Mechanizm działania hormonów. Klasyfikacje hormonów
Hormony biorą udział w kontrolowaniu metabolizmu w następujący sposób. Przepływ informacji o statusie środowisko wewnętrzne ciało i zmiany z nim związane wpływy zewnętrzne wchodzi system nerwowy, tam przetwarzany i generowany jest sygnał odpowiedzi. Do narządów efektorowych dociera w postaci impulsów nerwowych wzdłuż nerwów odśrodkowych oraz pośrednio poprzez układ hormonalny.
Punktem, w którym łączą się przepływy informacji nerwowych i hormonalnych, jest podwzgórze - tutaj ludzie wchodzą Impulsy nerwowe z różnych części mózgu. Determinują produkcję i wydzielanie hormonów podwzgórza, które z kolei wpływają na produkcję hormonów przez obwodowe gruczoły dokrewne poprzez przysadkę mózgową. Hormony z gruczołów obwodowych, w szczególności z rdzenia nadnerczy, kontrolują wydzielanie hormonów podwzgórzowych. Ostatecznie zawartość hormonów w krwiobiegu utrzymuje się zgodnie z zasadą samoregulacji. Wysoki poziom hormonu wyłącza lub osłabia jego powstawanie poprzez mechanizm ujemnego sprzężenia zwrotnego, niski poziom ulepsza produkty.
Hormony działają na tkanki wybiórczo, co wynika z nierównej wrażliwości tkanek na nie. Narządy i komórki najbardziej wrażliwe na wpływy pewien hormon, zwykle tzw cel hormonu (narząd docelowy lub komórka docelowa).
Koncepcja tkanki docelowej. Tkanka docelowa to tkanka, w której hormon powoduje określoną reakcję fizjologiczną (biochemiczną). Ogólna reakcja tkanka docelowa determinuje działanie hormonu cała linia czynniki. Przede wszystkim jest to lokalne stężenie hormonu w pobliżu tkanki docelowej, zależne od:
1. szybkość syntezy i wydzielania hormonu;
2. anatomiczna bliskość tkanki docelowej do źródła hormonu;
3. stałe wiązania hormonu z określonym białkiem nośnikowym (jeśli takie istnieje);
4. szybkość przemiany nieaktywnej lub niskoaktywnej formy hormonu w aktywną;
5. szybkość zanikania hormonu z krwi w wyniku rozkładu lub wydalania.
Sama odpowiedź tkanki jest określana przez:
Względna aktywność i (lub) stopień zajętości określonych receptorów
Stan uczulenia - odczulenie komórki.
Specyfika hormonów w stosunku do komórek docelowych wynika z obecności specyficzne receptory.
Wszystkie receptory hormonalne można podzielić na 2 typy:
1) zlokalizowane na powierzchnia zewnętrzna Błona komórkowa;
2) komórki zlokalizowane w cytoplazmie.
Właściwości receptora:
Wyraźna specyficzność substratu;
Nasycalność;
Powinowactwo do hormonu w granicach biologicznych stężeń hormonu;
Odwracalność działania.
W zależności od tego, gdzie w komórce następuje przekazywanie informacji, można wyróżnić: możliwości działania hormonów:
1) Membrana (lokalna).
2) Membranowo-wewnątrzkomórkowo lub za pośrednictwem.
3) Cytoplazmatyczny (bezpośredni).
Typ membrany Działanie realizowane jest w miejscu związania hormonu z błoną komórkową i polega na selektywnej zmianie jej przepuszczalności. Zgodnie z mechanizmem działania hormon w tym przypadku działa jako efektor allosteryczny systemy transportowe membrany. Na przykład przezbłonowy transport glukozy zapewnia działanie insuliny, aminokwasów i niektórych jonów. Zwykle działanie błonowe łączy się z działaniem wewnątrzkomórkowym.
Działanie błonowo-wewnątrzkomórkowe Hormony charakteryzują się tym, że hormon nie przenika do komórki, lecz wpływa na wymianę w niej poprzez pośrednika, którym jest niejako przedstawiciel hormonu w komórce – przekaźnik wtórny (przekaźnikiem pierwotnym jest sam hormon). Cykliczne nukleotydy (cAMP, cGMP) i jony wapnia pełnią rolę przekaźników wtórnych.
Regulacja to złożony, złożony mechanizm, na który reaguje różnego rodzaju skutki zmian metabolizmu i utrzymania stałości środowiska wewnętrznego.
Regulacja poprzez cAMP lub cGMP. Enzym jest wbudowany w błonę cytoplazmatyczną komórki cyklaza adenylanowa, składająca się z 3 części - rozpoznanie(zestaw receptorów zlokalizowanych na powierzchni błony), koniugacja(N-białko zajmujące dwuwarstwę lipidową błony pozycja pośrednia pomiędzy receptorem a częścią katalityczną) i katalityczny(właściwe białko enzymatyczne, którego aktywne centrum jest zwrócone do wnętrza komórki). Białko katalityczne ma oddzielne miejsca wiązania cAMP i cGMP.
Przekazywanie informacji, której źródłem jest hormon, przebiega w następujący sposób:
Hormon wiąże się z receptorem;
Kompleks hormon-receptor oddziałuje z białkiem N, zmieniając jego konfigurację;
Zmiana konfiguracji powoduje konwersję PKB (obecnego w nieaktywnym białku) do GTP;
Kompleks białko-GTP aktywuje samą cyklazę adenylanową;
Aktywna cyklaza adenylanowa wytwarza wewnątrz komórki cAMP (ATP ¾® cAMP + H 4 P 2 O 7)
Cyklaza adenylanowa działa tak długo, jak zachowany jest kompleks hormon-receptor, więc jedna cząsteczka kompleksu jest w stanie utworzyć od 10 do 100 cząsteczek cAMP.
Synteza cGMP jest wyzwalana w ten sam sposób, z tą tylko różnicą, że kompleks hormon-receptor aktywuje cyklazę guanylową, która wytwarza cGMP z GTP.
Cykliczne nukleotydy aktywują kinazy białkowe (zależne od cAMP lub zależne od cGMP);
Aktywowane kinazy białkowe fosforylują różne białka przy użyciu ATP;
Fosforylacji towarzyszy zmiana aktywności funkcjonalnej (aktywacja lub hamowanie) tych białek.
Cykliczne nukleotydy (cAMP i cGMP) działają na różne białka, więc efekt zależy od receptora błonowego, który wiąże hormon. Charakter receptora określa, czy zmieni się aktywność białek enzymatycznych zależnych od cAMP lub cGMP. Często te nukleotydy mają przeciwne skutki. Zatem procesy biochemiczne zachodzące w komórce pod wpływem jednego hormonu mogą zostać aktywowane lub zahamowane, w zależności od tego, jakie receptory posiada komórka. Na przykład adrenalina może wiązać się z receptorami b i a. Te pierwsze obejmują cyklazę adenylanową i powstawanie cAMP, drugie – cyklazę guanylanową i tworzenie cGMP. Cykliczne nukleotydy aktywują różne białka, więc natura zmiany metaboliczne w komórce nie zależy od hormonu, ale od receptorów, które posiada komórka.
Wpływ cyklicznych nukleotydów na metabolizm zostaje zatrzymany za pomocą enzymów fosfodiesterazy.
Zatem proces kontrolowany przez układ cyklazy adenylanowej zależy od zależności pomiędzy szybkością produkcji cAMP lub cGMP a szybkością ich rozkładu.
Mechanizm działania hormonów, w tym układu cyklazy adenylanowej, jest nieodłączny od hormonów o charakterze białkowym i polipeptydowym, a także katecholamin (adrenaliny, noradrenaliny).
Cytoplazmatyczny mechanizm działania jest nieodłącznym elementem hormonów steroidowych.
Receptory hormonów steroidowych zlokalizowane są w cytoplazmie komórki. Hormony te (posiadające właściwości lipofilowe), wnikając do wnętrza komórki, oddziałują z receptorami tworząc kompleks hormon-receptor, który po przegrupowaniu molekularnym prowadzącym do jego aktywacji przedostaje się do jądra komórkowego, gdzie oddziałuje z chromatyną. W tym przypadku dochodzi do aktywacji genów, a następnie rozwija się łańcuch procesów, którym towarzyszy wzmożenie syntezy RNA, w tym informacyjnej. Prowadzi to do indukcji odpowiednich enzymów podczas procesu translacji, co pociąga za sobą zmianę szybkości i kierunku procesów metabolicznych w komórce.
Zatem w tym przypadku efekt hormonalny realizowany jest na poziomie aparatu genetycznego komórki docelowej.
Biologiczne działanie hormonów na aparat genetyczny komórki objawia się głównie ich wpływem na wzrost i różnicowanie tkanek i narządów.
Typ mieszany przekazywanie informacji jest charakterystyczne dla jodotyroniny(hormony tarczycy), które pod względem właściwości lipofilowych zajmują pozycję pośrednią pomiędzy hormonami rozpuszczalnymi w wodzie a hormonami lipofilowymi (steroidowymi). Ta grupa hormonów realizuje swoje działanie poprzez mechanizmy wewnątrzkomórkowe i cytozolowe.
Pierwotnie terminem „hormon” określano substancje chemiczne wydzielane przez gruczoły wydzielania wewnętrznego do naczyń limfatycznych lub krwionośnych, krążące we krwi i działające na różne narządy i tkanki, znajdujące się w znacznej odległości od miejsca ich powstawania. Okazało się jednak, że część z tych substancji (np. norepinefryna), krążąc we krwi jako hormony, pełni funkcję neuroprzekaźnika, inne zaś (somatostatyna) są zarówno hormonami, jak i neuroprzekaźnikami. Ponadto niektóre substancje chemiczne wydzielane są przez gruczoły lub komórki dokrewne w postaci prohormonów i dopiero na obwodzie przekształcane są w biologicznie aktywne hormony (testosteron, tyroksyna, angiotensynogen itp.).
Hormony, w w szerokim znaczeniu słowa są substancjami biologicznie czynnymi i nośnikami określonych informacji, za pomocą których następuje komunikacja różne komórki i tkanek, co jest niezbędne do regulacji wielu funkcji organizmu. Informacja zawarta w hormonach dociera do adresata dzięki obecności receptorów, które przekładają ją na działanie postreceptorowe (wpływ), któremu towarzyszy pewien efekt biologiczny.
Obecnie wyróżnia się następujące opcje działania hormonów:
1) hormonalny lub hemokrynny, tj. działanie w znacznej odległości od miejsca formacji;
2) izokrynny lub lokalny, gdy substancja chemiczna syntetyzowana w jednej komórce działa na komórkę znajdującą się w bliskim kontakcie z pierwszą, a uwalnianie tej substancji następuje do płynu śródmiąższowego i krwi;
3) działanie neurokrynne lub neuroendokrynne (synaptyczne i niesynaptyczne), gdy wydzielany z zakończeń nerwowych hormon pełni funkcję neuroprzekaźnika lub neuromodulatora, tj. substancja zmieniająca (zwykle wzmacniająca) działanie neuroprzekaźnika;
4) parakrynny – rodzaj działania izokrynnego, przy czym w tym przypadku hormon wytwarzany w jednej komórce przedostaje się do płynu międzykomórkowego i oddziałuje na szereg komórek znajdujących się w bliskim sąsiedztwie;
5) juksakryna – rodzaj działania parakrynnego, gdy hormon nie przedostaje się do płynu międzykomórkowego, a sygnał przekazywany jest przez błonę plazmatyczną innej komórki znajdującej się w pobliżu;
6) działanie autokrynne, gdy hormon uwalniany z komórki wpływa na tę samą komórkę, zmieniając ją działalność funkcjonalna;
7) działanie solinokrynne, gdy hormon z jednej komórki przedostaje się do światła przewodu i w ten sposób dociera do innej komórki, wywierając na nią określony wpływ (na przykład niektóre hormony żołądkowo-jelitowe).
Synteza hormonów białkowych, podobnie jak innych białek, podlega kontroli genetycznej, a typowe komórki ssaków wykazują ekspresję genów kodujących od 5 000 do 10 000 różne białka, a niektóre wysoce zróżnicowane komórki - do 50 000 białek. Każda synteza białek rozpoczyna się od transpozycji segmentów DNA, następnie transkrypcji, przetwarzania potranskrypcyjnego, translacji, przetwarzania potranslacyjnego i modyfikacji. Wiele hormonów polipeptydowych syntetyzuje się w postaci dużych prekursorów prohormonów (proinsulina, proglugon, proopiomelanokortyna itp.). Konwersja prohormonów w hormony zachodzi w aparacie Golgiego.
Ze względu na charakter chemiczny hormony dzielą się na pochodne białkowe, steroidowe (lub lipidowe) i pochodne aminokwasów.
Hormony białkowe dzielimy na hormony peptydowe: ACTH, hormon somatotropowy (GH), hormon stymulujący melanocyty (MSH), prolaktynę, hormon przytarczyc, kalcytoninę, insulinę, glukagon i hormony białkowe – glukoproteiny: hormon tyreotropowy (TSH), hormon folikulotropowy hormon (FSH), hormon luteinizujący (LH), tyreoglobulina. Hormony hipofizjotropowe i hormony przewodu pokarmowego należą do oligopeptydów, czyli małych peptydów. Hormony steroidowe (lipidowe) obejmują kortykosteron, kortyzol, aldosteron, progesteron, estradiol, estriol, testosteron, które są wydzielane przez korę nadnerczy i gonady. Do tej grupy zaliczają się także sterole witaminy D – kalcytriol. Pochodnymi kwasu arachidonowego są, jak już wskazano, prostaglandyny i należą do grupy eikozanoidów. Adrenalina i noradrenalina syntetyzowane w rdzeniu nadnerczy i innych komórkach chromochłonnych, a także hormony tarczycy są pochodnymi aminokwasu tyrozyny. Hormony białkowe są hydrofilowe i mogą być transportowane we krwi zarówno w postaci wolnej, jak i częściowo związanej z białkami krwi. Hormony steroidowe i tarczycy są lipofilowe (hydrofobowe), mają niską rozpuszczalność, a większość z nich krąży we krwi w postaci związanej z białkami.
Hormony realizują swoje działanie biologiczne łącząc się z receptorami – cząsteczkami informacyjnymi, które przekształcają sygnał hormonalny w działanie hormonalne. Większość hormonów oddziałuje z receptorami zlokalizowanymi na błonach komórkowych komórek, natomiast inne hormony oddziałują z receptorami zlokalizowanymi wewnątrzkomórkowo, tj. z cytoplazmą i jądrem.
Hormony białkowe, czynniki wzrostu, neuroprzekaźniki, katecholaminy i prostaglandyny należą do grupy hormonów, dla których receptory zlokalizowane są na błonach plazmatycznych komórek. Receptory osocza, w zależności od budowy, dzielą się na:
1) receptory, których odcinek transbłonowy składa się z siedmiu fragmentów (pętli);
2) receptory, których odcinek transbłonowy składa się z jednego fragmentu (pętli lub łańcucha);
3) receptory, których odcinek transbłonowy składa się z czterech fragmentów (pętli).
Do hormonów, których receptor składa się z siedmiu fragmentów transbłonowych zalicza się: ACTH, TSH, FSH, LH, ludzka gonadotropina kosmówkowa, prostaglandyny, gastryna, cholecystokinina, neuropeptyd Y, neuromedyna K, wazopresyna, adrenalina (a-1 i 2, b-1 i 2) , acetylocholina (M1, M2, M3 i M4), serotonina (1A, 1B, 1C, 2), dopamina (D1 i D2), angiotensyna, substancja K, substancja P lub neurokinina typu 1, 2 i 3, trombina, interleukina -8, glukagon, kalcytonina, sekretyna, somatoliberyna, VIP, peptyd aktywujący cyklazę adenylanową przysadki mózgowej, glutaminian (MG1 – MG7), adenina.
Do drugiej grupy zaliczają się hormony posiadające jeden fragment przezbłonowy: hormon wzrostu, prolaktyna, insulina, somatomamotropina lub laktogen łożyskowy, IGF-1, czynniki wzrostu nerwów, czyli neurotrofiny, czynnik wzrostu hepatocytów, przedsionkowe peptydy natriuretyczne typu A, B i C, onkostatyna , erytropoetyna, rzęskowy czynnik neurotroficzny, czynnik hamujący białaczkę, czynnik martwicy nowotworu (p75 i p55), czynnik wzrostu nerwów, interferony (a, b i g), naskórkowy czynnik wzrostu, czynnik neuroróżnicowania, czynniki wzrostu fibroblastów, czynniki wzrostu płytek A i B , czynnik stymulujący kolonię makrofagów, aktywina, inhibina, interleukiny-2, 3, 4, 5, 6 i 7, czynnik stymulujący kolonię granulocytów i makrofagów, czynnik stymulujący kolonię granulocytów, lipoproteina o małej gęstości, transferyna, IGF-2, aktywator plazminogenu urokinazy.
Hormony trzeciej grupy, których receptor ma cztery fragmenty przezbłonowe, obejmują acetylocholinę (nikotynowe mięśnie i nerwy), serotoninę, glicynę, kwas g-aminomasłowy.
Receptory błonowe są integralnymi składnikami błon plazmatycznych. Połączenie hormonu z odpowiednim receptorem charakteryzuje się dużym powinowactwem, tj. wysoki stopień powinowactwa receptorowego dla tego hormonu.
Biologiczne działanie hormonów oddziałujących z receptorami zlokalizowanymi na błonie komórkowej odbywa się przy udziale „drugiego przekaźnika”, czyli przekaźnika.
W zależności od tego, jaka substancja pełni swoją funkcję, hormony można podzielić na następujące grupy:
1) hormony o działaniu biologicznym z udziałem cyklicznego monofosforanu adenozyny (cAMP);
2) hormony, które swoje działanie wykonują z udziałem cyklicznego monofosforanu guanidyny (cGMP);
3) hormony pośredniczące w ich działaniu z udziałem zjonizowanego wapnia lub fosfatydyloinozytydów (trifosforan inozytolu i diacyloglicerol) lub obu związków jako wewnątrzkomórkowy wtórny przekaźnik;
4) hormony, które wywierają wpływ stymulując kaskadę kinaz i fosfataz.
Mechanizmy biorące udział w tworzeniu wtórnych przekaźników działają poprzez aktywację cyklazy adenylanowej, cyklazy guanylanowej, fosfolipazy C, fosfolipazy A2, kinaz tyrozynowych, kanałów Ca2+ itp.
Kortykoliberyna, somatoliberyna, VIP, glukagon, wazopresyna, LH, FSH, TSH, ludzka gonadotropina kosmówkowa, ACTH, hormon przytarczyc, prostaglandyny typu E, D i I, katecholaminy beta-adrenergiczne działają hormonalnie poprzez aktywację receptorów poprzez stymulację cyklazy adenylanowej – układu cAMP. Jednocześnie inna grupa hormonów, jak somatostatyna, angiotensyna II, acetylocholina (efekt muskarynowy), dopamina, opioidy i α2-adrenergiczne katecholaminy, hamują układ cyklaza adenylanowa-cAMP.
Układ fosfolipazy C i trifosforan inozytolu biorą udział w tworzeniu wtórnych przekaźników dla hormonów, takich jak gonadoliberyna, hormon uwalniający tyreotropinę, dopamina, tromboksan A2, endonadtlenki, leukotrieny, agniotensyna II, endotelina, hormon przytarczyc, neuropeptyd Y, katecholaminy a1-adrenergiczne , acetylocholina, bradykinina, wazopresyna, kinaza białkowa zależna od Ca2+ C. Insulina, czynnik stymulujący kolonię makrofagów, płytkopochodny czynnik wzrostu pośredniczą w swoim działaniu poprzez kinazę tyrozynową i przedsionkowy hormon natriuretyczny, histaminę, acetylocholinę, bradykininę, czynnik pochodzenia śródbłonkowego lub tlenek azotu, który z kolei bierze udział w pośredniczeniu w rozszerzającym naczynia działaniu bradykininy i acetylocholiny poprzez cyklazę guanylową. Należy zauważyć, że podział hormonów według zasady systemów aktywujących lub tego czy innego przekaźnika wtórnego jest dowolny, ponieważ wiele hormonów po interakcji z receptorem aktywuje jednocześnie kilka przekaźników wtórnych.
Większość hormonów oddziałujących z receptorami osocza, które mają 7 fragmentów transbłonowych, aktywuje przekaźniki wtórne poprzez wiązanie się z białkami nukleotydowymi guanylanowymi lub białkami G lub białkami regulatorowymi (białkami G), które są białkami heterotrimerycznymi składającymi się z a-, b-, g- podjednostki . Zidentyfikowano ponad 16 genów kodujących podjednostkę a i kilka genów podjednostek b i g. Różne typy podjednostek a mają nieidentyczne skutki. Zatem podjednostka a-s hamuje cyklazę adenylanową i kanały Ca2+, podjednostka a-q hamuje fosfolipazę C, podjednostka ai hamuje cyklazę adenylanową i kanały Ca2+ oraz stymuluje fosfolipazę C, kanały K+ i fosfodiesterazę; Podjednostka b stymuluje fosfolipazę C, cyklazę adenylanową i kanały Ca2+, a podjednostka g stymuluje kanały K+, fosfodiesterazę i hamuje cyklazę adenylanową. Dokładna funkcja innych podjednostek białek regulatorowych nie została jeszcze ustalona.
Hormony tworzące kompleks z receptorem posiadającym jeden fragment przezbłonowy aktywują enzymy wewnątrzkomórkowe (kinaza tyrozynowa, cyklaza guanylanowa, kinaza serynowo-treoninowa, fosfataza tyrozynowa). Hormony, których receptory posiadają 4 fragmenty transbłonowe, przekazują sygnał hormonalny poprzez kanały jonowe.
Badania ostatnie lata Wykazano, że przekaźniki wtórne to nie tylko jeden z wymienionych związków, ale układ wielostopniowy (kaskadowy), którego końcowym substratem (substancją) może być jeden lub więcej związków biologicznie czynnych. Zatem hormony oddziałujące z receptorami posiadającymi 7 fragmentów transbłonowych i aktywujące białko G stymulują następnie cyklazę adenylanową, fosfolipazę lub oba enzymy, co prowadzi do powstania kilku wtórnych przekaźników: cAMP, trifosforanu inozytolu i diacyloglicerolu. Do chwili obecnej grupę tę reprezentuje największa liczba (ponad 100) receptorów, do których należą receptory peptydergiczne, dopaminergiczne, adrenergiczne, cholinergiczne, serotonergiczne i inne. W tych receptorach 3 fragmenty zewnątrzkomórkowe (pętle) odpowiadają za rozpoznanie i wiązanie hormonu, 3 fragmenty wewnątrzkomórkowe (pętle) wiążą białko G. Domeny transbłonowe (wewnątrzbłonowe) są hydrofobowe, a fragmenty zewnątrz- i wewnątrzkomórkowe (pętle) są hydrofilowe. C-końcowy cytoplazmatyczny koniec łańcucha polipeptydowego receptora zawiera obszary, w których pod wpływem aktywowanych białek G zachodzi fosforylacja, charakteryzująca stan aktywny receptora z jednoczesnym tworzeniem wtórnych przekaźników: cAMP, trifosforanu inozytolu i diacyloglicerolu.
Oddziaływanie hormonu z receptorem, który ma jeden fragment przezbłonowy, prowadzi do aktywacji enzymów (kinazy tyrozynowej, fosfatazy fosforanowo-tyrozynowej itp.), które fosforylują reszty tyrozyny na cząsteczkach białka.
Kompleksowanie hormonu z receptorem należącym do trzeciej grupy i posiadającym 4 fragmenty przezbłonowe prowadzi do aktywacji kanałów jonowych i wnikania jonów, co z kolei albo stymuluje (aktywuje) kinazy serynowo-treoninowe, które pośredniczą w fosforylacji niektórych odcinków białka lub prowadzi do depolaryzacji błony. Przekazowi sygnału za pomocą któregokolwiek z wymienionych mechanizmów towarzyszą efekty charakterystyczne dla działania poszczególnych hormonów.
Historia badań nad przekaźnikami wtórnymi rozpoczyna się od badań Sutherlanda i wsp. (1959), które wykazały, że rozkład glikogenu wątrobowego pod wpływem glukagonu i adrenaliny następuje poprzez stymulujący wpływ tych hormonów na aktywność komórki enzym błonowy cyklaza adenylanowa, który katalizuje konwersję wewnątrzkomórkowego adenozynotrifosforanu (ATP) do cAMP (Schemat 1).
Schemat 1. Konwersja ATP do cAMP.
Sama cyklaza adenylanowa jest glikoproteiną o masie cząsteczkowej około 150 000 kDa. Cyklaza adenylanowa uczestniczy wraz z jonami Mg2+ w tworzeniu cAMP, którego stężenie w komórce wynosi około 0,01-1 μg mol/l, natomiast zawartość ATP w komórce osiąga poziom do 1 μg mol/l.
Tworzenie cAMP następuje za pomocą układu cyklazy adenylanowej, który jest jednym ze składników receptora. Oddziaływanie hormonu z receptorem pierwszej grupy (receptory z 7 fragmentami przezbłonowymi) obejmuje co najmniej 3 kolejne etapy: 1) aktywację receptora, 2) przekazywanie sygnału hormonalnego i 3) działanie komórkowe.
Pierwszy etap, czyli poziom, to oddziaływanie hormonu (ligandu) z receptorem, które odbywa się poprzez wiązania jonowe, wodorowe oraz związki hydrofobowe z udziałem co najmniej 3 cząsteczek błonowych białka G lub białka regulatorowego, składające się z Podjednostki -, b i g. To z kolei aktywuje enzymy związane z błoną (fosfolipazę C, cyklazę adenylanową), a następnie tworzą 3-sekundowe przekaźniki: trifosforan inozytolu, diacyloglicerol i cAMP.
Układ receptora cyklazy adenylanowej składa się z 3 elementów: samego receptora (części stymulującej i hamującej), białka regulatorowego z jego podjednostkami a, b i g oraz podjednostki katalitycznej (sama cyklaza adenylanowa), które znajdują się w prawidłowym ( tj. niestymulowane) są od siebie oddzielone (Schemat 2). Receptor (obie jego części - stymulująca i hamująca) znajduje się na zewnątrz, a jednostka regulacyjna znajduje się na wewnętrznej powierzchni błony komórkowej. Jednostka regulacyjna, czyli białko G, jest związana przez difosforan guanozyny (PKB) przy braku hormonu. Kompleksowanie hormonu z receptorem powoduje dysocjację kompleksu białko G – PKB i interakcję białka G, czyli jego podjednostki a z trifosforanem guanozyny (GTP) i jednoczesne utworzenie kompleksu podjednostki b/g, co może powodować określone skutki biologiczne. Jak już wspomniano, kompleks podjednostki GTP-a aktywuje cyklazę adenylanową i późniejsze tworzenie cAMP. Ta ostatnia aktywuje kinazę białkową A z odpowiednią fosforylacją różnych białek, co objawia się także pewnym efektem biologicznym. Dodatkowo aktywowany kompleks podjednostek GTP-a w niektórych przypadkach reguluje stymulację fosfolipazy C, cGMP, fosfodiesterazy, kanałów Ca2+ i K+ oraz działa hamująco na kanały Ca2+ i cyklazę adenylanową.
Schemat 2. Mechanizm działania hormonów białkowych poprzez aktywację cAMP (objaśnienia w tekście).
RS – receptor wiążący hormon stymulujący
St – hormon stymulujący,
Ru – hamujący receptor wiążący hormon
Ug jest hormonem hamującym
Ac – cyklaza adenylanowa,
Gy – białko hamujące hormony,
Gc jest białkiem stymulującym hormony.
Rolą hormonu jest zatem zastąpienie kompleksu białko G – PKB kompleksem białko G – GTP. Ta ostatnia aktywuje podjednostkę katalityczną, przekształcając ją w stan o wysokim powinowactwie do kompleksu ATP-Mg2+, który szybko przekształca się w cAMP. Równolegle z aktywacją cyklazy adenylanowej i tworzeniem cAMP, kompleks białko G – GTP powoduje dysocjację kompleksu receptora hormonu poprzez zmniejszenie powinowactwa receptora do hormonu.
Powstały cAMP z kolei aktywuje zależne od cAMP kinazy białkowe. Są to enzymy dokonujące fosforylacji odpowiednich białek, tj. przeniesienie grupy fosforanowej z ATP na grupę hydroksylową seryny, treoniny lub tyrozyny zawartej w cząsteczce białka. Ufosforylowane w ten sposób białka bezpośrednio realizują biologiczne działanie hormonu.
Obecnie ustalono, że białka regulatorowe są reprezentowane przez ponad 50 różnych białek zdolnych do kompleksowania z GTP, które dzielą się na białka G o małej masie cząsteczkowej (20-25 kDa) i białka G o dużej masie cząsteczkowej, składające się z 3 podjednostki (a - c masa cząsteczkowa 39-46 kDa; b – 37 kDa i podjednostka g – 8 kDa). Podjednostka a jest zasadniczo GTPazą, która hydrolizuje GTP do PKB i wolnego nieorganicznego fosforanu. Podjednostki b i g uczestniczą w tworzeniu aktywnego kompleksu po interakcji ligandu z odpowiednim receptorem. Uwalniając PKB w miejscach wiązania, podjednostka a powoduje dysocjację i dezaktywację aktywnego kompleksu, ponieważ powtarzające się połączenie podjednostki a - PKB z podjednostkami b i g powoduje powrót układu cyklazy adenylanowej do stanu pierwotnego. stan początkowy. Ustalono, że podjednostka a białka G w różnych tkankach jest reprezentowana przez formy 8, b – 4 i g – 6. Dysocjacja podjednostek białka G w błonie komórkowej może prowadzić do jednoczesnego powstawania i interakcji różnych sygnałów, które na końcu układu powodują skutki biologiczne o różnej sile i jakości.
Sama cyklaza adenylanowa jest glikoproteiną o masie cząsteczkowej 115–150 kDa. W różnych tkankach zidentyfikowano 6 izoform, które oddziałują z podjednostkami a, b i g, a także z kalmoduliną Ca2+. W niektórych typach receptorów, oprócz białek regulatorowo-stymulacyjnych (GS) i regulatorowo-hamujących (I), zidentyfikowano dodatkowe białko – transducynę.
Rola białek regulatorowych w przekazywaniu sygnałów hormonalnych jest ogromna, budowę tych białek porównuje się do „kasety”, a różnorodność odpowiedzi wiąże się z dużą mobilnością białka regulatorowego. W ten sposób niektóre hormony mogą się jednocześnie aktywować różnym stopniu zarówno Gs, jak i Gi. Ponadto oddziaływanie niektórych hormonów z białkami regulatorowymi receptora powoduje ekspresję odpowiednich białek regulujących poziom i stopień odpowiedzi hormonalnej. Jak wykazano powyżej, aktywacja białek regulatorowych jest konsekwencją ich oddzielenia od kompleksu receptorów hormonalnych. W niektórych układach receptorowych w interakcji tej bierze udział aż 20 lub więcej białek regulatorowych, które oprócz stymulacji tworzenia cAMP, jednocześnie aktywują kanały wapniowe.
Pewna liczba receptorów należących do pierwszej grupy, posiadających 7 fragmentów transbłonowych, pośredniczy w swoim działaniu przez przekaźniki wtórne związane z pochodnymi fosfatydyloinozytolu: trifosforan inozytolu i diacyloglicerol. Trifosforan inozytolu kontroluje procesy komórkowe poprzez wytwarzanie wewnątrzkomórkowego wapnia. Ten system przekaźnikowy można aktywować na dwa sposoby, mianowicie poprzez białko regulatorowe lub białka fosfotyrozyny. W obu przypadkach dochodzi do dalszej aktywacji fosfolipazy C, która hydrolizuje układ polifosfoinozydowy. System ten, jak stwierdzono powyżej, obejmuje dwa wewnątrzkomórkowe wtórne przekaźniki, które są utworzone z polifosfoinozydu błonowego zwanego 4,5-bisfosforanem fosfatydyloinozytolu (PIF2). Kompleksowanie hormonu z receptorem powoduje hydrolizę fosforylazy PIF2, w wyniku czego powstają wskazane przekaźniki – trifosforan inozytolu (IP3) i diacyloglicerol. IP3 sprzyja wzrostowi poziomu wewnątrzkomórkowego wapnia, przede wszystkim poprzez mobilizację tego ostatniego z siateczki śródplazmatycznej, gdzie jest on zlokalizowany w tzw. wapniosomach, a następnie poprzez przedostawanie się wapnia zewnątrzkomórkowego do komórki. Diacyloglicerol z kolei aktywuje specyficzne kinazy białkowe, a w szczególności kinazę białkową C. Ta ostatnia fosforyluje niektóre enzymy odpowiedzialne za końcowy efekt biologiczny. Możliwe, że zniszczenie FIF2 wraz z uwolnieniem dwóch przekaźników i wzrostem zawartości wewnątrzkomórkowego wapnia indukuje także powstawanie prostaglandyn, które są potencjalnymi stymulatorami cAMP.
Układ ten pośredniczy w działaniu takich hormonów jak histamina, serotonina, prostaglandyny, wazopresyna, cholecystokinina, somatoliberyna, hormon uwalniający tyreotropinę, oksytocyna, hormon przytarczyc, neuropeptyd Y, substancja P, angiotensyna II, katecholaminy działające poprzez receptory α1-adrenergiczne itp.
Grupa enzymów fosfolipazy C obejmuje aż 16 izoform, które z kolei dzielą się na b-, g- i d-fosfolipazę C. Wykazano, że b-fosfolipaza C oddziałuje z białkami regulatorowymi, a g-fosfolipaza C z kinazami tyrozynowymi .
Trifosforan inozytolu działa poprzez własne, specyficzne receptory tetrameryczne o masie cząsteczkowej 4x313 kDa. Po skompleksowaniu z takim receptorem zidentyfikowano tzw. „duże” receptory trifosforanu inozytolu lub receptory rianodyny, które również należą do tetramerów i mają masę cząsteczkową 4x565 kDa. Jest możliwe, że wewnątrzkomórkowe kanały wapniowe receptorów ryanodyny są regulowane przez nowego wtórnego przekaźnika, cADP-rybozę (L. Meszaros i in., 1993). W tworzeniu tego przekaźnika pośredniczą cGMP i tlenek azotu (NO), który aktywuje cytoplazmatyczną cyklazę guanylanową. Tym samym tlenek azotu może stanowić jeden z elementów przenoszenia działania hormonalnego przy udziale jonów wapnia.
Jak wiadomo, wapń występuje wewnątrz komórki w postaci związanej z białkami oraz w dowolna forma w płynie pozakomórkowym. Zidentyfikowano wewnątrzkomórkowe białka wiążące wapń, takie jak kalretikulina i kalsekwestryna. Wewnątrzkomórkowy wolny wapń, który działa jako drugi przekaźnik, pochodzi z płynu pozakomórkowego poprzez kanały wapniowe w błonie komórkowej komórki lub jest uwalniany wewnątrzkomórkowo w wyniku wiązania z białkami. Wewnątrzkomórkowy wolny wapń wpływa na odpowiednie kinazy fosforylazy tylko wtedy, gdy jest związany z wewnątrzkomórkowym białkiem kalmoduliną (Schemat 3).
Schemat 3. Mechanizm działania hormonów białkowych poprzez CA2+ (objaśnienia w tekście) P – receptor; G – hormon; Białko Ca+ to wewnątrzkomórkowy wapń w postaci związanej z białkami.
Kalmodulina, białko receptorowe o dużym powinowactwie do wapnia, składa się ze 148 reszt aminokwasowych i jest obecne we wszystkich komórkach jądrzastych. Jego masa cząsteczkowa (mol.m) wynosi 17 000 kDa, każda cząsteczka ma 4 receptory wiążące wapń.
W stanie spoczynku funkcjonalnego stężenie wolnego wapnia w płynie zewnątrzkomórkowym jest wyższe niż wewnątrz komórki, co wynika z działania pompy wapniowej (ATPazy) i transportu wapnia z komórki do płynu międzykomórkowego. W tym okresie kalmodulina występuje w formie nieaktywnej. Kompleksowanie hormonu z receptorem prowadzi do wzrostu wewnątrzkomórkowego poziomu wolnego wapnia, który wiąże się z kalmoduliną, przekształca ją w formę aktywną i wpływa na wrażliwe na wapń białka lub enzymy odpowiedzialne za odpowiednie działanie biologiczne hormonu.
Zwiększony poziom wapnia wewnątrzkomórkowego pobudza wówczas pompę wapniową, która „wpompowuje” wolny wapń do płynu międzykomórkowego, zmniejsza jego poziom w komórce, w wyniku czego kalmodulina staje się nieaktywna i w komórce przywracany jest stan spoczynku funkcjonalnego. Kalmodulina wpływa również na cyklazę adenylanową, cyklazę guanylanową, fosfodiesterazę, kinazę fosforylazy, kinazę miozynową, fosfolipazę A2, Ca2+- i Mg2+-ATPazę, stymuluje uwalnianie neuroprzekaźników, fosforylację białek błonowych. Zmieniając transport wapnia, poziom i aktywność cyklicznych nukleotydów oraz pośrednio metabolizm glikogenu, kalmodulina bierze udział w procesach wydzielniczych i innych czynnościowych zachodzących w komórce. Jest dynamicznym składnikiem aparatu mitotycznego, reguluje polimeryzację układu mikrotubulowo-kosmkowego, syntezę aktomiozyny i aktywację błon „pompy” wapniowej. Kalmodulina - analog białko mięśniowe troponina C, która wiążąc wapń tworzy kompleks aktyny i miozyny, a także aktywuje ATPazę miozyny, która jest niezbędna do powtarzającego się oddziaływania aktyny i miozyny.
Kompleks Ca2+-kalmodulina aktywuje zależną od Ca2+-kalmodulinę kinazę białkową, która odgrywa ważną rolę w przekazywaniu sygnałów nerwowych (synteza i uwalnianie neuroprzekaźników), w stymulacji lub hamowaniu fosfolipazy A2 oraz aktywuje specyficzną fosfatazę białkową serynowo-treoninową zwana kalcyneuryną, która pośredniczy w działaniu receptora komórek T w limfocytach T.
Kinazy białkowe zależne od kalmoduliny dzielą się na dwie grupy: wielofunkcyjne, które są dobrze scharakteryzowane i specyficzne, czyli „specjalnego przeznaczenia”. Do pierwszej grupy zaliczają się takie kinazy białkowe A, które pośredniczą w fosforylacji wielu białek wewnątrzkomórkowych. Kinazy białkowe „specjalnego przeznaczenia” fosforylują niektóre substraty, takie jak kinaza lekkiego łańcucha miozyny, kinaza fosforylazy itp.
Kinaza białkowa C jest reprezentowana przez kilka izoform (masa cząsteczkowa od 67 do 83 kDa), które są kodowane przez 10 różnych genów. Klasyczna kinaza białkowa C obejmuje 4 różne izoformy (izoformy a, b1, b2 i g); 4 inne izoformy białek (delta, - epsilon, - pi i omega) oraz 2 atypowe formy białek.
Klasyczne kinazy białkowe aktywowane są przez wapń i diacyloglicerol, nowe kinazy białkowe przez estry diacyloglicerolu i forbolu, a jedna z atypowych kinaz białkowych nie reaguje na żaden z tych aktywatorów, ale do swojej aktywności wymaga obecności fosfatydyloseryny.
Powyżej zauważono, że hormony, których receptory mają 7 fragmentów transbłonowych, po utworzeniu kompleksu hormon-receptor wiążą się z białkami G, które mają małą masę cząsteczkową (20-25 kDa) i działają inna funkcja. Białka oddziałujące z receptorową kinazą tyrozynową nazywane są białkami ras, a białka biorące udział w transporcie pęcherzykowym nazywane są białkami rab. Aktywowaną formą jest białko G skompleksowane z GTP; nieaktywna forma białka ras jest konsekwencją jego kompleksowania z PKB. Białko uwalniające nukleotyd guaninowy bierze udział w aktywacji białka ras, a proces inaktywacji odbywa się poprzez hydrolizę GTP pod wpływem GTPazy. Z kolei aktywacja białka ras poprzez fosfolipazę C stymuluje powstawanie przekaźników wtórnych: trifosforanu inozytolu i diacyloglicerolu. Białka Ras po raz pierwszy opisano jako onkogeny (A.G. Gilman, 1987), ponieważ w nowotworach złośliwych wykryto zwiększoną ekspresję, czyli mutację, tych białek. Zwykle białka ras biorą udział w różnych procesach regulacyjnych, w tym we wzroście.
Niektóre hormony białkowe (insulina, IGF I itp.) początkowo aktywują receptor poprzez wrażliwą na hormony kinazę tyrozynową. Wiązanie hormonu z receptorem prowadzi do zmian konformacyjnych lub dimeryzacji, co powoduje aktywację kinazy tyrozynowej i następczą autofosforylację receptora. W następstwie interakcji z receptorami hormonalnymi autofosforylacja zwiększa zarówno aktywność kinazy tyrozynowej w innym dimerze, jak i fosforylację substratów wewnątrzkomórkowych. Receptorowa kinaza tyrozynowa jest enzymem allosterycznym, w którym domena zewnątrzkomórkowa jest podjednostką regulatorową, a domena wewnątrzkomórkowa (cytoplazmatyczna) jest podjednostką katalityczną. Aktywacja lub fosforylacja kinazy tyrozynowej zachodzi poprzez wiązanie z adapterem lub białkiem SH2, składającym się z dwóch domen SH2 i jednej domeny SH3. Domeny SH2 wiążą specyficzne receptory kinazy tyrozynowej fosfotyrozyny, a domeny SH3 wiążą enzymy lub cząsteczki sygnalizacyjne. Białka fosforylowane (fosfotyrozyny) ulegają skróceniu o 4 aminokwasy, co decyduje o ich specyficznym wiązaniu się z domenami SH2 o wysokim powinowactwie.
Kompleksy (peptydy fosfotyrozynowe – domeny SH2) decydują o selektywności przekazywania sygnałów hormonalnych. Ostateczny efekt przekazywania sygnału hormonalnego zależy od dwóch reakcji – fosforylacji i defosforylacji. Pierwsza reakcja zachodzi pod kontrolą różnych kinaz tyrozynowych, druga - fosfataz fosfotyrozynowych. Do chwili obecnej zidentyfikowano ponad 10 przezbłonowych fosfataz fosfotyrozynowych, które podzielono na 2 grupy: a) duże białka transbłonowe/domeny tendemowe oraz b) małe enzymy wewnątrzkomórkowe z pojedynczą domeną katalityczną.
Wewnątrzkomórkowe fragmenty fosfataz fosfotyrozynowych są bardzo zróżnicowane. Uważa się, że funkcją fosfataz fosfotyrozynowych domeny SH2 (typu I i II) jest zmniejszenie sygnału poprzez defosforylację miejsc fosforylacji na receptorowej kinazie tyrozynowej lub wzmocnienie sygnału poprzez wiązanie białek sygnalizacyjnych fosforylujących tyrozynę na jednej lub obu domenach SH2, jak również przekazywanie sygnału poprzez oddziaływanie jednego białka SH2 z innym białkiem lub inaktywację w procesie defosforylacji cząsteczek przekaźnika wtórnego fosforylowanego tyrozyną, takich jak fosfolipaza C-g lub kinaza tyrozynowa src.
W niektórych hormonach przekazywanie sygnałów hormonalnych odbywa się poprzez fosforylację reszt aminokwasowych tyrozyny, a także seryny lub treoniny. Charakterystyczny pod tym względem jest receptor insuliny, w którym może zachodzić fosforylacja zarówno tyrozyny, jak i seryny, a fosforylacji seryny towarzyszy zmniejszenie biologicznego działania insuliny. Funkcjonalne znaczenie jednoczesnej fosforylacji kilku reszt aminokwasowych receptorowej kinazy tyrozynowej nie jest do końca jasne. Jednakże osiąga się to modulację sygnału hormonalnego, co jest schematycznie określane jako drugi poziom mechanizmów sygnalizacji receptora. Poziom ten charakteryzuje się aktywacją kilku kinaz białkowych i fosfataz (takich jak kinaza białkowa C, kinaza białkowa zależna od cAMP, kinaza białkowa zależna od cGMP, kinaza białkowa zależna od kalmoduliny itp.), które dokonują fosforylacji lub defosforylacji seryny, reszty tyrozyny lub treoniny, co powoduje odpowiednie zmiany konformacyjne, niezbędne do ujawnienia aktywności biologicznej.
Należy zauważyć, że enzymy takie jak fosforylaza, kinaza, kinaza kazeinowa II, kinaza karboksylazy acetylo-CoA, lipaza trójglicerydowa, fosforylaza glikogenowa, fosfataza białkowa I, liaza cytrynianowa ATP są aktywowane w procesie fosforylacji, a syntaza glikogenu, dehydrogenaza pirogronianowa i kinazy pirogronianowe są aktywowane w procesie defosforylacji.
Trzeci poziom regulacyjnych mechanizmów sygnalizacyjnych w działaniu hormonów charakteryzuje się odpowiednią odpowiedzią na poziomie komórkowym i objawia się zmianami w metabolizmie, biosyntezie, wydzielaniu, wzroście czy różnicowaniu. Obejmuje to procesy transportu różnych substancji przez błonę komórkową, syntezę białek, stymulację translacji rybosomów, aktywację układu kanalików mikrokosmkowych i translokację ziarnistości wydzielniczych do błony komórkowej. Zatem aktywacja transportu aminokwasów i glukozy przez błonę komórkową jest przeprowadzana przez odpowiednie białka transportowe 5-15 minut po rozpoczęciu działania hormonów, takich jak hormon wzrostu i insulina. Istnieje 5 białek transportowych dla aminokwasów i 7 dla glukozy, z czego 2 należą do symporterów lub kotransporterów sodu i glukozy.
Drugie przekaźniki hormonów wpływają na ekspresję genów poprzez modyfikację procesów transkrypcji. Tym samym cAMP reguluje szybkość transkrypcji szeregu genów odpowiedzialnych za syntezę hormonów. W działaniu tym pośredniczy białko aktywujące element odpowiedzi cAMP (CREB). To ostatnie białko (CREB) tworzy kompleksy z określonymi regionami DNA, będąc ogólnym czynnikiem transkrypcyjnym.
Wiele hormonów oddziałujących z receptorami zlokalizowanymi na błonie komórkowej, po utworzeniu kompleksu hormon-receptor, ulega procesowi internalizacji, czyli endocytozy, czyli tzw. translokacja, czyli przeniesienie kompleksu hormon-receptor do komórki. Proces ten zachodzi w strukturach zwanych „pokrytymi jamkami”, zlokalizowanymi na wewnętrznej powierzchni błony komórkowej, wyłożonych białkową klatryną. Zagregowane w ten sposób kompleksy hormon-receptor, zlokalizowane w „pokrytych jamkach”, są następnie internalizowane poprzez inwazję błony komórkowej (mechanizm bardzo podobny do procesu fagocytozy), przekształcając się w pęcherzyki (endosomy lub receptory) i te ostatnie są przemieszczane do komórki.
Podczas translokacji endosom ulega procesowi zakwaszenia (podobnemu do tego, jaki zachodzi w lizosomach), co może skutkować degradacją ligandu (hormonu) lub dysocjacją kompleksu hormon-receptor. W tym drugim przypadku uwolniony receptor powraca do błony komórkowej, gdzie ponownie wchodzi w interakcję z hormonem. Proces zanurzenia receptora wraz z hormonem do wnętrza komórki i powrotu receptora do błony komórkowej nazywany jest procesem recyklingu receptora. W okresie funkcjonowania receptora (okres półtrwania receptora wynosi od kilku do 24 godzin lub więcej) udaje mu się przeprowadzić od 50 do 150 takich cykli „wahadłowych”. Proces endocytozy jest integralną lub dodatkową częścią mechanizmu sygnalizacji receptorowej w działaniu hormonów.
Ponadto w procesie internalizacji hormony białkowe ulegają degradacji (w lizosomach) i desensytyzacji komórek (zmniejszeniu wrażliwości komórek na hormon) poprzez zmniejszenie liczby receptorów na błonie komórkowej. Ustalono, że los kompleksu hormon-receptor po procesie endocytozy jest inny. W przypadku większości hormonów (FSH, LH, ludzka gonadotropina kosmówkowa, insulina, IGF 1 i 2, glukagon, somatostatyna, erytropoetyna, VIP, lipoproteiny o małej gęstości) endosomy wewnątrz komórki ulegają dysocjacji. Uwolniony receptor powraca do błony komórkowej, a hormon ulega procesowi degradacji w aparacie lizosomalnym komórki.
W przypadku pozostałych hormonów (GH, interleukina-2, naskórkowe, nerwowe i płytkowe czynniki wzrostu) po dysocjacji endosomów receptor i odpowiadający mu hormon ulegają procesowi degradacji w lizosomach.
Niektóre hormony (transferyna, białka zawierające mannozo-6-fosforan oraz niewielka część insuliny, GH w niektórych tkankach docelowych) po dysocjacji endosomów wracają, podobnie jak ich receptory, do błony komórkowej. Pomimo faktu, że wymienione hormony ulegają procesowi internalizacji, nie ma zgody co do bezpośredniego wewnątrzkomórkowego działania hormonu białkowego lub jego kompleksu hormon-receptor.
Receptory hormonów nadnerczy, hormonów płciowych, kalcytriolu, kwasu retinowego i hormonów tarczycy są zlokalizowane wewnątrzkomórkowo. Wymienione hormony są lipofilowe, transportowane przez białka krwi i mają długi okres w okresach półtrwania i ich działaniu pośredniczy kompleks hormon-receptor, który wiążąc się z określonymi regionami DNA, aktywuje lub inaktywuje określone geny.
Wiązanie hormonu z receptorem prowadzi do zmian właściwości fizykochemicznych tego ostatniego, a proces ten nazywa się aktywacją lub transformacją receptora. Badania transformacji receptorów in vitro wykazały, że warunki temperaturowe, obecność heparyny, ATP i innych składników w pożywce inkubacyjnej zmieniają tempo tego procesu.
Receptory nietransformowane to białko o masie cząsteczkowej 90 kDa, które jest identyczne z białkiem stresu lub szoku temperaturowego o tej samej masie cząsteczkowej (M. Catell i in., 1985). To ostatnie białko występuje w izoformach a i b, które są kodowane przez różne geny. Podobną sytuację obserwuje się w przypadku hormonów steroidowych.
Oprócz białka stresowego z mol. m. 90 kDa, białko o mol. m. 59 kDa (M. Lebean i in., 1992), zwana immunofiliną, która nie jest bezpośrednio związana z receptorem hormonu steroidowego, ale tworzy kompleksy z cząsteczką białka. m. 90 kDa. Funkcja białka immunofiliny nie jest dobrze poznana, chociaż udowodniono jego rolę w regulacji funkcji receptora hormonów steroidowych, gdyż wiąże substancje immunosupresyjne (np. rapamycynę i FK 506).
Hormony steroidowe transportowane są we krwi w postaci związanej z białkami i tylko niewielka ich część występuje w postaci wolnej. Hormon występujący w postaci wolnej może oddziaływać z błoną komórkową i przedostawać się przez nią do cytoplazmy, gdzie wiąże się z receptorem cytoplazmatycznym, który jest wysoce swoisty. Na przykład z hepatocytów wyizolowano białka receptorowe, które wiążą tylko hormony glukokortykoidowe lub estrogeny. Obecnie zidentyfikowano receptory dla estradiolu, androgenów, progesteronu, glukokortykoidów, mineralokortykoidów, witaminy D, hormonów tarczycy, a także kwasu retinowego i niektórych innych związków (receptor Ediksona, receptor dioksyn, receptor aktywatora proliferacji peroksysomów i dodatkowy receptor X dla kwasu retinowego ) . Stężenie receptorów w odpowiednich tkankach docelowych wynosi od 103 do 5 104 na komórkę.
Receptory hormonów steroidowych mają 4 domeny: domenę N-końcową, która ma znaczące różnice w receptorach wymienionych hormonów i składa się z 100-600 reszt aminokwasowych; Domena wiążąca DNA, składająca się z około 70 reszt aminokwasowych; domena wiążąca hormony składająca się z około 250 aminokwasów i domena na końcu karboksylowym. Jak zauważono, domena końca aminowego charakteryzuje się największymi różnicami zarówno pod względem kształtu, jak i sekwencji aminokwasów. Składa się z 100-600 aminokwasów, a jego najmniejszy rozmiar występuje w receptorze hormonu tarczycy, a największy w receptorze hormonu glukokortykoidowego. Domena ta determinuje charakterystykę odpowiedzi receptorowej i u większości gatunków jest silnie fosforylowana, chociaż nie ma bezpośredniej korelacji pomiędzy stopniem fosforylacji a odpowiedzią biologiczną.
Domena wiążąca DNA charakteryzuje się 3 intronami, z czego dwa posiadają tzw. „palce cynkowe”, czyli struktury zawierające jony cynku z 4 mostkami cysteinowymi. „Palce cynkowe” biorą udział w specyficznym wiązaniu hormonu z DNA . Domena wiążąca DNA zawiera mały region specyficznego wiązania receptorów jądrowych, zwany „elementami odpowiedzi hormonalnej”, który moduluje inicjację transkrypcji. Region ten znajduje się w obrębie innego fragmentu o długości 250 nukleotydów odpowiedzialnego za inicjację transkrypcji. Domena wiążąca DNA ma największą stabilność strukturalną ze wszystkich receptorów wewnątrzkomórkowych.
Domena wiążąca hormony bierze udział w wiązaniu hormonów, a także w procesach dimeryzacji i regulacji funkcji innych domen. Przylega bezpośrednio do domeny wiążącej DNA.
Domena końca karboksylowego bierze także udział w procesach heterodimeryzacji i oddziałuje z różnymi czynnikami transkrypcyjnymi, w tym z proksymalnymi promotorami białek.
Oprócz tego istnieją dowody na to, że steroidy są najpierw wiązane przez specyficzne białka błony komórkowej, które transportują je do receptora cytoplazmatycznego lub omijając go bezpośrednio do receptorów jądrowych. Receptor cytoplazmatyczny składa się z dwóch podjednostek. W jądrze komórkowym podjednostka A oddziałując z DNA uruchamia (rozpoczyna) proces transkrypcji, a podjednostka B wiąże się z białkami niehistonowymi. Działanie hormonów steroidowych nie pojawia się natychmiast, ale po pewnym czasie, niezbędnym do powstania RNA i późniejszej syntezy określonego białka.
Hormony tarczycy (tyroksyna-T4 i trójjodotyronina-T3), podobnie jak hormony steroidowe, łatwo dyfundują przez lipidową błonę komórkową i są wiązane przez białka wewnątrzkomórkowe. Według innych danych hormony tarczycy najpierw oddziałują z receptorem na błonie komórkowej, gdzie łączą się z białkami, tworząc tzw. wewnątrzkomórkową pulę hormonów tarczycy. Działanie biologiczne odbywa się głównie przez T3, podczas gdy T4 jest odjodowany do T3, który wiąże się z receptorem cytoplazmatycznym. Jeśli kompleks cytoplazmatyczny steroidów zostanie przeniesiony do jądra komórkowego, kompleks cytoplazmatyczny tarczycy najpierw dysocjuje, a T3 jest bezpośrednio wiązany przez receptory jądrowe, które mają do niego duże powinowactwo. Ponadto w mitochondriach znajdują się również receptory T3 o wysokim powinowactwie. Uważa się, że kaloryczne działanie hormonów tarczycy zachodzi w mitochondriach poprzez wytwarzanie nowego ATP, do którego powstania wykorzystuje się difosforan adenozyny (ADP).
Hormony tarczycy regulują syntezę białek na poziomie transkrypcyjnym i efekt ten, wykrywalny po 12-24 godzinach, można zablokować poprzez wprowadzenie inhibitorów syntezy RNA. Oprócz działania wewnątrzkomórkowego, hormony tarczycy stymulują transport glukozy i aminokwasów przez błonę komórkową, bezpośrednio wpływając na aktywność niektórych zlokalizowanych w niej enzymów.
Zatem specyficzne działanie hormonu pojawia się dopiero po skompleksowaniu go z odpowiednim receptorem. W wyniku procesów rozpoznawania, kompleksowania i aktywacji receptora, ten ostatni generuje szereg wtórnych przekaźników, które powodują sekwencyjny łańcuch interakcji pozareceptorowych, kończący się ujawnieniem specyficznego działania biologicznego hormonu.
Wynika z tego, że działanie biologiczne hormonu zależy nie tylko od jego zawartości we krwi, ale także od liczby i stanu funkcjonalnego receptorów, a także od poziomu funkcjonowania mechanizmu postreceptorowego.
Liczba receptorów komórkowych, podobnie jak innych składników komórki, ulega ciągłym zmianom, co odzwierciedla procesy ich syntezy i degradacji. Główną rolę w regulacji liczby receptorów odgrywają hormony. Istnieje odwrotna zależność pomiędzy poziomem hormonów w płynie międzykomórkowym a liczbą receptorów. Przykładowo stężenie hormonu we krwi i płynie międzykomórkowym jest bardzo niskie i wynosi 1014-109 M, czyli jest znacznie niższe niż stężenie aminokwasów i innych różnorodnych peptydów (105-103 M). Liczba receptorów jest większa i wynosi 1010-108 M, z czego około 1014-1010 M na błonie komórkowej, a wewnątrzkomórkowy poziom wtórnych przekaźników jest nieco wyższy - 108-106 M. Bezwzględna liczba miejsc receptorowych na komórce membrana waha się od kilkuset do 100 000.
Liczne badania wykazały, że receptory mają charakterystyczną właściwość wzmacniania działania hormonu nie tylko poprzez opisane mechanizmy, ale także poprzez tzw. „wiązanie nieliniowe”. Kolejną charakterystyczną cechą jest to, że największe działanie hormonalne nie oznacza największego wiązania hormonu z receptorami. Przykładowo, maksymalną stymulację transportu glukozy do adipocytów przez insulinę obserwuje się, gdy hormon ten wiąże się tylko z 2% receptorów insuliny (J. Gliemann i in., 1975). Te same zależności ustalono dla ACTH, gonadotropin i innych hormonów (M.L. Dufau i in., 1988). Tłumaczy się to dwoma zjawiskami: „wiązaniem nieliniowym” i obecnością tzw. „receptorów rezerwowych”. Tak czy inaczej, ale wzmocnienie, czyli wzmocnienie działania hormonu, będące konsekwencją tych dwóch zjawisk, odgrywa ważną rolę rola fizjologiczna w procesach biologicznego działania hormonu w warunkach normalnych i różnych stanach patologicznych. Na przykład w przypadku hiperinsulinizmu i otyłości liczba receptorów insuliny zlokalizowanych na hepatocytach, adipocytach, tymocytach, monocytach zmniejsza się o 50-60% i odwrotnie, niedoborowi insuliny u zwierząt towarzyszy wzrost liczby receptorów insuliny. Wraz z liczbą receptorów insulinowych zmienia się także ich powinowactwo, tj. Zmienia się także zdolność do tworzenia kompleksów z insuliną oraz przekazywanie (przekazywanie) sygnału hormonalnego w obrębie receptora. Zatem zmiany wrażliwości narządów i tkanek na hormony odbywają się poprzez mechanizmy sprzężenia zwrotnego (regulacja w dół). Schorzenia, którym towarzyszy wysokie stężenie hormonu we krwi, charakteryzują się zmniejszeniem liczby receptorów, co klinicznie objawia się opornością na ten hormon.
Niektóre hormony mogą wpływać na liczbę nie tylko „własnych” receptorów, ale także receptorów dla innego hormonu. W ten sposób progesteron zmniejsza, a estrogeny zwiększają liczbę receptorów zarówno dla estrogenu, jak i progesteronu.
Spadek wrażliwości na hormon może wynikać z następujących mechanizmów: 1) zmniejszenia powinowactwa receptorowego pod wpływem innych hormonów i kompleksów receptorów hormonalnych; 2) zmniejszenie liczby funkcjonujących receptorów w wyniku ich internalizacji lub uwolnienia z błony do przestrzeni zewnątrzkomórkowej; 3) inaktywacja receptora na skutek zmian konformacyjnych; 4) niszczenie receptorów poprzez zwiększenie aktywności proteaz lub degradację kompleksu hormon-receptor pod wpływem enzymów lizosomalnych; 5) hamowanie syntezy nowych receptorów.
Dla każdego rodzaju hormonu istnieją agoniści i antagoniści. Te ostatnie to substancje, które mogą kompetycyjnie wiązać się z receptorem hormonu, zmniejszając lub całkowicie blokując jego działanie biologiczne. Przeciwnie, agoniści, skompleksowani z odpowiednim receptorem, wzmacniają działanie hormonu lub całkowicie imitują jego obecność, a czasami okres półtrwania agonisty jest setki lub więcej razy dłuższy niż czas degradacji naturalnego hormonu i dlatego w tym czasie pojawia się efekt biologiczny, który jest naturalnie wykorzystywany w celach klinicznych. Na przykład agonistami glukokortykoidów są deksametazon, kortykosteron, aldosteron, a częściowymi agonistami są 11b-hydroksyprogesteron, 17a-hydroksyprogesteron, progesteron, 21-deoksykortyzol, a ich antagonistami są testosteron, 19-nortestosteron, 17-estradiol. Do nieaktywnych steroidów na receptory glukokortykoidów zalicza się 11a-hydroksyprogesteron, tetrahydrokortyzol, androstendion, 11a-, 17a-metylotestosteron. Zależności te są brane pod uwagę nie tylko w eksperymentach wyjaśniających działanie hormonów, ale także w praktyce klinicznej.
Rozszyfrowanie mechanizmów działania hormonów u zwierząt daje możliwość lepszego zrozumienia procesów fizjologicznych - regulacji metabolizmu, biosyntezy białek, wzrostu i różnicowania tkanek.
Jest to istotne także z praktycznego punktu widzenia, w związku z coraz powszechniejszym stosowaniem materiałów naturalnych i syntetycznych leki hormonalne w hodowli zwierząt i weterynarii.
Obecnie istnieje około 100 hormonów, które powstają w gruczołach wydzielania wewnętrznego, przedostają się do krwi i wywierają różnorodny wpływ na metabolizm w komórkach, tkankach i narządach. Trudno jest zidentyfikować procesy fizjologiczne w organizmie, które nie podlegają regulacyjnemu wpływowi hormonów. W przeciwieństwie do wielu enzymów, które powodują indywidualne, wąsko ukierunkowane zmiany w organizmie, hormony mają wieloraki wpływ na procesy metaboliczne i nie tylko funkcje fizjologiczne. Jednocześnie żaden z hormonów z reguły nie zapewnia całkowitej regulacji poszczególne funkcje. Wymaga to działania szeregu hormonów w określonej kolejności i interakcji. Na przykład somatotropina stymuluje procesy wzrostu tylko przy aktywnym udziale insuliny i hormonów tarczycy. Wzrost pęcherzyków zapewnia głównie folitropina, a ich dojrzewanie i proces owulacji odbywają się pod regulującym wpływem lutropiny itp.
Większość hormonów we krwi jest związana z albuminami lub globulinami, co chroni je przed szybkim zniszczeniem przez enzymy i utrzymuje optymalne stężenia metaboliczne aktywne hormony w komórkach i tkankach. Hormony mają bezpośredni wpływ na proces biosyntezy białek. Hormony steroidowe i białkowe (hormony płciowe, potrójne hormony przysadki mózgowej) w tkankach docelowych powodują wzrost liczby i objętości komórek. Inne hormony, takie jak insulina, gluko- i mineralokortykoidy, wpływają pośrednio na syntezę białek.
Pierwsze łącze działanie fizjologiczne Hormony w organizmie zwierzęcia są receptorami błony komórkowej. W tych samych komórkach są duże ilości kilka typów; specyficzne receptory, za pomocą których selektywnie wiążą cząsteczki różnych hormonów krążących we krwi. Na przykład, komórki tłuszczowe w swoich błonach mają specyficzne receptory dla glukagonu, lutropiny, tyreotropiny, kortykotropiny.
Większość hormonów o charakterze białkowym, ze względu na duży rozmiar cząsteczek, nie może przenikać do komórek, ale lokalizują się na ich powierzchni i oddziałując z odpowiednimi receptorami, wpływają na metabolizm wewnątrz komórek. Zatem w szczególności działanie tyreotropiny wiąże się z wiązaniem jej cząsteczek na powierzchni komórek tarczycy, pod wpływem czego zwiększa się przepuszczalność błon komórkowych dla jonów sodu, a w ich obecności wzrasta intensywność utleniania glukozy. Insulina zwiększa przepuszczalność błon komórkowych tkanek i narządów dla cząsteczek glukozy, co pomaga zmniejszyć jej stężenie we krwi i przenikać do tkanek. Somatotropina działa także stymulująco na syntezę kwasów nukleinowych i białek poprzez działanie na błony komórkowe.
Te same hormony mogą mieć wpływ procesy metaboliczne w komórkach tkankowych na różne sposoby. Wraz ze zmianą przepuszczalności błony komórkowe i błony struktur wewnątrzkomórkowych dla różnych enzymów i innych substancji chemicznych, pod wpływem tych samych hormonów może zmieniać się skład jonowy środowiska na zewnątrz i wewnątrz komórek, a także aktywność różnych enzymów i intensywność procesów metabolicznych.
Hormony wpływają na aktywność enzymów i aparatu genowego komórek nie bezpośrednio, ale za pomocą mediatorów (pośredników). Jednym z takich mediatorów jest cykliczny monofosforan 3′, 5′-adenozyny (cykliczny AMP). Cykliczny AMP (cAMP) powstaje wewnątrz komórek z kwasu adenozynotrójfosforowego (ATP) przy udziale enzymu cyklazy adenylowej znajdującego się na błonie komórkowej, który ulega aktywacji pod wpływem odpowiednich hormonów. Na błonach wewnątrzkomórkowych znajduje się enzym fosfodiesteraza, który przekształca cAMP w mniej aktywną substancję - monofosforan 5′-adenozyny i tym samym zatrzymuje działanie hormonu.
Kiedy komórka jest wystawiona na działanie kilku hormonów stymulujących syntezę cAMP, reakcja jest katalizowana przez tę samą cyklazę adenylową, ale receptory w błonach komórkowych dla tych hormonów są ściśle specyficzne. Dlatego na przykład kortykotropina wpływa tylko na komórki kory nadnerczy, a tyreotropina wpływa na komórki tarczycy itp.
Szczegółowe badania wykazały, że działanie większości hormonów białkowych i peptydowych prowadzi do stymulacji aktywności cyklazy adenylowej i wzrostu stężenia cAMP w komórkach docelowych, co wiąże się z dalszym przekazywaniem informacji skutki hormonalne z aktywnym udziałem szeregu kinaz białkowych. cAMP pełni rolę wewnątrzkomórkowego mediatora hormonu, zapewniając wzrost aktywności zależnych od niego kinaz białkowych w cytoplazmie i jądrach komórkowych. Z kolei kinazy białkowe zależne od cAMP katalizują fosforylację białek rybosomalnych, co jest bezpośrednio związane z regulacją syntezy białek w komórkach docelowych pod wpływem hormonów peptydowych.
Hormony steroidowe, katecholaminy i hormony tarczycy, ze względu na swój mały rozmiar molekularny, przechodzą przez błonę komórkową i oddziałują z receptorami cytoplazmatycznymi wewnątrz komórek. Dalej hormony steroidowe w połączeniu z ich receptorami, którymi są białka kwasowe, przedostają się do jądra komórkowego. Zakłada się, że hormony peptydowe w wyniku rozszczepienia kompleksów hormon-receptor działają także na specyficzne receptory w cytoplazmie, kompleksie Golgiego i błonie jądrowej.
Nie wszystkie hormony stymulują aktywność enzymu cyklazy adenylowej i wzrost jego stężenia w komórkach. Niektóre hormony peptydowe, w szczególności insulina, cytocyna, kalcytonina, działają hamująco na cyklazę adenylową. Uważa się, że fizjologiczny efekt ich działania wynika nie ze wzrostu stężenia cAMP, ale z jego spadku. Jednocześnie w komórkach charakteryzujących się specyficzną wrażliwością na wspomniane hormony wzrasta stężenie kolejnego cyklicznego nukleotydu, cyklicznego monofosforanu guanozyny (cGMP). Wynik działania hormonów w komórkach organizmu ostatecznie zależy od wpływu obu cyklicznych nukleotydów - cAMP i cGMP, które są uniwersalnymi mediatorami wewnątrzkomórkowymi - pośrednikami hormonalnymi. Ze względu na działanie hormonów steroidowych, które w połączeniu z ich receptorami przenikają do jądra komórkowego, wątpliwa jest rola cAMP i cGMP jako mediatorów wewnątrzkomórkowych.
Wiele, jeśli nie wszystkie, hormonów jest skończonych efekt fizjologiczny objawiać się pośrednio - poprzez zmiany w biosyntezie białek enzymatycznych. Biosynteza białek jest złożonym, wieloetapowym procesem prowadzonym przy aktywnym udziale aparatu genowego komórki.
Regulacyjny wpływ hormonów na biosyntezę białek odbywa się głównie poprzez stymulację reakcji polimerazy RNA z utworzeniem rybosomalnego i jądrowego typu RNA, a także informacyjnego RNA oraz wpływanie na aktywność funkcjonalną rybosomów i innych części metabolizmu białek. Specyficzne kinazy białkowe w jądrach komórkowych stymulują fosforylację odpowiednich składników białkowych i reakcję polimerazy RNA z utworzeniem informacyjnego RNA kodującego syntezę białek w komórkach i narządach docelowych. Jednocześnie w jądrach komórkowych dochodzi do derepresji genów, które uwalniają się z hamującego działania specyficznych represorów - białek histonów jądrowych.
Hormony, takie jak estrogeny i androgeny, w jądrach komórkowych wiążą się z białkami histonowymi, które tłumią odpowiednie geny, i w ten sposób aktywują aparat genowy komórek stan funkcjonalny. Jednocześnie androgeny w mniejszym stopniu niż estrogeny wpływają na aparat genowy komórek, co wynika z bardziej aktywnego połączenia tych ostatnich z chromatyną i osłabienia syntezy RNA w jądrach.
Wraz z aktywacją syntezy białek w komórkach dochodzi do powstawania białek histonowych, które są represorami aktywności genów, co zapobiega funkcjom metabolicznym jąder i nadmiernej stymulacji wzrostu. W związku z tym jądra komórkowe mają swój własny mechanizm genetycznej i mitotycznej regulacji metabolizmu i wzrostu.
Dzięki wpływowi hormonów na procesy anaboliczne w organizmie zwiększa się retencja składniki odżywcze pasza, a co za tym idzie, ilość substratów dla metabolizmu śródmiąższowego wzrasta, mechanizmy regulacyjne procesów biochemicznych są z nimi związane efektywne wykorzystanie azotowe i inne związki.
Na procesy syntezy białek w komórkach wpływają somatotropina, kortykosteroidy, estrogeny i tyroksyna. Hormony te stymulują syntezę różnych informacyjnych RNA, a tym samym wzmagają syntezę odpowiednich białek. W procesach syntezy białek ważny należy również do insuliny, która stymuluje wiązanie informacyjnego RNA z rybosomami i w konsekwencji aktywuje syntezę białek. Aktywując aparat chromosomowy komórek, hormony wpływają na zwiększenie szybkości syntezy białek oraz stężenia enzymów w komórkach wątroby oraz innych narządów i tkanek. Jednak mechanizm wpływu hormonów na metabolizm wewnątrzkomórkowy nie został jeszcze dostatecznie poznany.
Działanie hormonów z reguły jest ściśle związane z funkcjami enzymów zapewniających procesy biochemiczne w komórkach, tkankach i narządach. W grę wchodzą hormony reakcje biochemiczne jako swoiste aktywatory lub inhibitory enzymów, oddziałujące na enzymy poprzez zapewnienie ich połączenia z różnymi biokoloidami.
Ponieważ enzymy są ciałami białkowymi, wpływ hormonów na ich aktywność funkcjonalną objawia się przede wszystkim wpływem na biosyntezę enzymów i katabolicznych białek koenzymów. Jednym z przejawów działania hormonów jest ich udział w oddziaływaniu wielu enzymów w różnych częściach złożonych reakcji i procesów. Jak wiadomo, witaminy odgrywają pewną rolę w budowie koenzymów. Uważa się, że w tych procesach funkcję regulacyjną pełnią także hormony. Na przykład kortykosteroidy wpływają na fosforylację niektórych witamin z grupy B.
Szczególnie ważna dla prostaglandyn jest ich wysoka aktywność fizjologiczna i bardzo niska efekt uboczny. Obecnie wiadomo, że prostaglandyny działają jak mediatory wewnątrz komórek i odgrywają ważną rolę w działaniu hormonów. Jednocześnie aktywowane są procesy syntezy cyklicznego monofosforanu adenozyny (cAMP), który jest zdolny do przenoszenia wąsko ukierunkowanego działania hormonów. Można to założyć substancje farmakologiczne działają wewnątrz komórek poprzez produkcję specyficznych prostaglandyn. Obecnie w wielu krajach bada się mechanizm działania prostaglandyn na poziomie komórkowym i molekularnym, ponieważ kompleksowe badanie działania prostaglandyn może umożliwić specyficzny wpływ na metabolizm i inne procesy fizjologiczne w organizmie zwierząt.
Na podstawie powyższego możemy stwierdzić, że hormony mają złożony i różnorodny wpływ na organizm zwierząt. Złożony wpływ regulacji nerwowej i humoralnej zapewnia skoordynowany przebieg wszystkich procesów biochemicznych i procesy fizjologiczne. Jednak najdrobniejsze szczegóły mechanizmu działania hormonów nie zostały jeszcze dostatecznie zbadane. Problem ten interesuje wielu naukowców i ma duże znaczenie dla teorii i praktyki endokrynologii, a także hodowli zwierząt i medycyny weterynaryjnej.
Hormony wydzielane przez gruczoły dokrewne wiążą się z białkami transportującymi osocze lub w niektórych przypadkach są adsorbowane na komórkach krwi i dostarczane do narządów i tkanek, wpływając na ich funkcję i metabolizm. Niektóre narządy i tkanki mają bardzo dużą wrażliwość na hormony i dlatego tak się je nazywa narządy docelowe Lub tekstylia -cele. Hormony wpływają dosłownie na każdy aspekt metabolizmu, funkcji i struktury organizmu.
Według nowoczesne pomysły działanie hormonów opiera się na stymulacji lub hamowaniu funkcji katalitycznej niektórych enzymów. Efekt ten osiąga się poprzez aktywację lub hamowanie istniejących enzymów w komórkach poprzez przyspieszenie ich syntezy poprzez aktywację genów. Hormony mogą zwiększać lub zmniejszać przepuszczalność błon komórkowych i subkomórkowych dla enzymów i innych substancji biologicznie czynnych, ułatwiając lub hamując w ten sposób działanie enzymu. hormon organiczny, żelazo w organizmie
Mechanizm membranowy . Hormon wiąże się z błoną komórkową i w miejscu wiązania zmienia jej przepuszczalność dla glukozy, aminokwasów i niektórych jonów. W tym przypadku hormon pełni rolę efektora transportu przez błonę. Insulina działa poprzez zmianę transportu glukozy. Jednak ten rodzaj transportu hormonów rzadko występuje w postaci izolowanej. Na przykład insulina ma mechanizm działania zarówno błonowy, jak i wewnątrzkomórkowy.
Mechanizm błonowo-wewnątrzkomórkowy . Hormony działają według typu błonowo-wewnątrzkomórkowego, które nie wnikają do komórki i dlatego wpływają na metabolizm poprzez wewnątrzkomórkowy pośrednik chemiczny. Należą do nich hormony białkowo-peptydowe (hormony podwzgórza, przysadki mózgowej, trzustki i przytarczyc, tyrokalcytonina tarczycy); pochodne aminokwasów (hormony rdzenia nadnerczy – adrenalina i noradrenalina, tarczycy – tyroksyna, trójjodotyronina).
Wewnątrzkomórkowy (cytozolowy) mechanizm działania . Jest charakterystyczny dla hormonów steroidowych (kortykosteroidy, hormony płciowe – androgeny, estrogeny i gestageny). Hormony steroidowe oddziałują z receptorami zlokalizowanymi w cytoplazmie. Powstały kompleks hormon-receptor zostaje przeniesiony do jądra i oddziałuje bezpośrednio na genom, stymulując lub hamując jego aktywność, tj. działa na syntezę DNA, zmieniając szybkość transkrypcji i ilość informacyjnego RNA (mRNA). Zwiększenie lub zmniejszenie ilości mRNA wpływa na syntezę białek podczas translacji, co prowadzi do zmiany aktywności funkcjonalnej komórki.
Obecnie wyróżnia się następujące opcje działania hormonów:
- hormonalny lub hemokrynny, te. działanie w znacznej odległości od miejsca formacji;
- izokrynny lub lokalny, gdy substancja chemiczna syntetyzowana w jednej komórce działa na komórkę znajdującą się w bliskim kontakcie z pierwszą, a uwolnienie tej substancji następuje do płynu śródmiąższowego i krwi;
- neurokrynny lub neuroendokrynny (synaptyczny i niesynaptyczny), działanie, gdy hormon uwalniany z zakończeń nerwowych pełni funkcję neuroprzekaźnika lub neuromodulatora, tj. substancja zmieniająca (zwykle wzmacniająca) działanie neuroprzekaźnika;
- parakrynny- rodzaj działania izokrynnego, ale w tym przypadku hormon powstały w jednej komórce dostaje się do płynu międzykomórkowego i wpływa na wiele komórek znajdujących się w bliskim sąsiedztwie;
- juksakryna– rodzaj działania parakrynnego, gdy hormon nie przedostaje się do płynu międzykomórkowego, a sygnał przekazywany jest przez błonę plazmatyczną innej komórki znajdującej się w pobliżu;
- autokrynny działanie, gdy hormon uwalniany z komórki wpływa na tę samą komórkę, zmieniając jej aktywność funkcjonalną;
- solinokrynny działanie, gdy hormon z jednej komórki przedostaje się do światła przewodu i w ten sposób dociera do innej komórki, wpływając na nią konkretny efekt(np. niektóre hormony żołądkowo-jelitowe).
Synteza hormonów białkowych, podobnie jak innych białek, podlega kontroli genetycznej, a typowe komórki ssaków wykazują ekspresję genów kodujących od 5 000 do 10 000 różnych białek, a w niektórych komórkach wysoce zróżnicowanych nawet 50 000 białek. Cała synteza białek zaczyna się od transpozycja segmentów DNA, Następnie transkrypcja, przetwarzanie potranskrypcyjne, translacja, przetwarzanie i modyfikacja potranslacyjna. Wiele hormonów polipeptydowych syntetyzuje się w postaci dużych prekursorów - prohormony(proinsulina, proglucagon, proopiomelanokortyna itp.). Konwersja prohormonów w hormony zachodzi w aparacie Golgiego.
- Istnieją dwa główne mechanizmy działania hormonów na poziomie komórkowym:
- Realizacja efektu z zewnętrznej powierzchni błony komórkowej.
- Efekt następuje po przedostaniu się hormonu do komórki.
1) Realizacja efektu z zewnętrznej powierzchni błony komórkowej
W tym przypadku receptory znajdują się na błonie komórkowej. W wyniku oddziaływania hormonu z receptorem następuje aktywacja enzymu błonowego, cyklazy adenylanowej. Enzym ten sprzyja tworzeniu się z kwasu adenozynotrifosforowego (ATP) najważniejszego wewnątrzkomórkowego mediatora działania hormonalnego – cyklicznego monofosforanu 3,5-adenozyny (cAMP). cAMP aktywuje komórkowy enzym kinazę białkową, która realizuje działanie hormonu. Ustalono, że hormonozależna cyklaza adenylanowa jest powszechnym enzymem, na który wpływają różne hormony, podczas gdy receptory hormonów są liczne i specyficzne dla każdego hormonu. Pośrednicy wtórni oprócz cAMP może występować cykliczny monofosforan 3,5-guanozyny (cGMP), jony wapnia, trifosforan inozytolu. Tak działają hormony peptydowe, białkowe i pochodne tyrozyny – katecholaminy. Cecha charakterystyczna Działaniem tych hormonów jest względna szybkość odpowiedzi, która wynika z aktywacji wcześniej zsyntetyzowanych enzymów i innych białek.
Hormony realizują swoje działanie biologiczne łącząc się z receptorami – cząsteczkami informacyjnymi, które przekształcają sygnał hormonalny w działanie hormonalne. Większość hormonów oddziałuje z receptorami znajdującymi się na nich błony plazmatyczne komórki i inne hormony – z receptorami zlokalizowanymi wewnątrzkomórkowo, tj. Z cytoplazmatyczny I jądrowy.
Receptory osocza, w zależności od budowy, dzielą się na:
- siedem fragmentów(pętle);
- receptory, z których składa się segment transbłonowy jeden fragment(pętle lub łańcuchy);
- receptory, z których składa się segment transbłonowy cztery fragmenty(pętle).
Hormony, których receptor składa się z siedmiu fragmentów transbłonowych, obejmują:
ACTH, TSH, FSH, LH, ludzka gonadotropina kosmówkowa, prostaglandyny, gastryna, cholecystokinina, neuropeptyd Y, neuromedyna K, wazopresyna, adrenalina (a-1 i 2, b-1 i 2), acetylocholina (M1, M2, M3 i M4 ), serotonina (1A, 1B, 1C, 2), dopamina (D1 i D2), angiotensyna, substancja K, substancja P lub neurokinina typu 1, 2 i 3, trombina, interleukina-8, glukagon, kalcytonina, sekretyna, somatoliberyna , VIP, peptyd aktywujący cyklazę adenylanową przysadki mózgowej, glutaminian (MG1 – MG7), adenina.
Druga grupa obejmuje hormony posiadające jeden fragment transbłonowy:
GH, prolaktyna, insulina, somatomammotropina lub laktogen łożyskowy, IGF-1, czynniki wzrostu nerwów lub neurotrofiny, czynnik wzrostu hepatocytów, przedsionkowy peptyd natriuretyczny typu A, B i C, onkostatyna, erytropoetyna, rzęskowy czynnik neurotroficzny, czynnik hamujący białaczkę, czynnik martwica nowotworu (p75 i p55), czynnik wzrostu nerwów, interferony (a, b i g), naskórkowy czynnik wzrostu, czynnik neuroróżnicowania, czynniki wzrostu fibroblastów, czynniki wzrostu płytek A i B, czynnik stymulujący kolonię makrofagów, aktywina, inhibina, interleukiny -2, 3, 4, 5, 6 i 7, czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów i makrofagów, czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów, lipoproteiny o małej gęstości, transferyna, IGF-2, aktywator plazminogenu urokinazy.
Hormony trzeciej grupy, których receptor ma cztery fragmenty transbłonowe, obejmują:
acetylocholina (nikotynowe mięśnie i nerwy), serotonina, glicyna, kwas g-aminomasłowy.
Sprzężenie receptora z układami efektorowymi odbywa się poprzez tzw. białko G, którego funkcją jest zapewnienie powtarzalnej transmisji sygnału hormonalnego na poziomie błony komórkowej. Białko G w postaci aktywowanej stymuluje syntezę cyklicznego AMP poprzez cyklazę adenylanową, co uruchamia mechanizm kaskadowy aktywacji białek wewnątrzkomórkowych.
Wspólnym podstawowym mechanizmem, dzięki któremu realizowane są biologiczne efekty „drugich” przekaźników wewnątrz komórki, jest proces fosforylacja – defosforylacja białek z udziałem szerokiej gamy kinaz białkowych, które katalizują transport grupy końcowej z ATP do grup OH seryny i treoniny, a w niektórych przypadkach tyrozyny białek docelowych. Proces fosforylacji jest najważniejszą potranslacyjną modyfikacją chemiczną cząsteczek białek, radykalnie zmieniającą zarówno ich strukturę, jak i funkcję. W szczególności powoduje zmianę właściwości strukturalne(asocjacja lub dysocjacja podjednostek składowych), aktywacja lub inhibicja ich właściwości katalitycznych, ostatecznie determinująca szybkość reakcji chemicznych i ogólnie aktywność funkcjonalną komórek.
System przekaźników cyklazy adenylanowej
Najbardziej zbadanym szlakiem przekazywania sygnałów hormonalnych jest cyklaza adenylanowa. Obejmuje co najmniej pięć dobrze zbadanych białek:
1)receptor hormonalny;
2)enzym cyklaza adenylanowa, który pełni funkcję syntezy cyklicznego AMP (cAMP);
3)białko G, który komunikuje się między cyklazą adenylanową a receptorem;
4)Kinaza białkowa zależna od cAMP, katalizując fosforylację enzymów wewnątrzkomórkowych lub białek docelowych, odpowiednio zmieniając ich aktywność;
5)fosfodiesteraza, co powoduje rozkład cAMP i tym samym zatrzymuje (przerwa) działanie sygnału
Wykazano, że wiązanie hormonu z receptorem β-adrenergicznym prowadzi do: zmiany strukturalne domena wewnątrzkomórkowa receptora, co z kolei zapewnia interakcję receptora z drugim białkiem szlaku sygnałowego - wiązaniem GTP.
Białko wiążące GTP – białko G– jest mieszaniną 2 rodzajów białek:
aktywne G s (z angielskiego stymulującego G)
hamujący G i
Każdy z nich zawiera trzy różne podjednostki (α-, β- i γ-), tj. są to heterotrimery. Wykazano, że podjednostki β Gs i Gi są identyczne; jednocześnie podjednostki α, będące produktami różnych genów, okazały się odpowiedzialne za przejawianie aktywności aktywatorowej i hamującej przez białko G. Kompleks receptorów hormonalnych nadaje białku G zdolność nie tylko łatwej wymiany endogennego związanego PKB na GTP, ale także przeniesienia białka G s do stanu aktywowanego, natomiast aktywne białko G dysocjuje w obecności jonów Mg 2+ do β -, podjednostki γ i złożone podjednostki α Gs w postaci GTP; ten aktywny kompleks następnie przenosi się do cząsteczki cyklazy adenylanowej i aktywuje ją. Sam kompleks ulega następnie samoinaktywacji pod wpływem energii rozpadu GTP i ponownego połączenia podjednostek β i γ, tworząc pierwotną formę PKB G s .
Retz- receptor; G- białko G; AC-cyklaza adenylanowa.
Jest integralnym białkiem błon plazmatycznych, jego centrum aktywne jest zorientowane w kierunku cytoplazmy i katalizuje reakcję syntezy cAMP z ATP:
Składnik katalityczny cyklazy adenylanowej, wyizolowany z różnych tkanek zwierzęcych, jest reprezentowany przez pojedynczy polipeptyd. W przypadku braku białek G jest praktycznie nieaktywny. Zawiera dwie grupy SH, z których jedna bierze udział w koniugacji z białkiem G s, a druga jest niezbędna do ujawnienia aktywności katalitycznej.Pod wpływem fosfodiesterazy cAMP ulega hydrolizie tworząc nieaktywny 5'-AMP.
Kinaza białkowa jest enzymem wewnątrzkomórkowym, poprzez który cAMP realizuje swoje działanie. Kinaza białkowa może występować w 2 formach. W przypadku braku cAMP, kinaza białkowa jest prezentowana jako kompleks tetrameryczny składający się z dwóch podjednostek katalitycznych (C2) i dwóch podjednostek regulatorowych (R2); w tej postaci enzym jest nieaktywny. W obecności cAMP kompleks kinazy białkowej odwracalnie dysocjuje na jedną podjednostkę R2 i dwie wolne katalityczne podjednostki C; te ostatnie wykazują aktywność enzymatyczną, katalizując fosforylację białek i enzymów, odpowiednio zmieniając aktywność komórkową.
Aktywność wielu enzymów jest regulowana przez fosforylację zależną od cAMP, dlatego większość hormonów o charakterze białkowo-peptydowym aktywuje ten proces. Jednakże szereg hormonów działa hamująco na cyklazę adenylanową, odpowiednio zmniejszając poziom cAMP i fosforylację białek. W szczególności hormon somatostatyna, łącząc się ze swoim specyficznym receptorem – hamującym białkiem G (Gi będącym strukturalnym homologiem białka Gs), hamuje syntezę cyklazy adenylanowej i cAMP, czyli tzw. powoduje efekt wprost odwrotny do wywołanego przez adrenalinę i glukagon. W wielu narządach prostaglandyny (w szczególności PGE 1) mają również działanie hamujące na cyklazę adenylanową, chociaż w tym samym narządzie (w zależności od typu komórki) ta sama PGE 1 może aktywować syntezę cAMP.
Bardziej szczegółowo zbadano mechanizm aktywacji i regulacji fosforylazy glikogenu mięśniowego, która aktywuje rozkład glikogenu. Istnieją 2 formy:
katalitycznie aktywny - fosforylaza A I
nieaktywny – fosforylaza B.
Obie fosforylazy zbudowane są z dwóch identycznych podjednostek, w każdej reszta seryny w pozycji 14 ulega odpowiednio procesowi fosforylacji – defosforylacji, aktywacji i inaktywacji.
Pod wpływem kinazy fosforylazy b, której aktywność jest regulowana przez kinazę białkową zależną od cAMP, obie podjednostki cząsteczki nieaktywnej formy fosforylazy b ulegają kowalencyjnej fosforylacji i przekształcają się w aktywną fosforylazę a. Defosforylacja tego ostatniego pod wpływem specyficznej fosforylazy fosfatazy a prowadzi do inaktywacji enzymu i powrotu do stanu pierwotnego.
W tkanka mięśniowa otwarty 3 typy regulacja fosforylazy glikogenu.
Pierwszy typ – regulacja kowalencyjna, w oparciu o zależną od hormonów fosforylację-defosforylację podjednostek fosforylazy.
Drugi typ – regulacja allosteryczna. Opiera się na reakcjach adenylacji-deadenylacji podjednostek b fosforylazy glikogenu (odpowiednio aktywacja-inaktywacja). Kierunek reakcji wyznacza stosunek stężeń AMP i ATP, które są dodawane nie do centrum aktywnego, ale do centrum allosterycznego każdej podjednostki.
W pracujących mięśniach nagromadzenie AMP w wyniku zużycia ATP powoduje adenylację i aktywację fosforylazy b. Przeciwnie, w spoczynku wysokie stężenia ATP, wypierając AMP, prowadzą do allosterycznego hamowania tego enzymu poprzez deadenylację.
Trzeci typ – regulacja wapnia, oparty na allosterycznej aktywacji kinazy fosforylazy b przez jony Ca 2+, których stężenie wzrasta wraz ze skurczem mięśni, sprzyjając w ten sposób tworzeniu aktywnej fosforylazy a.
System przekaźników cyklazy guanylanowej
Wystarczająco przez długi czas Za antypodę cAMP uznano cykliczny monofosforan guanozyny (cGMP). Przypisano mu funkcje odwrotne do cAMP. Do chwili obecnej uzyskano wiele dowodów na to, że cGMP odgrywa niezależną rolę w regulacji funkcji komórek. W szczególności w nerkach i jelitach kontroluje transport jonów i wymianę wody, w mięśniu sercowym służy jako sygnał relaksacyjny itp.
Biosynteza cGMP z GTP odbywa się pod działaniem specyficznej cyklazy guanylanowej analogicznie do syntezy cAMP:
Kompleks receptorów adrenaliny: AC- cyklaza adenylanowa, G- białko G; C i R- odpowiednio podjednostki katalityczne i regulatorowe kinazy białkowej; KF- kinaza fosforylazy b; F- fosforylaza; Glk-1-P- glukozo-1-fosforan; Glk-6-P- glukozo-6-fosforan; UDF-Glk- glukoza, difosforan urydyny; HS- syntaza glikogenu.
Znane są cztery różne formy cyklazy guanylowej, z których trzy są związane z błoną, a jedna jest rozpuszczalna i otwarta w cytozolu.
Formy związane z błoną składają się z 3 działki:
chwytnik, zlokalizowane na powierzchnia zewnętrzna błona plazmatyczna;
domena wewnątrzbłonowa I
składnik katalityczny, ten sam Różne formy enzym.
Cyklazę guanylanową odkryto w wielu narządach (sercu, płucach, nerkach, nadnerczach, śródbłonku jelit, siatkówce itp.), co wskazuje na jej szeroki udział w regulacji metabolizmu wewnątrzkomórkowego, w którym pośredniczy cGMP. Enzym związany z błoną jest aktywowany przez odpowiednie receptory przez krótkie peptydy zewnątrzkomórkowe, w szczególności hormon przedsionkowego peptydu natriuretycznego (ANP), termostabilną toksynę bakterii Gram-ujemnych itp. ANP, jak wiadomo, jest syntetyzowany w przedsionku reaguje na wzrost objętości krwi, przedostaje się z krwią do nerek i aktywuje cyklazę guanylanową (odpowiednio zwiększa poziom cGMP), sprzyjając wydalaniu Na i wody. Gładki Komórki mięśniowe naczynia zawierają również podobny układ receptor-cyklaza guanylanowa, dzięki któremu ANF związany z receptorem ma działanie rozszerzające naczynia krwionośne, pomagając zmniejszyć ciśnienie krwi. W komórki nabłonkowe jelita, może służyć aktywator układu receptor-cyklaza guanylanowa endotoksyna bakteryjna, co prowadzi do wolniejszego wchłaniania wody w jelitach i rozwoju biegunki.
Rozpuszczalna forma cyklazy guanylowej jest enzymem zawierającym hem, składającym się z 2 podjednostek. Nitrowazodilatatory biorą udział w regulacji tej formy cyklazy guanylanowej, wolne rodniki– produkty peroksydacji lipidów. Jednym z dobrze znanych aktywatorów jest czynnik śródbłonkowy (EDRF), powodując rozluźnienie naczyń. Aktywnym składnikiem, naturalnym ligandem tego czynnika jest tlenek azotu NO. Ta forma enzymu jest również aktywowana przez niektóre środki rozszerzające nitrozowasyd (nitrogliceryna, nitroprusydek itp.) stosowane w chorobach serca; rozkład tych leków uwalnia również NO.
Tlenek azotu powstaje z aminokwasu argininy przy udziale złożonego układu enzymatycznego zależnego od Ca 2+ o mieszanej funkcji zwanej syntazą NO:
Tlenek azotu, wchodząc w interakcję z hemem cyklazy guanylanowej, promuje szybka edukacja cGMP, który zmniejsza siłę skurczów serca poprzez stymulację pomp jonowych działających przy niskich stężeniach Ca 2+. Jednakże działanie NO jest krótkotrwałe, kilkusekundowe i zlokalizowane – w pobliżu miejsca jego syntezy. Nitrogliceryna, która wolniej uwalnia NO, ma podobny efekt, ale trwalszy.
Uzyskano dowody, że większość efektów cGMP zachodzi za pośrednictwem zależnej od cGMP kinazy białkowej zwanej kinazą białkową G. Enzym ten, szeroko rozpowszechniony w komórkach eukariotycznych, jest otrzymywany w czysta forma. Składa się z 2 podjednostek - domeny katalitycznej o sekwencji podobnej do sekwencji podjednostki C kinazy białkowej A (zależnej od cAMP) oraz domeny regulatorowej podobnej do podjednostki R kinazy białkowej A. Jednakże kinazy białkowe A i G rozpoznają różne sekwencje białek, regulując odpowiednio fosforylację grupy OH seryny i treoniny różnych białek wewnątrzkomórkowych, wywołując w ten sposób różne efekty biologiczne.
Poziom cykliczny nukleotydy cAMP a cGMP w komórce jest kontrolowane przez odpowiednie fosfodiesterazy, które katalizują ich hydrolizę do 5"-monofosforanów nukleotydów i różnią się powinowactwem do cAMP i cGMP. Rozpuszczalna fosfodiesteraza zależna od kalmoduliny i izoforma związana z błoną, nieregulowana przez Ca 2+ i kalmodulinę wyizolowano i scharakteryzowano.
System przekaźnikowy Ca 2+
Jony Ca 2+ odgrywają kluczową rolę w regulacji wielu czynników funkcje komórkowe. Zmiana stężenia wewnątrzkomórkowego wolnego Ca 2+ jest sygnałem do aktywacji lub hamowania enzymów, które z kolei regulują metabolizm, aktywność skurczową i wydzielniczą, adhezję i wzrost komórek. Źródła Ca 2+ mogą być wewnątrz- i zewnątrzkomórkowe. Zwykle stężenie Ca 2+ w cytozolu nie przekracza 10 -7 M, a jego głównymi źródłami są retikulum endoplazmatyczne i mitochondria. Sygnały neurohormonalne prowadzą do gwałtownego wzrostu stężenia Ca 2+ (do 10 –6 M), pochodzącego zarówno z zewnątrz przez błonę plazmatyczną (dokładniej przez kanały wapniowe zależne od napięcia i receptora), jak i z wewnątrzkomórkowego źródła. Jeden z najważniejsze mechanizmy przewodzenie sygnału hormonalnego w układzie przekaźników wapniowych polega na uruchomieniu reakcji komórkowych (odpowiedzi) poprzez aktywację określonego Kinaza białkowa zależna od Ca 2+ -kalmoduliny. Podjednostką regulatorową tego enzymu okazało się białko wiążące Ca2+ kalmodulina. Kiedy w odpowiedzi na przychodzące sygnały wzrasta stężenie Ca 2+ w komórce, specyficzna kinaza białkowa katalizuje fosforylację wielu docelowych enzymów wewnątrzkomórkowych, regulując w ten sposób ich aktywność. Wykazano, że kinaza fosforylazy b, aktywowana przez jony Ca 2+, podobnie jak syntaza NO, zawiera kalmodulinę jako podjednostkę. Kalmodulina jest częścią wielu innych białek wiążących Ca2+. Wraz ze wzrostem stężenia wapnia wiązaniu Ca 2+ z kalmoduliną towarzyszą jej zmiany konformacyjne i w tej formie związanej z Ca 2+ kalmodulina moduluje aktywność wielu białek wewnątrzkomórkowych (stąd jej nazwa).
Wewnątrzkomórkowy układ przekaźnikowy obejmuje także pochodne fosfolipidów w błonach komórek eukariotycznych, w szczególności fosforylowane pochodne fosfatydyloinozytolu. Pochodne te uwalniane są w odpowiedzi na sygnał hormonalny (np. z wazopresyny czy tyreotropiny) pod działaniem specyficznej związanej z błoną fosfolipazy C. W wyniku kolejnych reakcji powstają dwa potencjalne wtórne przekaźniki – diacyloglicerol i inozytol 1, 4,5-trifosforan.
Biologiczne skutki tych wtórnych posłańców realizowane są na różne sposoby. Działanie diacyloglicerolu, podobnie jak wolnych jonów Ca 2+, odbywa się za pośrednictwem wiązania z błoną Ca-zależna enzymatyczna kinaza białkowa C, który katalizuje fosforylację enzymów wewnątrzkomórkowych, zmieniając ich aktywność. 1,4,5-trifosforan inozytolu wiąże się ze specyficznym receptorem w siateczce śródplazmatycznej, promując uwalnianie jonów Ca 2+ do cytozolu.
Zatem dane prezentowane na temat komunikatorów wtórnych wskazują, że każdy z tych systemów pośredniczących efekt hormonalny odpowiada określonej klasie kinaz białkowych, choć nie można wykluczyć możliwości ścisłego związku pomiędzy tymi układami. Aktywność kinaz białkowych typu A jest regulowana przez cAMP, kinazy białkowej G przez cGMP; Kinazy białkowe zależne od Ca 2+ -kalmoduliny znajdują się pod kontrolą wewnątrzkomórkowego [Ca 2+ ], a kinazy białkowe typu C są regulowane przez diacyloglicerol w synergii z wolnym Ca 2+ i kwaśnymi fosfolipidami. Wzrost poziomu dowolnego przekaźnika wtórnego prowadzi do aktywacji odpowiedniej klasy kinaz białkowych i późniejszej fosforylacji ich substratów białkowych. W rezultacie zmienia się nie tylko aktywność, ale także właściwości regulacyjne i katalityczne wielu komórkowych układów enzymatycznych: kanałów jonowych, wewnątrzkomórkowych elementy konstrukcyjne i aparat genetyczny.
2) Realizacja efektu po przeniknięciu hormonu do komórki
W tym przypadku receptory hormonu znajdują się w cytoplazmie komórki. Hormony o tym mechanizmie działania, dzięki swojej lipofilowości, łatwo przenikają przez błonę do wnętrza komórki docelowej i wiążą się ze specyficznymi białkami receptorowymi w jej cytoplazmie. Kompleks hormon-receptor wchodzi do jądra komórkowego. W jądrze kompleks rozpada się, a hormon oddziałuje z pewnymi odcinkami jądrowego DNA, w wyniku czego powstaje specjalny informacyjny RNA. Komunikator RNA opuszcza jądro i wspomaga syntezę białka lub białka enzymatycznego na rybosomach. Tak działają hormony steroidowe i pochodne tyrozyny – hormony tarczycy. Ich działanie charakteryzuje się głęboką i długotrwałą restrukturyzacją metabolizmu komórkowego.
Wiadomo, że działanie hormonów steroidowych realizowane jest poprzez aparat genetyczny poprzez zmianę ekspresji genów. Hormon po dostarczeniu z białkami krwi do komórki przenika (na drodze dyfuzji) przez błonę komórkową i dalej przez błonę jądrową i wiąże się z białkiem receptora wewnątrzjądrowego. Kompleks steroidowo-białkowy wiąże się następnie z regulatorowym regionem DNA, tzw. elementami wrażliwymi na hormony, promując transkrypcję odpowiednich genów strukturalnych, indukcję syntezy białek de novo i zmiany w metabolizmie komórkowym w odpowiedzi na sygnał hormonalny.
Należy podkreślić, że główną i charakterystyczną cechą molekularnych mechanizmów działania dwóch głównych klas hormonów jest to, że działanie hormonów peptydowych realizuje się głównie poprzez potranslacyjne (postsyntetyczne) modyfikacje białek w komórkach, natomiast hormonów steroidowych ( a także hormony tarczycy, retinoidy, hormony witaminy D3) pełnią funkcję regulatorów ekspresji genów.
Inaktywacja hormonów następuje w narządach efektorowych, głównie w wątrobie, gdzie hormony ulegają różnym przemianom chemicznym poprzez wiązanie się z kwasem glukuronowym, siarkowym lub w wyniku działania enzymów. Częściowo hormony są wydalane w postaci niezmienionej z moczem. Działanie niektórych hormonów może zostać zablokowane na skutek wydzielania hormonów o działaniu antagonistycznym.
