelle subunità β-, γ e nella subunità α complessa G s nella forma GTP; questo complesso attivo si sposta quindi sulla molecola dell'adenilato ciclasi e la attiva. Il complesso stesso subisce quindi l'autoinattivazione a causa dell'energia di decadimento del GTP e la riassociazione delle subunità β e γ con la formazione della forma originale del GDP G s .

Retz- recettore; G- proteina G; corrente alternata-adenilato ciclasi.

È una proteina integrale delle membrane plasmatiche, il suo centro attivo è orientato verso il citoplasma e catalizza la reazione di sintesi del cAMP dall'ATP:

La componente catalitica dell'adenilato ciclasi, isolata da vari tessuti animali, è rappresentata da un unico polipeptide. In assenza di proteine ​​G, è praticamente inattivo. Contiene due gruppi SH, uno dei quali è coinvolto nella coniugazione con la proteina Gs, e il secondo è necessario per la manifestazione dell'attività catalitica. Sotto l'azione della fosfodiesterasi, il cAMP viene idrolizzato per formare 5 "-AMP inattivo.

proteina chinasiè un enzima intracellulare attraverso il quale il cAMP realizza il suo effetto. La protein chinasi può esistere in 2 forme. In assenza di cAMP, la protein chinasi è presente come complesso tetramerico costituito da due subunità catalitiche (C2) e due regolatorie (R2); in questa forma, l'enzima è inattivo. In presenza di cAMP, il complesso della protein chinasi si dissocia reversibilmente in una subunità R 2 e due subunità catalitiche C libere; questi ultimi hanno attività enzimatica, catalizzando la fosforilazione di proteine ​​ed enzimi, modificando così l'attività cellulare.

L'attività di molti enzimi è regolata dalla fosforilazione cAMP-dipendente; di conseguenza, la maggior parte degli ormoni di natura proteico-peptidica attivano questo processo. Tuttavia, un certo numero di ormoni ha un effetto inibitorio sull'adenilato ciclasi, rispettivamente, riducendo il livello di cAMP e la fosforilazione proteica. In particolare, l'ormone somatostatina, combinandosi con il suo recettore specifico, la proteina G inibitoria (Gi, che è un omologo strutturale della proteina Gs), inibisce la sintesi dell'adenilato ciclasi e del cAMP, cioè provoca un effetto direttamente opposto a quello causato da adrenalina e glucagone. In un certo numero di organi, le prostaglandine (in particolare la PGE 1) hanno anche un effetto inibitorio sull'adenilato ciclasi, sebbene nello stesso organo (a seconda del tipo di cellula) la stessa PGE 1 possa attivare la sintesi di cAMP.

Il meccanismo di attivazione e regolazione della glicogeno fosforilasi muscolare, che attiva la scomposizione del glicogeno, è stato studiato in modo più dettagliato. Ci sono 2 forme:
cataliticamente attivo fosforilasi a e
non attivo - fosforilasi b.

Entrambe le fosforilasi sono costruite da due subunità identiche, in ciascuna il residuo di serina in posizione 14 subisce il processo di fosforilazione-defosforilazione, attivazione e inattivazione, rispettivamente.

Sotto l'azione della fosforilasi b chinasi, la cui attività è regolata dalla protein chinasi cAMP-dipendente, entrambe le subunità della molecola della forma inattiva della fosforilasi b subiscono fosforilazione covalente e vengono convertite in fosforilasi attiva a. La defosforilazione di quest'ultimo sotto l'azione di una specifica fosfatasi fosforilasi a porta all'inattivazione dell'enzima e al ritorno al suo stato originale.

Aperto nel tessuto muscolare 3 tipi regolazione della glicogeno fosforilasi.
Primo tipo – regolazione covalente basato sulla fosforilazione-defosforilazione dipendente dall'ormone delle subunità della fosforilasi.
Secondo tipo – regolazione allosterica. Si basa sulle reazioni di adenilazione-deadenilazione delle subunità di glicogeno fosforilasi b (attivazione-inattivazione, rispettivamente). La direzione delle reazioni è determinata dal rapporto tra le concentrazioni di AMP e ATP, che sono attaccate non al centro attivo, ma al centro allosterico di ciascuna subunità.

Nel muscolo che lavora, l'accumulo di AMP, dovuto al consumo di ATP, provoca l'adenilazione e l'attivazione della fosforilasi b. A riposo, invece, alte concentrazioni di ATP, soppiantando l'AMP, portano all'inibizione allosterica di questo enzima per deadenilazione.
Terzo tipo – regolazione del calcio, basato sull'attivazione allosterica della fosforilasi b chinasi da parte degli ioni Ca 2+, la cui concentrazione aumenta con la contrazione muscolare, contribuendo così alla formazione della fosforilasi a attiva.

Sistema di messaggistica di guanilato ciclasi

Per molto tempo, il guanosina monofosfato ciclico (cGMP) è stato considerato l'antipodo del cAMP. Gli sono state attribuite funzioni opposte a cAMP. Ad oggi, sono state ottenute molte prove che il cGMP svolge un ruolo indipendente nella regolazione della funzione cellulare. In particolare, nei reni e nell'intestino controlla il trasporto ionico e lo scambio idrico, nel muscolo cardiaco funge da segnale di rilassamento, ecc.

La biosintesi di cGMP da GTP viene effettuata sotto l'azione della guanilato ciclasi specifica, per analogia con la sintesi di cAMP:

Complesso del recettore dell'adrenalina: corrente alternata- adenilato ciclasi, G- proteina G; C e R- subunità catalitiche e regolatorie della protein chinasi, rispettivamente; KF- fosforilasi b chinasi; F- fosforilasi; Glk-1-P- glucosio-1-fosfato; Glk-6-P- glucosio-6-fosfato; UDF-Glk- uridina difosfato glucosio; HS- glicogeno sintasi.

Sono note quattro diverse forme di guanilato ciclasi, tre delle quali sono legate alla membrana e una solubile è aperta nel citosol.

Le forme legate alla membrana sono composte da 3 trame:
recettore, localizzato sulla superficie esterna della membrana plasmatica;
dominio intramembrana e
componente catalitica, che è lo stesso per diverse forme dell'enzima.
La guanilato ciclasi è aperta in molti organi (cuore, polmoni, reni, ghiandole surrenali, endotelio intestinale, retina, ecc.), il che indica la sua ampia partecipazione alla regolazione del metabolismo intracellulare mediata dal cGMP. L'enzima legato alla membrana viene attivato attraverso i corrispondenti recettori da brevi peptidi extracellulari, in particolare l'ormone peptide natriuretico atriale (ANP), una tossina termostabile di batteri gram-negativi, ecc. L'ANF, come è noto, viene sintetizzato nell'atrio in risposta ad un aumento del volume del sangue, entra nei reni con il sangue, attiva la guanilato ciclasi (di conseguenza aumenta il livello di cGMP), favorendo l'escrezione di Na e acqua. Le cellule muscolari lisce vascolari contengono anche un recettore simile, il sistema della guanilato ciclasi, attraverso il quale l'ANF legato al recettore esercita un effetto vasodilatatore, contribuendo ad abbassare la pressione sanguigna. Nelle cellule epiteliali dell'intestino, l'endotossina batterica può agire come attivatore del sistema recettore-guanilato ciclasi, che porta a un rallentamento dell'assorbimento di acqua nell'intestino e allo sviluppo della diarrea.

La forma solubile della guanilato ciclasi è un enzima contenente eme costituito da 2 subunità. Questa forma di guanilato ciclasi è regolata dai nitrovasodilatatori, i radicali liberi sono prodotti della perossidazione lipidica. Uno dei noti attivatori è fattore endoteliale (EDRF) provocando rilassamento vascolare. Il componente attivo, ligando naturale, di questo fattore è l'ossido nitrico NO. Questa forma dell'enzima è attivata anche da alcuni nitrosovasodilatatori (nitroglicerina, nitroprussiato, ecc.) utilizzati per le malattie cardiache; la scomposizione di questi farmaci rilascia anche NO.

L'ossido nitrico è formato dall'aminoacido arginina con la partecipazione di un complesso sistema enzimatico Ca 2+ -dipendente con una funzione mista chiamata NO-sintasi:

L'ossido nitrico, quando interagisce con l'eme della guanilato ciclasi, favorisce la rapida formazione di cGMP, che riduce la forza delle contrazioni cardiache stimolando le pompe ioniche che funzionano a basse concentrazioni di Ca 2+. Tuttavia, l'azione di NO è di breve durata, diversi secondi, localizzata - vicino al sito della sua sintesi. Un effetto simile, ma più lungo, è fornito dalla nitroglicerina, che rilascia NO più lentamente.

È stata ottenuta la prova che la maggior parte degli effetti di cGMP sono mediati da una protein chinasi cGMP-dipendente chiamata protein chinasi G. Questo enzima, diffuso nelle cellule eucariotiche, è stato ottenuto in forma pura. Consiste di 2 subunità: un dominio catalitico con una sequenza simile alla subunità C della protein chinasi A (cAMP-dipendente) e un dominio regolatorio simile alla subunità R della protein chinasi A. Tuttavia, le protein chinasi A e G riconoscere diverse sequenze proteiche, regolando, rispettivamente, la fosforilazione del gruppo OH della serina e della treonina di varie proteine ​​intracellulari ed esercitando così vari effetti biologici.

Il livello dei nucleotidi ciclici cAMP e cGMP nella cellula è controllato dalle corrispondenti fosfodiesterasi, che catalizzano la loro idrolisi a 5'-nucleotidi monofosfati e differiscono nella loro affinità per cAMP e cGMP. Una fosfodiesterasi solubile calmodulina-dipendente e un'isoforma legata alla membrana non regolati da Ca2+ e calmodulina sono stati isolati e caratterizzati.

Sistema di messaggistica Ca 2+

Gli ioni Ca 2+ svolgono un ruolo centrale nella regolazione di molte funzioni cellulari. Un cambiamento nella concentrazione di Ca 2+ libero intracellulare è un segnale per l'attivazione o l'inibizione di enzimi, che a loro volta regolano il metabolismo, l'attività contrattile e secretoria, l'adesione e la crescita cellulare. Le fonti di Ca 2+ possono essere intra ed extracellulari. Normalmente, la concentrazione di Ca 2+ nel citosol non supera i 10 -7 M e le sue principali fonti sono il reticolo endoplasmatico e i mitocondri. I segnali neuroormonali portano ad un forte aumento della concentrazione di Ca 2+ (fino a 10-6 M), che proviene sia dall'esterno attraverso la membrana plasmatica (più precisamente, attraverso i canali del calcio voltaggio-dipendenti e recettore-dipendenti) sia da sorgenti intracellulari . Uno dei meccanismi più importanti per la conduzione di un segnale ormonale nel sistema calcio-messaggero è l'avvio di reazioni cellulari (risposte) attivando uno specifico Proteina chinasi Ca 2+ -calmodulina-dipendente. La subunità regolatrice di questo enzima si è rivelata essere una proteina legante il Ca 2+ calmodulina. Con un aumento della concentrazione di Ca 2+ nella cellula in risposta ai segnali in entrata, una specifica protein chinasi catalizza la fosforilazione di molti enzimi bersaglio intracellulari, regolandone così l'attività. La fosforilasi b chinasi attivata dagli ioni Ca 2+, come la NO-sintasi, ha dimostrato di contenere calmodulina come subunità. La calmodulina fa parte di molte altre proteine ​​che legano il Ca 2+. Con un aumento della concentrazione di calcio, il legame del Ca 2+ alla calmodulina è accompagnato dai suoi cambiamenti conformazionali e, in questa forma legata al Ca 2+, la calmodulina modula l'attività di molte proteine ​​intracellulari (da cui il nome).

Il sistema intracellulare dei messaggeri comprende anche derivati ​​dei fosfolipidi delle membrane cellulari eucariotiche, in particolare derivati ​​fosforilati del fosfatidilinositolo. Questi derivati ​​vengono rilasciati in risposta a un segnale ormonale (ad esempio, dalla vasopressina o dalla tireotropina) sotto l'azione di una specifica fosfolipasi C legata alla membrana. Come risultato di reazioni successive, si formano due potenziali secondi messaggeri: diacilglicerolo e inositolo-1 ,4,5-trifosfato.

Gli effetti biologici di questi secondi messaggeri si realizzano in modi diversi. L'azione del diacilglicerolo, così come degli ioni Ca 2+ liberi, è mediata da una membrana legata enzima Ca-dipendente protein chinasi C, che catalizza la fosforilazione degli enzimi intracellulari, modificandone l'attività. L'inositolo-1,4,5-trifosfato si lega a un recettore specifico sul reticolo endoplasmatico, facilitando il rilascio di ioni Ca 2+ da esso nel citosol.

Pertanto, i dati presentati sui secondi messaggeri indicano che ciascuno di questi sistemi di mediatori dell'effetto ormonale corrisponde a una determinata classe di protein chinasi, sebbene non si possa escludere la possibilità di una stretta relazione tra questi sistemi. L'attività delle protein chinasi di tipo A è regolata da cAMP, la protein chinasi G è regolata da cGMP; Le protein chinasi Ca 2+ -calmodulina-dipendenti sono sotto il controllo del [Ca 2+ ] intracellulare e la protein chinasi di tipo C è regolata dal diacilglicerolo in sinergia con il Ca 2+ libero e i fosfolipidi acidi. Un aumento del livello di qualsiasi secondo messaggero porta all'attivazione della corrispondente classe di protein chinasi e alla successiva fosforilazione dei loro substrati proteici. Di conseguenza, non solo l'attività cambia, ma anche le proprietà regolatorie e catalitiche di molti sistemi enzimatici cellulari: canali ionici, elementi strutturali intracellulari e apparato genetico.

2) Attuazione dell'effetto dopo la penetrazione dell'ormone nella cellula

In questo caso, i recettori per l'ormone si trovano nel citoplasma della cellula. Gli ormoni di questo meccanismo d'azione, grazie alla loro lipofilia, penetrano facilmente attraverso la membrana nella cellula bersaglio e si legano nel suo citoplasma con specifiche proteine ​​recettoriali. Il complesso ormone-recettore entra nel nucleo cellulare. Nel nucleo, il complesso si scompone e l'ormone interagisce con alcune sezioni del DNA nucleare, determinando la formazione di uno speciale RNA messaggero. L'RNA messaggero lascia il nucleo e promuove la sintesi di una proteina o di un enzima proteico sui ribosomi. È così che agiscono gli ormoni steroidei e i derivati ​​​​della tirosina: gli ormoni tiroidei. La loro azione è caratterizzata da una profonda e duratura ristrutturazione del metabolismo cellulare.

È noto che l'effetto degli ormoni steroidei si realizza attraverso l'apparato genetico modificando l'espressione genica. L'ormone, dopo il rilascio con le proteine ​​del sangue nella cellula, penetra (per diffusione) attraverso la membrana plasmatica e ulteriormente attraverso la membrana nucleare e si lega alla proteina recettore intranucleare. Il complesso steroide-proteina si lega quindi alla regione regolatrice del DNA, i cosiddetti elementi ormono-sensibili, promuovendo la trascrizione dei geni strutturali corrispondenti, l'induzione della sintesi proteica de novo e i cambiamenti nel metabolismo cellulare in risposta a un segnale ormonale.

Va sottolineato che la caratteristica principale e distintiva dei meccanismi molecolari d'azione delle due principali classi di ormoni è che l'azione degli ormoni peptidici si realizza principalmente attraverso modificazioni post-traduzionali (post-sintetiche) delle proteine ​​nelle cellule, mentre gli steroidi gli ormoni (così come gli ormoni tiroidei, i retinoidi, gli ormoni della vitamina D3) agiscono come regolatori dell'espressione genica.

L'inattivazione degli ormoni si verifica negli organi effettori, principalmente nel fegato, dove gli ormoni subiscono vari cambiamenti chimici legandosi all'acido glucuronico o solforico, o come risultato dell'azione di enzimi. Alcuni degli ormoni vengono escreti nelle urine immodificati. L'azione di alcuni ormoni può essere bloccata a causa della secrezione di ormoni che hanno un effetto antagonista.