Mecanismele de bază ale acțiunii hormonale. Mecanismul de acțiune membrana-intracelular al hormonilor

Se află trei opțiuni posibile mecanismul de acțiune al hormonilor.

Membrană sau mecanism local- constă în faptul că hormonul de la locul de legare cu membrana celularaîși modifică permeabilitatea la metaboliți, de exemplu, glucoză, aminoacizi și unii ioni. Aportul de glucoză și aminoacizi, la rândul său, afectează procese biochimiceîn celulă, iar modificarea distribuției ionilor de ambele părți ale membranei afectează potențialul electric și funcția celulelor. Tipul membranar de acțiune hormonală se găsește rar sub formă izolată. De exemplu, insulina are ambele membrane (cauze schimbări locale transportul ionilor, glucozei și aminoacizilor) și tipul de acțiune membrana-intracelulară.

Membran-intracelular tipul de acțiune (sau indirect) este caracteristic hormonilor care nu pătrund în celulă și deci afectează metabolismul printr-un mesager chimic intracelular, care este reprezentantul autorizat al hormonului din interiorul celulei. Hormonul, prin receptorii membranari, afectează funcția sistemelor de semnalizare (de obicei enzime) care declanșează formarea sau intrarea mediatorilor intracelulari. Iar acestea din urmă, la rândul lor, afectează activitatea și cantitatea diferite enzimeși astfel modifică metabolismul în celulă.

Mecanismul citosolic acțiunea este caracteristică hormonilor lipofili care sunt capabili să pătrundă prin stratul lipidic al membranei în celulă, unde intră într-un complex cu receptorii citosolici. Acest complex reglează numărul de enzime din celulă, influențând selectiv activitatea genelor cromozomilor nucleari și, prin urmare, modificând metabolismul și funcțiile celulei. Acest tip de acțiune hormonală se numește directă, spre deosebire de acțiunea membrana-intracelulară, când hormonul reglează metabolismul doar indirect, prin intermediari intracelulari.

Hormonii glandelor tiroide și paratiroide

Hormonii glanda tiroida

Glanda tiroida secretă două grupe de hormoni cu influență diferită asupra metabolismului. Primul grup este iodotironinele: tiroxina și triiodotironina. Acești hormoni reglează metabolismul energetic și influențează diviziunea și diferențierea celulară, determinând dezvoltarea organismului. Iodotironinele acționează asupra multor țesuturi ale corpului, dar în în cea mai mare măsură pe țesutul ficatului, inimii, rinichilor, muschii scheletici iar într-o măsură mai mică asupra ţesutului adipos şi nervos.

Cu hiperfuncția glandei tiroide (hipertiroidism), se observă formarea excesivă de iodotironine. O trăsătură caracteristică tireotoxicoza este descompunerea accelerată a carbohidraților și a grăsimilor (mobilizate din depozitele de grăsime). Arderea rapidă acizi grași, glicerolul și produsele de glicoliză necesită un consum mare de oxigen. Mitocondriile cresc în dimensiune, se umflă, iar forma lor se modifică. Prin urmare, tireotoxicoza este uneori numită „boală mitocondrială”. Extern, hipertiroidismul se manifestă ca următoarele simptome: creșterea metabolismului bazal, creșterea temperaturii corpului (creșterea producției de căldură), scădere în greutate, tahicardie severă, excitabilitate nervoasă crescută, ochi bombați etc. Aceste tulburări pot fi ameliorate fie prin îndepărtarea chirurgicală a unei părți a glandei tiroide, fie cu ajutorul medicamente care îi inhibă activitatea.

Cu hipofuncție (hipotiroidism) a glandei tiroide există o lipsă de iodotironine. Hipotiroidism la început copilărie numit cretinism sau mixedem la copii, iar la adulți pur și simplu mixedem. Cretinismul se caracterizează prin fizică pronunțată și retard mintal. Acest lucru se explică prin scăderea efectului iodotironinelor asupra diviziunii și diferențierii celulare, care implică o creștere lentă și anormală. țesut osos, diferențierea afectată a neuronilor. La adulți, mixedemul se manifestă prin scăderea metabolismului bazal și a temperaturii corpului, afectarea memoriei și afectarea piele(uscăciune, peeling) etc. În țesuturile corpului, metabolismul carbohidraților și grăsimilor și toate procesele energetice sunt reduse. Hipotiroidismul este eliminat prin tratament cu medicamente iodotironine.

Al doilea grup include calciotonina (o proteină cu o greutate moleculară de 30.000), aceasta reglează metabolismul fosfor-calciu, acțiunea sa este discutată mai jos.

Mecanismele de acțiune ale hormonilor.

Vă rugăm să rețineți că mecanismul de acțiune al hormonilor depinde de acesta natura chimicași proprietăți - solubilitate în apă sau grăsimi. După mecanismul de acțiune, hormonii pot fi împărțiți în două grupe: acțiune directă și acțiune la distanță.

1. Hormoni acțiune directă. Acest grup include hormoni lipofili (solubili în grăsimi) - steroizi și iodotironine. Aceste substanțe sunt ușor solubile în apă și, prin urmare, formează compuși complecși cu proteinele plasmatice din sânge. Aceste proteine ​​includ atât proteine ​​de transport specifice (de exemplu, transcortina, care leagă hormonii cortexului suprarenal), cât și pe cele nespecifice (albumina).

Hormonii cu acțiune directă, datorită lipofilității lor, sunt capabili să difuzeze prin stratul dublu lipidic al membranelor celulelor țintă. Receptorii acestor hormoni sunt localizați în citosol. Complexul rezultat al hormonului cu receptorul se deplasează în nucleul celulei, unde se leagă de cromatină și afectează ADN-ul. Ca rezultat, se modifică viteza de sinteză a ARN-ului pe matricea ADN (transcripție) și viteza de formare a proteinelor enzimatice specifice pe matricea ARN (traducere). Acest lucru duce la o schimbare a cantității de proteine ​​enzimatice din celulele țintă și la o schimbare a direcției acestora reacții chimice(vezi Figura 2).

Figura 2. Mecanismul de influență a hormonilor cu acțiune directă asupra celulei.

După cum știți deja, reglarea sintezei proteinelor poate fi efectuată folosind mecanisme de inducție și represiune.

Inducerea sintezei proteinelor are loc ca urmare a stimulării sintezei ARN-ului mesager corespunzător. În același timp, crește concentrația unei anumite proteine ​​enzimatice în celulă și crește viteza reacțiilor chimice catalizate de aceasta.

Reprimarea sintezei proteinelor are loc prin suprimarea sintezei ARN-ului mesager corespunzător. Ca urmare a represiunii, concentrația unei anumite proteine ​​​​enzimei în celulă este redusă selectiv și viteza reacțiilor chimice catalizate de aceasta este redusă. Rețineți că același hormon poate induce sinteza unor proteine ​​și poate reprima sinteza altor proteine. Efectul hormonilor cu acțiune directă apare de obicei la numai 2 până la 3 ore după pătrunderea în celulă.

2. Hormoni de acțiune la distanță. Hormonii cu acțiune la distanță includ hormoni hidrofili (solubili în apă) - catecolamine și hormoni de natură proteino-peptidică. Deoarece aceste substanțe sunt insolubile în lipide, ele nu pot pătrunde în membranele celulare. Receptorii acestor hormoni sunt localizați pe suprafata exterioara membrană plasmatică celule țintă. Hormonii cu acțiune la distanță își exercită efectul asupra celulei cu ajutorul unui mesager secundar, care este cel mai adesea AMP ciclic (AMPc).

AMP ciclic este sintetizat din ATP prin acțiunea adenilat-ciclazei:

Mecanismul de acțiune la distanță a hormonilor este prezentat în Figura 3.

Figura 3. Mecanismul de influență a hormonilor cu acțiune la distanță asupra celulei.

Interacțiunea unui hormon cu receptorul său specific duce la activarea proteinei G a membranei celulare. Proteina G leagă GTP și activează adenilat ciclaza.

Adenilat ciclaza activă transformă ATP în AMPc, AMPc activează protein kinaza.

Protein kinaza inactivă este un tetramer care constă din două subunități reglatoare (R) și două subunități catalitice (C). Ca rezultat al interacțiunii cu AMPc, tetramerul se disociază și centrul activ al enzimei este eliberat.

Protein kinaza fosforilează proteinele enzimatice folosind ATP, fie activându-le, fie inactivându-le. Ca urmare a acestui fapt, viteza reacțiilor chimice în celulele țintă se modifică (în unele cazuri crește, în altele scade).

Inactivarea cAMP are loc cu participarea enzimei fosfodiesterazei.

Hormoni secretați de glande secretie interna, se leagă de proteinele de transport plasmatic sau, în unele cazuri, sunt adsorbite pe celulele sanguine și livrate în organe și țesuturi, afectând funcția și metabolismul acestora. Unele organe și țesuturi au foarte sensibilitate crescută la hormoni, motiv pentru care se numesc organe țintă sau tesaturi -tinte. Hormonii afectează literalmente fiecare aspect al metabolismului, funcției și structurii corpului.

Conform idei moderne, actiunea hormonilor se bazeaza pe stimularea sau inhibarea functiei catalitice a anumitor enzime. Acest efect se realizează prin activarea sau inhibarea enzimelor existente în celule prin accelerarea sintezei lor prin activarea genelor. Hormonii pot crește sau scădea permeabilitatea membranelor celulare și subcelulare la enzime și alte substanțe biologice substanțe active, datorită căruia acțiunea enzimei este facilitată sau inhibată. hormon organism organic fier

Mecanismul diafragmei . Hormonul se leagă de membrana celulară și, la locul de legare, își modifică permeabilitatea la glucoză, aminoacizi și unii ioni. În acest caz, hormonul acționează ca un efector Vehicul membranelor. Insulina are acest efect prin modificarea transportului de glucoză. Dar acest tip de transport hormonal apare rar sub formă izolată. Insulina, de exemplu, are atât un mecanism de acțiune membranar, cât și membrana-intracelular.

Mecanism membranar-intracelular . Hormonii actioneaza in functie de tipul membranar-intracelular, care nu patrund in celula si deci afecteaza metabolismul printr-un intermediar chimic intracelular. Acestea includ hormoni proteino-peptidici (hormoni ai hipotalamusului, glandei pituitare, pancreasului și glande paratiroide, tirocalcitonina a glandei tiroide); derivați ai aminoacizilor (hormoni ai medulei suprarenale - adrenalina și noradrenalina, ai glandei tiroide - tiroxina, triiodotironina).

Mecanism de acțiune intracelular (citosol). . Este caracteristic hormonilor steroizi (corticosteroizi, hormoni sexuali - androgeni, estrogeni și gestageni). Hormonii steroizi interacționează cu receptorii localizați în citoplasmă. Complexul hormon-receptor rezultat este transferat în nucleu și acționează direct asupra genomului, stimulând sau inhibând activitatea acestuia, adică. acționează asupra sintezei ADN-ului, modificând rata de transcripție și cantitatea de ARN mesager (ARNm). O creștere sau scădere a cantității de ARNm afectează sinteza proteinelor în timpul translației, ceea ce duce la modificări activitate functionala celule.

Acțiunea hormonilor se bazează pe stimularea sau inhibarea funcției catalitice a anumitor enzime din celulele organelor țintă. Această acțiune poate fi realizată prin activarea sau inhibarea enzimelor deja existente. în plus rol important aparține adenozin monofosfat ciclic(cAMP) care este aici intermediar secundar(rolul primarului

hormonul însuși acționează ca intermediar). De asemenea, este posibilă creșterea concentrației de enzime prin accelerarea biosintezei lor prin activarea genelor.

Mecanismul de acțiune al hormonilor peptidici și steroizi diferit. Amine și hormoni peptidici nu pătrund în celulă, ci se atașează de receptori specifici din membrana celulară de pe suprafața acesteia. Receptor legat de enzimă adenilat ciclază. Complexul hormon-receptor activează adenilat ciclaza, care descompune ATP pentru a forma cAMP. Acțiunea AMPc se realizează printr-un lanț complex de reacții care duc la activarea anumitor enzime prin fosforilarea lor, acestea ducând efectul final al hormonului (Fig. 2.3).

Orez. 2.4 Mecanismul de acțiune hormoni steroizi eu - hormonul intră în celulă și se leagă de un receptor din citoplasmă; II - receptorul transportă hormonul în nucleu; III - hormonul interactioneaza reversibil cu ADN-ul cromozomilor; IV - hormonul activează gena pe care se formează ARN-ul mesager (ARNm); V-ARNm părăsește nucleul și inițiază sinteza proteinelor (de obicei o enzimă) pe ribozomi; enzima realizează efectul hormonal final; 1 - membrană celulară, 2 - hormon, 3 - receptor, 4 - membrană nucleară, 5 - ADN, 6 - ARNm, 7 - ribozom, 8 - sinteza proteinelor (enzimelor).

Hormonii steroizi și TkȘi T 4(tiroxina și triiodotironina) sunt solubile în grăsimi, deci pătrund în membrana celulară. Hormonul se leagă de un receptor din citoplasmă. Complexul hormon-receptor rezultat este transportat în nucleul celulei, unde intră într-o interacțiune reversibilă cu ADN-ul și induce sinteza unei proteine ​​(enzime) sau a mai multor proteine. Prin activarea unor gene specifice pe o anumită secțiune de ADN a unuia dintre cromozomi, se sintetizează ARN-ul matriceal (mesager) (ARNm), care trece de la nucleu la citoplasmă, se atașează la ribozomi și induce aici sinteza proteinelor (Fig. 2.4).

Spre deosebire de peptidele activatoare de enzime, hormonii steroizi determină sinteza de noi molecule de enzime. În acest sens, efectele hormonilor steroizi apar mult mai lent decât efectele hormonilor peptidici, dar de obicei durează mai mult.

2.2.5. Clasificarea hormonilor

Pe baza criteriilor funcționale, ele disting trei grupe de hormoni: 1) hormoni care afectează direct organul țintă; aceşti hormoni se numesc efector 2) hormoni, a căror funcție principală este reglarea sintezei și eliberării hormonilor efectori;

aceşti hormoni se numesc tropic 3) hormoni produși celule nervoaseȘi reglarea sintezei și eliberării hormonilor adenohipofizei; Acești hormoni se numesc hormoni de eliberare, sau liberine, dacă stimulează aceste procese, sau hormoni inhibitori, statine, dacă au efectul opus. Strânsă legătură între sistemul nervos central și Sistemul endocrin efectuate în principal cu ajutorul acestor hormoni.

Într-un sistem complex reglare hormonală organismele se disting mai mult sau mai putin lanțuri lungi regulament. Linia principală de interacțiuni: SNC → hipotalamus → glanda pituitară → periferică glandele endocrine. Toate elementele acestui sistem sunt combinate părere. Funcția unor glande endocrine nu este sub influența reglatoare a hormonilor adenohipofizei (de exemplu, glandele paratiroide, pancreasul etc.).

Hormonii secretați de glandele endocrine se leagă de proteinele de transport plasmatic sau, în unele cazuri, sunt adsorbiți pe celulele sanguine și eliberați în organe și țesuturi, afectând funcția și metabolismul acestora. Unele organe și țesuturi au o sensibilitate foarte mare la hormoni, motiv pentru care sunt numite organe țintă sau tesaturi–tinte. Hormonii afectează literalmente fiecare aspect al metabolismului, funcției și structurii corpului.

Conform conceptelor moderne, acțiunea hormonilor se bazează pe stimularea sau inhibarea funcției catalitice a anumitor enzime. Acest efect se realizează prin activarea sau inhibarea enzimelor existente în celule prin accelerarea sintezei lor prin activarea genelor. Hormonii pot crește sau scădea permeabilitatea membranelor celulare și subcelulare la enzime și alte substanțe biologic active, facilitând sau inhibând astfel acțiunea enzimei.

Se disting următoarele tipuri de mecanisme de acțiune a hormonilor: membranar, intracelular membranar și intracelular (citosol).

Mecanismul diafragmei . Hormonul se leagă de membrana celulară și, la locul de legare, își modifică permeabilitatea la glucoză, aminoacizi și unii ioni. În acest caz, hormonul acționează ca un efector al transportului membranar. Insulina are acest efect prin modificarea transportului de glucoză. Dar acest tip de transport hormonal apare rar sub formă izolată. Insulina, de exemplu, are atât un mecanism de acțiune membranar, cât și membrana-intracelular.

Mecanism membranar-intracelular . Hormonii actioneaza in functie de tipul membranar-intracelular, care nu patrund in celula si deci afecteaza metabolismul printr-un intermediar chimic intracelular. Acestea includ hormoni proteino-peptidici (hormoni ai hipotalamusului, glandei pituitare, pancreasului și glandelor paratiroide, tirocalcitonina ai glandei tiroide); derivați ai aminoacizilor (hormoni ai medulei suprarenale - adrenalină și norepinefrină, hormoni tiroidieni - tiroxina, triiodotironina).

Funcțiile mesagerilor chimici intracelulari ai hormonilor sunt îndeplinite de nucleotidele ciclice - ciclice 3 ׳ ,5׳ – adenozin monofosfat (cAMP) și ciclic 3 ׳ ,5׳ – monofosfat de guanozină (cGMP), ioni de calciu.

Hormonii influențează formarea nucleotidelor ciclice: cAMP - prin adenilat ciclază, cGMP - prin guanilat ciclază.

Adenilat ciclaza este construită în membrana celulară și este formată din 3 părți interconectate: receptorul (R), reprezentat de un set de receptori membranari localizați în afara membranei, conjugați (N), reprezentați de o proteină N specială situată în stratul lipidic al membrana și catalitic (C), care este o proteină enzimatică, adică adenilat ciclaza însăși, care transformă ATP (adenozin trifosfat) în cAMP.

Adenilat ciclaza funcționează conform următoarei scheme. De îndată ce hormonul se leagă de receptorul (R) și se formează un complex hormon-receptor, se formează complexul N-proteină-GTP (guanozin trifosfat), care activează partea catalitică (C) a adenilat ceclazei. Activarea adenilat-ciclazei duce la formarea de cAMP în interiorul celulei pe suprafața interioară a membranei din ATP.

Chiar și o moleculă a hormonului care se leagă de receptor face ca adenilat ciclaza să funcționeze. În acest caz, pentru o moleculă de hormon legat, în interiorul celulei se formează 10-100 de molecule de cAMP. Adenilat ciclaza rămâne activă atâta timp cât există complexul hormon-receptor. Guanylat ciclaza funcționează într-un mod similar.

Protein kinazele inactive se găsesc în citoplasma celulară. Nucleotidele ciclice - cAMP și cGMP - activează protein kinazele. Există protein kinaze dependente de cAMP și dependente de cGMP care sunt activate de nucleotidele lor ciclice. În funcție de receptorul de membrană care leagă un anumit hormon, fie adenilat ceclaza, fie guanilat ceclaza este pornită și, în consecință, se formează fie cAMP, fie cGMP.

Majoritatea hormonilor acționează prin cAMP și numai oxitocina, tirocalcitonina, insulina și adrenalina acționează prin cGMP.

Cu ajutorul protein kinazelor activate, se realizează două tipuri de reglare a activității enzimatice: activarea enzimelor existente prin modificare covalentă, adică fosfolare; modificarea cantității de proteină enzimatică datorită modificărilor ratei de biosinteză a acesteia.

Influența nucleotidelor ciclice asupra proceselor biochimice încetează sub influența unei enzime speciale, fosfodiesteraza, care distruge cAMP și cGMP. O altă enzimă, fosfoprotein fosfaza, distruge rezultatul acțiunii proteinei kinazei, adică separă acidul fosforic de proteinele enzimatice, ca urmare a cărora acestea devin inactive.

Există foarte puțini ioni de calciu în interiorul celulei; sunt mai mulți în afara celulei. Ele intră din mediul extracelular prin canalele de calciu din membrană. În celulă, calciul interacționează cu proteina care leagă calciul calmodulina (CM). Acest complex modifică activitatea enzimelor, ceea ce duce la modificări ale funcțiilor fiziologice ale celulelor. Hormonii oxitocina, insulina și prostaglandina F 2α acționează prin ionii de calciu. Astfel, sensibilitatea țesuturilor și organelor la hormoni depinde de receptorii membranari, iar efectul lor de reglare specifică este determinat de un mediator intracelular.

Mecanism de acțiune intracelular (citosol). . Este caracteristic hormonilor steroizi (corticosteroizi, hormoni sexuali - androgeni, estrogeni și gestageni). Hormonii steroizi interacționează cu receptorii localizați în citoplasmă. Complexul hormon-receptor rezultat este transferat în nucleu și acționează direct asupra genomului, stimulând sau inhibând activitatea acestuia, adică. acționează asupra sintezei ADN-ului, modificând rata de transcripție și cantitatea de ARN mesager (ARNm). O creștere sau scădere a cantității de ARNm afectează sinteza proteinelor în timpul translației, ceea ce duce la o modificare a activității funcționale a celulei.