Základné mechanizmy účinku hormónov. Membránovo-intracelulárny mechanizmus účinku hormónov
Sú tam tri možné možnosti mechanizmus účinku hormónov.
Membránový alebo lokálny mechanizmus- spočíva v tom, že hormón v mieste väzby na bunková membrána mení svoju priepustnosť pre metabolity, ako je glukóza, aminokyseliny, niektoré ióny. Príjem glukózy, aminokyselín zasa ovplyvňuje biochemické procesy v bunke a zmena distribúcie iónov na oboch stranách membrány ovplyvňuje elektrický potenciál a funkciu buniek. Membránový typ pôsobenia hormónov sa zriedkavo nachádza v izolovanej forme. Napríklad inzulín má obe membrány (príčiny miestne zmeny transport iónov, glukózy a aminokyselín) a membránovo-intracelulárneho typu účinku.
Membránovo-intracelulárne typ účinku (alebo nepriameho) je charakteristický pre hormóny, ktoré neprenikajú do bunky, a preto ovplyvňujú metabolizmus prostredníctvom intracelulárneho chemického posla, ktorý je autorizovaným zástupcom hormónu vo vnútri bunky. Hormón cez membránové receptory ovplyvňuje funkciu signalizačných systémov (zvyčajne enzýmov), ktoré spúšťajú tvorbu alebo vstup intracelulárnych mediátorov. A tie druhé zasa ovplyvňujú aktivitu a množstvo rôzne enzýmy a tým zmeniť metabolizmus v bunke.
Cytosolický mechanizmus pôsobenie je charakteristické pre lipofilné hormóny, ktoré môžu prenikať cez lipidovú vrstvu membrány do bunky, kde vstupujú do komplexu s cytosolickými receptormi. Tento komplex reguluje množstvo enzýmov v bunke, selektívne ovplyvňuje aktivitu génov jadrových chromozómov, a tým mení metabolizmus a funkcie bunky. Tento typ pôsobenia hormónu sa nazýva priamy, na rozdiel od membránovo-intracelulárneho, kedy hormón reguluje metabolizmus len nepriamo, prostredníctvom intracelulárnych mediátorov.
Hormóny štítnej žľazy a prištítnych teliesok
Hormóny štítna žľaza
Štítna žľaza vylučuje dva typy hormónov rôzne vplyvy pre metabolizmus. Prvou skupinou sú jódtyroníny: tyroxín a trijódtyronín. Tieto hormóny regulujú energetický metabolizmus a ovplyvňujú delenie a diferenciáciu buniek, určujú vývoj organizmu. Jódtyroníny pôsobia na mnohé tkanivá tela, ale v najviac na tkanivách pečene, srdca, obličiek, kostrového svalstva a v menšej miere aj tukové a nervové tkanivo.
Pri hyperfunkcii štítnej žľazy (hypertyreóza) dochádza k nadmernej tvorbe jódtyronínov. charakteristický znak tyreotoxikóza je zrýchlené odbúravanie sacharidov a tukov (mobilizovaných z tukových zásob). rýchle spaľovanie mastné kyseliny glycerol a produkty glykolýzy vyžadujú veľkú spotrebu kyslíka. Mitochondrie sa zväčšujú, napučiavajú, menia svoj tvar. Preto sa niekedy tyreotoxikóza nazýva "mitochondriálna choroba". Vonkajšie sa hypertyreóza prejavuje vo forme nasledujúce príznaky: zvýšenie bazálneho metabolizmu, zvýšenie telesnej teploty (zvýšená tvorba tepla), chudnutie, ťažká tachykardia, zvýšená nervová dráždivosť, vypuklé oči a pod.. Tieto poruchy sa odstraňujú buď chirurgickým odstránením časti štítnej žľazy, príp. pomocou liekov, ktoré tlmia jeho činnosť.
Pri hypofunkcii (hypotyreóze) štítnej žľazy je nedostatok jódtyronínov. Hypotyreóza na začiatku detstva sa u detí nazýva kretinizmus alebo myxedém a u dospelých je to jednoducho myxedém. Kretenizmus sa vyznačuje výrazným fyzickým a mentálna retardácia. Je to spôsobené znížením účinku jódtyronínov na delenie a diferenciáciu buniek, čo vedie k pomalému a abnormálnemu rastu. kostného tkaniva, zhoršená diferenciácia neurónov. U dospelých sa myxedém prejavuje znížením bazálneho metabolizmu a telesnej teploty, zhoršením pamäti, zhoršením koža(suchosť, peeling) atď. V tkanivách tela sa znižuje metabolizmus sacharidov a tukov a všetky energetické procesy. Hypotyreóza sa eliminuje liečbou jódtyronínmi.
Do druhej skupiny patrí kalciotonín (bielkovina s molekulovou hmotnosťou 30 000), reguluje metabolizmus fosforu a vápnika, jeho fungovanie je popísané nižšie.
Mechanizmy účinku hormónov.
Všimnite si, že mechanizmus účinku hormónov závisí od jeho chemickej povahy a vlastnosti - rozpustnosť vo vode alebo v tukoch. Podľa mechanizmu účinku možno hormóny rozdeliť do dvoch skupín: priame a vzdialené pôsobenie.
1. Hormóny priama akcia. Do tejto skupiny patria lipofilné (v tukoch rozpustné) hormóny – steroidy a jódtyroníny. Tieto látky sú zle rozpustné vo vode, a preto tvoria komplexné zlúčeniny s plazmatickými proteínmi v krvi. Tieto proteíny zahŕňajú špecifické transportné proteíny (napríklad transkortín, ktorý viaže hormóny kôry nadobličiek), ako aj nešpecifické (albumíny).
Hormóny priameho účinku sú vďaka svojej lipofilnosti schopné difundovať cez dvojitú lipidovú vrstvu membrán cieľových buniek. Receptory pre tieto hormóny sa nachádzajú v cytosóle. Vzniknutý komplex hormónu s receptorom sa presúva do bunkového jadra, kde sa viaže na chromatín a pôsobí na DNA. V dôsledku toho sa mení rýchlosť syntézy RNA na templáte DNA (transkripcia) a rýchlosť tvorby špecifických enzymatických proteínov na templáte RNA (translácia). To vedie k zmene množstva enzymatických proteínov v cieľových bunkách a zmene ich smeru chemické reakcie(Pozri obrázok 2).
Obrázok 2. Mechanizmus vplyvu hormónov priameho účinku na bunku.
Ako už viete, regulácia syntézy proteínov sa môže uskutočniť pomocou mechanizmov indukcie a represie.
K indukcii syntézy proteínov dochádza v dôsledku stimulácie syntézy zodpovedajúcej messengerovej RNA. Súčasne sa zvyšuje koncentrácia určitého proteínu-enzýmu v bunke a zvyšuje sa rýchlosť ním katalyzovaných chemických reakcií.
K potlačeniu syntézy proteínov dochádza potlačením syntézy zodpovedajúcej mediátorovej RNA. V dôsledku represie sa selektívne znižuje koncentrácia určitého proteínu-enzýmu v bunke a znižuje sa rýchlosť ním katalyzovaných chemických reakcií. Majte na pamäti, že ten istý hormón môže vyvolať syntézu niektorých proteínov a potlačiť syntézu iných proteínov. Účinok priamo pôsobiacich hormónov sa zvyčajne dostaví až po 2 - 3 hodinách po prieniku do bunky.
2. Vzdialené hormóny. Medzi vzdialené hormóny patria hydrofilné (vo vode rozpustné) hormóny – katecholamíny a hormóny bielkovinovo-peptidovej povahy. Keďže tieto látky sú nerozpustné v lipidoch, nemôžu preniknúť cez bunkové membrány. Receptory pre tieto hormóny sú umiestnené na vonkajší povrch plazmatická membrána cieľové bunky. Hormóny s dlhým dosahom realizujú svoj účinok na bunku pomocou druhého posla, ktorý najčastejšie pôsobí ako cyklický AMP (cAMP).
Cyklický AMP je syntetizovaný z ATP adenylátcyklázou:
Mechanizmus vzdialeného pôsobenia hormónov je znázornený na obrázku 3.
Obrázok 3. Mechanizmus vplyvu hormónov dlhého dosahu na bunku.
Interakcia hormónu s jeho špecifickým receptorom vedie k aktivácii G-proteínu bunkovej membrány. G proteín viaže GTP a aktivuje adenylátcyklázu.
Aktívna adenylátcykláza premieňa ATP na cAMP, cAMP aktivuje proteínkinázu.
Neaktívna proteínkináza je tetramér, ktorý pozostáva z dvoch regulačných (R) a dvoch katalytických (C) podjednotiek. V dôsledku interakcie s cAMP dochádza k disociácii tetraméru a uvoľneniu aktívneho centra enzýmu.
Proteínkináza fosforyluje enzýmové proteíny na úkor ATP, buď ich aktivuje alebo inaktivuje. V dôsledku toho sa rýchlosť chemických reakcií v cieľových bunkách mení (v niektorých prípadoch sa zvyšuje, v iných klesá).
K inaktivácii cAMP dochádza za účasti enzýmu fosfodiesterázy.
Hormóny vylučované žľazami vnútorná sekrécia, viažu sa na plazmatické transportné proteíny alebo sa v niektorých prípadoch adsorbujú na krvinky a dodávajú sa do orgánov a tkanív, čo ovplyvňuje ich funkciu a metabolizmus. Niektoré orgány a tkanivá sú veľmi vysoká citlivosť hormóny, preto sa nazývajú cieľových orgánov alebo tkanív -ciele. Hormóny ovplyvňujú doslova všetky aspekty metabolizmu, funkcií a štruktúr v tele.
Podľa moderné nápady, pôsobenie hormónov je založené na stimulácii alebo inhibícii katalytickej funkcie určitých enzýmov. Tento účinok sa dosahuje aktiváciou alebo inhibíciou už existujúcich enzýmov v bunkách urýchlením ich syntézy aktiváciou génov. Hormóny môžu zvýšiť alebo znížiť priepustnosť bunkových a subcelulárnych membrán pre enzýmy a iné biologicky účinných látok, čím sa uľahčí alebo inhibuje pôsobenie enzýmu. hormón organický organizmus železo
Membránový mechanizmus . Hormón sa viaže na bunkovú membránu a v mieste väzby mení svoju priepustnosť pre glukózu, aminokyseliny a niektoré ióny. V tomto prípade hormón pôsobí ako efektor Vozidlo membrány. Inzulín to robí zmenou transportu glukózy. Ale tento typ transportu hormónov sa zriedka vyskytuje izolovane. Inzulín má napríklad membránový aj membránovo-intracelulárny mechanizmus účinku.
Membránovo-intracelulárny mechanizmus . Podľa membránovo-intracelulárneho typu pôsobia hormóny, ktoré neprenikajú do bunky, a preto ovplyvňujú metabolizmus cez vnútrobunkový chemický mediátor. Patria sem proteín-peptidové hormóny (hormóny hypotalamu, hypofýzy, pankreasu a prištítnych teliesok tyrokalcitonín štítnej žľazy); deriváty aminokyselín (hormóny drene nadobličiek - adrenalín a norepinefrín, štítna žľaza - tyroxín, trijódtyronín).
Intracelulárny (cytosolický) mechanizmus účinku . Je charakteristický pre steroidné hormóny (kortikosteroidy, pohlavné hormóny – androgény, estrogény a gestagény). Steroidné hormóny interagujú s receptormi umiestnenými v cytoplazme. Vzniknutý komplex hormón-receptor sa prenesie do jadra a pôsobí priamo na genóm, pričom stimuluje alebo inhibuje jeho aktivitu, t.j. pôsobí na syntézu DNA zmenou rýchlosti transkripcie a množstva informačnej (matrix) RNA (mRNA). Zvýšenie alebo zníženie množstva mRNA ovplyvňuje syntézu proteínov počas translácie, čo vedie k zmene funkčná činnosť bunky.
Pôsobenie hormónov je založené na stimulácii alebo inhibícii katalytickej funkcie určitých enzýmov v bunkách cieľových orgánov. Tento účinok možno dosiahnuť aktiváciou alebo inhibíciou existujúcich enzýmov. A dôležitá úloha patrí cyklický adenozínmonofosfát(cAMP), ktorý je tu sekundárny sprostredkovateľ(úloha primára
mediátor vykonáva samotný hormón). Je tiež možné zvýšiť koncentráciu enzýmov urýchlením ich biosyntézy aktiváciou génov.
Mechanizmus účinku peptidových a steroidných hormónov rôzne. Amíny a peptidové hormóny neprenikajú do bunky, ale spájajú sa na jej povrchu so špecifickými receptormi v bunkovej membráne. Receptor viazaný na enzým adenylátcyklázy. Komplex hormónu s receptorom aktivuje adenylátcyklázu, ktorá rozkladá ATP za vzniku cAMP. Pôsobenie cAMP sa realizuje zložitým reťazcom reakcií vedúcich k aktivácii určitých enzýmov ich fosforyláciou a tie uskutočňujú konečný účinok hormónu (obr. 2.3).
|
|
|
Ryža. 2.4 Mechanizmus účinku steroidné hormóny ja- hormón vstupuje do bunky a viaže sa na receptor v cytoplazme; II - receptor transportuje hormón do jadra; III - hormón interaguje reverzibilne s DNA chromozómov; IV - hormón aktivuje gén, na ktorom sa tvorí matricová (informačná) RNA (mRNA); V-mRNA opúšťa jadro a iniciuje syntézu proteínu (zvyčajne enzýmu) na ribozómoch; enzým realizuje konečný hormonálny efekt; 1 - bunková membrána, 2 - hormón, 3 - receptor, 4 - jadrová membrána, 5 - DNA, 6 - mRNA, 7 - ribozóm, 8 - syntéza proteínov (enzýmov). |
steroidné hormóny, a Tz A T 4(tyroxín a trijódtyronín) sú rozpustné v tukoch, takže prenikajú cez bunkovú membránu. Hormón sa viaže na receptor v cytoplazme. Vzniknutý komplex hormón-receptor je transportovaný do bunkového jadra, kde vstupuje do reverzibilnej interakcie s DNA a vyvoláva syntézu proteínu (enzýmu) alebo viacerých proteínov. Zapnutím špecifických génov v určitom úseku DNA jedného z chromozómov sa syntetizuje matricová (informačná) RNA (mRNA), ktorá prechádza z jadra do cytoplazmy, pripája sa na ribozómy a tu indukuje syntézu bielkovín (obr. 2.4). ).
Na rozdiel od peptidov, ktoré aktivujú enzýmy, steroidné hormóny spôsobujú syntézu nových molekúl enzýmov. V tomto smere sa účinky steroidných hormónov dostavujú oveľa pomalšie ako pôsobenie peptidových hormónov, ale zvyčajne trvajú dlhšie.
Na základe funkčných kritérií existujú tri skupiny hormónov: 1) hormóny, ktoré priamo ovplyvňujú cieľový orgán; tieto hormóny sa nazývajú efektor 2) hormóny, ktorých hlavnou funkciou je regulácia syntézy a uvoľňovania efektorových hormónov;
tieto hormóny sa nazývajú obratník 3) produkované hormóny nervové bunky A regulácia syntézy a uvoľňovania hormónov adenohypofýzy; tieto hormóny sa nazývajú uvoľňujúce hormóny alebo liberíny, ak tieto procesy stimulujú, alebo inhibičné hormóny, statíny, ak majú opačný účinok. Úzky vzťah medzi CNS a endokrinný systém prebieha hlavne pomocou týchto hormónov.
V zložitom systéme hormonálna regulácia organizmy sa viac-menej rozlišujú dlhé reťaze regulácia. Hlavná línia interakcií: CNS → hypotalamus → hypofýza → periférne Endokrinné žľazy. Všetky prvky tohto systému sú kombinované spätná väzba. Funkcia časti žliaz s vnútornou sekréciou nie je pod regulačným vplyvom hormónov adenohypofýzy (napríklad prištítnych teliesok, pankreasu a pod.).
Hormóny vylučované žľazami s vnútornou sekréciou sa viažu na plazmatické transportné proteíny alebo sú v niektorých prípadoch adsorbované na krvných bunkách a dodávané do orgánov a tkanív, čo ovplyvňuje ich funkciu a metabolizmus. Niektoré orgány a tkanivá sú veľmi citlivé na hormóny, preto sa nazývajú cieľových orgánov alebo tkanív–ciele. Hormóny ovplyvňujú doslova všetky aspekty metabolizmu, funkcií a štruktúr v tele.
Podľa moderných koncepcií je pôsobenie hormónov založené na stimulácii alebo inhibícii katalytickej funkcie určitých enzýmov. Tento účinok sa dosahuje aktiváciou alebo inhibíciou už existujúcich enzýmov v bunkách urýchlením ich syntézy aktiváciou génov. Hormóny môžu zvyšovať alebo znižovať priepustnosť bunkových a subcelulárnych membrán pre enzýmy a iné biologicky aktívne látky, čím uľahčujú alebo inhibujú pôsobenie enzýmu.
Existujú nasledujúce typy mechanizmu účinku hormónov: membránový, membránovo-intracelulárny a intracelulárny (cytosolický).
Membránový mechanizmus . Hormón sa viaže na bunkovú membránu a v mieste väzby mení svoju priepustnosť pre glukózu, aminokyseliny a niektoré ióny. V tomto prípade hormón pôsobí ako efektor membránových vehikúl. Inzulín to robí zmenou transportu glukózy. Ale tento typ transportu hormónov sa zriedka vyskytuje izolovane. Inzulín má napríklad membránový aj membránovo-intracelulárny mechanizmus účinku.
Membránovo-intracelulárny mechanizmus . Podľa membránovo-intracelulárneho typu pôsobia hormóny, ktoré neprenikajú do bunky, a preto ovplyvňujú metabolizmus cez vnútrobunkový chemický mediátor. Patria sem proteín-peptidové hormóny (hormóny hypotalamu, hypofýzy, pankreasu a prištítnych teliesok, tyrokalcitonín štítnej žľazy); deriváty aminokyselín (hormóny drene nadobličiek - adrenalín a norepinefrín, hormóny štítnej žľazy - tyroxín, trijódtyronín).
Funkcie intracelulárnych chemických poslov hormónov vykonávajú cyklické nukleotidy - cyklické 3 ׳ ,5׳ – adenozínmonofosfát (cAMP) a cyklický 3 ׳ ,5׳ – guanozínmonofosfát (cGMP), ióny vápnika.
Hormóny ovplyvňujú tvorbu cyklických nukleotidov: cAMP - cez adenylátcyklázu, cGMP - cez guanylátcyklázu.
Adenylátcykláza je zabudovaná do bunkovej membrány a pozostáva z 3 vzájomne prepojených častí: receptor (R), reprezentovaný súborom membránových receptorov umiestnených mimo membrány, konjugačný (N), reprezentovaný špeciálnym N-proteínom umiestneným v lipidovej vrstve membrána a katalytický (C), čo je enzymatický proteín, teda vlastne adenylátcykláza, ktorá premieňa ATP (adenozíntrifosfát) na cAMP.
Adenylátcykláza funguje podľa nasledujúcej schémy. Akonáhle sa hormón naviaže na receptor (R) a vznikne komplex hormón-receptor, dôjde k vytvoreniu komplexu N-proteín-GTP (guanozíntrifosfát), ktorý aktivuje katalytickú (C) časť adenylátceklázy. Aktivácia adenylátcyklázy vedie k tvorbe cAMP vo vnútri bunky na vnútornom povrchu ATP membrány.
Dokonca aj jedna molekula hormónu naviazaná na receptor spôsobuje, že adenylátcykláza funguje. V tomto prípade sa vo vnútri bunky vytvorí 10-100 molekúl cAMP na molekulu naviazaného hormónu. Adenylátcykláza zostáva aktívna, pokiaľ existuje komplex hormón-receptor. Guanylátcykláza funguje podobným spôsobom.
V cytoplazme bunky sú neaktívne proteínkinázy. Cyklické nukleotidy, cAMP a GMP, aktivujú proteínkinázy. Existujú cAMP-dependentné a cGMP-dependentné proteínkinázy, ktoré sú aktivované ich cyklickým nukleotidom. V závislosti od membránového receptora, ktorý viaže určitý hormón, sa zapína buď adenylátceláza alebo guanylátceláza a vzniká buď cAMP alebo cGMP.
Väčšina hormónov pôsobí prostredníctvom cAMP a iba oxytocín, tyrokalcitonín, inzulín a adrenalín pôsobia prostredníctvom cGMP.
Pomocou aktivovaných proteínkináz sa uskutočňujú dva typy regulácie enzýmovej aktivity: aktivácia už existujúcich enzýmov kovalentnou modifikáciou, to znamená fosforyláciou; zmena množstva enzymatického proteínu v dôsledku zmeny rýchlosti jeho biosyntézy.
Vplyv cyklických nukleotidov na biochemické procesy je ukončený vplyvom špeciálneho enzýmu fosfodiesterázy, ktorý ničí cAMP a cGMP. Ďalší enzým - fosfoproteín fosfáza - ničí výsledok pôsobenia proteínkinázy, to znamená, že štiepi kyselinu fosforečnú z enzymatických proteínov, v dôsledku čoho sa stávajú neaktívnymi.
Vo vnútri bunky je veľmi málo iónov vápnika, ale mimo bunky je ich viac. Pochádzajú z extracelulárneho prostredia cez vápnikové kanály v membráne. V bunke vápnik interaguje s proteínom kalmodulínom (CM) viažucim vápnik. Tento komplex mení aktivitu enzýmov, čo vedie k zmene fyziologických funkcií buniek. Prostredníctvom iónov vápnika pôsobia hormóny oxytocín, inzulín, prostaglandín F 2α. Citlivosť tkanív a orgánov na hormóny teda závisí od membránových receptorov a ich špecifický regulačný účinok je určený intracelulárnym mediátorom.
Intracelulárny (cytosolický) mechanizmus účinku . Je charakteristický pre steroidné hormóny (kortikosteroidy, pohlavné hormóny – androgény, estrogény a gestagény). Steroidné hormóny interagujú s receptormi umiestnenými v cytoplazme. Vzniknutý komplex hormón-receptor sa prenesie do jadra a pôsobí priamo na genóm, pričom stimuluje alebo inhibuje jeho aktivitu, t.j. pôsobí na syntézu DNA zmenou rýchlosti transkripcie a množstva informačnej (matrix) RNA (mRNA). Zvýšenie alebo zníženie množstva mRNA ovplyvňuje syntézu proteínov počas translácie, čo vedie k zmene funkčnej aktivity bunky.
