Mecanismul de acțiune al hormonilor. Clasificarea hormonilor

Hormonii sunt implicați în gestionarea metabolismului în felul următor. Fluxul de informații despre starea mediului intern al corpului și despre modificările asociate cu influențele externe intră în sistemul nervos, unde este procesat și se formează un semnal de răspuns. Intră în organele efectoare sub formă de impulsuri nervoase de-a lungul nervilor cetrigeus și indirect prin sistemul endocrin.

Punctul în care fluxurile de informații nervoase și endocrine se îmbină este hipotalamusul - aici vin impulsurile nervoase din diferite părți ale creierului. Ele determină producerea și secreția de hormoni hipotalamici, care la rândul lor, prin glanda pituitară, influențează producția de hormoni de către glandele endocrine periferice. Hormonii glandelor periferice, în special medula suprarenală, controlează secreția hipotalamicului. În cele din urmă, conținutul de hormon din fluxul sanguin este menținut conform principiului autoreglementării. Un nivel ridicat al hormonului oprește sau slăbește formarea acestuia printr-un mecanism de feedback negativ, un nivel scăzut îmbunătățește producția.

Hormonii acționează selectiv asupra țesuturilor, datorită sensibilității inegale a țesuturilor la aceștia. Organele și celulele care sunt cele mai sensibile la influența unui anumit hormon sunt numite ținta hormonului (organul țintă sau celula țintă).

Conceptul de țesut țintă. Un țesut țintă este un țesut în care un hormon provoacă un răspuns fiziologic (biochimic) specific. O serie de factori determină răspunsul general al țesutului țintă la un hormon. În primul rând, aceasta este concentrația locală a hormonului în apropierea țesutului țintă, care depinde de:

1. rata de sinteza si secretie a hormonului;

2. apropierea anatomică a țesutului țintă de sursa hormonului;

3. constantele de legare ale hormonului cu o proteină purtătoare specifică (dacă există una);

4. rata de transformare a unei forme inactive sau inactive a hormonului într-una activă;

5. rata de disparitie a hormonului din sange ca urmare a degradarii sau excretiei.

Răspunsul efectiv al țesutului este determinat de:

Activitatea relativă și (sau) gradul de ocupare a receptorilor specifici

Starea de sensibilizare – desensibilizare a celulei.

Specificitatea hormonilor în raport cu celulele țintă se datorează prezenței în celule receptori r specifici.

Toți receptorii hormonali pot fi împărțiți în 2 tipuri:

1) localizat pe suprafața exterioară a membranei celulare;

2) celule situate în citoplasmă.

Proprietățile receptorului:

Specificitatea clară a substratului;

Saturabilitate;

Afinitatea pentru hormon în limita concentrațiilor biologice ale hormonului;

reversibilitatea acțiunii.

În funcție de locul în care sunt transmise informațiile din celulă, se pot distinge următoarele: variante de acţiune hormonală:

1) Membrană (locală).

2) Membran-intracelular sau mediat.

3) Citoplasmatic (direct).

Tipul membranei acțiunea se realizează la locul de legare a hormonului de membrana plasmatică și constă într-o modificare selectivă a permeabilității acestuia. Conform mecanismului de acțiune, hormonul în acest caz acționează ca un efector alosteric al sistemelor de transport membranar. Deci, de exemplu, transferul transmembranar al glucozei este asigurat sub acțiunea insulinei, a aminoacizilor și a unor ioni. De obicei, tipul de acțiune membranară este combinat cu membrana-intracelular.

Acțiune membrana-intracelulară hormonii se caracterizează prin faptul că hormonul nu pătrunde în celulă, ci afectează schimbul în ea printr-un intermediar, care este, așa cum ar fi, un reprezentant al hormonului din celulă - un intermediar secundar (intermediarul primar este hormonul însuși). Nucleotidele ciclice (cAMP, cGMP) și ionii de calciu acționează ca mesageri secundari.

Reglarea este un mecanism complex complex care reacționează la diferite tipuri de influențe prin modificarea metabolismului și menținerea constantă a mediului intern.

Reglarea prin cAMP sau cGMP. Enzima este încorporată în membrana citoplasmatică a celulei adenilat ciclază, constând din 3 părți - recunoscând(un set de receptori localizați pe suprafața membranei), conjugarea(N-proteina, care ocupă o poziție intermediară în stratul dublu lipidic al membranei dintre receptor și partea catalitică) și catalitic(de fapt o proteină enzimatică, al cărei centru activ este întors în interiorul celulei). Proteina catalitică are situsuri separate pentru legarea cAMP și cGMP.

Transferul de informații, a cărei sursă este hormonul, are loc după cum urmează:

Hormonul se leagă de receptor;

Complexul hormon-receptor interacționează cu N-proteina, modificându-i configurația;

Schimbarea configurației are ca rezultat conversia GDP (prezentă în proteina inactivă) în GTP;

Complexul proteină-GTP activează însăși adenilat ciclaza;

Adenilat ciclaza activă generează cAMP în interiorul celulei (ATP ¾® cAMP + H 4 P 2 O 7)

Adenilat ciclaza funcționează atâta timp cât complexul hormon-receptor este păstrat, astfel încât o moleculă a complexului are timp să formeze de la 10 la 100 de molecule de cAMP.

Sinteza cGMP este declanșată în același mod, cu singura diferență că complexul hormon-receptor activează guanilat ciclaza, care produce cGMP din GTP.

Nucleotidele ciclice activează protein kinazele (dependente de cAMP sau dependente de cGMP);

Protein kinazele activate fosforilează diferite proteine ​​în detrimentul ATP;

Fosforilarea este însoțită de o modificare a activității funcționale (activare sau inhibare) a acestor proteine.

Nucleotidele ciclice (cAMP și cGMP) acționează asupra diferitelor proteine, deci efectul depinde de receptorul membranar care leagă hormonul. Natura receptorului determină dacă activitatea proteinelor enzimatice dependente de cAMP sau GMPc va fi modificată. Adesea, aceste nucleotide au efecte opuse. Prin urmare, procesele biochimice din celulă sub influența unui hormon pot fi activate sau inhibate, în funcție de receptorii pe care celula are. De exemplu, adrenalina se poate lega de receptorii b și a. Primele includ adenilat ciclaza și formarea cAMP, ultimele includ guanilat ciclaza și formarea cGMP. Nucleotidele ciclice activează diferite proteine, astfel încât natura modificărilor metabolice din celulă nu depinde de hormon, ci de receptorii pe care îi are celula.

Influența nucleotidelor ciclice asupra metabolismului este oprită de enzimele fosfodiesteraze.

Astfel, procesul controlat prin sistemul de adenil-ciclază depinde de raportul dintre rata de producție de cAMP sau cGMP și rata de dezintegrare a acestora.

Mecanismul de acțiune al hormonilor, inclusiv sistemul adenil-ciclazei, este inerent hormonilor de natură proteică și polipeptidică, precum și catecolaminelor (adrenalină, norepinefrină).

Mecanismul de acțiune citoplasmatic este inerent hormonilor de natură steroizică.

Receptorii hormonilor steroizi sunt localizați în citoplasma celulei. Acești hormoni (care au proprietăți lipofile), pătrunzând în celulă, interacționează cu receptorii pentru a forma un complex hormon-receptor, care, după rearanjarea moleculară care duce la activarea sa, pătrunde în nucleul celulei, unde interacționează cu cromatina. În acest caz, are loc activarea genelor și ulterior se dezvoltă un lanț de procese, însoțite de sinteza crescută a ARN-ului, inclusiv a celor informaționale. Acest lucru duce la inducerea enzimelor corespunzătoare în timpul procesului de translație, ceea ce implică o schimbare a ratei și direcției proceselor metabolice în celulă.

Astfel, in acest caz, efectul hormonal se realizeaza la nivelul aparatului genetic al celulei tinta.

Efectele biologice ale hormonilor care afectează aparatul genetic al celulei se manifestă în principal prin efectul asupra creșterii și diferențierii țesuturilor și organelor.

Un tip mixt de transfer de informații este caracteristic pentru iodotironine(hormonii tiroidieni), care din punct de vedere al proprietăților lipofile ocupă o poziție intermediară între hormonii solubili în apă și cei lipofili (steroidieni). Acest grup de hormoni își realizează efectul atât prin mecanisme intracelulare membranare, cât și prin mecanisme citosolice.

Inițial, termenul „hormon” desemna substanțe chimice care sunt secretate de glandele endocrine în vasele limfatice sau de sânge, circulă în sânge și acționează asupra diferitelor organe și țesuturi situate la o distanță considerabilă de locul lor de formare. Cu toate acestea, s-a dovedit că unele dintre aceste substanțe (de exemplu, norepinefrina), care circulă în sânge ca hormoni, îndeplinesc funcția de neurotransmițător (neurotransmițător), în timp ce altele (somatostatina) sunt atât hormoni, cât și neurotransmițători. În plus, anumite substanțe chimice sunt secretate de glandele sau celulele endocrine sub formă de prohormoni și doar la periferie sunt transformate în hormoni activi biologic (testosteron, tiroxină, angiotensinogen etc.).

Hormonii, în sensul larg al cuvântului, sunt substanțe biologic active și purtători de informații specifice, prin care se realizează comunicarea între diferite celule și țesuturi, care este necesară pentru reglarea numeroaselor funcții ale corpului. Informația conținută de hormoni ajunge la destinație datorită prezenței receptorilor care o traduc într-o acțiune (influență) post-receptivă, însoțită de un anumit efect biologic.

În prezent, se disting următoarele opțiuni pentru acțiunea hormonilor:

1) hormonal sau hemocrin, adică acțiune la o distanță considerabilă de locul de formare;

2) izocrină, sau locală, atunci când o substanță chimică sintetizată într-o celulă are un efect asupra unei celule situate în contact strâns cu prima, iar eliberarea acestei substanțe se realizează în lichidul interstițial și sânge;

3) neurocrină, sau neuroendocrină (sinaptică și non-sinaptică), acțiune, când hormonul, fiind eliberat din terminațiile nervoase, îndeplinește funcția de neurotransmițător sau neuromodulator, adică. o substanță care modifică (de obicei sporește) acțiunea unui neurotransmițător;

4) paracrină - un fel de acțiune izocrină, dar, în același timp, hormonul format într-o celulă intră în lichidul intercelular și afectează un număr de celule situate în imediata apropiere;

5) juxtacrină - un fel de acțiune paracrină, când hormonul nu intră în lichidul intercelular, iar semnalul este transmis prin membrana plasmatică a unei alte celule din apropiere;

6) acțiune autocrină, când un hormon eliberat dintr-o celulă afectează aceeași celulă, modificându-i activitatea funcțională;

7) acțiune solinocrină, când un hormon dintr-o celulă intră în lumenul ductului și ajunge astfel la o altă celulă, având un efect specific asupra acesteia (de exemplu, unii hormoni gastrointestinali).

Sinteza hormonilor proteici, ca și alte proteine, este sub control genetic, iar celulele tipice de mamifere exprimă gene care codifică între 5.000 și 10.000 de proteine ​​diferite, iar unele celule foarte diferențiate până la 50.000 de proteine. Orice sinteză de proteine ​​începe cu transpunerea segmentelor de ADN, urmată de transcripție, procesare post-transcripțională, traducere, procesare post-translațională și modificare. Mulți hormoni polipeptidici sunt sintetizați sub formă de precursori prohormoni mari (proinsulină, proglucagon, proopiomelanocortin etc.). Conversia prohormonilor în hormoni se realizează în aparatul Golgi.

Prin natura chimică, hormonii sunt împărțiți în proteine, steroizi (sau lipide) și derivați de aminoacizi.

Hormonii proteici sunt împărțiți în hormoni peptidici: ACTH, somatotropi (STH), melanocite-stimulatori (MSH), prolactină, hormon paratiroidian, calcitonină, insulină, glucagon și proteine ​​- glucoproteine: tirotrope (TSH), foliculo-stimulatoare (FSH), luteinizant (LH), tiroglobulina. Hormonii hipofiziotropi și hormonii tractului gastrointestinal aparțin oligopeptidelor sau peptidelor mici. Hormonii steroizi (lipidici) includ corticosteron, cortizol, aldosteron, progesteron, estradiol, estriol, testosteron, care sunt secretați de cortexul suprarenal și de gonade. Din acest grup aparțin și sterolii de vitamina D, calcitriol. Derivații acidului arahidonic sunt, după cum sa menționat deja, prostaglandine și aparțin grupului eicosanoidelor. Adrenalina și norepinefrina, sintetizate în medula suprarenală și în alte celule cromafine, precum și hormonii tiroidieni, sunt derivați ai aminoacidului tirozină. Hormonii proteici sunt hidrofili și pot fi transportați de sânge atât în ​​stare liberă, cât și în stare parțial legată cu proteinele din sânge. Hormonii steroizi și tiroidieni sunt lipofili (hidrofobi), caracterizați prin solubilitate scăzută, majoritatea circulând în sânge în stare legată de proteine.

Hormonii își desfășoară acțiunea biologică prin complexarea cu receptori - molecule informaționale care transformă un semnal hormonal într-o acțiune hormonală. Majoritatea hormonilor interactioneaza cu receptorii situati pe membranele plasmatice ale celulelor, in timp ce alti hormoni interactioneaza cu receptorii localizati intracelular, i.e. cu citoplasmatică şi nucleară.

Hormonii proteici, factorii de creștere, neurotransmițătorii, catecolaminele și prostaglandinele aparțin unui grup de hormoni pentru care receptorii sunt localizați pe membranele plasmatice ale celulelor. Receptorii plasmatici, în funcție de structură, sunt împărțiți în:

1) receptori, al căror segment transmembranar este format din șapte fragmente (bucle);

2) receptori, al căror segment transmembranar este format dintr-un singur fragment (buclă sau lanț);

3) receptori, al căror segment transmembranar este format din patru fragmente (bucle).

Hormonii al căror receptor constă din șapte fragmente transmembranare includ: ACTH, TSH, FSH, LH, gonadotropină corionică, prostaglandine, gastrină, colecistochinină, neuropeptidă Y, neuromedin K, vasopresină, adrenalină (a-1 și 2, b-1 și 2), acetilcolină (M1, M2, M3 și M4), serotonină (1A, 1B, 1C, 2), dopamină (D1 și D2), angiotensină, substanță K, substanță P sau neurokinină tipurile 1, 2 și 3, trombina, interleukină- 8, glucagon, calcitonină, secretină, somatoliberină, VIP, peptidă de activare a adenil-ciclazei hipofizare, glutamat (MG1 - MG7), adenină.

Al doilea grup include hormoni care au un fragment transmembranar: hormon de creștere, prolactină, insulină, somatomamotropină sau lactogen placentar, IGF-1, factori de creștere a nervilor sau neurotrofine, factor de creștere a hepatocitelor, peptide natriuretice atriale de tipuri A, B și C, oncostatina , eritropoietină, factor neurotrofic ciliar, factor inhibitor leucemic, factor de necroză tumorală (p75 și p55), factor de creștere a nervilor, interferoni (a, b și g), factor de creștere epidermică, factor de neurodiferențiere, factori de creștere a fibroblastelor, factori de creștere a trombocitelor A și B , factor de stimulare a coloniilor de macrofage, activină, inhibină, interleukine-2, 3, 4, 5, 6 și 7, factor de stimulare a coloniilor de granulocite-macrofage, factor de stimulare a coloniilor de granulocite, lipoproteină de joasă densitate, transferină, IGF-2, activator al plasminogenului urokinazei.

Hormonii celui de-al treilea grup, al cărui receptor are patru fragmente transmembranare, includ acetilcolina (mușchi și nervi nicotinici), serotonina, glicina, acidul g-aminobutiric.

Receptorii de membrană sunt componente integrante ale membranelor plasmatice. Legătura hormonului cu receptorul corespunzător este caracterizată de o afinitate ridicată, adică. un grad ridicat de afinitate a receptorului pentru acest hormon.

Efectul biologic al hormonilor care interacționează cu receptorii localizați pe membrana plasmatică se realizează cu participarea unui „al doilea mesager” sau transmițător.

În funcție de substanța care își îndeplinește funcția, hormonii pot fi împărțiți în următoarele grupuri:

1) hormoni care au un efect biologic cu participarea adenozin monofosfatului ciclic (cAMP);

2) hormoni care își desfășoară acțiunea cu participarea monofosfatului de guanidină ciclică (cGMP);

3) hormoni care mediază acțiunea lor cu participarea calciului ionizat sau fosfatidilinozitide (inozitol trifosfat și diacilglicerol) sau ambii compuși ca un al doilea mesager intracelular;

4) hormoni care își exercită efectul prin stimularea cascadei kinazelor și fosfatazelor.

Mecanismele implicate în formarea mesagerilor secunde operează prin activarea adenilat-ciclazei, guanilat-ciclazei, fosfolipazei C, fosfolipazei A2, tirozin kinazelor, canalelor Ca2+ etc.

Corticoliberina, somatoliberina, VIP, glucagonul, vasopresina, LH, FSH, TSH, gonadotropina corionica umana, ACTH, hormonul paratiroidian, prostaglandinele de tip E, D si I, catecolaminele b-adrenergice au efect hormonal prin activarea receptorilor prin stimularea adenilat-ciclazei -sistem cAMP. În același timp, un alt grup de hormoni, precum somatostatina, angiotensina II, acetilcolina (efect muscarinic), dopamina, opioidele și catecolaminele a2-adrenergice, inhibă sistemul adenilat ciclază-cAMP.

În formarea de mesageri secundi pentru hormoni cum ar fi gonadoliberina, tiroliberina, dopamina, tromboxanii A2, endoperoxizii, leucotrienele, aggiotensinul II, endotelina, hormonul paratiroidian, neuropeptida Y, catecolaminele a1-adrenergice, acetilcolina, bradikinină, fosfolikinina, sistemul vasopasină, C. Sunt implicate inozitol trifosfat, protein kinaza C dependentă de Ca2+. Insulina, factorul de stimulare a coloniilor de macrofage, factorul de creștere derivat din trombocite mediază acțiunea lor prin tirozin kinaza și hormonul natriuretic atrial, histamina, acetilcolină, bradikinină, factor derivat din endoteliu sau nitric. oxid, care la rândul său mediază acțiunea vasodilatatoare a bradikininei și acetilcolinei prin guanilat ciclază. Trebuie remarcat faptul că împărțirea hormonilor în funcție de principiul sistemelor de activare sau a unuia sau altul al doilea mesager este condiționată, deoarece mulți hormoni, după ce interacționează cu receptorul, activează simultan mai mulți al doilea mesager.

Majoritatea hormonilor care interacționează cu receptorii plasmatici, având 7 fragmente transmembranare, activează mesageri secundi prin legarea la proteinele nucleotidice guanilat sau proteinele G sau proteinele reglatoare (proteinele G), care sunt proteine ​​heterotrimerice formate din subunități a, b, g. . Au fost identificate mai mult de 16 gene care codifică subunitatea a, mai multe gene pentru subunitățile b și g. Diferite tipuri de subunități a au efecte neidentice. Deci, subunitatea a-s inhibă adenilat ciclaza și canalele Ca2+, subunitatea a-q inhibă fosfolipaza C, subunitatea a-i inhibă adenilat ciclaza și canalele Ca2+ și stimulează fosfolipaza C, canalele K+ și fosfodiesteraza; subunitatea b stimulează fosfolipaza C, adenilat ciclaza și canalele Ca2+, în timp ce subunitatea g stimulează canalele K+, fosfodiesteraza și inhibă adenilat ciclaza. Funcția exactă a altor subunități ale proteinelor reglatoare nu a fost încă stabilită.

Hormonii care se complexează cu un receptor având un fragment transmembranar activează enzimele intracelulare (tirozin kinază, guanilat ciclază, serin-treonin kinază, tirozin fosfatază). Hormonii, ai căror receptori au 4 fragmente transmembranare, efectuează transmiterea unui semnal hormonal prin canalele ionice.

Studii recente au arătat că mesagerii secundi nu sunt unul dintre compușii enumerați, ci un sistem în mai multe etape (în cascadă), al cărui substrat (substanță) final poate fi unul sau mai mulți compuși biologic activi. Astfel, hormonii care interacționează cu receptorii având 7 fragmente transmembranare și activează proteina G stimulează apoi adenilat ciclaza, fosfolipaza sau ambele enzime, ceea ce duce la formarea mai multor mesageri secundi: cAMP, inozitol trifosfat și diacilglicerol. Până în prezent, acest grup este reprezentat de cel mai mare număr (mai mult de 100) de receptori, care includ receptori peptidergici, dopaminergici, adrenergici, colinergici, serotoninergici și alți receptori. În acești receptori, 3 fragmente extracelulare (bucle) sunt responsabile pentru recunoașterea și legarea hormonului, 3 fragmente intracelulare (bucle) leagă proteina G. Domeniile transmembranare (intramembranare) sunt hidrofobe, în timp ce fragmentele extracelulare și intracelulare (buclele) sunt hidrofile. Capătul citoplasmatic C-terminal al lanțului polipeptidic al receptorului conține situsuri în care, sub influența proteinelor G activate, are loc fosforilarea, care caracterizează starea activă a receptorului cu formarea simultană de mesageri secundari: cAMP, inozitol trifosfat și diacilglicerol.

Interacțiunea unui hormon cu un receptor având un fragment transmembranar duce la activarea enzimelor (tirozin kinază, fosfat tirozin fosfatază etc.) care fosforilează reziduurile de tirozină pe moleculele proteice.

Complexarea hormonului cu un receptor aparținând celui de-al treilea grup și având 4 fragmente transmembranare duce la activarea canalelor ionice și la intrarea ionilor, care la rândul lor fie stimulează (activează) serin-treonin kinazele mediand fosforilarea anumitor regiuni proteice, sau duce la depolarizarea membranei. Transmiterea semnalului prin oricare dintre mecanismele enumerate este însoțită de efecte caracteristice acțiunii hormonilor individuali.

Istoria studiului mesagerilor secunde începe cu studiile lui Sutherland și colab.(1959), care au arătat că descompunerea glicogenului hepatic sub influența glucagonului și adrenalinei are loc prin efectul stimulator al acestor hormoni asupra activității celulei. enzima membranară adenilat ciclază, care catalizează conversia adenozin trifosfatului (ATP) intracelular în cAMP (schema 1).

Schema 1. Conversia ATP în cAMP.

Adenilat ciclaza în sine este o glicoproteină cu o greutate moleculară de aproximativ 150.000 kDa. Adenilat ciclaza este implicată cu ionii Mg2+ în formarea cAMP, a cărui concentrație în celulă este de aproximativ 0,01-1 µg mol/l, în timp ce conținutul de ATP din celulă atinge un nivel de până la 1 µg mol/l.

Formarea cAMP are loc cu ajutorul sistemului de adenil-ciclază, care este una dintre componentele receptorului. Interacțiunea unui hormon cu un receptor din primul grup (receptori având 7 fragmente transmembranare) include cel puțin 3 etape succesive: 1) activarea receptorului, 2) transmiterea semnalului hormonal și 3) acțiunea celulară.

Prima etapă, sau nivel, este interacțiunea hormonului (ligandului) cu receptorul, care se realizează prin legături ionice și de hidrogen și compuși hidrofobi care implică cel puțin 3 molecule membranare ale proteinei G sau o proteină reglatoare constând dintr-un subunitățile -, b- și g-. Aceasta, la rândul său, activează enzimele legate de membrană (fosfolipaza C, adenilat ciclază) cu formarea ulterioară a 3 mesageri secundari: inozitol trifosfat, diacilglicerol și cAMP.

Sistemul de adenilat ciclază al receptorului este format din 3 componente: receptorul însuși (părțile sale stimulatoare și inhibitorii), proteina reglatoare cu subunitățile sale a-, b- și g și subunitatea catalitică (adenilat ciclaza însăși), care în stare normală (adică nestimulată) separate una de alta (Schema 2). Receptorul (ambele părți ale sale - stimulator și inhibitor) este situat la exterior, iar unitatea de reglare - pe suprafața interioară a membranei plasmatice. Unitatea de reglare, sau proteina G, este legată de guanozin difosfat (GDP) în absența hormonului. Complexarea hormonului cu receptorul determină disocierea complexului proteină G-GDP și interacțiunea proteinei G și anume subunitatea sa a cu guanozin trifosfat (GTP) și formarea simultană a subunității b/g complex, care este capabil să provoace anumite efecte biologice. Complexul GTP-a-subunitate, așa cum sa menționat deja, activează adenilat ciclaza și formarea ulterioară a cAMP. Acesta din urmă activează deja protein kinaza A cu fosforilarea corespunzătoare a diferitelor proteine, care se manifestă și printr-un anumit efect biologic. În plus, complexul GTP-a-subunitate activat în unele cazuri reglează stimularea fosfolipazei C, cGMP, fosfodiesterazei, canalelor Ca2+ și K+ și are un efect inhibitor asupra canalelor Ca2+ și adenilat-ciclazei.

Schema 2. Mecanismul de acțiune al hormonilor proteici prin activarea cAMP (explicații în text).

PC este un receptor care leagă hormonul stimulator,

St este un hormon stimulator

Ru este un receptor care leagă un hormon inhibitor,

Ug - hormon depresiv,

Ac - adenilat ciclază,

Gy - proteină care inhibă hormonii,

Gc este o proteină care stimulează hormonii.

Prin urmare, rolul hormonului este de a înlocui complexul G-proteină-GDP cu complexul G-proteină-GTP. Acesta din urmă activează subunitatea catalitică, transformând-o într-o stare cu afinitate mare pentru complexul ATP-Mg2+, care este transformat rapid în cAMP. Concomitent cu activarea adenilat-ciclazei și formarea cAMP, complexul G-proteină-GTP determină disocierea complexului receptor hormonal prin reducerea afinității receptorului pentru hormon.

AMPc rezultat activează la rândul său protein kinazele dependente de cAMP. Sunt enzime care realizează fosforilarea proteinelor corespunzătoare, adică. transferul unei grupări fosfat de la ATP la gruparea hidroxil a serinei, treoninei sau tirozinei, care fac parte din molecula proteică. Proteinele fosforilate în acest fel realizează direct efectul biologic al hormonului.

S-a stabilit acum că proteinele de reglare sunt reprezentate de peste 50 de proteine ​​diferite capabile să se complexeze cu GTP, care sunt împărțite în proteine ​​G cu o greutate moleculară mică (20-25 kDa) și proteine ​​G cu moleculară înaltă constând din 3 subunități (a - c masa molară 39-46 kDa, b - 37 kDa și subunitatea g - 8 kDa). Subunitatea a este în esență o GTPază care hidrolizează GTP la GDP și fosfat anorganic liber. Subunitățile b și g sunt implicate în formarea complexului activ după interacțiunea ligandului cu receptorul corespunzător. Prin eliberarea GDP la situsurile sale de legare, subunitatea a provoacă disocierea și dezactivarea complexului activ, deoarece reasocierea subunității a - GDP cu subunitățile b și g readuce sistemul de adenil ciclază la starea sa inițială. S-a stabilit că subunitatea a a proteinei G în diferite țesuturi este reprezentată de forme 8, b - 4 și g - 6. Disocierea subunităților proteinei G în membrana celulară poate duce la formarea și interacțiunea simultană a diferitelor semnale care au efecte biologice de putere și calitate diferite la sfârșitul sistemului.

Adenilat ciclaza în sine este o glicoproteină cu o greutate moleculară de 115-150 kDa. În diferite țesuturi, au fost identificate 6 dintre izoformele sale, care interacționează cu subunitățile a-, b- și g, precum și cu calmodulina Ca2+. În unele tipuri de receptori, pe lângă proteinele de stimulare reglatoare (Gs) și inhibitoare de reglare (GI), a fost identificată o proteină suplimentară, transducina.

Rolul proteinelor reglatoare în transmiterea semnalului hormonal este mare, structura acestor proteine ​​este comparată cu o „casetă”, iar diversitatea răspunsului este asociată cu mobilitatea ridicată a proteinei reglatoare. Astfel, unii hormoni pot activa simultan atât Gs, cât și Gi în grade diferite. Mai mult, interacțiunea unor hormoni cu proteinele reglatoare ale receptorilor determină exprimarea proteinelor corespunzătoare care reglează nivelul și gradul răspunsului hormonal. Activarea, așa cum se arată mai sus, a proteinelor reglatoare este o consecință a disocierii lor de complexul hormon-receptor. În unele sisteme de receptor, până la 20 sau mai multe proteine ​​de reglare sunt implicate în această interacțiune, care, pe lângă stimularea formării cAMP, activează simultan canalele de calciu.

Un anumit număr de receptori care aparțin primului grup, având 7 fragmente transmembranare, mediază acțiunea acestora prin mesageri secundari legați de derivații de fosfatidilinozitol: inozitol trifosfat și diacilglicerol. Trifosfatul de inozitol controlează procesele celulare prin generarea de calciu intracelular. Acest sistem mesager poate fi activat în două moduri, și anume printr-o proteină reglatoare sau proteine ​​​​fosfotirozină. În ambele cazuri, are loc activarea ulterioară a fosfolipazei C, care hidrolizează sistemul polifosfoinozide. Acest sistem, așa cum sa menționat mai sus, include doi mesageri secundari intracelulari care sunt derivați dintr-o polifosfoinozidă legată de membrană numită fosfatidilinozitol-4,5-bifosfat (FIF2). Complexarea hormonului cu receptorul determină hidroliza PIF2 de către fosforilază, rezultând formarea acestor mesageri - inozitol trifosfat (IP3) și diacilglicerol. IP3 favorizează o creștere a nivelului de calciu intracelular, în primul rând datorită mobilizării acestuia din urmă din reticulul endoplasmatic, unde este localizat în așa-numiții calciozomi, iar apoi datorită pătrunderii calciului extracelular în celulă. Diacilglicerolul, la rândul său, activează proteine ​​kinaze specifice și, în special, protein kinaza C. Aceasta din urmă fosforilează anumite enzime responsabile de efectul biologic final. Este posibil ca distrugerea PIF2, împreună cu eliberarea a doi mesageri și o creștere a conținutului de calciu intracelular, să inducă și formarea de prostaglandine, care sunt potențiali stimulatori ai cAMP.

Acest sistem mediază acțiunea unor hormoni precum histamina, serotonina, prostaglandinele, vasopresina, colecistochinina, somatoliberina, tiroliberina, oxitocina, hormonul paratiroidian, neuropeptida Y, substanța P, angiotensina II, catecolaminele, care acționează prin receptorii adrenergici a1 etc.

Grupul de enzime fosfolipaze C include până la 16 izoforme, care la rândul lor sunt subdivizate în b-, g- și d-fosfolipaza C. S-a demonstrat că b-fosfolipaza C interacționează cu proteinele reglatoare, iar g-fosfolipaza C interacționează cu tirozin kinaze.

Trifosfatul de inozitol acţionează prin receptorii tetramerici specifici, având o greutate moleculară de 4x313 kDa. După complexarea cu un astfel de receptor, au fost identificați așa-numiții receptori de trifosfat de inozitol „mari” sau receptori de rianodină, care aparțin și ei tetramerilor și au o greutate moleculară de 4x565 kDa. Este posibil ca canalele de calciu intracelulare ale receptorilor de rianodină să fie reglate de un nou mesager secundar, cADP-riboză (L. Meszaros și colab., 1993). Formarea acestui mesager este mediată de cGMP și oxid nitric (NO), care activează guanilat ciclaza citoplasmatică. Astfel, oxidul nitric poate fi unul dintre elementele transferului acțiunii hormonale cu participarea ionilor de calciu.

După cum știți, calciul se găsește în interiorul celulei într-o stare legată de proteine ​​și într-o formă liberă în lichidul extracelular. Au fost identificate proteine ​​intracelulare care leagă calciul, cum ar fi calreticulina și calsequestrina. Calciul liber intracelular, care acționează ca un al doilea mesager, intră din lichidul extracelular prin canalele de calciu ale membranei plasmatice a celulei sau este eliberat intracelular din legarea proteinelor. Calciul liber intracelular afectează fosforilaz kinazele corespunzătoare numai atunci când este legat de proteina calmodulină intracelulară (Schema 3).

Schema 3. Mecanismul de actiune al hormonilor proteici prin CA2+ (explicatii in text) P - receptor; G - hormon; Ca + proteină - calciu intracelular sub formă legată de proteine.

Calmodulina, o proteină receptoră cu afinitate mare pentru calciu, constă din 148 de resturi de aminoacizi și este prezentă în toate celulele nucleate. Greutatea sa moleculară (mol.m.) este de 17000 kDa, fiecare moleculă având 4 receptori pentru legarea calciului.

In stare de repaus functional, concentratia de calciu liber in lichidul extracelular este mai mare decat in interiorul celulei, datorita functionarii pompei de calciu (ATPaza) si transportului calciului din celula in lichidul intercelular. În această perioadă, calmodulina este într-o formă inactivă. Complexarea hormonului cu receptorul duce la o creștere a nivelului intracelular de calciu liber, care se leagă de calmodulină, o transformă într-o formă activă și afectează proteinele sau enzimele sensibile la calciu responsabile de efectul biologic corespunzător al hormonului.

Nivelul crescut de calciu intracelular stimulează apoi pompa de calciu, care „pompează” calciul liber în lichidul intercelular, își reduce nivelul în celulă, drept urmare calmodulina trece într-o formă inactivă și starea de odihnă funcțională este restabilită în celula. Calmodulina acționează și asupra adenilat-ciclazei, guanilat-ciclazei, fosfodiesterazei, fosforilaz-kinazei, miozin-kinazei, fosfolipazei A2, Ca2+- și Mg2+-ATPazei, stimulează eliberarea neurotransmițătorilor, fosforilarea proteinelor membranare. Prin modificarea transportului de calciu, a nivelului și a activității nucleotidelor ciclice și, în mod indirect, a metabolismului glicogenului, calmodulina este implicată în procesele secretoare și în alte procese funcționale din celulă. Este o componentă dinamică a aparatului mitotic; reglează polimerizarea sistemului microtubular-vilos, sinteza actomiozinei și activarea membranelor „pompei” de calciu. Calmodulina este un analog al proteinei musculare troponina C, care, prin legarea calciului, formează un complex de actină și miozină și, de asemenea, activează miozin-ATPaza, care este necesară pentru interacțiunea repetată a actinei și miozinei.

Complexul Ca2+-calmodulină activează protein kinaza dependentă de Ca2+-calmodulină, care joacă un rol important în transmiterea semnalului nervos (sinteza și eliberarea neurotransmițătorilor), în stimularea sau inhibarea fosfolipazei A2, activează o specifică serin-treonin protein fosfatază numită calcineurină. mediază acţiunea receptorului celulelor T în limfocitele T.

Protein kinazele dependente de calmodulină sunt împărțite în două grupe: multifuncționale, care sunt bine caracterizate și specifice, sau „scop special”. Primul grup include, de exemplu, protein kinaza A, care mediază fosforilarea multor proteine ​​intracelulare. Protein kinazele „cu scop special” fosforilează mai multe substraturi, cum ar fi kinaza cu lanț ușor miozin, kinaza fosforilază etc.

Protein kinaza C este reprezentată de mai multe izoforme (mol.m. de la 67 la 83 kDa), care sunt codificate de 10 gene diferite. Protein kinaza C clasică include 4 izoforme diferite (izoforme a-, b1-, b2- şi g-); alte 4 izoforme de proteine ​​(delta, epsilon, pi și omega) și 2 forme de proteine ​​atipice.

Protein kinazele clasice sunt activate de calciu și diacilglicerol, noile proteine ​​kinaze sunt activate de diacilglicerol și esterii de forbol, iar una dintre proteine ​​kinazele atipice nu răspunde la niciunul dintre activatorii enumerați, dar activitatea sa necesită prezența fosfatidilserinei.

S-a remarcat mai sus că hormonii, ai căror receptori au 7 fragmente transmembranare, după formarea complexului hormon-receptor, se leagă de proteinele G care au o greutate moleculară mică (20-25 kDa) și îndeplinesc diverse funcții. Proteinele care interacționează cu receptorul tirozin kinaza sunt numite proteine ​​ras, iar proteinele implicate în transportul veziculelor sunt numite proteine ​​rab. Forma activată este o proteină G complexată cu GTP; forma inactivă a proteinei ras este o consecință a complexării acesteia cu GDP. O proteină care eliberează nucleotide de guanină este implicată în activarea proteinei ras, iar procesul de inactivare este realizat prin hidroliza GTP sub influența GTPazei. Activarea proteinei ras, la rândul ei, prin fosfolipaza C, stimulează formarea de mesageri secundi: inozitol trifosfat și diacilglicerol. Proteinele Ras au fost descrise pentru prima dată ca oncogene (A.G. Gilman, 1987), deoarece supraexprimarea sau mutația acestor proteine ​​a fost găsită în neoplasmele maligne. În mod normal, proteinele ras sunt implicate în diferite procese de reglare, inclusiv în creștere.

Unii hormoni proteici (insulina, IGF I etc.) își desfășoară acțiunea inițială de activare a receptorului printr-o tirozin kinază sensibilă la hormoni. Legarea hormonului de receptor duce la o schimbare conformațională sau dimerizare care determină activarea tirozin kinazei și autofosforilarea ulterioară a receptorului. După interacțiunea hormon-receptor, autofosforilarea crește atât activitatea tirozin kinazei în celălalt dimer, cât și fosforilarea substraturilor intracelulare. Receptorul tirozin kinaza este o enzimă alosterică în care domeniul extracelular este subunitatea reglatoare, iar domeniul intracelular (citoplasmatic) este subunitatea catalitică. Tirozin kinaza este activată sau fosforilată prin legarea la un adaptor sau proteină SH2, care constă din două domenii SH2 și un domeniu SH3. Domeniile SH2 leagă fosfotirozinele receptorului specific tirozin kinazei, iar SH3 leagă enzimele sau moleculele de semnalizare. Proteinele fosforilate (fosfotirozinele) sunt scurtate de 4 aminoacizi, ceea ce determină legarea lor specifică de mare afinitate la domeniile SH2.

Complexele (peptide fosfotirozină - domeniile SH2) determină selectivitatea transmiterii semnalului hormonal. Efectul final al transducției semnalului hormonal depinde de două reacții - fosforilare și defosforilare. Prima reacție este controlată de diferite tirozin kinaze, a doua - de fosfotirozin fosfataze. Până în prezent, au fost identificate peste 10 fosfotirozin fosfataze transmembranare, care sunt împărțite în 2 grupe: a) proteine ​​transmembranare mari/domenii tendințe și b) enzime intracelulare mici cu un singur domeniu catalitic.

Fragmentele intracelulare de fosfotirozin fosfataze sunt foarte diverse. Se crede că funcția fosfotirozin fosfatazelor din domeniul SH2 (tipurile I și II) este reducerea semnalului prin defosforilarea situsurilor de fosforilare de pe receptorul tirozin kinazei sau creșterea semnalului prin legarea proteinelor de semnalizare fosforilante a tirozinei la unul sau ambele domenii SH2, precum și semnal. transducția prin interacțiunea unei singure proteine ​​SH2 cu o altă proteină sau inactivarea prin procesul de defosforilare a moleculelor mesager secundar fosforilate cu tirozină, cum ar fi fosfolipaza C-g sau src-tirozin kinaza.

La unii hormoni, transmiterea semnalului hormonal are loc prin fosforilarea reziduurilor de aminoacizi de tirozină, precum și a serinei sau treoninei. Caracteristic în acest sens este receptorul de insulină, în care se poate produce fosforilarea atât a tirozinei, cât și a serinei, iar fosforilarea serinei este însoțită de o scădere a efectului biologic al insulinei. Semnificația funcțională a fosforilării simultane a mai multor resturi de aminoacizi ale receptorului tirozin kinazei nu este bine înțeleasă. Cu toate acestea, acest lucru realizează modularea semnalului hormonal, care este denumit în mod schematic al doilea nivel al mecanismelor de semnalizare a receptorilor. Acest nivel este caracterizat prin activarea mai multor protein kinaze și fosfataze (cum ar fi protein kinaza C, protein kinaza dependentă de cAMP, protein kinaza dependentă de cGMP, protein kinaza dependentă de calmodulină etc.), care fosforilează sau defosforilează serină, tirozina sau reziduuri de treonină, care provoacă modificări conformaționale corespunzătoare, necesare manifestării activității biologice.

Trebuie remarcat faptul că enzimele cum ar fi fosforilaza, kinaza, cazein kinaza II, acetil-CoA carboxilază kinaza, triglicerid lipaza, glicogen fosforilaza, proteina fosfataza I, ATP citrat liaza sunt activate prin procesul de fosforilare și glicogenpyruvaza dehidrogenpyruvaza, dehidrogenpiruzaza kinazele sunt activate prin procesul de defosforilare.

Al treilea nivel al mecanismelor de semnalizare reglatoare în acțiunea hormonilor se caracterizează printr-un răspuns adecvat la nivel celular și se manifestă printr-o modificare a metabolismului, biosintezei, secreției, creșterii sau diferențierii. Aceasta include procesele de transport al diferitelor substanțe prin membrana celulară, sinteza proteinelor, stimularea translației ribozomale, activarea sistemului tubular microvilos și translocarea granulelor secretoare în membrana celulară. Astfel, activarea transportului de aminoacizi, glucoză prin membrana celulară este efectuată de proteinele transportoare corespunzătoare la 5-15 minute după debutul acțiunii hormonilor precum hormonul de creștere și insulina. Există 5 proteine ​​transportoare pentru aminoacizi și 7 pentru glucoză, dintre care 2 sunt simportatori sau cotransportatori de glucoză de sodiu.

Hormonii mesager secund afectează expresia genelor prin modificarea proceselor de transcripție. Astfel, cAMP reglează rata de transcripție a unui număr de gene responsabile de sinteza hormonilor. Această acțiune este mediată de proteina activatoare a elementului de răspuns cAMP (CREB). Ultima proteină (CREB) este complexată cu regiuni specifice ale ADN-ului, fiind un factor de transcripție comun.

Mulți hormoni care interacționează cu receptorii localizați pe membrana plasmatică, după formarea complexului hormon-receptor, suferă procesul de internalizare, sau endocitoză, adică. translocarea sau transferul complexului hormon-receptor în celulă. Acest proces are loc în structuri numite „gropi acoperite” situate pe suprafața interioară a membranei celulare, care este căptușită cu proteina clatrină. Complexele hormono-receptoare agregate în acest fel, care sunt localizate în „gropi acoperite”, sunt apoi interiorizate prin invaginarea membranei celulare (mecanismul este foarte asemănător cu procesul de fagocitoză), transformându-se în vezicule (endozomi sau receptorozomi) și acestea din urmă sunt translocate în celulă.

În timpul translocației, endozomul suferă un proces de acidificare (similar cu ceea ce se întâmplă în lizozomi), care poate avea ca rezultat degradarea ligandului (hormonului) sau disocierea complexului hormon-receptor. În acest din urmă caz, receptorul eliberat revine în membrana celulară, unde re-interacționează cu hormonul. Procesul de scufundare a receptorului, împreună cu hormonul, în celulă și de întoarcere a receptorului în membrana celulară se numește proces de reciclare a receptorului. În timpul funcționării receptorului (timpul de înjumătățire al receptorului variază de la câteva la 24 de ore sau mai mult), acesta reușește să efectueze de la 50 la 150 de astfel de cicluri „navetă”. Procesul de endocitoză este o parte integrală sau suplimentară a mecanismului de semnalizare a receptorului în acțiunea hormonilor.

În plus, cu ajutorul procesului de internalizare, se realizează degradarea hormonilor proteici (în lizozomi) și desensibilizarea celulară (scăderea sensibilității celulare la hormon) prin reducerea numărului de receptori de pe membrana celulară. S-a stabilit că soarta complexului hormon-receptor după procesul de endocitoză este diferită. În majoritatea hormonilor (FSH, LH, gonadotropină corionică, insulină, IGF 1 și 2, glucagon, somatostatina, eritropoietina, VIP, lipoproteine ​​de joasă densitate), endozomii din interiorul celulei suferă disociere. Receptorul eliberat revine în membrana celulară, iar hormonul suferă un proces de degradare în aparatul lizozomal al celulei.

În alți hormoni (GH, interleukina-2, epidermici, nervi și factori de creștere a trombocitelor), după disociarea endozomilor, receptorul și hormonul corespunzător suferă un proces de degradare în lizozomi.

Unii hormoni (transferină, proteine ​​care conțin manoză-6-fosfat și o mică parte de insulină, hormon de creștere în unele țesuturi țintă) după disociarea endozomilor revin, ca și receptorii lor, în membrana celulară. În ciuda faptului că acești hormoni suferă un proces de internalizare, nu există un consens cu privire la acțiunea intracelulară directă a hormonului proteic sau a complexului său hormon-receptor.

Receptorii pentru hormonii cortexului suprarenal, hormonii sexuali, calcitriolul, acidul retinoic, hormonii tiroidieni sunt localizați intracelular. Acești hormoni sunt lipofili, transportați de proteinele din sânge, au un timp de înjumătățire mare, iar acțiunea lor este mediată de complexul hormon-receptor, care, prin legarea de anumite regiuni ale ADN-ului, activează sau inactivează anumite gene.

Legarea unui hormon de un receptor duce la modificări ale proprietăților fizico-chimice ale acestuia din urmă, iar acest proces se numește activare sau transformare a receptorului. Studiul transformării receptorilor in vitro a arătat că regimul de temperatură, prezența heparinei, ATP și alte componente în mediul de incubare modifică viteza acestui proces.

Receptorii netransformați sunt o proteină cu o greutate moleculară de 90 kDa, care este identică cu proteina de șoc de stres sau temperatură cu aceeași greutate moleculară (M. Catell și colab., 1985). Ultima proteină apare în izoformele a și b, care sunt codificate de gene diferite. O situație similară se observă în ceea ce privește hormonii steroizi.

În plus față de proteina de stres cu un dig. m. 90 kDa, în receptorul netransformat, o proteină cu un mol. m 59 kDa (M. Lebean et al., 1992), numită imunofilină, care nu este direct asociată cu receptorul hormonului steroidian, dar formează complexe cu un mol proteic. m. 90 kDa. Funcția proteinei imunofilinei nu este bine înțeleasă, deși rolul ei în reglarea funcției receptorului hormonilor steroizi a fost dovedit, deoarece leagă substanțele imunosupresoare (de exemplu, rapamicina și FK 506).

Hormonii steroizi sunt transportați în sânge într-o stare legată de proteine ​​și doar o mică parte din ei se află în formă liberă. Hormonul, care este în formă liberă, este capabil să interacționeze cu membrana celulară și să treacă prin ea în citoplasmă, unde se leagă de receptorul citoplasmatic, care este foarte specific. De exemplu, proteinele receptorului care leagă numai hormonii glucocorticoizi sau estrogenii au fost izolate din hepatocite. În prezent, au fost receptori pentru estradiol, androgeni, progesteron, glucocorticoizi, mineralocorticoizi, vitamina D, hormoni tiroidieni, precum și acid retinoic și alți compuși (receptor Edixon, receptor de dioxină, receptor activator peroxizomal proliferativ și receptor suplimentar X pentru acid retinoic). identificat.. Concentrația de receptori în țesuturile țintă respective este de 103 până la 5104 per celulă.

Receptorii hormonilor steroizi au 4 domenii: domeniul amino-terminal, care are diferențe semnificative în receptorii pentru hormonii enumerați și este format din 100-600 de resturi de aminoacizi; domeniul de legare la ADN, constând din aproximativ 70 de resturi de aminoacizi; un domeniu de legare a hormonilor de aproximativ 250 de aminoacizi şi un domeniu carboxil-terminal. După cum sa menționat, domeniul amino-terminal are cele mai mari diferențe atât în ​​​​formă, cât și în secvența de aminoacizi. Este format din 100-600 de aminoacizi, iar dimensiunile sale cele mai mici se găsesc în receptorul hormonilor tiroidieni, iar cel mai mare în receptorul hormonului glucocorticoid. Acest domeniu determină caracteristicile răspunsului receptorului și este foarte fosforilat la majoritatea speciilor, deși nu există o corelație directă între gradul de fosforilare și răspunsul biologic.

Domeniul de legare la ADN este caracterizat de 3 introni, dintre care doi au așa-numitele „degete de zinc”, sau structuri care conțin ioni de zinc cu 4 punți de cisteină. „Degetele de zinc” sunt implicate în legarea specifică a hormonului de ADN. . Există o mică regiune pe domeniul de legare a ADN-ului pentru legarea specifică a receptorilor nucleari, numită „elemente de răspuns hormonal”, care modulează începutul transcripției. Această regiune este situată în cadrul unui alt fragment, format din 250 de nucleotide, responsabile de inițierea transcripției. Domeniul de legare la ADN are cea mai mare constanță a structurii dintre toți receptorii intracelulari.

Domeniul de legare a hormonilor este implicat în legarea hormonilor, precum și în procesele de dimerizare și reglare a funcției altor domenii. Este direct adiacent domeniului de legare a ADN-ului.

Domeniul carboxil terminal este, de asemenea, implicat în procesele de heterodimerizare și interacționează cu diverși factori de transcripție, incluzând promotorii proteici proximali.

Odată cu aceasta, există dovezi că steroizii sunt legați mai întâi de proteine ​​specifice ale membranei celulare, care îi transportă la receptorul citoplasmatic sau, ocolindu-l, direct la receptorii nucleari. Receptorul citoplasmatic este format din două subunități. În nucleul celulei, subunitatea A, interacționând cu ADN-ul, declanșează (începe) procesul de transcripție, iar subunitatea B se leagă de proteinele non-histone. Efectul acțiunii hormonilor steroizi nu apare imediat, ci după un anumit timp, care este necesar pentru formarea ARN-ului și sinteza ulterioară a unei anumite proteine.

Hormonii tiroidieni (tiroxina-T4 și triiodotironina-T3), ca și hormonii steroizi, difuzează ușor prin membrana celulelor lipidice și sunt legați de proteine ​​intracelulare. Conform altor date, hormonii tiroidieni interacționează mai întâi cu receptorul de pe membrana plasmatică, unde sunt complexați cu proteine, formând așa-numitul bazin intracelular de hormoni tiroidieni. Acțiunea biologică este efectuată în principal de T3, în timp ce T4 este deiodat, transformându-se în T3, care se leagă de receptorul citoplasmatic. Dacă complexul steroidcitoplasmatic se translocă în nucleul celulei, atunci complexul tiroidcitoplasmatic se disociază mai întâi și T3 se leagă direct de receptorii nucleari cu afinitate mare pentru acesta. În plus, receptorii T3 cu afinitate mare se găsesc și în mitocondrii. Se crede că acțiunea calorigenă a hormonilor tiroidieni se realizează în mitocondrii prin generarea de ATP nou, pentru formarea căruia se utilizează adenozin difosfat (ADP).

Hormonii tiroidieni reglează sinteza proteinelor la nivelul transcripției și această acțiune, care este detectată după 12-24 de ore, poate fi blocată prin introducerea inhibitorilor sintezei ARN. Pe lângă acțiunea lor intracelulară, hormonii tiroidieni stimulează transportul glucozei și aminoacizilor prin membrana celulară, afectând direct activitatea unor enzime localizate în aceasta.

Astfel, acțiunea specifică a hormonului se manifestă numai după complexarea acestuia cu receptorul corespunzător. Ca urmare a proceselor de recunoaștere, complexare și activare a receptorului, acesta din urmă generează un număr de mesageri secunde care determină un lanț secvenţial de interacţiuni post-receptoare, care se termină cu manifestarea unui efect biologic specific al hormonului.

Rezultă că acțiunea biologică a hormonului depinde nu numai de conținutul său în sânge, ci și de numărul și starea funcțională a receptorilor, precum și de nivelul de funcționare a mecanismului post-receptor.

Numărul de receptori celulari, ca și alte componente celulare, este în continuă schimbare, reflectând procesele de sinteză și degradare a acestora. Principalul rol în reglarea numărului de receptori revine hormonilor. Există o relație inversă între nivelul de hormoni din lichidul intercelular și numărul de receptori. Deci, de exemplu, concentrația hormonului în sânge și fluidul intercelular este foarte scăzută și se ridică la 1014-109 M, ceea ce este mult mai mic decât concentrația de aminoacizi și alte peptide diferite (105-103 M). Numărul de receptori este mai mare și este de 1010-108 M, iar pe membrana plasmatică există aproximativ 1014-1010 M, iar nivelul intracelular al mesagerii secundi este puțin mai mare - 108-106 M. Numărul absolut de situsuri de receptor de pe membrana celulară variază de la câteva sute la 100.000.

Numeroase studii au arătat că receptorii au o proprietate caracteristică de a spori acțiunea hormonului nu numai prin mecanismele descrise, ci și prin așa-numita „legare neliniară”. O altă caracteristică este caracteristică, și anume că cel mai mare efect hormonal nu înseamnă cea mai mare legare a hormonului de către receptori. Deci, de exemplu, stimularea maximă a transportului glucozei în adipocite de către insulină este observată atunci când doar 2% dintre receptorii de insulină sunt legați de hormon (J. Gliemann și colab., 1975). Aceeași relație a fost stabilită pentru ACTH, gonadotropine și alți hormoni (M.L. Dufau și colab., 1988). Acest lucru se datorează a două fenomene: „legarea neliniară” și prezența așa-numiților „receptori de rezervă”. Într-un fel sau altul, dar amplificarea, sau intensificarea acțiunii hormonului, care este o consecință a acestor două fenomene, joacă un rol fiziologic important în procesele de acțiune biologică a hormonului în condiții normale și în diferite condiții patologice. De exemplu, în hiperinsulinism și obezitate, numărul receptorilor de insulină localizați pe hepatocite, adipocite, timocite și monocite scade cu 50-60% și, dimpotrivă, stările de deficit de insulină la animale sunt însoțite de o creștere a numărului de receptori de insulină. . Odată cu numărul de receptori de insulină, se modifică și afinitatea acestora; capacitatea de a se complexa cu insulina, iar transducția (transmiterea) semnalului hormonal în interiorul receptorului se modifică de asemenea. Astfel, o modificare a sensibilității organelor și țesuturilor la hormoni se realizează prin mecanisme de feedback (reglare în jos). Pentru afecțiunile însoțite de o concentrație mare a hormonului în sânge, este caracteristică o scădere a numărului de receptori, care se manifestă clinic ca rezistență la acest hormon.

Unii hormoni pot afecta nu numai numărul de receptori „proprii”, ci și receptori pentru alt hormon. Deci, progesteronul reduce, iar estrogenii cresc numărul de receptori atât pentru estrogen, cât și pentru progesteron în același timp.

O scădere a sensibilității hormonale se poate datora următoarelor mecanisme: 1) o scădere a afinității receptorilor datorită influenței altor hormoni și a complexelor receptorilor hormonali; 2) o scădere a numărului de receptori funcționali ca urmare a internalizării sau eliberării lor din membrană în spațiul extracelular; 3) inactivarea receptorului din cauza modificărilor conformaţionale; 4) distrugerea receptorilor prin creșterea activității proteazelor sau degradarea complexului hormon-receptor sub influența enzimelor lizozomale; 5) inhibarea sintezei de noi receptori.

Pentru fiecare tip de hormon, există agonişti şi antagonişti. Acestea din urmă sunt substanțe care sunt capabile să lege competitiv receptorul de hormon, reducând sau blocând complet efectul biologic al acestuia. Agoniştii, dimpotrivă, complexându-se cu receptorul corespunzător, sporesc acţiunea hormonului sau imită complet prezenţa acestuia şi, uneori, timpul de înjumătăţire al agonistului este de sute sau mai multe ori mai mare decât timpul de degradare al hormonului natural și, prin urmare, în acest timp se manifestă un efect biologic, care este utilizat în mod natural în scopuri clinice. Deci, de exemplu, agoniştii de glucocorticoizi sunt dexametazona, corticosteronul, aldosteronul, iar agoniştii parţiali sunt 11b-hidroxiprogesteronul, 17a-hidroxiprogesteronul, progesteronul, 21-deoxicortizolul, iar antagoniştii lor sunt testosteronul, 19-noror-testosteronul, 19-nororestrodiolul. Steroizii inactivi pentru receptorii de glucocorticoizi includ 11a-hidroxiprogesteron, tetrahidrocortizol, androstenedionă, 11a-, 17a-metiltestosteron. Aceste relații sunt luate în considerare nu numai în experiment la clarificarea acțiunii hormonilor, ci și în practica clinică.

Descifrarea mecanismelor de acțiune a hormonilor în corpul animal oferă o oportunitate de a înțelege mai bine procesele fiziologice - reglarea metabolismului, biosinteza proteinelor, creșterea și diferențierea țesuturilor.

Acest lucru este important și din punct de vedere practic, în legătură cu utilizarea tot mai mare a preparatelor hormonale naturale și sintetice în zootehnie și medicina veterinară.

În prezent, există aproximativ 100 de hormoni care se formează în glandele endocrine, intră în sânge și au un efect versatil asupra metabolismului în celule, țesuturi și organe. Este dificil să se determine astfel de procese fiziologice în organism care nu ar fi sub influența reglatoare a hormonilor. Spre deosebire de multe enzime care provoacă modificări individuale, îngust direcționate în organism, hormonii au efecte multiple asupra proceselor metabolice și a altor funcții fiziologice. În același timp, niciunul dintre hormoni, de regulă, nu asigură pe deplin reglarea funcțiilor individuale. Acest lucru necesită acțiunea unui număr de hormoni într-o anumită secvență și interacțiune. Deci, de exemplu, somatotropina stimulează procesele de creștere numai cu participarea activă a insulinei și hormonilor tiroidieni. Creșterea foliculilor este asigurată în principal de folitropină, iar maturizarea lor și procesul de ovulație se desfășoară sub influența reglatoare a lutropinei etc.

Majoritatea hormonilor din sânge sunt asociați cu albumine sau globuline, ceea ce împiedică distrugerea lor rapidă de către enzime și menține concentrația optimă de hormoni activi metabolic în celule și țesuturi. Hormonii au un efect direct asupra procesului de biosinteză a proteinelor. Hormonii steroizi și proteici (sex, hormoni hipofizari tripli) din țesuturile țintă provoacă o creștere a numărului și volumului de celule. Alți hormoni, cum ar fi insulina, glucocorticoizii și mineralocorticoizii, afectează indirect sinteza proteinelor.

Receptorii membranari celulari sunt prima veriga in actiunea fiziologica a hormonilor la animale. În aceleași celule, există un număr mare de mai multe specii; receptori specifici, cu ajutorul cărora leagă selectiv moleculele diferiților hormoni care circulă în sânge. De exemplu, celulele adipoase din membranele lor au receptori specifici pentru glucagon, lutropină, tirotropină, corticotropină.

Datorită dimensiunii mari a moleculelor lor, majoritatea hormonilor de natură proteică nu pot pătrunde în celule, ci sunt localizați la suprafața acestora și, interacționând cu receptorii corespunzători, afectează metabolismul din interiorul celulelor. Deci, în special, acțiunea tirotropinei este asociată cu fixarea moleculelor sale pe suprafața celulelor tiroidiene, sub influența căreia crește permeabilitatea membranelor celulare pentru ionii de sodiu, iar în prezența acestora crește intensitatea oxidării glucozei. Insulina crește permeabilitatea membranelor celulare în țesuturi și organe pentru moleculele de glucoză, ceea ce ajută la reducerea concentrației sale în sânge și la trecerea în țesuturi. Somatotropina are, de asemenea, un efect stimulator asupra sintezei acizilor nucleici și proteinelor prin acțiunea asupra membranelor celulare.

Aceiași hormoni pot influența procesele metabolice din celulele țesuturilor în moduri diferite. Împreună cu o schimbare a permeabilității membranelor celulare și a membranelor structurilor intracelulare pentru diferite enzime și alte substanțe chimice, sub influența acelorași hormoni, compoziția ionică a mediului în afara și în interiorul celulelor, precum și activitatea diferitelor enzime și intensitatea proceselor metabolice se poate modifica.

Hormonii afectează activitatea enzimelor și aparatul genic al celulelor nu direct, ci cu ajutorul mediatorilor (intermediari). Unul dintre acești mediatori este 3′, 5′-adenozin monofosfat ciclic (AMP ciclic). AMP ciclic (cAMP) se formează în interiorul celulelor din acidul adenozin trifosforic (ATP) cu participarea enzimei adenil ciclază situată pe membrana celulară, care este activată atunci când este expusă la hormonii corespunzători. Pe membranele intracelulare există o enzimă fosfodiesteraza, care transformă AMPc într-o substanță mai puțin activă - 5’-adenozin monofosfat, iar aceasta oprește acțiunea hormonului.

Atunci când o celulă este expusă la mai mulți hormoni care stimulează sinteza cAMP în ea, reacția este catalizată de aceeași adenilciclază, dar receptorii din membranele celulare pentru acești hormoni sunt strict specifici. Prin urmare, de exemplu, corticotropina afectează numai celulele cortexului suprarenal, iar tirotropina - pe celulele glandei tiroide etc.

Studii detaliate au arătat că acțiunea majorității hormonilor proteici și peptidici duce la stimularea activității adenilciclazei și la o creștere a concentrației de cAMP în celulele țintă, care este asociată cu transmiterea ulterioară a informațiilor hormonale cu participarea activă a unui număr de protein kinaze. . cAMP joacă rolul de mediator intracelular al hormonului, asigurând o creștere a activității protein kinazelor dependente de acesta în citoplasmă și nucleele celulelor. La rândul lor, protein kinazele dependente de cAMP catalizează fosforilarea proteinelor ribozomului, care este direct legată de reglarea sintezei proteinelor în celulele țintă sub influența hormonilor peptidici.

Hormonii steroizi, catecolaminele, hormonii tiroidieni, datorita dimensiunii reduse a moleculelor, trec prin membrana celulara si intra in contact cu receptorii citoplasmatici din interiorul celulelor. Ulterior, hormonii steroizi în combinație cu receptorii lor, care sunt proteine ​​acide, trec în nucleul celulei. Se presupune că hormonii peptidici, pe măsură ce complexele hormon-receptor sunt scindate, afectează, de asemenea, receptorii specifici din citoplasmă, complexul Golgi și învelișul nuclear.

Nu toți hormonii stimulează activitatea enzimei adenilciclazei și cresc concentrația acesteia în celule. Unii hormoni peptidici, în special insulina, citocina, calcitonina, au un efect inhibitor asupra adenilciclazei. Se crede că efectul fiziologic al acțiunii lor se datorează nu creșterii concentrației de cAMP, ci scăderii acestuia. În același timp, în celulele cu sensibilitate specifică la acești hormoni, crește concentrația unei alte nucleotide ciclice, guanozin monofosfat ciclic (cGMP). Rezultatul acțiunii hormonilor în celulele corpului depinde în cele din urmă de efectele ambelor nucleotide ciclice - cAMP și cGMP, care sunt mediatori intracelulari universali - mediatori ai hormonilor. În ceea ce privește acțiunea hormonilor steroizi, care, în combinație cu receptorii lor, pătrund în nucleul celular, rolul cAMP și cGMP ca mediatori intracelulari este considerat îndoielnic.

Mulți, dacă nu toți, hormoni arată indirect efectul fiziologic final - printr-o modificare a biosintezei proteinelor enzimatice. Biosinteza proteinelor este un proces complex în mai multe etape, realizat cu participarea activă a aparatului genic al celulelor.

Efectul reglator al hormonilor asupra biosintezei proteinelor se realizează în principal prin stimularea reacției ARN polimerazei cu formarea de tipuri de ARN ribozomal și nuclear, precum și ARN mesager și prin influențarea activității funcționale a ribozomilor și a altor legături ale metabolismului proteinelor. Protein kinazele specifice din nucleii celulari stimulează fosforilarea componentelor proteice corespunzătoare și reacția ARN polimerazei cu formarea de ARN mesageri care codifică sinteza proteinelor în celule și organe țintă. În același timp, genele sunt dereprimate în nucleele celulelor, care sunt eliberate din efectul inhibitor al unor represori specifici - proteinele histonelor nucleare.

Hormonii precum estrogenii și androgenii din nucleele celulelor se leagă de proteinele histonice care reprimă genele corespunzătoare și, prin urmare, aduc aparatul genetic al celulelor într-o stare funcțională activă. În același timp, androgenii afectează aparatul genetic al celulelor mai puțin decât estrogenii, ceea ce se datorează unei conexiuni mai active a acestora din urmă cu cromatina și o slăbire a sintezei ARN în nuclee.

Împreună cu activarea sintezei proteinelor în celule, se realizează formarea proteinelor histonice, care sunt represoare ale activității genelor, ceea ce previne funcțiile metabolice ale nucleelor ​​și manifestarea excesivă a stimulării creșterii. În consecință, nucleii celulari au propriul mecanism de reglare genetică și mitotică a metabolismului și creșterii.

În legătură cu influența hormonilor asupra proceselor anabolice din organism, reținerea nutrienților furajelor crește și, în consecință, crește numărul de substraturi pentru metabolismul intermediar, mecanismele de reglare a proceselor biochimice asociate cu o utilizare mai eficientă a compușilor azotați și a altor compuși. sunt activate.

Procesele de sinteză a proteinelor în celule sunt influențate de somatotropină, corticosteroizi, estrogeni și, de asemenea, tiroxină. Acești hormoni stimulează sinteza diverșilor ARN mesageri și, prin urmare, îmbunătățesc sinteza proteinelor corespunzătoare. În procesele de sinteză a proteinelor, un rol important joacă și insulina, care stimulează legarea ARN-ului mesager de ribozomi și, în consecință, activează sinteza proteinelor. Prin activarea aparatului cromozomial al celulelor, hormonii afectează creșterea ratei de sinteză a proteinelor și concentrația enzimelor în celulele ficatului și în alte organe și țesuturi. Cu toate acestea, mecanismul efectului hormonilor asupra metabolismului intracelular nu a fost încă studiat suficient.

Acțiunea hormonilor, de regulă, este strâns legată de funcțiile enzimelor care asigură procese biochimice în celule, țesuturi și organe. Hormonii participă la reacțiile biochimice ca activatori sau inhibitori specifici ai enzimelor, exercitându-și influența asupra enzimelor prin asigurarea conexiunii lor cu diverși biocoloizi.

Întrucât enzimele sunt corpuri proteice, efectul hormonilor asupra activității lor funcționale se manifestă în primul rând prin influențarea biosintezei enzimelor și a proteinelor coenzimelor catabolice. Una dintre manifestările activității hormonilor este participarea lor la interacțiunea unui număr de enzime în diferite părți ale reacțiilor și proceselor complexe. După cum știți, vitaminele joacă un anumit rol în construcția coenzimelor. Se crede că hormonii joacă, de asemenea, un rol de reglare în aceste procese. De exemplu, corticosteroizii afectează fosforilarea anumitor vitamine B.

Pentru prostaglandine, activitatea lor fiziologică ridicată și efectele secundare foarte scăzute sunt deosebit de importante. Acum se știe că prostaglandinele acționează în interiorul celulelor ca mediatori și joacă un rol important în implementarea efectului hormonilor. În același timp, sunt activate procesele de sinteză a adenozin monofosfatului ciclic (cAMP), care este capabil să transmită acțiunea îngust direcționată a hormonilor. Este posibil să presupunem că substanțele farmacologice din interiorul celulelor acționează datorită producției de prostaglandine specifice. Acum, în multe țări, mecanismul de acțiune al prostaglandinelor la nivel celular și molecular este studiat, deoarece un studiu cuprinzător al acțiunii prostaglandinelor poate face posibilă influențarea intenționată a metabolismului și a altor procese fiziologice din corpul animalului.

Pe baza celor de mai sus, se poate concluziona că hormonii au un efect complex și versatil în organismul animal. Efectul complex al reglării nervoase și umorale asigură cursul coordonat al tuturor proceselor biochimice și fiziologice. Cu toate acestea, în cele mai fine detalii, mecanismul de acțiune al hormonilor nu a fost încă suficient studiat. Această problemă prezintă interes pentru mulți oameni de știință și este de mare interes pentru teoria și practica endocrinologiei, precum și pentru creșterea animalelor și medicina veterinară.

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. 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 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, 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 modificare a activității funcționale a celulei.

În prezent, se disting următoarele opțiuni pentru acțiunea hormonilor:

1. hormonale sau hemocrine acestea. acțiune la o distanță considerabilă de locul de formare;
2. izocrină sau locală, când o substanță chimică sintetizată într-o celulă are un efect asupra unei celule situate în contact strâns cu prima, iar eliberarea acestei substanțe se efectuează în fluidul interstițial și în sânge;
3. neurocrin sau neuroendocrin (sinaptic și non-sinaptic), acțiune când hormonul, fiind eliberat din terminațiile nervoase, îndeplinește funcția de neurotransmițător sau neuromodulator, adică. o substanță care modifică (de obicei sporește) acțiunea unui neurotransmițător;
4. paracrină- un fel de acțiune izocrină, dar, în același timp, hormonul format într-o celulă pătrunde în lichidul intercelular și afectează un număr de celule situate în imediata apropiere;
5. juxtacrină- un fel de acțiune paracrină, când hormonul nu intră în lichidul intercelular, iar semnalul este transmis prin membrana plasmatică a unei alte celule din apropiere;
6. autocrină acțiune, când un hormon eliberat dintr-o celulă afectează aceeași celulă, modificându-i activitatea funcțională;
7. salină acțiune atunci când un hormon dintr-o celulă intră în lumenul ductului și ajunge astfel la o altă celulă, având un efect specific asupra acesteia (de exemplu, unii hormoni gastrointestinali).

Sinteza hormonilor proteici, ca și alte proteine, este sub control genetic, iar celulele tipice de mamifere exprimă gene care codifică între 5.000 și 10.000 de proteine ​​diferite, iar unele celule foarte diferențiate până la 50.000 de proteine. Toată sinteza proteinelor începe cu transpunerea segmentelor de ADN, apoi transcriere, procesare post-transcripțională, traducere, procesare și modificare post-traduce. Mulți hormoni polipeptidici sunt sintetizați sub formă de precursori mari - prohormoni(proinsulină, proglucagon, proopiomelanocortin etc.). Conversia prohormonilor în hormoni se realizează în aparatul Golgi.

Există două mecanisme principale de acțiune a hormonilor la nivel celular:
1. Implementarea efectului de pe suprafața exterioară a membranei celulare.
2. Implementarea efectului după pătrunderea hormonului în celulă.

1) Implementarea efectului de pe suprafața exterioară a membranei celulare

În acest caz, receptorii sunt localizați pe membrana celulară. Ca urmare a interacțiunii hormonului cu receptorul, este activată o enzimă membranară, adenilat ciclază. Această enzimă contribuie la formarea acidului adenozin trifosforic (ATP) al celui mai important mediator intracelular pentru implementarea efectelor hormonale - 3,5-adenozin monofosfat ciclic (cAMP). cAMP activează enzima celulară protein kinaza, care implementează acțiunea hormonului. S-a stabilit că adenil-ciclaza dependentă de hormoni este o enzimă comună care este afectată de diverși hormoni, în timp ce receptorii hormonali sunt multipli și specifici fiecărui hormon. Mesagerii secundari, în plus față de AMPc, pot fi 3,5-guanozin monofosfat ciclic (cGMP), ionii de calciu și inozitol trifosfat. Așa acționează peptida, hormonii proteici, derivații de tirozină - catecolaminele. O trăsătură caracteristică a acțiunii acestor hormoni este relativa rapiditate a răspunsului, care se datorează activării enzimelor deja sintetizate anterior și a altor proteine.

Hormonii își desfășoară acțiunea biologică prin complexarea cu receptori - molecule informaționale care transformă un semnal hormonal într-o acțiune hormonală. Majoritatea hormonilor interacționează cu receptorii localizați pe membranelor plasmatice celule și alți hormoni - cu receptori localizați intracelular, adică Cu citoplasmaticși nuclear.

Receptorii plasmatici, în funcție de structură, sunt împărțiți în:

1. sapte fragmente(bucle);
2. receptori, al căror segment transmembranar este format din un fragment(bucle sau lanțuri);
3. receptori, al căror segment transmembranar este format din patru fragmente(bucle).

Hormonii al căror receptor este format din șapte fragmente transmembranare includ:
ACTH, TSH, FSH, LH, gonadotropină corionică, prostaglandine, gastrină, colecistochinină, neuropeptidă Y, neuromedină K, vasopresină, epinefrină (a-1 și 2, b-1 și 2), acetilcolină (M1, M2, M3 și M4) , serotonină (1A, 1B, 1C, 2), dopamină (D1 și D2), angiotensină, substanță K, substanță P sau neurokinină tipurile 1, 2 și 3, trombina, interleukina-8, glucagon, calcitonină, secretină, somatoliberină, VIP, peptidă de activare a adenil-ciclazei hipofizare, glutamat (MG1 – MG7), adenină.

Al doilea grup include hormoni care au un fragment transmembranar:
STH, prolactină, insulină, somatomamotropină sau lactogen placentar, IGF-1, factori de creștere a nervilor sau neurotrofine, factor de creștere a hepatocitelor, peptide natriuretice atriale de tipuri A, B și C, oncostatină, eritropoietină, factor neurotrofic ciliar, factor inhibitor de necroză tumorală, factor de inhibiție tumorală factori (p75 și p55), factor de creștere a nervilor, interferoni (a, b și g), factor de creștere epidermică, factor de neurodiferențiere, factori de creștere a fibroblastelor, factori de creștere a trombocitelor A și B, factor de stimulare a coloniilor de macrofage, activină, inhibină, interleukine-2 , 3, 4, 5, 6 și 7, factor de stimulare a coloniilor granulocite-macrofage, factor de stimulare a coloniilor de granulocite, lipoproteină de joasă densitate, transferină, IGF-2, activator al plasminogenului urokinazei.

Hormonii celui de-al treilea grup, al cărui receptor are patru fragmente transmembranare, includ:
acetilcolina (muschi si nervi nicotinici), serotonina, glicina, acid g-aminobutiric.

Cuplarea receptorului cu sisteme efectoare se realizează prin așa-numita proteină G, a cărei funcție este de a asigura conducerea repetată a semnalului hormonal la nivelul membranei plasmatice. Proteina G într-o formă activată stimulează sinteza AMP ciclic prin adenilat ciclază, care declanșează un mecanism în cascadă pentru activarea proteinelor intracelulare.

Mecanismul general fundamental prin care se realizează efectele biologice ale mesagerilor „secundari” în interiorul celulei este procesul fosforilare – defosforilare proteine ​​cu participarea unei game largi de proteine ​​kinaze care catalizează transportul grupului final de la ATP la grupele OH de serină și treonină și, în unele cazuri, tirozina proteinelor țintă. Procesul de fosforilare este cea mai importantă modificare chimică post-translațională a moleculelor de proteine, schimbându-le radical atât structura, cât și funcțiile. În special, provoacă o modificare a proprietăților structurale (asocierea sau disocierea subunităților constitutive), activarea sau inhibarea proprietăților lor catalitice, determinând în cele din urmă viteza reacțiilor chimice și, în general, activitatea funcțională a celulelor.

Sistemul mesager adenilat ciclază

Cea mai studiată este calea adenilat-ciclazei de transmitere a semnalului hormonal. Acesta implică cel puțin cinci proteine ​​bine studiate:
1)receptorul hormonal;
2)enzima adenilat ciclază, care îndeplinește funcția de sinteză a AMP ciclic (cAMP);
3)proteina G, care comunică între adenilat ciclază și receptor;
4)protein kinaza dependentă de cAMP, catalizand fosforilarea enzimelor intracelulare sau proteinelor tinta, respectiv modificandu-le activitatea;
5)fosfodiesteraza, care provoacă defalcarea cAMP și, prin urmare, încetează (întrerupe) acțiunea semnalului

S-a demonstrat că legarea hormonului de receptorul β-adrenergic duce la modificări structurale în domeniul intracelular al receptorului, care la rândul său asigură interacțiunea receptorului cu a doua proteină a căii de semnalizare, legarea GTP.

proteină care leagă GTP - proteina G- este un amestec de 2 tipuri de proteine:
active G s (din engleză stimulatory G)
inhibitor G i
Fiecare dintre ele are trei subunități diferite (α-, β- și γ-), adică. sunt heterotrimeri. Subunitățile β ale lui Gs și Gi s-au dovedit a fi identice; în același timp, subunitățile α, care sunt produse ale diferitelor gene, s-au dovedit a fi responsabile pentru manifestarea activității activatoare și inhibitoare de către proteina G. Complexul receptor hormonal conferă proteinei G capacitatea nu numai de a schimba cu ușurință GDP-ul legat endogen cu GTP, ci și de a transfera proteina Gs într-o stare activată, în timp ce proteina G activă se disociază în prezența ionilor de Mg 2+. în subunități β-, γ și o subunitate α complexă G s în forma GTP; acest complex activ se deplasează apoi la molecula de adenil ciclază și o activează. Complexul în sine suferă apoi auto-inactivare din cauza energiei de dezintegrare a GTP și reasocieri subunităților β și γ cu formarea GDP-ului inițial din forma G s .

Retz- receptor; G- proteina G; AC-adenilat ciclaza.

Este o proteină integrală a membranelor plasmatice, centrul său activ este orientat spre citoplasmă și catalizează reacția de sinteză a cAMP din ATP:

Componenta catalitică a adenilat-ciclazei, izolată din diferite țesuturi animale, este reprezentată de o singură polipeptidă. În absența proteinelor G, este practic inactiv. Conține două grupe SH, dintre care una este implicată în conjugarea cu proteina Gs, iar a doua este necesară pentru manifestarea activității catalitice. Sub acțiunea fosfodiesterazei, cAMP este hidrolizat pentru a forma 5"-AMP inactiv.

protein kinaza este o enzimă intracelulară prin care AMPc își realizează efectul. Protein kinaza poate exista sub 2 forme. În absența cAMP, protein kinaza este prezentă ca un complex tetrameric constând din două subunități catalitice (C2) și două reglatoare (R2); în această formă, enzima este inactivă. În prezența AMPc, complexul de protein kinază se disociază reversibil într-o subunitate R2 și două subunități catalitice C libere; acestea din urma au activitate enzimatica, catalizand fosforilarea proteinelor si a enzimelor, modificand astfel activitatea celulara.

Activitatea multor enzime este reglată de fosforilarea dependentă de cAMP; în consecință, majoritatea hormonilor de natură proteină-peptidă activează acest proces. Cu toate acestea, o serie de hormoni au un efect inhibitor asupra adenilat-ciclazei, respectiv, reducând nivelul de cAMP și fosforilarea proteinei. În special, hormonul somatostatina, prin combinarea cu receptorul său specific, proteina G inhibitoare (Gi, care este un omolog structural al proteinei Gs), inhibă sinteza adenilat ciclază și AMPc, de exemplu. provoacă un efect direct opus celui cauzat de adrenalină și glucagon. Într-un număr de organe, prostaglandinele (în special, PGE 1) au de asemenea un efect inhibitor asupra adenilat-ciclazei, deși în același organ (în funcție de tipul de celulă) aceeași PGE 1 poate activa sinteza cAMP.

Mecanismul de activare și reglare a glicogen fosforilazei musculare, care activează descompunerea glicogenului, a fost studiat mai detaliat. Există 2 forme:
activ catalitic fosforilaza ași
inactiv - fosforilaza b.

Ambele fosforilaze sunt construite din două subunități identice, în fiecare reziduul de serină din poziția 14 suferă procesul de fosforilare-defosforilare, activare și respectiv inactivare.

Sub acțiunea fosforilazei b kinazei, a cărei activitate este reglată de protein kinaza dependentă de cAMP, ambele subunități ale moleculei formei inactive a fosforilazei b suferă fosforilare covalentă și sunt transformate în fosforilază a activă. Defosforilarea acestuia din urmă sub acțiunea unei fosfataze fosforilaze specifice a duce la inactivarea enzimei și la revenirea la starea inițială.

Deschis în țesutul muscular 3 tipuri reglarea glicogen fosforilazei.
Primul tip – reglare covalentă pe baza fosforilării-defosforilării dependente de hormoni a subunităţilor fosforilazei.
Al doilea tip – reglare alosterică. Se bazează pe reacțiile de adenilare-dedenilare ale subunităților b glicogen fosforilază (respectiv activare-inactivare). Direcția reacțiilor este determinată de raportul dintre concentrațiile de AMP și ATP, care sunt atașate nu de centrul activ, ci de centrul alosteric al fiecărei subunități.

În mușchiul care lucrează, acumularea de AMP, datorită consumului de ATP, determină adenilarea și activarea fosforilazei b. În repaus, dimpotrivă, concentrațiile mari de ATP, înlocuind AMP, duc la inhibarea alosterică a acestei enzime prin deadenilare.
Al treilea tip – reglarea calciului, pe baza activării alosterice a fosforilazei b kinazei de către ionii de Ca 2+, a căror concentrație crește odată cu contracția musculară, contribuind astfel la formarea fosforilazei active a.

Sistem mesager guanilat ciclază

Pentru o perioadă destul de lungă de timp, guanozin monofosfat ciclic (cGMP) a fost considerat ca antipod al cAMP. El a fost creditat cu funcții opuse cAMP. Până în prezent, s-au obținut o mulțime de dovezi că cGMP joacă un rol independent în reglarea funcției celulare. În special, în rinichi și intestine controlează transportul ionic și schimbul de apă, în mușchiul inimii servește ca semnal de relaxare etc.

Biosinteza cGMP din GTP se realizează sub acțiunea guanilat-ciclazei specifice, prin analogie cu sinteza cAMP:

Complexul receptorilor de adrenalină: AC- adenilat ciclază, G- proteina G; C și R- subunități catalitice și, respectiv, reglatoare ale protein kinazei; CE FACI- fosforilază b kinaza; F- fosforilază; Glk-1-P- glucoza-1-fosfat; Glk-6-P- glucoza-6-fosfat; UDF-Glk- uridin difosfat glucoză; HS- glicogen sintetaza.

Sunt cunoscute patru forme diferite de guanilat ciclază, dintre care trei sunt legate de membrană și una solubilă este deschisă în citosol.

Formele legate de membrană sunt compuse din 3 parcele:
receptor, localizat pe suprafața exterioară a membranei plasmatice;
domeniul intramembranarși
componentă catalitică, care este același pentru diferite forme ale enzimei.
Guanylat ciclaza este deschisă în multe organe (inima, plămânii, rinichii, glandele suprarenale, endoteliul intestinal, retina etc.), ceea ce indică participarea sa largă la reglarea metabolismului intracelular mediat prin cGMP. Enzima legată de membrană este activată prin receptorii corespunzători de către peptide extracelulare scurte, în special, hormonul peptidă natriuretică atrială (ANF), o toxină termostabilă a bacteriilor gram-negative etc. ANF, după cum se știe, este sintetizat în atriu. ca răspuns la o creștere a volumului sanguin, intră în rinichi cu sânge, activează guanilat ciclaza (crește în mod corespunzător nivelul de cGMP), promovând excreția de Na și apă. Celulele musculare netede vasculare conțin și un receptor similar, sistemul guanilat ciclază, prin care ANF legat de receptor exercită un efect vasodilatator, ajutând la scăderea tensiunii arteriale. În celulele epiteliale ale intestinului, endotoxina bacteriană poate acționa ca un activator al sistemului receptor-guanilat ciclază, ceea ce duce la o încetinire a absorbției apei în intestin și la dezvoltarea diareei.

Forma solubilă a guanilat-ciclazei este o enzimă care conține hem, constând din 2 subunități. Această formă de guanilat ciclază este reglată de nitrovazodilatatoare, radicalii liberi sunt produse ale peroxidării lipidelor. Unul dintre cei mai cunoscuți activatori este factor endotelial (EDRF) determinând relaxarea vasculară. Componenta activă, ligand natural, a acestui factor este oxidul nitric NO. Această formă a enzimei este activată și de unele nitrovasodilatatoare (nitroglicerină, nitroprusiat etc.) folosite pentru bolile de inimă; descompunerea acestor medicamente eliberează și NO.

Oxidul nitric se formează din aminoacidul arginină cu participarea unui sistem enzimatic complex dependent de Ca 2+ cu o funcție mixtă numită NO-sintaza:

Oxidul nitric, atunci când interacționează cu hemul guanilat-ciclazei, promovează formarea rapidă de cGMP, care reduce puterea contracțiilor inimii prin stimularea pompelor ionice care funcționează la concentrații scăzute de Ca2+. Cu toate acestea, acțiunea NO este de scurtă durată, de câteva secunde, localizată - în apropierea locului de sinteză. Un efect similar, dar mai lung, este oferit de nitroglicerina, care eliberează NO mai lent.

S-a obținut dovezi că majoritatea efectelor cGMP sunt mediate printr-o protein kinază dependentă de cGMP numită protein kinaza G. Această enzimă, care este răspândită în celulele eucariote, a fost obținută în formă pură. Este format din 2 subunități - un domeniu catalitic cu o secvență similară cu subunitatea C a proteinei kinazei A (dependent de cAMP) și un domeniu reglator similar cu subunitatea R a proteinei kinazei A. Cu toate acestea, protein kinazele A și G recunosc diferite secvențe proteice, reglând, respectiv fosforilarea grupei OH a serinei și treoninei a diferitelor proteine ​​intracelulare și exercitând astfel diverse efecte biologice.

Nivelul de nucleotide ciclice cAMP și cGMP din celulă este controlat de fosfodiesterazele corespunzătoare, care catalizează hidroliza lor la monofosfați 5’-nucleotid și diferă prin afinitatea lor pentru cAMP și cGMP.O fosfodiesteraza solubilă dependentă de calmodulină și o izoformă legată de membrană nereglate de Ca2+ și calmodulină au fost izolate și caracterizate.

Sistem de mesagerie Ca 2+

Ionii de Ca 2+ joacă un rol central în reglarea multor funcții celulare. O modificare a concentrației de Ca2+ liber intracelular este un semnal pentru activarea sau inhibarea enzimelor, care la rândul lor reglează metabolismul, activitatea contractilă și secretorie, aderența și creșterea celulară. Sursele de Ca 2+ pot fi intra și extracelulare. În mod normal, concentrația de Ca 2+ în citosol nu depășește 10 -7 M, iar sursele sale principale sunt reticulul endoplasmatic și mitocondriile. Semnalele neurohormonale duc la o creștere bruscă a concentrației de Ca 2+ (până la 10–6 M), care vine atât din exterior prin membrana plasmatică (mai precis, prin canale de calciu dependente de tensiune și receptor) cât și din surse intracelulare. . Unul dintre cele mai importante mecanisme pentru conducerea unui semnal hormonal în sistemul mesager de calciu este declanșarea reacțiilor (răspunsurilor) celulare prin activarea unui anumit Protein kinaza dependentă de Ca 2+ -calmodulină. Subunitatea de reglare a acestei enzime s-a dovedit a fi proteina de legare a Ca 2+ calmodulină. Cu o creștere a concentrației de Ca 2+ în celulă ca răspuns la semnalele primite, o protein kinază specifică catalizează fosforilarea multor enzime țintă intracelulare, reglând astfel activitatea acestora. Fosforilaza b kinaza activată de ionii de Ca 2+, precum NO-sintaza, s-a dovedit că conține calmodulină ca subunitate. Calmodulina face parte din multe alte proteine ​​care leagă Ca 2+. Odată cu creșterea concentrației de calciu, legarea Ca 2+ de calmodulină este însoțită de modificările conformaționale ale acesteia, iar în această formă legată de Ca 2+, calmodulina modulează activitatea multor proteine ​​intracelulare (de unde și numele).

Sistemul intracelular de mesageri include, de asemenea, derivați ai fosfolipidelor membranelor celulare eucariote, în special derivați fosforilați ai fosfatidilinozitolului. Acești derivați sunt eliberați ca răspuns la un semnal hormonal (de exemplu, de la vasopresină sau tirotropină) sub acțiunea unei fosfolipaze C specifice legate de membrană. Ca urmare a reacțiilor succesive, se formează doi mesageri secundari potențiali - diacilglicerol și inozitol-1. ,4,5-trifosfat.

Efectele biologice ale acestor mesageri secunde sunt realizate în moduri diferite. Acțiunea diacilglicerolului, precum și a ionilor liberi de Ca 2+, este mediată prin legarea membranei Enzima protein kinaza C dependentă de Ca, care catalizează fosforilarea enzimelor intracelulare, modificându-le activitatea. Inozitol-1,4,5-trifosfat se leagă de un receptor specific de pe reticulul endoplasmatic, facilitând eliberarea ionilor de Ca 2+ din acesta în citosol.

Astfel, datele prezentate despre mesagerii secundari indică faptul că fiecare dintre aceste sisteme de mediatori ai efectului hormonal corespunde unei anumite clase de protein kinaze, deși nu poate fi exclusă posibilitatea unei relații strânse între aceste sisteme. Activitatea protein kinazelor de tip A este reglată de cAMP, protein kinaza G este reglată de cGMP; Protein kinazele dependente de Ca2+-calmodulină sunt sub controlul [Ca2+] intracelular, iar proteinkinaza de tip C este reglată de diacilglicerol în sinergie cu Ca2+ liber și fosfolipidele acide. O creștere a nivelului oricărui al doilea mesager duce la activarea clasei corespunzătoare de protein kinaze și la fosforilarea ulterioară a substraturilor lor proteice. Ca rezultat, nu numai activitatea se modifică, ci și proprietățile reglatoare și catalitice ale multor sisteme enzimatice celulare: canale ionice, elemente structurale intracelulare și aparatul genetic.

2) Implementarea efectului după pătrunderea hormonului în celulă

În acest caz, receptorii pentru hormon sunt localizați în citoplasma celulei. Hormonii acestui mecanism de acțiune, datorită lipofilității lor, pătrund cu ușurință în membrana în celula țintă și se leagă în citoplasma acesteia cu proteine ​​specifice receptorului. Complexul hormon-receptor pătrunde în nucleul celulei. În nucleu, complexul se descompune, iar hormonul interacționează cu anumite secțiuni ale ADN-ului nuclear, ducând la formarea unui ARN mesager special. ARN-ul mesager părăsește nucleul și promovează sinteza unei proteine ​​sau a unei enzime proteice pe ribozomi. Așa acționează hormonii steroizi și derivații de tirozină – hormonii tiroidieni. Acțiunea lor se caracterizează printr-o restructurare profundă și pe termen lung a metabolismului celular.

Se știe că efectul hormonilor steroizi se realizează prin intermediul aparatului genetic prin modificarea expresiei genelor. Hormonul după livrarea cu proteine ​​din sânge în celulă pătrunde (prin difuzie) prin membrana plasmatică și apoi prin membrana nucleară și se leagă de receptorul-protein intranuclear. Complexul steroizi-proteină se leagă apoi de regiunea de reglare a ADN-ului, așa-numitele elemente sensibile la hormoni, promovând transcripția genelor structurale corespunzătoare, inducerea sintezei proteinelor de novo și alterarea metabolismului celular ca răspuns la un semnal hormonal.

Trebuie subliniat că trăsătura principală și distinctivă a mecanismelor moleculare de acțiune a celor două clase principale de hormoni este aceea că acțiunea hormonilor peptidici se realizează în principal prin modificări post-translaționale (post-sintetice) ale proteinelor în celule, în timp ce steroizi. hormonii (precum și hormonii tiroidieni, retinoizii, hormonii vitaminei D3) acționează ca regulatori ai expresiei genelor.

Inactivarea hormonilor are loc în organele efectoare, în principal în ficat, unde hormonii suferă diferite modificări chimice prin legarea de acidul glucuronic sau sulfuric, sau ca urmare a acțiunii enzimelor. Unii dintre hormoni sunt excretați în urină nemodificat. Acțiunea unor hormoni poate fi blocată din cauza secreției de hormoni care au efect antagonist.