Podstawowe mechanizmy działania hormonów. Błonowo-wewnątrzkomórkowy mechanizm działania hormonów

Są trzy możliwe opcje mechanizm działania hormonów.

Mechanizm membranowy lub lokalny- polega na tym, że hormon w miejscu wiązania się z Błona komórkowa zmienia swoją przepuszczalność dla metabolitów, takich jak glukoza, aminokwasy, niektóre jony. Spożycie glukozy, aminokwasów z kolei wpływa procesy biochemiczne w komórce, a zmiana rozmieszczenia jonów po obu stronach błony wpływa na potencjał elektryczny i funkcję komórek. Błonowe działanie hormonów rzadko występuje w postaci izolowanej. Na przykład insulina ma zarówno błonę (przyczyny lokalne zmiany transport jonów, glukozy i aminokwasów) oraz działanie błonowo-wewnątrzkomórkowe.

Błona wewnątrzkomórkowa rodzaj działania (lub pośredni) jest charakterystyczny dla hormonów, które nie wnikają do komórki, a zatem wpływają na metabolizm za pośrednictwem wewnątrzkomórkowego przekaźnika chemicznego, który jest autoryzowanym przedstawicielem hormonu wewnątrz komórki. Hormon poprzez receptory błonowe wpływa na działanie systemów sygnałowych (zwykle enzymów), które wyzwalają powstawanie lub wejście mediatorów wewnątrzkomórkowych. A te ostatnie z kolei wpływają na aktywność i ilość różne enzymy a tym samym zmienić metabolizm w komórce.

Mechanizm cytozolowy działanie jest charakterystyczne dla hormonów lipofilowych, które mogą przenikać przez warstwę lipidową błony do wnętrza komórki, gdzie wchodzą w kompleks z receptorami cytozolowymi. Kompleks ten reguluje ilość enzymów w komórce, selektywnie wpływając na aktywność genów chromosomów jądrowych, a tym samym zmienia metabolizm i funkcje komórki. Ten rodzaj działania hormonu nazywany jest bezpośrednim, w przeciwieństwie do błonowo-wewnątrzkomórkowego, kiedy hormon reguluje metabolizm tylko pośrednio, poprzez mediatory wewnątrzkomórkowe.

Hormony tarczycy i przytarczyc

Hormony Tarczyca

Tarczyca wydziela dwa rodzaje hormonów różne wpływy dla metabolizmu. Pierwsza grupa to jodotyroniny: tyroksyna i trijodotyronina. Hormony te regulują metabolizm energetyczny oraz wpływają na podziały i różnicowanie komórek, warunkując rozwój organizmu. Jodotyroniny działają na wiele tkanek organizmu, ale m.in bardzo na tkanki wątroby, serca, nerek, mięśnie szkieletowe oraz, w mniejszym stopniu, tkankę tłuszczową i nerwową.

W przypadku nadczynności tarczycy (nadczynności tarczycy) dochodzi do nadmiernego tworzenia się jodotyroniny. charakterystyczna cecha tyreotoksykoza to przyspieszony rozkład węglowodanów i tłuszczów (mobilizowanych z magazynów tłuszczu). szybkie spalanie Kwasy tłuszczowe, glicerol i produkty glikolizy wymagają dużego zużycia tlenu. Mitochondria powiększają się, pęcznieją, zmieniają kształt. Dlatego czasami nadczynność tarczycy nazywana jest „chorobą mitochondrialną”. Zewnętrznie nadczynność tarczycy objawia się w postaci następujące objawy: wzrost podstawowej przemiany materii, wzrost temperatury ciała (zwiększona produkcja ciepła), utrata masy ciała, ciężka tachykardia, zwiększona pobudliwość nerwowa, wytrzeszcz oczu itp. Zaburzenia te są usuwane przez chirurgiczne usunięcie części tarczycy lub za pomocą leków obniżających jego aktywność.

W przypadku niedoczynności (niedoczynności tarczycy) tarczycy występuje niedobór jodotyroniny. Niedoczynność tarczycy na początku dzieciństwo nazywa się kretynizmem lub obrzękiem śluzowatym u dzieci, au dorosłych jest to po prostu obrzęk śluzowaty. Kretynizm charakteryzuje się wyraźnym fizycznym i upośledzenie umysłowe. Wynika to ze zmniejszenia działania jodotyroniny na podział i różnicowanie komórek, co prowadzi do powolnego i nieprawidłowego wzrostu. tkanka kostna, upośledzone różnicowanie neuronów. U dorosłych obrzęk śluzowaty objawia się spadkiem podstawowej przemiany materii i temperatury ciała, upośledzeniem pamięci, upośledzeniem skóra(suchość, łuszczenie się) itp. W tkankach organizmu metabolizm węglowodanów i tłuszczów oraz wszystkie procesy energetyczne są zmniejszone. Niedoczynność tarczycy jest eliminowana przez leczenie jodotyroninami.

Do drugiej grupy zalicza się kalciotoninę (białko o masie cząsteczkowej 30 000), która reguluje metabolizm fosforowo-wapniowy, jego działanie omówiono poniżej.

Mechanizmy działania hormonów.

Należy pamiętać, że mechanizm działania hormonów zależy od jego Natura chemiczna i właściwości - rozpuszczalność w wodzie lub tłuszczach. Ze względu na mechanizm działania hormony można podzielić na dwie grupy: bezpośrednie i odległe.

1. Hormony akcja bezpośrednia. Do tej grupy należą hormony lipofilowe (rozpuszczalne w tłuszczach) - steroidy i jodotyroniny. Substancje te są słabo rozpuszczalne w wodzie i dlatego we krwi tworzą złożone związki z białkami osocza. Białka te obejmują zarówno specyficzne białka transportowe (np. transkortynę, która wiąże hormony kory nadnerczy), jak i niespecyficzne (albuminy).

Hormony o działaniu bezpośrednim, ze względu na swoją lipofilowość, są zdolne do dyfuzji przez podwójną warstwę lipidową błon komórek docelowych. Receptory dla tych hormonów znajdują się w cytosolu. Powstały kompleks hormonu z receptorem przemieszcza się do jądra komórkowego, gdzie wiąże się z chromatyną i oddziałuje na DNA. W rezultacie zmienia się szybkość syntezy RNA na matrycy DNA (transkrypcja) oraz szybkość tworzenia określonych białek enzymatycznych na matrycy RNA (translacja). Prowadzi to do zmiany ilości białek enzymatycznych w komórkach docelowych i zmiany ich kierunku reakcje chemiczne(Patrz rysunek 2).

Rycina 2. Mechanizm wpływu na komórkę hormonów bezpośredniego działania.

Jak już wiesz, regulacja syntezy białek może odbywać się za pomocą mechanizmów indukcji i represji.

Indukcja syntezy białek następuje w wyniku stymulacji syntezy odpowiedniego informacyjnego RNA. Jednocześnie zwiększa się w komórce stężenie pewnego enzymu białkowego i zwiększa się szybkość katalizowanych przez niego reakcji chemicznych.

Represja syntezy białek następuje poprzez zahamowanie syntezy odpowiedniego informacyjnego RNA. W wyniku represji stężenie określonego enzymu białkowego w komórce selektywnie maleje, a szybkość katalizowanych przez niego reakcji chemicznych maleje. Należy pamiętać, że ten sam hormon może indukować syntezę niektórych białek i hamować syntezę innych białek. Działanie bezpośrednio działających hormonów pojawia się zwykle dopiero po 2 - 3 godzinach od wniknięcia do komórki.

2. Odległe hormony. Hormony odległe obejmują hormony hydrofilowe (rozpuszczalne w wodzie) - katecholaminy i hormony o charakterze białkowo-peptydowym. Ponieważ substancje te są nierozpuszczalne w lipidach, nie mogą przenikać przez błony komórkowe. Receptory dla tych hormonów znajdują się na powierzchnia zewnętrzna błona plazmatyczna komórki docelowe. Hormony dalekiego zasięgu realizują swoje działanie na komórkę za pomocą drugiego przekaźnika, którym najczęściej jest cykliczny AMP (cAMP).

Cykliczny AMP jest syntetyzowany z ATP przez cyklazę adenylanową:

Mechanizm odległego działania hormonów przedstawiono na rycinie 3.

Rycina 3. Mechanizm wpływu na komórkę hormonów o dużym zasięgu.

Interakcja hormonu z jego specyficznym receptorem prowadzi do aktywacji białka G błony komórkowej. Białko G wiąże GTP i aktywuje cyklazę adenylanową.

Aktywna cyklaza adenylanowa przekształca ATP w cAMP, cAMP aktywuje kinazę białkową.

Nieaktywna kinaza białkowa jest tetramerem składającym się z dwóch podjednostek regulatorowych (R) i dwóch katalitycznych (C). W wyniku interakcji z cAMP dochodzi do dysocjacji tetrameru i uwolnienia centrum aktywnego enzymu.

Kinaza białkowa fosforyluje białka enzymatyczne kosztem ATP, aktywując je lub dezaktywując. W efekcie zmienia się szybkość reakcji chemicznych w komórkach docelowych (w niektórych przypadkach wzrasta, w innych maleje).

Inaktywacja cAMP zachodzi przy udziale enzymu fosfodiesterazy.

Hormony wydzielane przez gruczoły wydzielina wewnętrzna 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 są bardzo wysoka czułość hormony, stąd ich nazwa narządy docelowe Lub tkanki -cele. Hormony wpływają dosłownie na wszystkie aspekty metabolizmu, funkcji i struktur organizmu.

Według nowoczesne idee, działanie hormonów opiera się na stymulacji lub hamowaniu katalitycznej funkcji niektórych enzymów. Efekt ten uzyskuje się poprzez aktywację lub hamowanie już 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 czynników biologicznych substancje czynne, ułatwiając w ten sposób lub hamując działanie enzymu. żelazo organizmu hormonu organicznego

Mechanizm membranowy . Hormon wiąże się z błoną komórkową iw miejscu wiązania zmienia swoją przepuszczalność dla glukozy, aminokwasów i niektórych jonów. W tym przypadku hormon działa jako efektor Pojazd membrany. Insulina robi to, zmieniając transport glukozy. Ale ten rodzaj transportu hormonów rzadko występuje w izolacji. Na przykład insulina ma zarówno błonowy, jak i wewnątrzkomórkowy mechanizm działania.

Mechanizm błonowo-wewnątrzkomórkowy . Zgodnie z typem wewnątrzkomórkowo-błonowym działają hormony, które nie przenikają do komórki, a zatem wpływają na metabolizm poprzez wewnątrzkomórkowy mediator chemiczny. Należą do nich hormony białkowo-peptydowe (hormony podwzgórza, przysadki mózgowej, trzustki i przytarczyce, tyrokalcytonina tarczycy); pochodne aminokwasów (hormony rdzenia nadnerczy – adrenalina i norepinefryna, tarczycy – tyroksyna, trijodotyronina).

Wewnątrzkomórkowy (cytozolowy) mechanizm działania . Jest to charakterystyczne dla hormonów steroidowych (kortykosteroidów, hormonów płciowych – androgenów, estrogenów i gestagenów). Hormony steroidowe oddziałują z receptorami zlokalizowanymi w cytoplazmie. Powstały kompleks hormon-receptor jest przenoszony do jądra i działa bezpośrednio na genom, stymulując lub hamując jego aktywność, tj. działa na syntezę DNA poprzez zmianę szybkości transkrypcji i ilości informacyjnego (macierzowego) RNA (mRNA). Zwiększenie lub zmniejszenie ilości mRNA wpływa na syntezę białek podczas translacji, co prowadzi do zmiany czynność funkcjonalna komórki.

Działanie hormonów polega na pobudzaniu lub hamowaniu katalitycznej funkcji niektórych enzymów w komórkach narządów docelowych. Działanie to można osiągnąć poprzez aktywację lub hamowanie istniejących enzymów. I ważna rola należy cykliczny monofosforan adenozyny(cAMP), który jest tutaj pośrednik wtórny(rola pierwszorzędna

mediatorem jest sam hormon). Możliwe jest również zwiększenie stężenia enzymów poprzez przyspieszenie ich biosyntezy poprzez aktywację genów.

Mechanizm działania hormonów peptydowych i steroidowych różny. Aminy i hormony peptydowe nie wnikają do wnętrza komórki, lecz łączą się na jej powierzchni z określonymi receptorami w błonie komórkowej. Receptor związany z enzymem cyklaza adenylanowa. Kompleks hormonu z receptorem aktywuje cyklazę adenylanową, która rozkłada ATP do cAMP. Działanie cAMP realizuje się poprzez złożony łańcuch reakcji prowadzących do aktywacji określonych enzymów poprzez ich fosforylację, które realizują końcowy efekt hormonu (ryc. 2.3).

Ryż. 2.4 Mechanizm działania hormony steroidowe I- hormon wchodzi do komórki i wiąże się z receptorem w cytoplazmie; II - receptor transportuje hormon do jądra; III - hormon oddziałuje odwracalnie z DNA chromosomów; IV - hormon aktywuje gen, na którym tworzona jest matryca (informacja) RNA (mRNA); V-mRNA opuszcza jądro i inicjuje syntezę białka (najczęściej enzymu) na rybosomach; enzym realizuje końcowy efekt hormonalny; 1 - błona komórkowa, 2 - hormon, 3 - receptor, 4 - błona jądrowa, 5 - DNA, 6 - mRNA, 7 - rybosom, 8 - synteza białek (enzymów).

hormony steroidowe, I Tz I T4(tyroksyna i trijodotyronina) są rozpuszczalne w tłuszczach, dzięki czemu przenikają przez błonę komórkową. Hormon wiąże się z receptorem w cytoplazmie. Powstały kompleks hormon-receptor jest transportowany do jądra komórkowego, gdzie wchodzi w odwracalną interakcję z DNA i indukuje syntezę białka (enzymu) lub kilku białek. Włączając określone geny w określonej sekcji DNA jednego z chromosomów, syntetyzowany jest macierz (informacyjny) RNA (mRNA), który przechodzi z jądra do cytoplazmy, przyłącza się do rybosomów i indukuje tutaj syntezę białek (ryc. 2.4 ).

W przeciwieństwie do peptydów, które aktywują enzymy, hormony steroidowe powodują syntezę nowych cząsteczek enzymów. Pod tym względem działanie hormonów steroidowych pojawia się znacznie wolniej niż działanie hormonów peptydowych, ale zwykle trwa dłużej.

2.2.5. Klasyfikacja hormonów

Na podstawie kryteriów funkcjonalnych istnieją trzy grupy hormonów: 1) hormony, które bezpośrednio wpływają na narząd docelowy; te hormony to tzw efektor 2) hormony, których główną funkcją jest regulacja syntezy i uwalniania hormonów efektorowych;

te hormony to tzw zwrotnik 3) produkowane hormony komórki nerwowe I regulacja syntezy i uwalniania hormonów gruczołu krokowego; hormony te nazywane są hormonami uwalniającymi lub liberinami, jeśli stymulują te procesy, lub hormonami hamującymi, statynami, jeśli mają działanie odwrotne. Ścisły związek między OUN a układ hormonalny odbywa się głównie za pomocą tych hormonów.

W złożonym systemie regulacja hormonalna organizmy różnią się mniej więcej długie łańcuchy rozporządzenie. Główna linia interakcji: OUN → podwzgórze → przysadka → obwodowe gruczoły dokrewne. Wszystkie elementy tego systemu są ze sobą połączone informacja zwrotna. Funkcja części gruczołów dokrewnych nie podlega regulacyjnemu wpływowi hormonów gruczołowych przysadki (na przykład przytarczyc, trzustki itp.).

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 są bardzo wrażliwe na hormony, dlatego nazywa się je narządy docelowe Lub tkanki–cele. Hormony wpływają dosłownie na wszystkie aspekty metabolizmu, funkcji i struktur organizmu.

Według współczesnych koncepcji działanie hormonów polega na pobudzaniu lub hamowaniu katalitycznej funkcji niektórych enzymów. Efekt ten uzyskuje się poprzez aktywację lub hamowanie już 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 w ten sposób lub hamując działanie enzymu.

Istnieją następujące rodzaje mechanizmu działania hormonów: błonowy, błonowo-wewnątrzkomórkowy i wewnątrzkomórkowy (cytozolowy).

Mechanizm membranowy . Hormon wiąże się z błoną komórkową iw miejscu wiązania zmienia swoją przepuszczalność dla glukozy, aminokwasów i niektórych jonów. W tym przypadku hormon działa jako efektor nośników błonowych. Insulina robi to, zmieniając transport glukozy. Ale ten rodzaj transportu hormonów rzadko występuje w izolacji. Na przykład insulina ma zarówno błonowy, jak i wewnątrzkomórkowy mechanizm działania.

Mechanizm błonowo-wewnątrzkomórkowy . Zgodnie z typem wewnątrzkomórkowo-błonowym działają hormony, które nie przenikają do komórki, a zatem wpływają na metabolizm poprzez wewnątrzkomórkowy mediator chemiczny. Należą do nich hormony białkowo-peptydowe (hormony podwzgórza, przysadki, trzustki i przytarczyc, tyrokalcytonina tarczycy); pochodne aminokwasów (hormony rdzenia nadnerczy – adrenalina i noradrenalina, hormony tarczycy – tyroksyna, trijodotyronina).

Funkcje wewnątrzkomórkowych przekaźników chemicznych hormonów pełnią cykliczne nukleotydy - cykliczne 3 ׳ ,5׳ – monofosforan adenozyny (cAMP) i cykliczny 3 ׳ ,5׳ – monofosforan guanozyny (cGMP), jony wapnia.

Hormony wpływają na powstawanie cyklicznych nukleotydów: cAMP – poprzez cyklazę adenylanową, cGMP – poprzez cyklazę guanylanową.

Cyklaza adenylanowa jest wbudowana w błonę komórkową i składa się z 3 połączonych ze sobą części: receptora (R), reprezentowanego przez zestaw receptorów błonowych znajdujących się na zewnątrz błony, koniugującego (N), reprezentowanego przez specjalne białko N znajdujące się w warstwie lipidowej błony komórkowej. błony, oraz katalityczny (C), będący białkiem enzymatycznym, czyli właściwie cyklazą adenylanową, która przekształca ATP (trójfosforan adenozyny) w cAMP.

Cyklaza adenylanowa działa według następującego schematu. Gdy tylko hormon zwiąże się z receptorem (R) i powstanie kompleks hormon-receptor, następuje utworzenie kompleksu N-białko-GTP (trójfosforan guanozyny), który aktywuje część katalityczną (C) ceklazy adenylanowej. Aktywacja cyklazy adenylanowej prowadzi do powstania cAMP wewnątrz komórki na wewnętrznej powierzchni błony ATP.

Nawet jedna cząsteczka hormonu związana z receptorem powoduje działanie cyklazy adenylanowej. W tym przypadku wewnątrz komórki powstaje 10-100 cząsteczek cAMP na cząsteczkę związanego hormonu. Cyklaza adenylanowa pozostaje aktywna tak długo, jak długo istnieje kompleks hormon-receptor. Cyklaza guanylanowa działa w podobny sposób.

W cytoplazmie komórki znajdują się nieaktywne kinazy białkowe. Cykliczne nukleotydy, cAMP i GMP, aktywują kinazy białkowe. Istnieją kinazy białkowe zależne od cAMP i zależne od cGMP, które są aktywowane przez ich cykliczny nukleotyd. W zależności od receptora błonowego, który wiąże określony hormon, włączana jest ceklaza adenylanowa lub ceklaza guanylanowa i powstaje odpowiednio cAMP lub cGMP.

Większość hormonów działa poprzez cAMP, a jedynie oksytocyna, tyrokalcytonina, insulina i adrenalina działają poprzez cGMP.

Za pomocą aktywowanych kinaz białkowych przeprowadza się dwa rodzaje regulacji aktywności enzymów: aktywację już istniejących enzymów przez modyfikację kowalencyjną, to znaczy przez fosforylację; zmiana ilości białka enzymatycznego w wyniku zmiany szybkości jego biosyntezy.

Wpływ cyklicznych nukleotydów na procesy biochemiczne zostaje przerwany pod wpływem specjalnego enzymu, fosfodiesterazy, który niszczy cAMP i cGMP. Inny enzym - fosfoproteinowa fosfaza - niszczy wynik działania kinazy białkowej, czyli odszczepia kwas fosforowy od białek enzymatycznych, w wyniku czego stają się one nieaktywne.

Wewnątrz komórki jest bardzo mało jonów wapnia, ale jest ich więcej na zewnątrz komórki. Pochodzą ze środowiska zewnątrzkomórkowego przez kanały wapniowe w błonie. W komórce wapń oddziałuje z białkiem wiążącym wapń kalmoduliną (CM). Kompleks ten zmienia aktywność enzymów, co prowadzi do zmiany funkcji fizjologicznych komórek. Poprzez jony wapnia działają hormony oksytocyna, insulina, prostaglandyna F 2α. Tak więc wrażliwość tkanek i narządów na hormony zależy od receptorów błonowych, a o ich specyficznym działaniu regulacyjnym decyduje mediator wewnątrzkomórkowy.

Wewnątrzkomórkowy (cytozolowy) mechanizm działania . Jest to charakterystyczne dla hormonów steroidowych (kortykosteroidów, hormonów płciowych – androgenów, estrogenów i gestagenów). Hormony steroidowe oddziałują z receptorami zlokalizowanymi w cytoplazmie. Powstały kompleks hormon-receptor jest przenoszony do jądra i działa bezpośrednio na genom, stymulując lub hamując jego aktywność, tj. działa na syntezę DNA poprzez zmianę szybkości transkrypcji i ilości informacyjnego (macierzowego) RNA (mRNA). Zwiększenie lub zmniejszenie ilości mRNA wpływa na syntezę białek podczas translacji, co prowadzi do zmiany czynności funkcjonalnej komórki.