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

Se află trei opțiuni posibile mecanismul de acțiune al hormonilor.

Mecanism membranar sau local- constă în faptul că hormonul de la locul de legare la membrana celularaîși modifică permeabilitatea la metaboliți, cum ar fi glucoza, aminoacizi, unii ioni. Aportul de glucoză, aminoacizi, la rândul său, afectează procese biochimiceîn celulă, iar o schimbare în distribuția ionilor de pe ambele părți ale membranei afectează potențialul electric și funcția celulelor. Tipul de acțiune membranară a hormonilor se găsește rar sub formă izolată. De exemplu, insulina are atât o membrană (cauze schimbări locale transportul ionilor, glucozei și aminoacizilor) și tipul de acțiune membrana-intracelulară.

Membran-intracelular tipul de actiune (sau indirect) este caracteristic hormonilor care nu patrund in celula si deci afecteaza 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 pot pătrunde prin stratul lipidic al membranei în celulă, unde intră într-un complex cu receptorii citosolici. Acest complex reglează cantitatea de enzime din celulă, influențând selectiv activitatea genelor cromozomilor nucleari și, prin urmare, modifică metabolismul și funcțiile celulei. Acest tip de acțiune a hormonului se numește directă, spre deosebire de membrana-intracelulară, când hormonul reglează metabolismul doar indirect, prin mediatori intracelulari.

Hormoni tiroidieni și paratiroidieni

Hormonii glanda tiroida

Glanda tiroida secretă două tipuri de hormoni diverse influențe pentru metabolism. 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 cel mai pe țesuturile ficatului, inimii, rinichilor, mușchi scheleticși, într-o măsură mai mică, țesuturile adipoase și nervoase.

Cu hiperfuncția glandei tiroide (hipertiroidism), există o formare excesivă de iodotironine. trăsătură caracteristică tireotoxicoza este o descompunere accelerată a carbohidraților și a grăsimilor (mobilizate din depozitele de grăsime). ardere rapidă acizi grași, glicerolul și produsele de glicoliză necesită un consum mare de oxigen. Mitocondriile cresc în dimensiune, se umflă, își schimbă forma. Prin urmare, uneori tireotoxicoza este numită „boală mitocondrială”. Extern, hipertiroidismul se manifestă sub formă următoarele simptome: o creștere a metabolismului bazal, o creștere a temperaturii corpului (creșterea producției de căldură), scădere în greutate, tahicardie severă, excitabilitate nervoasă crescută, ochi bombați etc. Aceste tulburări sunt îndepărtate fie prin îndepărtarea chirurgicală a unei părți a glandei tiroide, fie cu ajutorul medicamentelor care îi deprimă activitatea.

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

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

Mecanismele de acțiune ale hormonilor.

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 slab 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 cele nespecifice (albumine).

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

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

După cum știți deja, reglarea sintezei proteinelor poate fi efectuată folosind mecanismele 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-enzime 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-enzime în celulă scade selectiv și scade viteza reacțiilor chimice catalizate de aceasta. Rețineți că același hormon poate induce sinteza unor proteine ​​și poate reprima sinteza altor proteine. Efectul hormonilor cu acțiune directă apare de obicei numai după 2 - 3 ore de la pătrunderea în celulă.

2. Hormoni la distanta. Hormonii 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 rază lungă realizează efectul lor asupra celulei cu ajutorul unui al doilea mesager, care acționează cel mai adesea ca AMP ciclic (cAMP).

AMP ciclic este sintetizat din ATP de către adenilat ciclază:

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

Figura 3. Mecanismul de influență asupra celulei hormonilor cu rază lungă.

Interacțiunea hormonului 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.

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

Protein kinaza fosforilează proteinele enzimatice în detrimentul 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 sunt foarte sensibilitate crescută hormoni, motiv pentru care se numesc organe țintă sau șervețele -tinte. Hormonii afectează literalmente toate aspectele metabolismului, funcțiilor și structurilor din organism.

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 deja existente în celule prin accelerarea sintezei lor prin activarea genelor. Hormonii pot crește sau scădea permeabilitatea membranelor celulare și subcelulare la enzime și altele din punct de vedere biologic substanțe active, facilitând sau inhibând astfel acţiunea enzimei. hormon organic organism fier

Mecanism membranar . 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 face acest lucru prin modificarea transportului de glucoză. Dar acest tip de transport hormonal are loc rareori izolat. Insulina, de exemplu, are atât o membrană, cât și un mecanism de acțiune intracelular membranar.

Mecanism membrana-intracelular . Dupa tipul membrana-intracelular, actioneaza hormonii care nu patrund in celula si deci afecteaza metabolismul printr-un mediator 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 - adrenalină și norepinefrină, glanda tiroidă - 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 prin modificarea ratei de transcripție și a cantității de ARN informațional (de matrice) (ARNm). O creștere sau scădere a cantității de ARNm afectează sinteza proteinelor în timpul translației, ceea ce duce la o schimbare 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 existente. Și rol important aparține adenozin monofosfat ciclic(cAMP) care este aici intermediar secundar(rolul de primar

mediatorul este realizat de hormonul însuși). 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 unesc pe suprafața acesteia cu receptori specifici din membrana celulară. Receptor legat de o enzimă adenilat ciclază. Complexul hormonului cu receptorul activează adenilat ciclaza, care descompune ATP pentru a forma cAMP. Acțiunea AMPc se realizează printr-un lanț complex de reacții care conduc la activarea anumitor enzime prin fosforilarea lor, iar acestea realizează 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 la nucleu; III - hormonul interactioneaza reversibil cu ADN-ul cromozomilor; IV - hormonul activează gena pe care se formează matricea (informația) ARN (ARNm); V-ARNm părăsește nucleul și inițiază sinteza unei proteine ​​(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).

hormoni steroizi, și TzȘi 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 într-o anumită secțiune a ADN-ului unuia dintre cromozomi, se sintetizează ARN-ul matriceal (informațional) (ARNm), care trece de la nucleu la citoplasmă, se atașează de ribozomi și induce aici sinteza proteinelor (Fig. 2.4). ).

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

2.2.5. Clasificarea hormonilor

Pe baza criteriilor funcționale, există 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; aceşti hormoni se numesc hormoni de eliberare, sau liberine, dacă stimulează aceste procese, sau hormoni inhibitori, statine, dacă au efectul opus. Relație strânsă între SNC 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 → hipofizar → periferic glandele endocrine. Toate elementele acestui sistem sunt combinate părere. Funcția unei părți a glandelor 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 sunt foarte sensibile la hormoni, așa că sunt numite organe țintă sau șervețele–tinte. Hormonii afectează literalmente toate aspectele metabolismului, funcțiilor și structurilor din organism.

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 deja existente în celule prin accelerarea sintezei lor prin activarea genelor. Hormonii pot crește sau scădea permeabilitatea membranelor celulare și subcelulare pentru enzime și alte substanțe biologic active, facilitând sau inhibând astfel acțiunea enzimei.

Există următoarele tipuri de mecanism de acțiune al hormonilor: membranar, intracelular membranar și intracelular (citosol).

Mecanism membranar . 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 vehiculelor membranare. Insulina face acest lucru prin modificarea transportului de glucoză. Dar acest tip de transport hormonal are loc rareori izolat. Insulina, de exemplu, are atât o membrană, cât și un mecanism de acțiune intracelular membranar.

Mecanism membrana-intracelular . Dupa tipul membrana-intracelular, actioneaza hormonii care nu patrund in celula si deci afecteaza metabolismul printr-un mediator chimic intracelular. Acestea includ hormoni protein-peptidici (hormoni ai hipotalamusului, hipofizarului, 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 afectează 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 de fapt adenilat ciclază, 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, are loc formarea complexului N-proteină-GTP (guanozin trifosfat), care activează partea catalitică (C) a adenilat ceclazei. Activarea adenilat-ciclazei duce la formarea de cAMP în interiorul celulei de pe suprafața interioară a membranei ATP.

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

În citoplasma celulei sunt proteine ​​kinaze inactive. Nucleotidele ciclice, cAMP și GMP, 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 se formează fie cAMP, fie, respectiv, 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 deja existente prin modificare covalentă, adică prin fosforilare; modificarea cantității de proteină enzimatică datorită unei modificări a ratei de biosinteză a acesteia.

Influența nucleotidelor ciclice asupra proceselor biochimice este încheiată sub influența unei enzime speciale, fosfodiesteraza, care distruge cAMP și cGMP. O altă enzimă - fosfoprotein fosfaza - distruge rezultatul acțiunii proteinei kinazei, adică scindează acidul fosforic din proteinele enzimatice, în urma cărora acestea devin inactive.

Există foarte puțini ioni de calciu în interiorul celulei, dar sunt mai mulți în afara celulei. Ele provin 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 o schimbare a funcțiilor fiziologice ale celulelor. Prin ionii de calciu actioneaza hormonii oxitocina, insulina, prostaglandina F 2α. 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 prin modificarea ratei de transcripție și a cantității de ARN informațional (de matrice) (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.