Mechanizmus účinku hormónov. Klasifikácia hormónov

Hormóny sa podieľajú na riadení metabolizmu nasledovným spôsobom. Tok informácií o stave vnútorného prostredia organizmu a o zmenách spojených s vonkajšími vplyvmi vstupuje do nervového systému, kde sa spracováva a vytvára sa signál odozvy. Do efektorových orgánov sa dostáva vo forme nervových impulzov pozdĺž nervov cetrigeus a nepriamo cez endokrinný systém.

Miestom, kde sa toky nervových a endokrinných informácií spájajú, je hypotalamus – prichádzajú sem nervové impulzy z rôznych častí mozgu. Určujú produkciu a sekréciu hormónov hypotalamu, ktoré zase prostredníctvom hypofýzy ovplyvňujú produkciu hormónov periférnymi žľazami s vnútornou sekréciou. Hormóny periférnych žliaz, najmä drene nadobličiek, riadia sekréciu hypotalamu. V konečnom dôsledku je obsah hormónu v krvnom obehu udržiavaný podľa princípu samoregulácie. Vysoká hladina hormónu vypína alebo oslabuje jeho tvorbu mechanizmom negatívnej spätnej väzby, nízka zvyšuje produkciu.

Hormóny pôsobia selektívne na tkanivá v dôsledku nerovnakej citlivosti tkanív na ne. Orgány a bunky, ktoré sú najcitlivejšie na vplyv určitého hormónu, sa nazývajú cieľ hormónu (cieľový orgán alebo cieľová bunka).

Koncept cieľového tkaniva. Cieľové tkanivo je tkanivo, v ktorom hormón vyvoláva špecifickú fyziologickú (biochemickú) odpoveď Celkovú odpoveď cieľového tkaniva na hormón určuje množstvo faktorov. V prvom rade ide o lokálnu koncentráciu hormónu v blízkosti cieľového tkaniva, ktorá závisí od:

1. rýchlosť syntézy a sekrécie hormónu;

2. anatomická blízkosť cieľového tkaniva k zdroju hormónu;

3. väzbové konštanty hormónu so špecifickým nosným proteínom (ak taký existuje);

4. rýchlosť premeny neaktívnej alebo neaktívnej formy hormónu na aktívnu;

5. rýchlosť vymiznutia hormónu z krvi v dôsledku rozkladu alebo vylučovania.

Skutočná odpoveď tkaniva je určená:

Relatívna aktivita a (alebo) stupeň obsadenia špecifických receptorov

Stav senzibilizácie - desentácia bunky.

Špecifickosť hormónov vo vzťahu k cieľovým bunkám je spôsobená ich prítomnosťou v bunkách špecifické r-receptory.

Všetky hormonálne receptory možno rozdeliť do 2 typov:

1) lokalizované na vonkajšom povrchu bunkovej membrány;

2) bunky umiestnené v cytoplazme.

Vlastnosti receptora:

Jasná substrátová špecifickosť;

Sýtosť;

Afinita k hormónu v medziach biologických koncentrácií hormónu;

reverzibilita pôsobenia.

V závislosti od toho, kde sa v bunke informácie prenášajú, možno rozlíšiť nasledovné: varianty účinku hormónov:

1) Membrána (lokálna).

2) Membránovo-intracelulárne alebo sprostredkované.

3) Cytoplazmatické (priame).

Typ membrányúčinok sa realizuje v mieste väzby hormónu na plazmatickú membránu a spočíva v selektívnej zmene jeho permeability. Podľa mechanizmu účinku pôsobí hormón v tomto prípade ako alosterický efektor membránových transportných systémov. Napríklad transmembránový prenos glukózy je zabezpečený pôsobením inzulínu, aminokyselín a niektorých iónov. Zvyčajne sa membránový typ účinku kombinuje s membránovo-intracelulárnym.

Membránovo-intracelulárne pôsobenie hormónov sa vyznačuje tým, že hormón nepreniká do bunky, ale ovplyvňuje výmenu v nej cez sprostredkovateľa, ktorý je akoby zástupcom hormónu v bunke – sekundárnym sprostredkovateľom (primárnym sprostredkovateľom je napr. samotný hormón). Cyklické nukleotidy (cAMP, cGMP) a vápenaté ióny pôsobia ako sekundárni poslovia.

Regulácia je zložitý komplexný mechanizmus, ktorý reaguje na rôzne druhy vplyvov zmenou metabolizmu a udržiavaním stálosti vnútorného prostredia.

Regulácia prostredníctvom cAMP alebo cGMP. Enzým je uložený v cytoplazmatickej membráne bunky adenylátcykláza, pozostávajúca z 3 častí - rozpoznávacích(súbor receptorov umiestnených na povrchu membrány), konjugácia(N-proteín, ktorý zaujíma medzipolohu v lipidovej dvojvrstve membrány medzi receptorom a katalytickou časťou) a katalytický(v skutočnosti enzymatický proteín, ktorého aktívne centrum je obrátené vo vnútri bunky). Katalytický proteín má oddelené miesta pre väzbu cAMP a cGMP.

Prenos informácií, ktorých zdrojom je hormón, prebieha takto:

Hormón sa viaže na receptor;

Komplex hormón-receptor interaguje s N-proteínom a mení jeho konfiguráciu;

Zmena konfigurácie vedie k premene GDP (prítomného v neaktívnom proteíne) na GTP;

Komplex proteín-GTP aktivuje samotnú adenylátcyklázu;

Aktívna adenylátcykláza generuje cAMP vo vnútri bunky (ATP ¾® cAMP + H 4 P 2 O 7)

Adenylátcykláza funguje, pokiaľ je komplex hormón-receptor zachovaný, takže jedna molekula komplexu má čas na vytvorenie 10 až 100 molekúl cAMP.

Syntéza cGMP sa spúšťa rovnakým spôsobom, len s tým rozdielom, že komplex hormón-receptor aktivuje guanylátcyklázu, ktorá z GTP produkuje cGMP.

Cyklické nukleotidy aktivujú proteínkinázy (cAMP-dependentné alebo cGMP-dependentné);

Aktivované proteínkinázy fosforylujú rôzne proteíny na úkor ATP;

Fosforylácia je sprevádzaná zmenou funkčnej aktivity (aktivácia alebo inhibícia) týchto proteínov.

Cyklické nukleotidy (cAMP a cGMP) pôsobia na rôzne proteíny, takže účinok závisí od membránového receptora, ktorý viaže hormón. Povaha receptora určuje, či sa zmení aktivita cAMP- alebo cGMP-dependentných enzýmových proteínov. Tieto nukleotidy majú často opačné účinky. Preto môžu byť biochemické procesy v bunke pod vplyvom jedného hormónu aktivované alebo inhibované v závislosti od toho, aké receptory bunka má. Napríklad adrenalín sa môže viazať na b- a a-receptory. Prvé zahŕňajú adenylátcyklázu a tvorbu cAMP, druhé zahŕňajú guanylátcyklázu a tvorbu cGMP. Cyklické nukleotidy aktivujú rôzne proteíny, takže povaha metabolických zmien v bunke nezávisí od hormónu, ale od receptorov, ktoré bunka má.

Vplyv cyklických nukleotidov na metabolizmus zastavujú enzýmy fosfodiesterázy.

Proces riadený systémom adenylátcyklázy teda závisí od pomeru medzi rýchlosťou produkcie cAMP alebo cGMP a rýchlosťou ich rozpadu.

Mechanizmus účinku hormónov, vrátane systému adenylátcyklázy, je vlastný hormónom proteínovej a polypeptidovej povahy, ako aj katecholamínom (adrenalín, norepinefrín).

Cytoplazmatický mechanizmus účinku je vlastný hormónom steroidnej povahy.

Receptory steroidných hormónov sa nachádzajú v cytoplazme bunky. Tieto hormóny (majú lipofilné vlastnosti), prenikajúce do bunky, interagujú s receptormi za vzniku komplexu hormón-receptor, ktorý po molekulárnej prestavbe vedúcej k jeho aktivácii vstupuje do bunkového jadra, kde interaguje s chromatínom. V tomto prípade dochádza k aktivácii génu a následne k rozvoju reťazca procesov sprevádzaných zvýšenou syntézou RNA, vrátane informačných. To vedie k indukcii zodpovedajúcich enzýmov počas translačného procesu, čo má za následok zmenu rýchlosti a smeru metabolických procesov v bunke.

Hormonálny efekt sa teda v tomto prípade realizuje na úrovni genetického aparátu cieľovej bunky.

Biologické účinky hormónov, ktoré ovplyvňujú genetický aparát bunky, sa prejavujú najmä vplyvom na rast a diferenciáciu tkanív a orgánov.

Pre jódtyroníny je charakteristický zmiešaný typ prenosu informácií(hormóny štítnej žľazy), ktoré z hľadiska lipofilných vlastností zaujímajú medzipolohu medzi vo vode rozpustnými a lipofilnými (steroidnými) hormónmi. Táto skupina hormónov realizuje svoj účinok tak membránovo-intracelulárnym, ako aj cytosolickým mechanizmom.

Pojem „hormón“ spočiatku označoval chemikálie, ktoré vylučujú endokrinné žľazy do lymfatických alebo krvných ciev, cirkulujú v krvi a pôsobia na rôzne orgány a tkanivá nachádzajúce sa v značnej vzdialenosti od miesta ich vzniku. Ukázalo sa však, že niektoré z týchto látok (napríklad norepinefrín), cirkulujúce v krvi ako hormóny, plnia funkciu neurotransmitera (neurotransmiter), zatiaľ čo iné (somatostatín) sú hormóny aj neurotransmitery. Niektoré chemikálie sú navyše vylučované žľazami alebo bunkami s vnútornou sekréciou vo forme prohormónov a len na periférii sa premieňajú na biologicky aktívne hormóny (testosterón, tyroxín, angiotenzinogén atď.).

Hormóny v širšom zmysle slova sú biologicky aktívne látky a nosiče špecifických informácií, prostredníctvom ktorých sa uskutočňuje komunikácia medzi rôznymi bunkami a tkanivami, ktorá je potrebná na reguláciu mnohých telesných funkcií. Informácie obsiahnuté v hormónoch sa dostanú na miesto určenia vďaka prítomnosti receptorov, ktoré ich prevedú do postreceptorového pôsobenia (vplyvu), sprevádzaného určitým biologickým účinkom.

V súčasnosti sa rozlišujú tieto možnosti pôsobenia hormónov:

1) hormonálne, alebo hemokrinné, t.j. pôsobenie v značnej vzdialenosti od miesta formácie;

2) izokrinné alebo lokálne, keď chemická látka syntetizovaná v jednej bunke má účinok na bunku umiestnenú v tesnom kontakte s prvou a uvoľňovanie tejto látky sa uskutočňuje do intersticiálnej tekutiny a krvi;

3) neurokrinný alebo neuroendokrinný (synaptický a nesynaptický) účinok, keď hormón, uvoľňovaný z nervových zakončení, plní funkciu neurotransmitera alebo neuromodulátora, t.j. látka, ktorá mení (zvyčajne zvyšuje) pôsobenie neurotransmitera;

4) parakrinný - druh izokrinného pôsobenia, ale súčasne hormón vytvorený v jednej bunke vstupuje do medzibunkovej tekutiny a ovplyvňuje množstvo buniek umiestnených v tesnej blízkosti;

5) juxtakrín - druh parakrinného pôsobenia, keď hormón nevstupuje do medzibunkovej tekutiny a signál sa prenáša cez plazmatickú membránu blízkej inej bunky;

6) autokrinné pôsobenie, keď hormón uvoľnený z bunky ovplyvňuje tú istú bunku a mení jej funkčnú aktivitu;

7) solinocrinné pôsobenie, keď hormón z jednej bunky vstúpi do lúmenu vývodu a tak sa dostane k ďalšej bunke, pričom má na ňu špecifický účinok (napríklad niektoré gastrointestinálne hormóny).

Syntéza proteínových hormónov, podobne ako iných proteínov, je pod genetickou kontrolou a typické cicavčie bunky exprimujú gény, ktoré kódujú 5 000 až 10 000 rôznych proteínov, a niektoré vysoko diferencované bunky až 50 000 proteínov. Akákoľvek syntéza proteínov začína transpozíciou segmentov DNA, po ktorej nasleduje transkripcia, posttranskripčné spracovanie, translácia, posttranslačné spracovanie a modifikácia. Mnohé polypeptidové hormóny sa syntetizujú vo forme veľkých prohormónových prekurzorov (proinzulín, proglukagón, proopiomelanokortín atď.). Premena prohormónov na hormóny sa uskutočňuje v Golgiho aparáte.

Podľa chemickej povahy sa hormóny delia na proteínové, steroidné (alebo lipidové) a deriváty aminokyselín.

Proteínové hormóny sa delia na peptidové hormóny: ACTH, somatotropný (STH), melanocyty stimulujúci (MSH), prolaktín, parathormón, kalcitonín, inzulín, glukagón, a proteín - glukoproteíny: tyreotropný (TSH), folikuly stimulujúci (FSH), luteinizačný (LH), tyreoglobulín. Hypofyziotropné hormóny a hormóny gastrointestinálneho traktu patria medzi oligopeptidy, čiže malé peptidy. Steroidné (lipidové) hormóny zahŕňajú kortikosterón, kortizol, aldosterón, progesterón, estradiol, estriol, testosterón, ktoré sú vylučované kôrou nadobličiek a gonádami. Do tejto skupiny patria aj steroly vitamínu D, kalcitriol. Deriváty kyseliny arachidónovej sú, ako už bolo uvedené, prostaglandíny a patria do skupiny eikozanoidov. Adrenalín a norepinefrín, syntetizované v dreni nadobličiek a iných chromafinných bunkách, ako aj hormóny štítnej žľazy, sú derivátmi aminokyseliny tyrozínu. Proteínové hormóny sú hydrofilné a môžu byť transportované krvou ako vo voľnom stave, tak aj v čiastočne viazanom stave s krvnými proteínmi. Steroidné hormóny a hormóny štítnej žľazy sú lipofilné (hydrofóbne), vyznačujúce sa nízkou rozpustnosťou, väčšina z nich cirkuluje v krvi v stave viazanom na proteíny.

Hormóny vykonávajú svoj biologický účinok vytváraním komplexov s receptormi - informačnými molekulami, ktoré transformujú hormonálny signál na hormonálny účinok. Väčšina hormónov interaguje s receptormi umiestnenými na plazmatických membránach buniek, zatiaľ čo iné hormóny interagujú s receptormi lokalizovanými intracelulárne, t.j. s cytoplazmatickým a jadrovým.

Proteínové hormóny, rastové faktory, neurotransmitery, katecholamíny a prostaglandíny patria do skupiny hormónov, pre ktoré sú receptory umiestnené na plazmatických membránach buniek. Plazmatické receptory sa v závislosti od štruktúry delia na:

1) receptory, ktorých transmembránový segment pozostáva zo siedmich fragmentov (slučiek);

2) receptory, ktorých transmembránový segment pozostáva z jedného fragmentu (slučky alebo reťazca);

3) receptory, ktorých transmembránový segment pozostáva zo štyroch fragmentov (slučiek).

Hormóny, ktorých receptor pozostáva zo siedmich transmembránových fragmentov, zahŕňajú: ACTH, TSH, FSH, LH, choriový gonadotropín, prostaglandíny, gastrín, cholecystokinín, neuropeptid Y, neuromedín K, vazopresín, adrenalín (a-1 a 2, b-1 a 2), acetylcholín (M1, M2, M3 a M4), serotonín (1A, 1B, 1C, 2), dopamín (D1 a D2), angiotenzín, látka K, látka P alebo neurokinín typu 1, 2 a 3, trombín, interleukín- 8, glukagón, kalcitonín, sekretín, somatoliberín, VIP, peptid aktivujúci adenylát cyklázu hypofýzy, glutamát (MG1 - MG7), adenín.

Druhá skupina zahŕňa hormóny, ktoré majú jeden transmembránový fragment: rastový hormón, prolaktín, inzulín, somatoammotropín alebo placentárny laktogén, IGF-1, nervové rastové faktory alebo neurotrofíny, hepatocytový rastový faktor, atriálny natriuretický peptid typu A, B a C, onkostatín erytropoetín, ciliárny neurotrofický faktor, leukemický inhibičný faktor, tumor nekrotizujúci faktor (p75 a p55), nervový rastový faktor, interferóny (a, b a g), epidermálny rastový faktor, neurodiferenciačný faktor, fibroblastové rastové faktory, rastové faktory krvných doštičiek A a B , faktor stimulujúci kolónie makrofágov, aktivín, inhibín, interleukíny-2, 3, 4, 5, 6 a 7, faktor stimulujúci kolónie granulocytov-makrofágov, faktor stimulujúci kolónie granulocytov, lipoproteín s nízkou hustotou, transferín, IGF-2, urokinázový aktivátor plazminogénu.

Hormóny tretej skupiny, ktorých receptor má štyri transmembránové fragmenty, zahŕňajú acetylcholín (nikotínový sval a nerv), serotonín, glycín, kyselinu g-aminomaslovú.

Membránové receptory sú neoddeliteľnou súčasťou plazmatických membrán. Spojenie hormónu s príslušným receptorom sa vyznačuje vysokou afinitou, t.j. vysoký stupeň afinity receptora k tomuto hormónu.

Biologický účinok hormónov interagujúcich s receptormi lokalizovanými na plazmatickej membráne sa uskutočňuje za účasti „druhého posla“ alebo vysielača.

V závislosti od toho, ktorá látka plní svoju funkciu, možno hormóny rozdeliť do nasledujúcich skupín:

1) hormóny, ktoré majú biologický účinok za účasti cyklického adenozínmonofosfátu (cAMP);

2) hormóny, ktoré vykonávajú svoju činnosť za účasti cyklického guanidínmonofosfátu (cGMP);

3) hormóny, ktoré sprostredkovávajú svoj účinok za účasti ionizovaného vápnika alebo fosfatidylinozitídov (inozitoltrifosfát a diacylglycerol) alebo oboch zlúčenín ako intracelulárneho druhého posla;

4) hormóny, ktoré uplatňujú svoj účinok stimuláciou kaskády kináz a fosfatáz.

Mechanizmy zapojené do tvorby druhých poslov fungujú prostredníctvom aktivácie adenylátcyklázy, guanylátcyklázy, fosfolipázy C, fosfolipázy A2, tyrozínkináz, Ca2+ kanálov atď.

Kortikoliberín, somatoliberín, VIP, glukagón, vazopresín, LH, FSH, TSH, ľudský choriový gonadotropín, ACTH, parathormón, prostaglandíny typu E, D a I, b-adrenergné katecholamíny majú hormonálny účinok prostredníctvom aktivácie receptora prostredníctvom stimulácie adenylátcyklázy -cAMP systém. Súčasne ďalšia skupina hormónov, ako je somatostatín, angiotenzín II, acetylcholín (muskarínový účinok), dopamín, opioidy a a2-adrenergné katecholamíny, inhibuje systém adenylátcykláza-cAMP.

Pri tvorbe druhých poslov pre hormóny ako gonadoliberín, tyroliberín, dopamín, tromboxány A2, endoperoxidy, leukotriény, aggiotenzín II, endotelín, parathormón, neuropeptid Y, a1-adrenergné katecholamíny, acetylcholín, bradykinín, Cfosfopresínový systém inozitol trifosfát, proteín kináza C závislá od Ca2+. Inzulín, faktor stimulujúci kolónie makrofágov, rastový faktor odvodený od krvných doštičiek sprostredkúvajú svoje pôsobenie prostredníctvom tyrozínkinázy a atriálneho natriuretického hormónu, histamínu, acetylcholínu, bradykinínu, faktora odvodeného od endotelu alebo dusičnanu oxid, ktorý zase sprostredkováva vazodilatačný účinok bradykinínu, a acetylcholínu prostredníctvom guanylátcyklázy. Je potrebné poznamenať, že rozdelenie hormónov podľa princípu aktivácie systémov alebo jedného alebo druhého druhého posla je podmienené, pretože veľa hormónov po interakcii s receptorom súčasne aktivuje niekoľko druhých poslov.

Väčšina hormónov, ktoré interagujú s plazmatickými receptormi, ktoré majú 7 transmembránových fragmentov, aktivuje druhých poslov prostredníctvom väzby na guanylátové nukleotidové proteíny alebo G-proteíny alebo regulačné proteíny (G-proteíny), čo sú heterotrimérne proteíny pozostávajúce z a-, b-, g-podjednotiek . Bolo identifikovaných viac ako 16 génov kódujúcich a-podjednotku, niekoľko génov pre b- a g-podjednotky. Rôzne typy a-podjednotiek majú neidentické účinky. Takže a-s-podjednotka inhibuje adenylátcyklázu a Ca2+ kanály, a-q-podjednotka inhibuje fosfolipázu C, a-i-podjednotka inhibuje adenylátcyklázu a Ca2+ kanály a stimuluje fosfolipázu C, K+ kanály a fosfodiesterázu; b-podjednotka stimuluje fosfolipázu C, adenylátcyklázu a Ca2+ kanály, zatiaľ čo g-podjednotka stimuluje K+ kanály, fosfodiesterázu a inhibuje adenylátcyklázu. Presná funkcia iných podjednotiek regulačných proteínov ešte nebola stanovená.

Hormóny tvoriace komplex s receptorom s jedným transmembránovým fragmentom aktivujú intracelulárne enzýmy (tyrozínkináza, guanylátcykláza, serín-treonínkináza, tyrozínfosfatáza). Hormóny, ktorých receptory majú 4 transmembránové fragmenty, vykonávajú prenos hormonálneho signálu cez iónové kanály.

Nedávne štúdie ukázali, že druhí poslovia nie sú jednou z uvedených zlúčenín, ale viacstupňovým (kaskádovým) systémom, ktorého konečným substrátom (látkou) môže byť jedna alebo viacero biologicky aktívnych zlúčenín. Hormóny interagujúce s receptormi, ktoré majú 7 transmembránových fragmentov a aktivujú G-proteín, potom stimulujú adenylátcyklázu, fosfolipázu alebo oba enzýmy, čo vedie k tvorbe niekoľkých druhých poslov: cAMP, inozitoltrifosfát a diacylglycerol. K dnešnému dňu je táto skupina zastúpená najväčším počtom (viac ako 100) receptorov, ktoré zahŕňajú peptidergné, dopamínergné, adrenergné, cholinergné, serotonergné a iné receptory. V týchto receptoroch sú 3 extracelulárne fragmenty (slučky) zodpovedné za rozpoznanie a väzbu hormónu, 3 intracelulárne fragmenty (slučky) viažu G-proteín. Transmembránové (intramembránové) domény sú hydrofóbne, zatiaľ čo extra- a intracelulárne fragmenty (slučky) sú hydrofilné. C-terminálny cytoplazmatický koniec receptorového polypeptidového reťazca obsahuje miesta, kde pod vplyvom aktivovaných G-proteínov dochádza k fosforylácii, charakterizujúcej aktívny stav receptora so súčasnou tvorbou sekundárnych poslov: cAMP, inozitoltrifosfát a diacylglycerol.

Interakcia hormónu s receptorom, ktorý má jeden transmembránový fragment, vedie k aktivácii enzýmov (tyrozínkináza, fosfáttyrozínfosfatáza, atď.), ktoré fosforylujú tyrozínové zvyšky na proteínových molekulách.

Komplexácia hormónu s receptorom, ktorý patrí do tretej skupiny a má 4 transmembránové fragmenty, vedie k aktivácii iónových kanálov a vstupu iónov, čo následne buď stimuluje (aktivuje) serín-treonín kinázy sprostredkúvajúce fosforyláciu určitých proteínových oblastí, alebo vedie k depolarizácii membrány. Prenos signálu ktorýmkoľvek z uvedených mechanizmov je sprevádzaný účinkami charakteristickými pre pôsobenie jednotlivých hormónov.

História štúdia druhých poslov sa začína štúdiami Sutherlanda a kol., (1959), ktorí ukázali, že štiepenie pečeňového glykogénu pod vplyvom glukagónu a adrenalínu nastáva stimulačným účinkom týchto hormónov na aktivitu bunky. membránový enzým adenylátcykláza, ktorý katalyzuje premenu intracelulárneho adenozíntrifosfátu (ATP) na cAMP (schéma 1).

Schéma 1. Konverzia ATP na cAMP.

Samotná adenylátcykláza je glykoproteín s molekulovou hmotnosťou približne 150 000 kDa. Adenylátcykláza sa spolu s Mg2+ iónmi podieľa na tvorbe cAMP, ktorého koncentrácia v bunke je asi 0,01-1 µg mol/l, pričom obsah ATP v bunke dosahuje úroveň až 1 µg mol/l.

K tvorbe cAMP dochádza pomocou systému adenylátcyklázy, ktorý je jednou zo zložiek receptora. Interakcia hormónu s receptorom prvej skupiny (receptory majúce 7 transmembránových fragmentov) zahŕňa aspoň 3 po sebe nasledujúce stupne: 1) aktiváciu receptora, 2) prenos hormonálneho signálu a 3) bunkové pôsobenie.

Prvým stupňom alebo úrovňou je interakcia hormónu (ligandu) s receptorom, ktorá sa uskutočňuje prostredníctvom iónových a vodíkových väzieb a hydrofóbnych zlúčenín zahŕňajúcich aspoň 3 membránové molekuly G-proteínu alebo regulačného proteínu pozostávajúceho z -, b- a g- podjednotky. To následne aktivuje membránovo viazané enzýmy (fosfolipáza C, adenylátcykláza) s následnou tvorbou 3 sekundárnych poslov: inozitoltrifosfát, diacylglycerol a cAMP.

Systém adenylátcyklázy receptora sa skladá z 3 zložiek: zo samotného receptora (jeho stimulačná a inhibičná časť), z regulačného proteínu s jeho a-, b- a g-podjednotkami a z katalytickej podjednotky (samotná adenylátcykláza), ktorá v normálnom (t.j. nestimulovanom) stave oddelené od seba (schéma 2). Receptor (obe jeho časti - stimulačná a inhibičná) sa nachádza na vonkajšom a regulačná jednotka - na vnútornom povrchu plazmatickej membrány. Regulačná jednotka alebo G proteín je v neprítomnosti hormónu viazaný guanozíndifosfátom (GDP). Komplexácia hormónu s receptorom spôsobuje disociáciu komplexu G-proteín-GDP a interakciu G-proteínu, konkrétne jeho a-podjednotky s guanozíntrifosfátom (GTP) a súčasnú tvorbu b/g-podjednotky. komplex, ktorý je schopný vyvolať určité biologické účinky. Komplex GTP-a-podjednotky, ako už bolo uvedené, aktivuje adenylátcyklázu a následnú tvorbu cAMP. Tá už aktivuje proteínkinázu A so zodpovedajúcou fosforyláciou rôznych proteínov, čo sa prejavuje aj určitým biologickým efektom. Okrem toho aktivovaný komplex GTP-a-podjednotky v niektorých prípadoch reguluje stimuláciu fosfolipázy C, cGMP, fosfodiesterázy, Ca2+ a K+ kanálov a má inhibičný účinok na Ca2+ kanály a adenylátcyklázu.

Schéma 2. Mechanizmus účinku proteínových hormónov aktiváciou cAMP (vysvetlivky v texte).

PC je receptor, ktorý viaže stimulačný hormón,

St je stimulačný hormón

Ru je receptor, ktorý viaže inhibičný hormón,

Ug - tlmivý hormón,

Ac-adenylátcykláza,

Gy - proteín inhibujúci hormóny,

Gc je hormón stimulujúci proteín.

Úlohou hormónu je teda nahradiť komplex G-proteín-GDP komplexom G-proteín-GTP. Ten aktivuje katalytickú podjednotku a prevedie ju do stavu s vysokou afinitou ku komplexu ATP-Mg2+, ktorý sa rýchlo premieňa na cAMP. Súčasne s aktiváciou adenylátcyklázy a tvorbou cAMP spôsobuje komplex G-proteín-GTP disociáciu komplexu hormón-receptor znížením afinity receptora k hormónu.

Výsledný cAMP zase aktivuje proteínkinázy závislé od cAMP. Sú to enzýmy, ktoré vykonávajú fosforyláciu zodpovedajúcich proteínov, t.j. prenos fosfátovej skupiny z ATP na hydroxylovú skupinu serínu, treonínu alebo tyrozínu, ktoré sú súčasťou molekuly proteínu. Takto fosforylované proteíny priamo vykonávajú biologický účinok hormónu.

Teraz sa zistilo, že regulačné proteíny sú reprezentované viac ako 50 rôznymi proteínmi schopnými vytvárať komplexy s GTP, ktoré sa delia na G-proteíny s nízkou molekulovou hmotnosťou (20-25 kDa) a vysokomolekulárne G-proteíny pozostávajúce z 3 podjednotky (a - c molová hmotnosť 39-46 kDa, b - 37 kDa a g-podjednotka - 8 kDa). A-podjednotka je v podstate GTPáza, ktorá hydrolyzuje GTP na GDP a voľný anorganický fosfát. b- a g-podjednotky sa podieľajú na tvorbe aktívneho komplexu po interakcii ligandu s príslušným receptorom. Uvoľnením GDP na svojich väzbových miestach spôsobuje a-podjednotka disociáciu a deaktiváciu aktívneho komplexu, keďže opätovné spojenie a-podjednotky - GDP s b- a g-podjednotkami vracia adenylátcyklázový systém do pôvodného stavu. Zistilo sa, že a-podjednotka G-proteínu v rôznych tkanivách je reprezentovaná 8, b-4 a g-6 formami. Disociácia podjednotiek G-proteínu v bunkovej membráne môže viesť k súčasnej tvorbe a interakcii rôznych signálov, ktoré majú biologické účinky rôznej sily a kvality na konci systému.

Samotná adenylátcykláza je glykoproteín s molekulovou hmotnosťou 115-150 kDa. V rôznych tkanivách bolo identifikovaných 6 jeho izoforiem, ktoré interagujú s a-, b- a g-podjednotkami, ako aj s Ca2+ kalmodulínom. V niektorých typoch receptorov bol okrem regulačných stimulačných (Gs) a regulačných inhibičných (GI) proteínov identifikovaný ďalší proteín, transducín.

Úloha regulačných proteínov pri prenose hormonálneho signálu je veľká, štruktúra týchto proteínov sa porovnáva s „kazetou“ a rôznorodosť odozvy je spojená s vysokou pohyblivosťou regulačného proteínu. Niektoré hormóny teda môžu súčasne aktivovať G aj Gi v rôznej miere. Okrem toho interakcia niektorých hormónov s receptorovými regulačnými proteínmi spôsobuje expresiu zodpovedajúcich proteínov, ktoré regulujú úroveň a stupeň hormonálnej odozvy. Aktivácia regulačných proteínov, ako je uvedené vyššie, je dôsledkom ich disociácie z komplexu hormón-receptor. V niektorých receptorových systémoch sa na tejto interakcii podieľa až 20 alebo viac regulačných proteínov, ktoré okrem stimulácie tvorby cAMP súčasne aktivujú vápnikové kanály.

Určitý počet receptorov, ktoré patria do prvej skupiny, ktoré majú 7 transmembránových fragmentov, sprostredkúva svoje pôsobenie sekundárnymi poslami súvisiacimi s derivátmi fosfatidylinozitolu: inozitoltrifosfátom a diacylglycerolom. Inozitoltrifosfát riadi bunkové procesy tvorbou intracelulárneho vápnika. Tento mediátorový systém môže byť aktivovaný dvoma spôsobmi, a to prostredníctvom regulačného proteínu alebo fosfotyrozínových proteínov. V oboch prípadoch dochádza k ďalšej aktivácii fosfolipázy C, ktorá hydrolyzuje polyfosfoinozidový systém. Tento systém, ako je uvedené vyššie, zahŕňa dvoch intracelulárnych druhých poslov, ktoré sú odvodené od membránovo viazaného polyfosfoinozidu nazývaného fosfatidylinozitol-4,5-bisfosfát (FIF2). Komplexácia hormónu s receptorom spôsobuje hydrolýzu PIF2 fosforylázou, čo vedie k tvorbe týchto poslov – inozitoltrifosfátu (IP3) a diacylglycerolu. IP3 podporuje zvýšenie hladiny intracelulárneho vápnika, predovšetkým v dôsledku jeho mobilizácie z endoplazmatického retikula, kde je lokalizovaný v takzvaných kalciozómoch, a potom v dôsledku vstupu extracelulárneho vápnika do bunky. Diacylglycerol zasa aktivuje špecifické proteínkinázy a najmä proteínkinázu C. Tá fosforyluje určité enzýmy zodpovedné za konečný biologický efekt. Je možné, že deštrukcia PIF2 spolu s uvoľnením dvoch poslov a zvýšením obsahu intracelulárneho vápnika indukuje aj tvorbu prostaglandínov, ktoré sú potenciálnymi stimulátormi cAMP.

Tento systém sprostredkováva pôsobenie takých hormónov ako histamín, serotonín, prostaglandíny, vazopresín, cholecystokinín, somatoliberín, tyroliberín, oxytocín, parathormón, neuropeptid Y, substancia P, angiotenzín II, katecholamíny, ktoré pôsobia cez a1-adrenergné receptory atď.

Skupina enzýmu fosfolipázy C zahŕňa až 16 izoforiem, ktoré sa ďalej delia na b-, g- a d-fosfolipázu C. Ukázalo sa, že b-fosfolipáza C interaguje s regulačnými proteínmi a g-fosfolipáza C interaguje s tyrozínkinázy.

Inozitoltrifosfát pôsobí prostredníctvom svojich vlastných špecifických tetramérnych receptorov s molekulovou hmotnosťou 4x313 kDa. Po vytvorení komplexu s takýmto receptorom boli identifikované takzvané „veľké“ inozitoltrifosfátové receptory alebo ryanodínové receptory, ktoré tiež patria k tetramérom a majú molekulovú hmotnosť 4x565 kDa. Je možné, že vnútrobunkové vápnikové kanály ryanodínových receptorov sú regulované novým druhým messengerom, cADP-ribózou (L. Meszaros et al., 1993). Tvorba tohto posla je sprostredkovaná cGMP a oxidom dusnatým (NO), ktorý aktivuje cytoplazmatickú guanylátcyklázu. Oxid dusnatý teda môže byť jedným z prvkov prenosu hormonálneho pôsobenia za účasti iónov vápnika.

Ako viete, vápnik sa nachádza vo vnútri bunky v stave viazanom na proteín a vo voľnej forme v extracelulárnej tekutine. Boli identifikované intracelulárne proteíny viažuce vápnik, ako je kalretikulín a kalsekvestrín. Vnútrobunkový voľný vápnik, ktorý pôsobí ako druhý posol, vstupuje z extracelulárnej tekutiny cez vápnikové kanály plazmatickej membrány bunky alebo sa uvoľňuje intracelulárne väzbou na proteín. Intracelulárny voľný vápnik ovplyvňuje zodpovedajúce fosforylázové kinázy iba vtedy, keď je naviazaný na intracelulárny kalmodulínový proteín (schéma 3).

Schéma 3. Mechanizmus účinku proteínových hormónov cez CA2+ (vysvetlivky v texte) P - receptor; G - hormón; Ca + proteín - intracelulárny vápnik vo forme viazanej na proteín.

Kalmodulín, receptorový proteín s vysokou afinitou ku vápniku, pozostáva zo 148 aminokyselinových zvyškov a je prítomný vo všetkých jadrových bunkách. Jeho molekulová hmotnosť (mol.m.) je 17000 kDa, každá molekula má 4 receptory pre väzbu vápnika.

V stave funkčného pokoja je koncentrácia voľného vápnika v extracelulárnej tekutine vyššia ako vo vnútri bunky v dôsledku fungovania kalciovej pumpy (ATPázy) a transportu vápnika z bunky do medzibunkovej tekutiny. Počas tohto obdobia je kalmodulín v neaktívnej forme. Komplexácia hormónu s receptorom vedie k zvýšeniu intracelulárnej hladiny voľného vápnika, ktorý sa viaže na kalmodulín, premieňa ho na aktívnu formu a ovplyvňuje proteíny alebo enzýmy citlivé na vápnik, zodpovedné za zodpovedajúci biologický účinok hormónu.

Zvýšená hladina vnútrobunkového vápnika potom stimuluje vápnikovú pumpu, ktorá „napumpuje“ voľný vápnik do medzibunkovej tekutiny, zníži jeho hladinu v bunke, v dôsledku čoho kalmodulín prechádza do neaktívnej formy a stav funkčného pokoja sa obnoví v r. bunka. Kalmodulín pôsobí aj na adenylátcyklázu, guanylátcyklázu, fosfodiesterázu, fosforylázovú kinázu, myozínkinázu, fosfolipázu A2, Ca2+- a Mg2+-ATPázu, stimuluje uvoľňovanie neurotransmiterov, fosforyláciu membránových proteínov. Zmenou transportu vápnika, hladiny a aktivity cyklických nukleotidov a nepriamo aj metabolizmu glykogénu sa kalmodulín podieľa na sekrečných a iných funkčných procesoch v bunke. Je dynamickou súčasťou mitotického aparátu, reguluje polymerizáciu mikrotubulárno-vilózneho systému, syntézu aktomyozínu a aktiváciu membrán kalciovej „pumpy“. Kalmodulín je analógom svalového proteínu troponínu C, ktorý naviazaním vápnika vytvára komplex aktínu a myozínu a zároveň aktivuje myozín-ATPázu, ktorá je potrebná pre opakovanú interakciu aktínu a myozínu.

Ca2+-kalmodulínový komplex aktivuje Ca2+-kalmodulín-dependentnú proteínkinázu, ktorá hrá dôležitú úlohu pri prenose nervových signálov (syntéza a uvoľňovanie neurotransmiterov), pri stimulácii alebo inhibícii fosfolipázy A2, aktivuje špecifickú serín-treonínovú proteín fosfatázu nazývanú kalcineurín, ktorá sprostredkováva pôsobenie T-bunkového receptora v T-lymfocytoch.

Proteínkinázy závislé od kalmodulínu sa delia do dvoch skupín: multifunkčné, ktoré sú dobre charakterizované, a špecifické alebo „špeciálne“. Prvá skupina zahŕňa napríklad proteínkinázu A, ktorá sprostredkúva fosforyláciu mnohých intracelulárnych proteínov. Proteínkinázy na „špeciálne účely“ fosforylujú niekoľko substrátov, ako je kináza ľahkého reťazca myozínu, kináza fosforylázy atď.

Proteínkináza C je reprezentovaná niekoľkými izoformami (mol.m. od 67 do 83 kDa), ktoré sú kódované 10 rôznymi génmi. Klasická proteínkináza C zahŕňa 4 rôzne izoformy (a-, b1-, b2- a g-izoformy); 4 ďalšie proteínové izoformy (delta, epsilon, pi a omega) a 2 atypické proteínové formy.

Klasické proteínkinázy sú aktivované vápnikom a diacylglycerolom, nové proteínkinázy sú aktivované estermi diacylglycerolu a forbolu a jedna z atypických proteínkináz nereaguje na žiadny z uvedených aktivátorov, ale jej aktivita vyžaduje prítomnosť fosfatidylserínu.

Vyššie bolo uvedené, že hormóny, ktorých receptory majú 7 transmembránových fragmentov, sa po vytvorení komplexu hormón-receptor viažu na G-proteíny, ktoré majú malú molekulovú hmotnosť (20-25 kDa) a vykonávajú rôzne funkcie. Proteíny, ktoré interagujú s receptorovou tyrozínkinázou, sa nazývajú proteíny ras a proteíny zapojené do transportu vezikúl sa nazývajú proteíny rab. Aktivovaná forma je G proteín v komplexe s GTP; inaktívna forma proteínu ras je dôsledkom jeho tvorby komplexov s GDP. Proteín uvoľňujúci guanínový nukleotid sa podieľa na aktivácii proteínu ras a proces inaktivácie sa uskutočňuje hydrolýzou GTP pod vplyvom GTPázy. Aktivácia proteínu ras prostredníctvom fosfolipázy C stimuluje tvorbu druhých poslov: inozitoltrifosfátu a diacylglycerolu. Proteíny ras boli prvýkrát opísané ako onkogény (A.G. Gilman, 1987), pretože nadmerná expresia alebo mutácia týchto proteínov bola nájdená v malígnych novotvaroch. Normálne sa proteíny ras podieľajú na rôznych regulačných procesoch, vrátane rastu.

Niektoré proteínové hormóny (inzulín, IGF I atď.) uskutočňujú svoj počiatočný účinok aktivácie receptora prostredníctvom tyrozínkinázy citlivej na hormóny. Väzba hormónu na receptor vedie ku konformačnej zmene alebo dimerizácii, ktorá spôsobuje aktiváciu tyrozínkinázy a následnú autofosforyláciu receptora. Po interakcii hormón-receptor autofosforylácia zvyšuje aktivitu tyrozínkinázy v druhom diméri a fosforyláciu intracelulárnych substrátov. Receptorová tyrozínkináza je alosterický enzým, v ktorom je extracelulárna doména regulačná podjednotka a intracelulárna (cytoplazmatická) doména je katalytická podjednotka. Tyrozínkináza je aktivovaná alebo fosforylovaná väzbou na adaptér alebo proteín SH2, ktorý pozostáva z dvoch domén SH2 a jednej domény SH3. SH2 domény viažu špecifické fosfotyrozíny tyrozínkinázového receptora a SH3 viažu enzýmy alebo signálne molekuly. Fosforylované proteíny (fosfotyrozíny) sú skrátené o 4 aminokyseliny, čo určuje ich špecifickú vysokoafinitnú väzbu na SH2 domény.

Komplexy (fosfotyrozínové peptidy – domény SH2) určujú selektivitu prenosu hormonálneho signálu. Konečný efekt prenosu hormonálneho signálu závisí od dvoch reakcií – fosforylácie a defosforylácie. Prvá reakcia je riadená rôznymi tyrozínkinázami, druhá - fosfotyrozínfosfatázami. Doteraz bolo identifikovaných viac ako 10 transmembránových fosfotyrozínfosfatáz, ktoré sú rozdelené do 2 skupín: a) veľké transmembránové proteíny/tendemové domény a b) malé intracelulárne enzýmy s jednou katalytickou doménou.

Intracelulárne fragmenty fosfotyrozínfosfatáz sú veľmi rôznorodé. Predpokladá sa, že funkciou fosfotyrozínfosfatáz s doménou SH2 (typy I a II) je redukcia signálu prostredníctvom defosforylácie fosforylačných miest na receptorovej tyrozínkináze alebo zosilnenie signálu prostredníctvom väzby tyrozínových fosforylujúcich signálnych proteínov na jednu alebo obe domény SH2, ako aj signál transdukcia prostredníctvom interakcie jedného proteínu SH2 s iným proteínom alebo inaktivácia procesom defosforylácie tyrozín-fosforylovaných molekúl druhého posla, ako je fosfolipáza C-g alebo src-tyrozínkináza.

V niektorých hormónoch dochádza k prenosu hormonálneho signálu fosforyláciou zvyškov tyrozínových aminokyselín, ako aj serínu alebo treonínu. Charakteristický je v tomto smere inzulínový receptor, v ktorom môže dochádzať k fosforylácii tyrozínu aj serínu a fosforylácia serínu je sprevádzaná znížením biologického účinku inzulínu. Funkčný význam súčasnej fosforylácie niekoľkých aminokyselinových zvyškov receptorovej tyrozínkinázy nie je dobre známy. Tým sa však dosiahne modulácia hormonálneho signálu, ktorá sa schematicky označuje ako druhá úroveň receptorových signalizačných mechanizmov. Táto úroveň je charakterizovaná aktiváciou niekoľkých proteínkináz a fosfatáz (ako je proteínkináza C, proteínkináza závislá od cAMP, proteínkináza závislá od cGMP, proteínkináza závislá od kalmodulínu atď.), ktoré fosforylujú alebo defosforylujú serín, tyrozín resp. treonínových zvyškov, čo spôsobuje zodpovedajúce konformačné zmeny, nevyhnutné pre prejav biologickej aktivity.

Treba poznamenať, že enzýmy ako fosforyláza, kináza, kazeínkináza II, acetyl-CoA karboxylázová kináza, triglyceridlipáza, glykogén fosforyláza, proteínová fosfatáza I, ATP citrát lyáza sú aktivované fosforylačným procesom a glykogénsyntáza, pyruvát pyruváthydrogenáza kinázy sú aktivované procesom defosforylácie.

Tretia úroveň regulačných signalizačných mechanizmov v pôsobení hormónov sa vyznačuje primeranou odpoveďou na bunkovej úrovni a prejavuje sa zmenou metabolizmu, biosyntézy, sekrécie, rastu alebo diferenciácie. To zahŕňa procesy transportu rôznych látok cez bunkovú membránu, syntézu proteínov, stimuláciu ribozomálnej translácie, aktiváciu mikrovilózneho tubulárneho systému a translokáciu sekrečných granúl do bunkovej membrány. Aktivácia transportu aminokyselín, glukózy cez bunkovú membránu sa teda uskutočňuje pomocou zodpovedajúcich transportných proteínov 5-15 minút po nástupe účinku hormónov, ako je rastový hormón a inzulín. Existuje 5 transportných proteínov pre aminokyseliny a 7 pre glukózu, z ktorých 2 sú symportory alebo kotransportéry sodnej glukózy.

Hormóny druhého posla ovplyvňujú génovú expresiu modifikáciou transkripčných procesov. cAMP teda reguluje rýchlosť transkripcie množstva génov zodpovedných za syntézu hormónov. Tento účinok je sprostredkovaný proteínom aktivujúcim prvok odpovede cAMP (CREB). Druhý proteín (CREB) je v komplexe so špecifickými oblasťami DNA, čo je bežný transkripčný faktor.

Mnohé hormóny, ktoré interagujú s receptormi umiestnenými na plazmatickej membráne, po vytvorení komplexu hormón-receptor prechádzajú procesom internalizácie, čiže endocytózy, t.j. translokácia, alebo prenos komplexu hormón-receptor do bunky. Tento proces sa vyskytuje v štruktúrach nazývaných „potiahnuté jamky“, ktoré sa nachádzajú na vnútornom povrchu bunkovej membrány, ktorá je vystlaná proteínom klatrínom. Takto agregované komplexy hormón-receptor, ktoré sú lokalizované v „zakrytých jamkách“, sú potom internalizované invagináciou bunkovej membrány (mechanizmus je veľmi podobný procesu fagocytózy), premenou na vezikuly (endozómy alebo receptorozómy) a tieto sú translokované do bunky.

Počas translokácie endozóm prechádza procesom acidifikácie (podobne ako v lyzozómoch), čo môže viesť k degradácii ligandu (hormónu) alebo disociácii komplexu hormón-receptor. V druhom prípade sa uvoľnený receptor vracia do bunkovej membrány, kde opäť interaguje s hormónom. Proces ponorenia receptora spolu s hormónom do bunky a vrátenia receptora do bunkovej membrány sa nazýva proces recyklácie receptora. Počas fungovania receptora (polčas rozpadu sa pohybuje od niekoľkých do 24 hodín alebo viac) dokáže uskutočniť 50 až 150 takýchto cyklov „shuttle“. Proces endocytózy je integrálnou alebo doplnkovou súčasťou receptorového signalizačného mechanizmu pri pôsobení hormónov.

Okrem toho sa pomocou procesu internalizácie uskutočňuje degradácia proteínových hormónov (v lyzozómoch) a bunková desenzibilizácia (zníženie citlivosti buniek na hormón) znížením počtu receptorov na bunkovej membráne. Zistilo sa, že osud komplexu hormón-receptor po procese endocytózy je odlišný. Vo väčšine hormónov (FSH, LH, choriový gonadotropín, inzulín, IGF 1 a 2, glukagón, somatostatín, erytropoetín, VIP, lipoproteíny s nízkou hustotou) dochádza k disociácii endozómov vo vnútri bunky. Uvoľnený receptor sa vracia do bunkovej membrány a hormón podlieha procesu degradácie v lyzozomálnom aparáte bunky.

V iných hormónoch (GH, interleukín-2, epidermálne, nervové a doštičkové rastové faktory) po disociácii endozómov receptor a zodpovedajúci hormón podliehajú degradačnému procesu v lyzozómoch.

Niektoré hormóny (transferín, proteíny obsahujúce manóza-6-fosfát a malá časť inzulínu, rastový hormón v niektorých cieľových tkanivách) sa po disociácii endozómov vracajú, podobne ako ich receptory, do bunkovej membrány. Napriek skutočnosti, že tieto hormóny prechádzajú procesom internalizácie, neexistuje konsenzus o priamom intracelulárnom pôsobení proteínového hormónu alebo jeho komplexu hormón-receptor.

Intracelulárne sú lokalizované receptory pre hormóny kôry nadobličiek, pohlavné hormóny, kalcitriol, kyselina retinová, hormóny štítnej žľazy. Tieto hormóny sú lipofilné, transportované krvnými bielkovinami, majú dlhý polčas rozpadu a ich pôsobenie je sprostredkované komplexom hormón-receptor, ktorý väzbou na špecifické oblasti DNA aktivuje alebo inaktivuje špecifické gény.

Väzba hormónu na receptor vedie k zmenám vo fyzikálno-chemických vlastnostiach receptora a tento proces sa nazýva aktivácia alebo transformácia receptora. Štúdium transformácie receptorov in vitro ukázalo, že teplotný režim, prítomnosť heparínu, ATP a ďalších zložiek v inkubačnej pôde mení rýchlosť tohto procesu.

Netransformované receptory sú proteín s molekulovou hmotnosťou 90 kDa, ktorý je identický s proteínom stresu alebo teplotného šoku s rovnakou molekulovou hmotnosťou (M. Catell a kol., 1985). Posledný proteín sa vyskytuje v a- a b-izoformách, ktoré sú kódované rôznymi génmi. Podobná situácia sa pozoruje vo vzťahu k steroidným hormónom.

Okrem stresového proteínu s mólom. 90 kDa, v netransformovanom receptore proteín s mol. m 59 kDa (M. Lebean et al., 1992), nazývaný imunofilín, ktorý nie je priamo spojený s receptorom steroidného hormónu, ale tvorí komplexy s proteínom mol. m, 90 kDa. Funkcia imunofilínového proteínu nie je dobre pochopená, hoci bola preukázaná jeho úloha v regulácii funkcie receptora steroidného hormónu, pretože viaže imunosupresívne látky (napr. rapamycín a FK 506).

Steroidné hormóny sú v krvi transportované vo väzbe na proteíny a len malá časť z nich je vo voľnej forme. Hormón, ktorý je vo voľnej forme, je schopný interagovať s bunkovou membránou a prechádzať cez ňu do cytoplazmy, kde sa viaže na cytoplazmatický receptor, ktorý je vysoko špecifický. Napríklad z hepatocytov boli izolované receptorové proteíny, ktoré viažu iba glukokortikoidné hormóny alebo estrogény. V súčasnosti sú známe receptory pre estradiol, androgény, progesterón, glukokortikoidy, mineralokortikoidy, vitamín D, hormóny štítnej žľazy, ako aj kyselinu retinovú a niektoré ďalšie zlúčeniny (receptor edixónu, receptor dioxínu, receptor peroxizomálneho proliferatívneho aktivátora a ďalší receptor X pre kyselinu retinovú). identifikovaný.. Koncentrácia receptorov v príslušných cieľových tkanivách je 103 až 5104 na bunku.

Receptory steroidných hormónov majú 4 domény: amino-terminálnu doménu, ktorá má významné rozdiely v receptoroch pre uvedené hormóny a pozostáva zo 100-600 aminokyselinových zvyškov; DNA-väzbová doména pozostávajúca z približne 70 aminokyselinových zvyškov; doménu viažucu hormóny s približne 250 aminokyselinami a karboxylovú koncovú doménu. Ako bolo uvedené, amino-koncová doména má najväčšie rozdiely ako vo forme, tak aj v sekvencii aminokyselín. Pozostáva zo 100-600 aminokyselín a jeho najmenšie rozmery sa nachádzajú v receptore hormónov štítnej žľazy a najväčšie v receptore glukokortikoidného hormónu. Táto doména určuje charakteristiky receptorovej odozvy a je vysoko fosforylovaná u väčšiny druhov, hoci neexistuje priama korelácia medzi stupňom fosforylácie a biologickou odozvou.

DNA-väzbová doména je charakterizovaná 3 intrónmi, z ktorých dva majú takzvané „zinkové prsty“ alebo štruktúry obsahujúce ióny zinku so 4 cysteínovými mostíkmi.„Zinkové prsty“ sa podieľajú na špecifickej väzbe hormónu na DNA . Na doméne viažucej DNA je malá oblasť pre špecifickú väzbu jadrových receptorov, nazývaná "prvky hormonálnej odozvy", ktorá moduluje začiatok transkripcie. Táto oblasť sa nachádza v inom fragmente pozostávajúcom z 250 nukleotidov, ktorý je zodpovedný za iniciáciu transkripcie. Doména viažuca DNA má najvyššiu stálosť štruktúry spomedzi všetkých intracelulárnych receptorov.

Hormonálna väzbová doména sa podieľa na väzbe hormónov, ako aj na procesoch dimerizácie a regulácie funkcie iných domén. Priamo susedí s doménou viažucou DNA.

Karboxylová koncová doména je tiež zapojená do heterodimerizačných procesov a interaguje s rôznymi transkripčnými faktormi, vrátane proximálnych proteínových promótorov.

Spolu s tým existujú dôkazy o tom, že steroidy sú najprv viazané špecifickými proteínmi bunkovej membrány, ktoré ich transportujú k cytoplazmatickému receptoru alebo, keď ho obchádzajú, priamo k jadrovým receptorom. Cytoplazmatický receptor pozostáva z dvoch podjednotiek. V bunkovom jadre podjednotka A v interakcii s DNA spúšťa (spúšťa) proces transkripcie a podjednotka B sa viaže na nehistónové proteíny. Účinok pôsobenia steroidných hormónov sa neprejaví okamžite, ale až po určitom čase, ktorý je nevyhnutný pre tvorbu RNA a následnú syntézu konkrétneho proteínu.

Hormóny štítnej žľazy (tyroxín-T4 a trijódtyronín-T3), podobne ako steroidné hormóny, ľahko difundujú cez membránu lipidových buniek a sú viazané intracelulárnymi proteínmi. Podľa iných údajov hormóny štítnej žľazy najskôr interagujú s receptorom na plazmatickej membráne, kde sú komplexované s proteínmi, čím sa vytvára takzvaný intracelulárny zásobník hormónov štítnej žľazy. Biologický účinok vykonáva hlavne T3, zatiaľ čo T4 je dejodovaný a mení sa na T3, ktorý sa viaže na cytoplazmatický receptor. Ak sa steroidcytoplazmatický komplex translokuje do bunkového jadra, potom tyroidcytoplazmatický komplex najskôr disociuje a T3 sa priamo viaže na jadrové receptory s vysokou afinitou k nemu. Okrem toho sa vysokoafinitné T3 receptory nachádzajú aj v mitochondriách. Predpokladá sa, že kalorigénne pôsobenie hormónov štítnej žľazy sa uskutočňuje v mitochondriách prostredníctvom tvorby nového ATP, na tvorbu ktorého sa používa adenozíndifosfát (ADP).

Hormóny štítnej žľazy regulujú syntézu proteínov na úrovni transkripcie a tento účinok, ktorý sa zistí po 12-24 hodinách, možno blokovať zavedením inhibítorov syntézy RNA. Okrem intracelulárneho pôsobenia hormóny štítnej žľazy stimulujú transport glukózy a aminokyselín cez bunkovú membránu, čím priamo ovplyvňujú aktivitu niektorých enzýmov v nej lokalizovaných.

Špecifické pôsobenie hormónu sa teda prejaví až po jeho komplexácii s príslušným receptorom. V dôsledku procesov rozpoznávania, tvorby komplexov a aktivácie receptora tento generuje množstvo druhých poslov, ktoré spôsobujú sekvenčný reťazec post-receptorových interakcií, končiacich prejavom špecifického biologického účinku hormónu.

Z toho vyplýva, že biologické pôsobenie hormónu závisí nielen od jeho obsahu v krvi, ale aj od počtu a funkčného stavu receptorov, ako aj od úrovne fungovania postreceptorového mechanizmu.

Počet bunkových receptorov, podobne ako iných bunkových zložiek, sa neustále mení, čo odráža procesy ich syntézy a degradácie. Hlavná úloha v regulácii počtu receptorov patrí hormónom. Medzi hladinou hormónov v medzibunkovej tekutine a počtom receptorov existuje inverzný vzťah. Takže napríklad koncentrácia hormónu v krvi a medzibunkovej tekutine je veľmi nízka a dosahuje 1014-109 M, čo je oveľa nižšia koncentrácia ako koncentrácia aminokyselín a iných rôznych peptidov (105-103 M). Počet receptorov je vyšší a je 1010-108 M a na plazmatickej membráne je ich asi 1014-1010 M a vnútrobunková hladina druhých poslov je o niečo vyššia - 108-106 M. Absolútny počet receptorových miest na bunkových membrán sa pohybuje od niekoľkých stoviek do 100 000.

Početné štúdie ukázali, že receptory majú charakteristickú vlastnosť zvyšovať účinok hormónu nielen opísanými mechanizmami, ale aj prostredníctvom takzvanej „nelineárnej väzby“. Charakteristický je ďalší znak, ktorý spočíva v tom, že najväčší hormonálny účinok neznamená najväčšiu väzbu hormónu na receptory. Takže napríklad maximálna stimulácia transportu glukózy do adipocytov inzulínom sa pozoruje, keď sú hormónom viazané iba 2 % inzulínových receptorov (J. Gliemann a kol., 1975). Rovnaký vzťah bol stanovený pre ACTH, gonadotropíny a iné hormóny (M.L. Dufau et al., 1988). Je to spôsobené dvoma javmi: „nelineárnou väzbou“ a prítomnosťou takzvaných „rezervných receptorov“. Tak či onak, ale zosilnenie alebo zosilnenie účinku hormónu, ktoré je dôsledkom týchto dvoch javov, hrá dôležitú fyziologickú úlohu v procesoch biologického pôsobenia hormónu za normálnych a za rôznych patologických stavov. Napríklad pri hyperinzulinizme a obezite klesá počet inzulínových receptorov lokalizovaných na hepatocytoch, adipocytoch, tymocytoch a monocytoch o 50–60 % a naopak, stavy nedostatku inzulínu u zvierat sú sprevádzané zvýšením počtu inzulínových receptorov. . Spolu s počtom inzulínových receptorov sa mení aj ich afinita; schopnosť vytvárať komplexy s inzulínom a mení sa aj transdukcia (prenos) hormonálneho signálu vo vnútri receptora. Zmena citlivosti orgánov a tkanív na hormóny sa teda uskutočňuje prostredníctvom mechanizmov spätnej väzby (downregulácia). Pre stavy sprevádzané vysokou koncentráciou hormónu v krvi je charakteristické zníženie počtu receptorov, čo sa klinicky prejavuje ako rezistencia na tento hormón.

Niektoré hormóny môžu ovplyvniť počet nielen „vlastných“ receptorov, ale aj receptorov pre iný hormón. Takže progesterón znižuje a estrogény zvyšujú počet receptorov pre estrogén aj progesterón súčasne.

Zníženie citlivosti na hormóny môže byť spôsobené nasledujúcimi mechanizmami: 1) znížením afinity k receptoru vplyvom iných hormónov a komplexov hormonálnych receptorov; 2) zníženie počtu funkčných receptorov v dôsledku ich internalizácie alebo uvoľnenia z membrány do extracelulárneho priestoru; 3) inaktivácia receptora v dôsledku konformačných zmien; 4) deštrukcia receptorov zvýšením aktivity proteáz alebo degradáciou komplexu hormón-receptor pod vplyvom lyzozómových enzýmov; 5) inhibícia syntézy nových receptorov.

Pre každý typ hormónu existujú agonisty a antagonisty. Posledne menované sú látky, ktoré sú schopné kompetitívne viazať receptor na hormón, čím znižujú alebo úplne blokujú jeho biologický účinok. Naopak, agonisty, vytvárajúce komplexy s príslušným receptorom, zosilňujú účinok hormónu alebo úplne napodobňujú jeho prítomnosť a niekedy je polčas agonistu stokrát alebo viackrát dlhší ako čas degradácie prirodzeného hormónu a, preto sa počas tejto doby prejaví biologický efekt, ktorý sa prirodzene využíva na klinické účely. Takže napríklad agonisty glukokortikoidov sú dexametazón, kortikosterón, aldosterón a čiastočnými agonistami sú 11b-hydroxyprogesterón, 17a-hydroxyprogesterón, progesterón, 21-deoxykortizol a ich antagonistami sú testosterón, 19-nortestosterón, 17-estradiol. Neaktívne steroidy pre glukokortikoidné receptory zahŕňajú 11a-hydroxyprogesterón, tetrahydrokortizol, androstendión, 11a-, 17a-metyltestosterón. Tieto vzťahy sa zohľadňujú nielen v experimente pri objasňovaní pôsobenia hormónov, ale aj v klinickej praxi.

Rozlúštenie mechanizmov pôsobenia hormónov v organizme zvierat poskytuje možnosť lepšie pochopiť fyziologické procesy – reguláciu metabolizmu, biosyntézu bielkovín, rast a diferenciáciu tkanív.

Je to dôležité aj z praktického hľadiska v súvislosti so zvyšujúcim sa používaním prírodných a syntetických hormonálnych prípravkov v chove zvierat a vo veterinárnej medicíne.

V súčasnosti existuje asi 100 hormónov, ktoré sa tvoria v žľazách s vnútornou sekréciou, dostávajú sa do krvi a majú všestranný vplyv na metabolizmus v bunkách, tkanivách a orgánoch. Je ťažké určiť také fyziologické procesy v tele, ktoré by neboli pod regulačným vplyvom hormónov. Na rozdiel od mnohých enzýmov, ktoré spôsobujú individuálne, úzko smerované zmeny v organizme, majú hormóny viaceré účinky na metabolické procesy a ďalšie fyziologické funkcie. Zároveň žiadny z hormónov spravidla plne nezabezpečuje reguláciu jednotlivých funkcií. To si vyžaduje pôsobenie množstva hormónov v určitej postupnosti a interakcii. Takže napríklad somatotropín stimuluje rastové procesy iba s aktívnou účasťou inzulínu a hormónov štítnej žľazy. Rast folikulov zabezpečuje najmä folitropín a ich dozrievanie a proces ovulácie prebieha pod regulačným vplyvom lutropínu atď.

Väčšina hormónov v krvi je spojená s albumínmi alebo globulínmi, čo zabraňuje ich rýchlemu zničeniu enzýmami a udržiava optimálnu koncentráciu metabolicky aktívnych hormónov v bunkách a tkanivách. Hormóny majú priamy vplyv na proces biosyntézy bielkovín. Steroidné a proteínové hormóny (pohlavie, hormóny trojitej hypofýzy) v cieľových tkanivách spôsobujú zvýšenie počtu a objemu buniek. Iné hormóny, ako inzulín, glukokortikoidy a mineralokortikoidy, ovplyvňujú syntézu proteínov nepriamo.

Receptory bunkovej membrány sú prvým článkom vo fyziologickom pôsobení hormónov u zvierat. V tých istých bunkách je veľké množstvo niekoľkých druhov; špecifické receptory, pomocou ktorých selektívne viažu molekuly rôznych hormónov kolujúcich v krvi. Napríklad tukové bunky vo svojich membránach majú špecifické receptory pre glukagón, lutropín, tyreotropín, kortikotropín.

Vzhľadom na veľkú veľkosť svojich molekúl väčšina hormónov proteínovej povahy nemôže preniknúť do buniek, ale nachádza sa na ich povrchu a v interakcii s príslušnými receptormi ovplyvňuje metabolizmus vo vnútri buniek. Najmä pôsobenie tyreotropínu je spojené s fixáciou jeho molekúl na povrchu buniek štítnej žľazy, pod vplyvom čoho sa zvyšuje priepustnosť bunkových membrán pre sodíkové ióny a v ich prítomnosti sa zvyšuje intenzita oxidácie glukózy. Inzulín zvyšuje priepustnosť bunkových membrán v tkanivách a orgánoch pre molekuly glukózy, čo pomáha znižovať jeho koncentráciu v krvi a prestupovať do tkanív. Somatotropín má tiež stimulačný účinok na syntézu nukleových kyselín a proteínov pôsobením na bunkové membrány.

Rovnaké hormóny môžu ovplyvňovať metabolické procesy v tkanivových bunkách rôznymi spôsobmi. Spolu so zmenou priepustnosti bunkových membrán a membrán vnútrobunkových štruktúr pre rôzne enzýmy a iné chemikálie sa vplyvom rovnakých hormónov mení iónové zloženie prostredia mimo a vo vnútri buniek, ako aj aktivita rôznych enzýmov, resp. intenzita metabolických procesov sa môže meniť.

Hormóny ovplyvňujú činnosť enzýmov a génového aparátu buniek nie priamo, ale pomocou mediátorov (sprostredkovateľov). Jedným z týchto mediátorov je cyklický 3′, 5′-adenozínmonofosfát (cyklický AMP). Cyklický AMP (cAMP) sa tvorí vo vnútri buniek z kyseliny adenozíntrifosforečnej (ATP) za účasti enzýmu adenylcyklázy umiestneného na bunkovej membráne, ktorý sa aktivuje pri vystavení príslušným hormónom. Na intracelulárnych membránach sa nachádza enzým fosfodiesteráza, ktorý premieňa cAMP na menej účinnú látku - 5'-adenozínmonofosfát, čím sa zastaví pôsobenie hormónu.

Keď je bunka vystavená niekoľkým hormónom, ktoré v nej stimulujú syntézu cAMP, reakcia je katalyzovaná rovnakou adenylcyklázou, ale receptory v bunkových membránach pre tieto hormóny sú prísne špecifické. Preto napríklad kortikotropín ovplyvňuje iba bunky kôry nadobličiek a tyreotropín - na bunky štítnej žľazy atď.

Podrobné štúdie ukázali, že pôsobenie väčšiny proteínových a peptidových hormónov vedie k stimulácii aktivity adenylcyklázy a zvýšeniu koncentrácie cAMP v cieľových bunkách, čo je spojené s ďalším prenosom hormonálnej informácie za aktívnej účasti radu proteínkináz. . cAMP hrá úlohu intracelulárneho mediátora hormónu, ktorý poskytuje zvýšenie aktivity proteínkináz závislých od neho v cytoplazme a jadrách buniek. Na druhej strane proteínkinázy závislé od cAMP katalyzujú fosforyláciu ribozómových proteínov, ktorá priamo súvisí s reguláciou syntézy proteínov v cieľových bunkách pod vplyvom peptidových hormónov.

Steroidné hormóny, katecholamíny, hormóny štítnej žľazy v dôsledku malej veľkosti molekúl prechádzajú cez bunkovú membránu a vstupujú do kontaktu s cytoplazmatickými receptormi vo vnútri buniek. Následne steroidné hormóny v kombinácii s ich receptormi, ktorými sú kyslé proteíny, prechádzajú do bunkového jadra. Predpokladá sa, že peptidové hormóny pri štiepení komplexov hormón-receptor ovplyvňujú aj špecifické receptory v cytoplazme, Golgiho komplexu a jadrovom obale.

Nie všetky hormóny stimulujú aktivitu enzýmu adenylcyklázy a zvyšujú jeho koncentráciu v bunkách. Niektoré peptidové hormóny, najmä inzulín, cytocín, kalcitonín, majú inhibičný účinok na adenylcyklázu. Predpokladá sa, že fyziologický účinok ich pôsobenia nie je spôsobený zvýšením koncentrácie cAMP, ale jeho znížením. Súčasne sa v bunkách so špecifickou citlivosťou na tieto hormóny zvyšuje koncentrácia ďalšieho cyklického nukleotidu, cyklického guanozínmonofosfátu (cGMP). Výsledok pôsobenia hormónov v bunkách tela v konečnom dôsledku závisí od účinkov oboch cyklických nukleotidov – cAMP a cGMP, ktoré sú univerzálnymi intracelulárnymi mediátormi – mediátormi hormónov. S ohľadom na pôsobenie steroidných hormónov, ktoré v kombinácii s ich receptormi prenikajú do bunkového jadra, je úloha cAMP a cGMP ako intracelulárnych mediátorov považovaná za pochybnú.

Mnohé, ak nie všetky, hormóny vykazujú konečný fyziologický efekt nepriamo – prostredníctvom zmeny biosyntézy enzýmových proteínov. Biosyntéza bielkovín je komplexný viacstupňový proces uskutočňovaný za aktívnej účasti génového aparátu buniek.

Regulačný účinok hormónov na biosyntézu proteínov sa uskutočňuje najmä stimuláciou RNA polymerázovej reakcie s tvorbou ribozomálnych a jadrových typov RNA, ako aj messenger RNA, a ovplyvňovaním funkčnej aktivity ribozómov a iných väzieb metabolizmu proteínov. Špecifické proteínkinázy v bunkových jadrách stimulujú fosforyláciu zodpovedajúcich proteínových zložiek a RNA polymerázovú reakciu s tvorbou messengerových RNA kódujúcich syntézu proteínov v bunkách a cieľových orgánoch. Zároveň dochádza k derepresii génov v jadrách buniek, ktoré sa uvoľňujú z inhibičného účinku špecifických represorov – jadrových histónových proteínov.

Hormóny ako estrogény a androgény sa v bunkových jadrách viažu na histónové proteíny, ktoré potláčajú zodpovedajúce gény, a tým privádzajú génový aparát buniek do aktívneho funkčného stavu. Androgény zároveň ovplyvňujú génový aparát buniek menej ako estrogény, čo je spôsobené ich aktívnejším spojením s chromatínom a oslabením syntézy RNA v jadrách.

Spolu s aktiváciou syntézy proteínov v bunkách dochádza k tvorbe histónových proteínov, ktoré sú represormi génovej aktivity, čo zabraňuje metabolickým funkciám jadier a nadmerným prejavom stimulácie rastu. V dôsledku toho majú bunkové jadrá svoj vlastný mechanizmus genetickej a mitotickej regulácie metabolizmu a rastu.

V súvislosti s vplyvom hormónov na anabolické procesy v organizme sa zvyšuje retencia živín krmiva a následne sa zvyšuje počet substrátov pre intermediárny metabolizmus, regulačné mechanizmy biochemických procesov spojené s efektívnejším využívaním dusíkatých a iných zlúčenín. sú aktivované.

Procesy syntézy bielkovín v bunkách ovplyvňujú somatotropín, kortikosteroidy, estrogény a tiež tyroxín. Tieto hormóny stimulujú syntézu rôznych messengerových RNA a tým zvyšujú syntézu zodpovedajúcich proteínov. V procesoch syntézy bielkovín hrá dôležitú úlohu aj inzulín, ktorý stimuluje väzbu messengerových RNA na ribozómy a následne aktivuje syntézu bielkovín. Hormóny aktiváciou chromozomálneho aparátu buniek ovplyvňujú zvýšenie rýchlosti syntézy bielkovín a koncentrácie enzýmov v bunkách pečene a iných orgánov a tkanív. Mechanizmus účinku hormónov na vnútrobunkový metabolizmus však ešte nie je dostatočne prebádaný.

Pôsobenie hormónov spravidla úzko súvisí s funkciami enzýmov, ktoré zabezpečujú biochemické procesy v bunkách, tkanivách a orgánoch. Hormóny sa zúčastňujú biochemických reakcií ako špecifické aktivátory alebo inhibítory enzýmov, ktoré ovplyvňujú enzýmy tým, že zabezpečujú ich spojenie s rôznymi biokoloidmi.

Keďže enzýmy sú proteínové telieska, vplyv hormónov na ich funkčnú aktivitu sa prejavuje predovšetkým ovplyvňovaním biosyntézy enzýmov a katabolických koenzýmových proteínov. Jedným z prejavov aktivity hormónov je ich účasť na interakcii množstva enzýmov v rôznych častiach zložitých reakcií a procesov. Ako viete, vitamíny zohrávajú určitú úlohu pri stavbe koenzýmov. Predpokladá sa, že v týchto procesoch zohrávajú regulačnú úlohu aj hormóny. Napríklad kortikosteroidy ovplyvňujú fosforyláciu niektorých vitamínov B.

Pre prostaglandíny je dôležitá najmä ich vysoká fyziologická aktivita a veľmi nízke vedľajšie účinky. Dnes je známe, že prostaglandíny pôsobia vo vnútri buniek ako mediátory a hrajú dôležitú úlohu pri realizácii účinku hormónov. Súčasne sa aktivujú procesy syntézy cyklického adenozínmonofosfátu (cAMP), ktorý je schopný prenášať úzko smerované pôsobenie hormónov. Je možné predpokladať, že farmakologické látky vo vnútri buniek pôsobia v dôsledku tvorby špecifických prostaglandínov. V súčasnosti sa v mnohých krajinách študuje mechanizmus účinku prostaglandínov na bunkovej a molekulárnej úrovni, pretože komplexné štúdium účinku prostaglandínov umožňuje cielene ovplyvňovať metabolizmus a ďalšie fyziologické procesy v tele zvierat.

Na základe vyššie uvedeného možno konštatovať, že hormóny majú komplexný a všestranný účinok v organizme zvierat. Komplexné pôsobenie nervovej a humorálnej regulácie zabezpečuje koordinovaný priebeh všetkých biochemických a fyziologických procesov. Do najjemnejších detailov však mechanizmus účinku hormónov ešte nie je dostatočne prebádaný. Tento problém je predmetom záujmu mnohých vedcov a je veľmi zaujímavý pre teóriu a prax endokrinológie, ako aj pre chov zvierat a veterinárnu medicínu.

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. 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 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, 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 funkčnej aktivity bunky.

V súčasnosti sa rozlišujú tieto možnosti pôsobenia hormónov:

1. hormonálne alebo hemokrínne tie. pôsobenie v značnej vzdialenosti od miesta formácie;
2. izokrinné alebo lokálne, keď chemická látka syntetizovaná v jednej bunke má účinok na bunku umiestnenú v tesnom kontakte s prvou a uvoľnenie tejto látky sa uskutočňuje do intersticiálnej tekutiny a krvi;
3. neurokrinné alebo neuroendokrinné (synaptické a nesynaptické), akcia, keď hormón uvoľnený z nervových zakončení plní funkciu neurotransmitera alebo neuromodulátora, t.j. látka, ktorá mení (zvyčajne zvyšuje) pôsobenie neurotransmitera;
4. parakrinný- druh izokrinného pôsobenia, ale súčasne hormón vytvorený v jednej bunke vstupuje do medzibunkovej tekutiny a ovplyvňuje množstvo buniek umiestnených v tesnej blízkosti;
5. juxtakrín- druh parakrinného pôsobenia, keď hormón nevstupuje do medzibunkovej tekutiny a signál sa prenáša cez plazmatickú membránu blízkej inej bunky;
6. autokrinné pôsobenie, keď hormón uvoľnený z bunky ovplyvňuje tú istú bunku a mení jej funkčnú aktivitu;
7. fyziologický roztok pôsobenie, keď hormón z jednej bunky vstúpi do lúmenu kanálika a tak dosiahne inú bunku, pričom má na ňu špecifický účinok (napríklad niektoré gastrointestinálne hormóny).

Syntéza proteínových hormónov, podobne ako iných proteínov, je pod genetickou kontrolou a typické cicavčie bunky exprimujú gény, ktoré kódujú 5 000 až 10 000 rôznych proteínov, a niektoré vysoko diferencované bunky až 50 000 proteínov. Celá syntéza bielkovín začína transpozícia segmentov DNA, potom transkripcia, post-transkripčné spracovanie, preklad, post-translačné spracovanie a modifikácia. Mnoho polypeptidových hormónov sa syntetizuje vo forme veľkých prekurzorov - prohormóny(proinzulín, proglukagón, proopiomelanokortín atď.). Premena prohormónov na hormóny sa uskutočňuje v Golgiho aparáte.

Existujú dva hlavné mechanizmy účinku hormónov na bunkovej úrovni:
1. Realizácia účinku z vonkajšieho povrchu bunkovej membrány.
2. Realizácia účinku po preniknutí hormónu do bunky.

1) Realizácia účinku z vonkajšieho povrchu bunkovej membrány

V tomto prípade sú receptory umiestnené na bunkovej membráne. V dôsledku interakcie hormónu s receptorom sa aktivuje membránový enzým adenylátcykláza. Tento enzým prispieva k tvorbe kyseliny adenozíntrifosforečnej (ATP) najdôležitejšieho intracelulárneho mediátora pre realizáciu hormonálnych účinkov - cyklického 3,5-adenozínmonofosfátu (cAMP). cAMP aktivuje bunkový enzým proteínkinázu, ktorá realizuje pôsobenie hormónu. Zistilo sa, že hormón-dependentná adenylátcykláza je bežný enzým, ktorý ovplyvňujú rôzne hormóny, zatiaľ čo hormonálne receptory sú viacnásobné a špecifické pre každý hormón. Sekundárnymi prenášačmi môžu byť okrem cAMP aj cyklický 3,5-guanozínmonofosfát (cGMP), ióny vápnika a inozitoltrifosfát. Takto pôsobia peptidy, proteínové hormóny, deriváty tyrozínu – katecholamíny. Charakteristickým znakom pôsobenia týchto hormónov je relatívna rýchlosť odpovede, ktorá je spôsobená aktiváciou predchádzajúcich už syntetizovaných enzýmov a iných proteínov.

Hormóny vykonávajú svoj biologický účinok vytváraním komplexov s receptormi - informačnými molekulami, ktoré transformujú hormonálny signál na hormonálny účinok. Väčšina hormónov interaguje s receptormi umiestnenými na plazmatické membrány bunky, a iné hormóny – s receptormi lokalizovanými intracelulárne, t.j. s cytoplazmatický a jadrové.

Plazmatické receptory sa v závislosti od štruktúry delia na:

1. sedem fragmentov(slučky);
2. receptory, ktorých transmembránový segment pozostáva z jeden fragment(slučky alebo reťaze);
3. receptory, ktorých transmembránový segment pozostáva z štyri fragmenty(slučky).

Hormóny, ktorých receptor pozostáva zo siedmich transmembránových fragmentov, zahŕňajú:
ACTH, TSH, FSH, LH, choriový gonadotropín, prostaglandíny, gastrín, cholecystokinín, neuropeptid Y, neuromedín K, vazopresín, epinefrín (a-1 a 2, b-1 a 2), acetylcholín (M1, M2, M3 a M4) serotonín (1A, 1B, 1C, 2), dopamín (D1 a D2), angiotenzín, látka K, látka P alebo neurokinín typu 1, 2 a 3, trombín, interleukín-8, glukagón, kalcitonín, sekretín, somatoliberín, VIP, hypofyzárny adenylátcyklázu aktivujúci peptid, glutamát (MG1 – MG7), adenín.

Druhá skupina zahŕňa hormóny, ktoré majú jeden transmembránový fragment:
STH, prolaktín, inzulín, somatoammotropín alebo placentárny laktogén, IGF-1, nervové rastové faktory alebo neurotrofíny, hepatocytový rastový faktor, atriálny natriuretický peptid typu A, B a C, onkostatín, erytropoetín, ciliárny neurotrofický faktor, leukemický inhibičný faktor, faktor tumorovej nekrózy faktory (p75 a p55), nervový rastový faktor, interferóny (a, b a g), epidermálny rastový faktor, neurodiferenciačný faktor, fibroblastové rastové faktory, rastové faktory krvných doštičiek A a B, faktor stimulujúci kolónie makrofágov, aktivín, inhibín, interleukíny-2 3, 4, 5, 6 a 7, faktor stimulujúci kolónie granulocytov a makrofágov, faktor stimulujúci kolónie granulocytov, lipoproteín s nízkou hustotou, transferín, IGF-2, aktivátor plazminogénu urokinázy.

Hormóny tretej skupiny, ktorých receptor má štyri transmembránové fragmenty, zahŕňajú:
acetylcholín (nikotínový sval a nerv), serotonín, glycín, kyselina g-aminomaslová.

Spojenie receptora s efektorovými systémami sa uskutočňuje prostredníctvom takzvaného G-proteínu, ktorého funkciou je zabezpečiť opakované vedenie hormonálneho signálu na úrovni plazmatickej membrány. G-proteín v aktivovanej forme stimuluje syntézu cyklického AMP prostredníctvom adenylátcyklázy, ktorá spúšťa kaskádový mechanizmus pre aktiváciu intracelulárnych proteínov.

Všeobecným základným mechanizmom, prostredníctvom ktorého sa realizujú biologické účinky „sekundárnych“ poslov vo vnútri bunky, je proces fosforylácia - defosforylácia proteíny za účasti širokej škály proteínkináz, ktoré katalyzujú transport koncovej skupiny z ATP do OH skupín serínu a treonínu a v niektorých prípadoch aj tyrozínu cieľových proteínov. Proces fosforylácie je najdôležitejšou posttranslačnou chemickou modifikáciou proteínových molekúl, ktorá radikálne mení ich štruktúru aj funkcie. Spôsobuje najmä zmenu štrukturálnych vlastností (asociácia alebo disociácia jednotlivých podjednotiek), aktiváciu alebo inhibíciu ich katalytických vlastností, čo v konečnom dôsledku určuje rýchlosť chemických reakcií a vo všeobecnosti funkčnú aktivitu buniek.

adenylátcyklázový messengerový systém

Najviac študovaná je adenylátcyklázová dráha prenosu hormonálneho signálu. Zahŕňa najmenej päť dobre preštudovaných proteínov:
1)hormonálny receptor;
2)enzým adenylátcykláza, ktorý vykonáva funkciu syntézy cyklického AMP (cAMP);
3)G proteín ktorý komunikuje medzi adenylátcyklázou a receptorom;
4)cAMP-dependentná proteínkináza katalyzovanie fosforylácie intracelulárnych enzýmov alebo cieľových proteínov, respektíve zmena ich aktivity;
5)fosfodiesterázy, čo spôsobí rozpad cAMP a tým ukončí (preruší) pôsobenie signálu

Ukázalo sa, že väzba hormónu na β-adrenergný receptor vedie k štrukturálnym zmenám v intracelulárnej doméne receptora, čo následne zabezpečuje interakciu receptora s druhým proteínom signálnej dráhy, GTP-väzbou.

GTP-viažuci proteín - G proteín- je zmesou 2 druhov bielkovín:
aktívne G s (z angl. stimulatory G)
inhibičný G i
Každá z nich má tri rôzne podjednotky (α-, β- a γ-), t.j. sú to heterotriméry. Ukázalo sa, že p-podjednotky Gs a Gi sú identické; súčasne sa ukázalo, že α-podjednotky, ktoré sú produktmi rôznych génov, sú zodpovedné za prejav aktivačnej a inhibičnej aktivity G-proteínom. Komplex hormonálnych receptorov dáva G-proteínu schopnosť nielen ľahko vymieňať endogénne viazaný GDP za GTP, ale aj prenášať Gs-proteín do aktivovaného stavu, pričom aktívny G-proteín disociuje v prítomnosti Mg 2+ iónov. na β-, y-podjednotky a komplexnú α-podjednotku Gs vo forme GTP; tento aktívny komplex sa potom presúva na molekulu adenylátcyklázy a aktivuje ju. Samotný komplex potom podlieha samoinaktivácii v dôsledku rozpadovej energie GTP a reasociácii β- a γ-podjednotiek s tvorbou pôvodnej formy HDP Gs.

Retz- receptor; G- G-proteín; AC-adenylátcykláza.

Je integrálnym proteínom plazmatických membrán, jeho aktívne centrum je orientované smerom k cytoplazme a katalyzuje reakciu syntézy cAMP z ATP:

Katalytická zložka adenylátcyklázy, izolovaná z rôznych živočíšnych tkanív, je reprezentovaná jediným polypeptidom. Pri nedostatku G-proteínov je prakticky neaktívny. Obsahuje dve SH-skupiny, z ktorých jedna sa podieľa na konjugácii s Gs-proteínom a druhá je nevyhnutná pre prejav katalytickej aktivity. Pôsobením fosfodiesterázy sa cAMP hydrolyzuje za vzniku neaktívneho 5"-AMP.

proteínkináza je intracelulárny enzým, prostredníctvom ktorého cAMP realizuje svoj účinok. Proteínkináza môže existovať v 2 formách. V neprítomnosti cAMP je proteínkináza prítomná ako tetramérny komplex pozostávajúci z dvoch katalytických (C2) a dvoch regulačných (R2) podjednotiek; v tejto forme je enzým neaktívny. V prítomnosti cAMP sa komplex proteínkinázy reverzibilne disociuje na jednu podjednotku R2 a dve voľné katalytické podjednotky C; posledné uvedené majú enzymatickú aktivitu, katalyzujúcu fosforyláciu proteínov a enzýmov, čím menia bunkovú aktivitu.

Aktivita mnohých enzýmov je regulovaná fosforyláciou závislou od cAMP; podľa toho väčšina hormónov proteín-peptidovej povahy aktivuje tento proces. Avšak množstvo hormónov má inhibičný účinok na adenylátcyklázu, respektíve znižuje hladinu cAMP a fosforyláciu proteínov. Najmä hormón somatostatín spojením so svojim špecifickým receptorom, inhibičným G-proteínom (Gi, ktorý je štrukturálnym homológom Gs-proteínu), inhibuje syntézu adenylátcyklázy a cAMP, t.j. spôsobuje účinok priamo opačný ako účinok spôsobený adrenalínom a glukagónom. V mnohých orgánoch majú prostaglandíny (najmä PGE 1) tiež inhibičný účinok na adenylátcyklázu, hoci v rovnakom orgáne (v závislosti od typu bunky) môže rovnaký PGE 1 aktivovať syntézu cAMP.

Podrobnejšie bol študovaný mechanizmus aktivácie a regulácie svalovej glykogén fosforylázy, ktorá aktivuje rozklad glykogénu. Existujú 2 formy:
katalyticky aktívny fosforyláza a a
neaktívne - fosforyláza b.

Obe fosforylázy sú postavené z dvoch identických podjednotiek, v každej z nich serínový zvyšok v polohe 14 podlieha procesu fosforylácie-defosforylácie, aktivácie a inaktivácie.

Pôsobením fosforylázy b kinázy, ktorej aktivita je regulovaná cAMP-dependentnou proteínkinázou, obe podjednotky molekuly inaktívnej formy fosforylázy b podliehajú kovalentnej fosforylácii a premieňajú sa na aktívnu fosforylázu a. Defosforylácia posledne menovaného pôsobením špecifickej fosfatázovej fosforylázy a vedie k inaktivácii enzýmu a návratu do pôvodného stavu.

Otvorené vo svalovom tkanive 3 druhy regulácia glykogén fosforylázy.
Prvý typ – kovalentná regulácia založené na hormonálne závislej fosforylácii-defosforylácii podjednotiek fosforylázy.
Druhý typ – alosterická regulácia. Je založená na adenylačno-deadenylačných reakciách podjednotiek glykogénfosforylázy b (aktivácia-inaktivácia). Smer reakcií je určený pomerom koncentrácií AMP a ATP, ktoré sú pripojené nie k aktívnemu centru, ale k alosterickému centru každej podjednotky.

V pracujúcom svale akumulácia AMP v dôsledku spotreby ATP spôsobuje adenyláciu a aktiváciu fosforylázy b. Naopak, v pokoji vysoké koncentrácie ATP, vytesňujúceho AMP, vedú k alosterickej inhibícii tohto enzýmu deadenyláciou.
Tretí typ – regulácia vápnika, na základe alosterickej aktivácie fosforylázy b kinázy iónmi Ca 2+, ktorých koncentrácia sa zvyšuje so svalovou kontrakciou, čím prispieva k tvorbe aktívnej fosforylázy a.

Systém prenášačov guanylátcyklázy

Po pomerne dlhú dobu bol cyklický guanozínmonofosfát (cGMP) považovaný za antipód cAMP. Pripisovali sa mu funkcie opačné ako cAMP. K dnešnému dňu sa získalo množstvo dôkazov, že cGMP hrá nezávislú úlohu v regulácii funkcie buniek. Najmä v obličkách a črevách riadi transport iónov a výmenu vody, v srdcovom svale slúži ako relaxačný signál atď.

Biosyntéza cGMP z GTP sa uskutočňuje pôsobením špecifickej guanylátcyklázy, analogicky so syntézou cAMP:

Komplex adrenalínových receptorov: AC- adenylátcykláza, G- G-proteín; C a R- katalytické a regulačné podjednotky proteínkinázy; KF- fosforyláza b kináza; F- fosforyláza; Glk-1-P- glukóza-1-fosfát; Glk-6-P- glukóza-6-fosfát; UDF-Glk- uridíndifosfát glukóza; HS- glykogénsyntáza.

Sú známe štyri rôzne formy guanylátcyklázy, z ktorých tri sú viazané na membránu a jedna rozpustná je otvorená v cytosóle.

Formy viazané na membránu sa skladajú z 3 pozemky:
receptor, lokalizované na vonkajšom povrchu plazmatickej membrány;
intramembránová doména a
katalytická zložka, čo je rovnaké pre rôzne formy enzýmu.
Guanylátcykláza je otvorená v mnohých orgánoch (srdce, pľúca, obličky, nadobličky, črevný endotel, sietnica atď.), čo naznačuje jej širokú účasť na regulácii intracelulárneho metabolizmu sprostredkovaného prostredníctvom cGMP. Enzým viazaný na membránu je aktivovaný prostredníctvom zodpovedajúcich receptorov krátkymi extracelulárnymi peptidmi, najmä hormónom atriálnym natriuretickým peptidom (ANF), termostabilným toxínom gramnegatívnych baktérií atď. ANF, ako je známe, sa syntetizuje v predsieni v reakcii na zvýšenie objemu krvi vstupuje s krvou do obličiek, aktivuje guanylátcyklázu (zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje hladinu cGMP), čím podporuje vylučovanie Na a vody. Bunky hladkého svalstva ciev tiež obsahujú podobný receptor, guanylátcyklázový systém, prostredníctvom ktorého ANF naviazaný na receptor má vazodilatačný účinok, čím pomáha znižovať krvný tlak. V epitelových bunkách čreva môže bakteriálny endotoxín pôsobiť ako aktivátor systému receptor-guanylátcyklázy, čo vedie k spomaleniu vstrebávania vody v čreve a k rozvoju hnačky.

Rozpustná forma guanylátcyklázy je enzým obsahujúci hém pozostávajúci z 2 podjednotiek. Táto forma guanylátcyklázy je regulovaná nitrovazodilatanciami, voľné radikály sú produktmi peroxidácie lipidov. Jedným zo známych aktivátorov je endoteliálny faktor (EDRF) spôsobujúce relaxáciu ciev. Aktívnou zložkou, prirodzeným ligandom, tohto faktora je oxid dusnatý NO. Túto formu enzýmu aktivujú aj niektoré nitrózovazodilatátory (nitroglycerín, nitroprusid atď.) používané pri srdcových ochoreniach; rozkladom týchto liekov sa uvoľňuje aj NO.

Oxid dusnatý vzniká z aminokyseliny arginínu za účasti komplexného Ca2+-dependentného enzýmového systému so zmiešanou funkciou nazývanou NO-syntáza:

Oxid dusnatý pri interakcii s hemom guanylátcyklázy podporuje rýchlu tvorbu cGMP, ktorá znižuje silu srdcových kontrakcií stimuláciou iónových púmp, ktoré fungujú pri nízkych koncentráciách Ca2+. Pôsobenie NO je však krátkodobé, niekoľkosekundové, lokalizované – v blízkosti miesta jeho syntézy. Podobný účinok, ale dlhší, poskytuje nitroglycerín, ktorý uvoľňuje NO pomalšie.

Boli získané dôkazy, že väčšina účinkov cGMP je sprostredkovaná prostredníctvom cGMP-dependentnej proteínkinázy nazývanej proteínkináza G. Tento enzým, ktorý je rozšírený v eukaryotických bunkách, bol získaný v čistej forme. Skladá sa z 2 podjednotiek – katalytickej domény so sekvenciou podobnou C-podjednotke proteínkinázy A (závislá od cAMP), a regulačnej domény podobnej R-podjednotke proteínkinázy A. Avšak proteínkinázy A a G rozpoznávajú rôzne proteínové sekvencie, regulujú, respektíve fosforylujú OH skupinu serínu a treonínu rôznych intracelulárnych proteínov, a tým prejavujú rôzne biologické účinky.

Hladina cyklických nukleotidov cAMP a cGMP v bunke je riadená príslušnými fosfodiesterázami, ktoré katalyzujú ich hydrolýzu na 5'-nukleotidmonofosfáty a líšia sa afinitou k cAMP a cGMP Rozpustná kalmodulín-dependentná fosfodiesteráza a membránovo viazaná izoforma neregulované Ca2+ a kalmodulínom boli izolované a charakterizované.

Ca 2+ messenger systém

Ca2+ ióny hrajú ústrednú úlohu v regulácii mnohých bunkových funkcií. Zmena koncentrácie intracelulárneho voľného Ca 2+ je signálom pre aktiváciu alebo inhibíciu enzýmov, ktoré následne regulujú metabolizmus, kontraktilnú a sekrečnú aktivitu, adhéziu a rast buniek. Zdroje Ca2+ môžu byť intra- a extracelulárne. Normálne koncentrácia Ca2+ v cytosóle nepresahuje 10-7 M a jeho hlavnými zdrojmi sú endoplazmatické retikulum a mitochondrie. Neurohormonálne signály vedú k prudkému zvýšeniu koncentrácie Ca2+ (až na 10–6 M), ktoré prichádza zvonka cez plazmatickú membránu (presnejšie cez napäťovo riadené a receptorovo riadené vápnikové kanály), ako aj z vnútrobunkových zdrojov. . Jedným z najdôležitejších mechanizmov vedenia hormonálneho signálu v systéme vápnik-messenger je spustenie bunkových reakcií (odpovedí) aktiváciou špecifickej Ca2+ -kalmodulín-dependentná proteínkináza. Ukázalo sa, že regulačnou podjednotkou tohto enzýmu je proteín viažuci Ca2+ kalmodulín. So zvýšením koncentrácie Ca2+ v bunke v reakcii na prichádzajúce signály špecifická proteínkináza katalyzuje fosforyláciu mnohých vnútrobunkových cieľových enzýmov, čím reguluje ich aktivitu. Ukázalo sa, že kináza fosforylázy b aktivovaná iónmi Ca2+, podobne ako NO-syntáza, obsahuje ako podjednotku kalmodulín. Kalmodulín je súčasťou mnohých ďalších proteínov viažucich Ca2+. So zvýšením koncentrácie vápnika je väzba Ca 2+ na kalmodulín sprevádzaná jeho konformačnými zmenami a v tejto forme viazanej na Ca 2+ kalmodulín moduluje aktivitu mnohých intracelulárnych proteínov (odtiaľ pochádza jeho názov).

Intracelulárny systém prenášačov zahŕňa aj deriváty fosfolipidov membrán eukaryotických buniek, najmä fosforylované deriváty fosfatidylinozitolu. Tieto deriváty sa uvoľňujú v reakcii na hormonálny signál (napríklad z vazopresínu alebo tyreotropínu) pôsobením špecifickej membránovo viazanej fosfolipázy C. V dôsledku postupných reakcií sa vytvoria dvaja potenciálni druhí poslovia – diacylglycerol a inozitol-1 ,4,5-trifosfát.

Biologické účinky týchto druhých poslov sa realizujú rôznymi spôsobmi. Pôsobenie diacylglycerolu, ako aj voľných iónov Ca 2+ je sprostredkované cez membránu Ca2-dependentný enzým proteínkináza C, ktorý katalyzuje fosforyláciu vnútrobunkových enzýmov, čím sa mení ich aktivita. Inozitol-1,4,5-trifosfát sa viaže na špecifický receptor na endoplazmatickom retikule, čím uľahčuje uvoľňovanie iónov Ca 2+ z neho do cytosólu.

Prezentované údaje o druhých poslovoch teda naznačujú, že každý z týchto systémov mediátorov hormonálneho účinku zodpovedá určitej triede proteínkináz, aj keď nemožno vylúčiť možnosť úzkeho vzťahu medzi týmito systémami. Aktivita proteínkináz typu A je regulovaná cAMP, proteínkináza G je regulovaná cGMP; Ca2+-kalmodulín-dependentné proteínkinázy sú pod kontrolou intracelulárnej [Ca2+] a proteínkináza typu C je regulovaná diacylglycerolom v synergii s voľným Ca2+ a kyslými fosfolipidmi. Zvýšenie hladiny akéhokoľvek druhého posla vedie k aktivácii zodpovedajúcej triedy proteínkináz a následnej fosforylácii ich proteínových substrátov. V dôsledku toho sa mení nielen aktivita, ale aj regulačné a katalytické vlastnosti mnohých bunkových enzýmových systémov: iónových kanálov, intracelulárnych štruktúrnych prvkov a genetického aparátu.

2) Realizácia účinku po prieniku hormónu do bunky

V tomto prípade sú receptory pre hormón umiestnené v cytoplazme bunky. Hormóny tohto mechanizmu účinku vďaka svojej lipofilite ľahko prenikajú cez membránu do cieľovej bunky a v jej cytoplazme sa viažu na špecifické receptorové proteíny. Komplex hormón-receptor vstupuje do bunkového jadra. V jadre sa komplex rozkladá a hormón interaguje s určitými časťami jadrovej DNA, čo vedie k vytvoreniu špeciálnej messengerovej RNA. Messengerová RNA opúšťa jadro a podporuje syntézu proteínu alebo proteínového enzýmu na ribozómoch. Takto pôsobia steroidné hormóny a deriváty tyrozínu – hormóny štítnej žľazy. Ich pôsobenie je charakterizované hlbokou a dlhodobou reštrukturalizáciou bunkového metabolizmu.

Je známe, že účinok steroidných hormónov sa realizuje prostredníctvom genetického aparátu zmenou génovej expresie. Hormón po dodaní s krvnými proteínmi do bunky preniká (difúziou) cez plazmatickú membránu a potom cez jadrovú membránu a viaže sa na intranukleárny receptor-proteín. Steroid-proteínový komplex sa potom viaže na regulačnú oblasť DNA, takzvané hormón-senzitívne prvky, čím podporuje transkripciu zodpovedajúcich štruktúrnych génov, indukciu de novo syntézy proteínov a zmenu bunkového metabolizmu v reakcii na hormonálny signál.

Je potrebné zdôrazniť, že hlavnou a charakteristickou črtou molekulárnych mechanizmov účinku dvoch hlavných tried hormónov je, že pôsobenie peptidových hormónov sa realizuje najmä prostredníctvom posttranslačných (postsyntetických) modifikácií proteínov v bunkách, zatiaľ čo steroidné hormóny (ako aj hormóny štítnej žľazy, retinoidy, hormóny vitamínu D3) pôsobia ako regulátory génovej expresie.

K inaktivácii hormónov dochádza v efektorových orgánoch, hlavne v pečeni, kde hormóny prechádzajú rôznymi chemickými zmenami väzbou na kyselinu glukurónovú alebo sírovú, alebo v dôsledku pôsobenia enzýmov. Niektoré z hormónov sa vylučujú močom nezmenené. Pôsobenie niektorých hormónov môže byť blokované v dôsledku vylučovania hormónov, ktoré pôsobia antagonisticky.