Hormonların temel etki mekanizmaları. Hormonların membran-hücre içi etki mekanizması

Üç vardır olası seçenekler Hormonların etki mekanizması.

Membran veya yerel mekanizma- hormonun bağlanma yerinde olması gerçeğinde yatmaktadır. hücre zarı glikoz, amino asitler ve bazı iyonlar gibi metabolitlere karşı geçirgenliğini değiştirir. Glikoz alımı, amino asitler sırayla etkiler biyokimyasal süreçler hücrede ve zarın her iki tarafındaki iyonların dağılımındaki bir değişiklik, hücrelerin elektriksel potansiyelini ve işlevini etkiler. Hormonların membran tipi etkisi nadiren izole formda bulunur. Örneğin, insülin hem bir zara sahiptir (neden olur) yerel değişiklikler iyonların, glikozun ve amino asitlerin taşınması) ve zar-hücre içi etki türü.

Zar-hücre içi etki tipi (veya dolaylı), hücreye nüfuz etmeyen ve bu nedenle hücre içindeki hormonun yetkili temsilcisi olan hücre içi bir kimyasal haberci aracılığıyla metabolizmayı etkileyen hormonların karakteristiğidir. Membran reseptörleri yoluyla hormon, hücre içi aracıların oluşumunu veya girişini tetikleyen sinyal sistemlerinin (genellikle enzimler) işlevini etkiler. Ve ikincisi, aktiviteyi ve miktarı etkiler. farklı enzimler ve böylece hücredeki metabolizmayı değiştirir.

sitozolik mekanizma Eylem, zarın lipit tabakasından hücreye nüfuz edebilen ve burada sitozolik reseptörlerle bir komplekse girebilen lipofilik hormonların karakteristiğidir. Bu kompleks, hücredeki enzim miktarını düzenler, seçici olarak nükleer kromozom genlerinin aktivitesini etkiler ve böylece hücrenin metabolizmasını ve fonksiyonlarını değiştirir. Hormonun bu tür etkisine, hormon hücre içi aracılar aracılığıyla metabolizmayı yalnızca dolaylı olarak düzenlediğinde, hücre içi zarın aksine doğrudan denir.

Tiroid ve paratiroid hormonları

hormonlar tiroid bezi

Tiroid iki tip hormon salgılar çeşitli etkiler metabolizma için. Birinci grup iyodotironinlerdir: tiroksin ve triiyodotironin. Bu hormonlar enerji metabolizmasını düzenler ve organizmanın gelişimini belirleyerek hücre bölünmesini ve farklılaşmasını etkiler. İyodotironinler vücudun birçok dokusunda etki gösterir, ancak en karaciğer, kalp, böbrek dokularında, iskelet kası ve daha az ölçüde yağ ve sinir dokuları.

Tiroid bezinin hiperfonksiyonu (hipertiroidizm) ile aşırı iyodotironin oluşumu vardır. Karakteristik özellik tirotoksikoz, karbonhidratların ve yağların (yağ depolarından harekete geçirilen) hızlandırılmış bir yıkımıdır. hızlı yanma yağ asitleri, gliserol ve glikoliz ürünleri büyük miktarda oksijen tüketimi gerektirir. Mitokondri boyut olarak artar, şişer, şekil değiştirir. Bu nedenle bazen tirotoksikoz "mitokondriyal hastalık" olarak adlandırılır. Dışarıdan, hipertiroidizm kendini şu şekilde gösterir: aşağıdaki belirtiler: bazal metabolizmada artış, vücut sıcaklığında artış (artmış ısı üretimi), kilo kaybı, şiddetli taşikardi, artan sinir uyarılabilirliği, şişkin gözler, vb. Bu bozukluklar ya tiroid bezinin bir kısmının cerrahi olarak çıkarılmasıyla giderilir ya da aktivitesini azaltan ilaçların yardımıyla.

Tiroid bezinin hipofonksiyonu (hipotiroidizm) ile iyodotironin eksikliği vardır. Erken dönemde hipotiroidizm çocuklukçocuklarda kretinizm veya miksödem olarak adlandırılır ve yetişkinlerde basitçe miksödemdir. Kretinizm, belirgin fiziksel ve zeka geriliği. Bunun nedeni, iyodotironinlerin yavaş ve anormal büyümeye yol açan hücre bölünmesi ve farklılaşması üzerindeki etkisinin azalmasıdır. kemik dokusu, nöronların bozulmuş farklılaşması. Yetişkinlerde miksödem, bazal metabolizma ve vücut ısısında azalma, hafıza bozukluğu, bozulmuş deri(kuruluk, soyulma) vb. Vücut dokularında karbonhidrat ve yağların metabolizması ve tüm enerji süreçleri azalır. Hipotiroidizm, iyodotironinlerle tedavi edilerek ortadan kaldırılır.

İkinci grup, kalsiotonin (molekül ağırlığı 30.000 olan bir protein) içerir, düzenler. fosfor-kalsiyum metabolizması, işleyişi aşağıda tartışılmaktadır.

Hormonların etki mekanizmaları.

Hormonların etki mekanizmasının, içeriğine bağlı olduğunu unutmayın. kimyasal doğa ve özellikleri - suda veya yağlarda çözünürlük. Etki mekanizmasına göre, hormonlar iki gruba ayrılabilir: doğrudan ve uzak etki.

1. Hormonlar doğrudan eylem. Bu grup lipofilik (yağda çözünen) hormonları içerir - steroidler ve iyodotironinler. Bu maddeler suda az çözünür ve bu nedenle kanda plazma proteinleri ile kompleks bileşikler oluşturur. Bu proteinler, hem spesifik taşıma proteinlerini (örneğin, adrenal korteksin hormonlarını bağlayan transkortin) hem de spesifik olmayanları (albüminler) içerir.

Doğrudan etki hormonları, lipofilik olmaları nedeniyle, hedef hücre zarlarının çift lipid tabakasından yayılabilirler. Bu hormonlar için reseptörler sitozolde bulunur. Hormonun reseptör ile ortaya çıkan kompleksi, kromatine bağlandığı ve DNA üzerinde hareket ettiği hücre çekirdeğine hareket eder. Sonuç olarak, DNA şablonundaki RNA sentez hızı (transkripsiyon) ve RNA şablonundaki spesifik enzimatik proteinlerin oluşum hızı (translasyon) değişir. Bu, hedef hücrelerdeki enzimatik proteinlerin miktarında ve yönlerinde bir değişikliğe yol açar. kimyasal reaksiyonlar(Bkz. Şekil 2).

Şekil 2. Doğrudan etki hormonlarının hücre üzerindeki etki mekanizması.

Bildiğiniz gibi, protein sentezinin düzenlenmesi, indüksiyon ve baskı mekanizmaları kullanılarak gerçekleştirilebilir.

Protein sentezinin uyarılması, karşılık gelen haberci RNA'nın sentezinin uyarılmasının bir sonucu olarak gerçekleşir. Aynı zamanda hücrede belirli bir protein-enzimin konsantrasyonu artar ve onun katalize ettiği kimyasal reaksiyonların hızı artar.

Protein sentezinin baskılanması, karşılık gelen haberci RNA'nın sentezinin baskılanmasıyla gerçekleşir. Baskının bir sonucu olarak, hücredeki belirli bir protein-enzimin konsantrasyonu seçici olarak azalır ve bunun katalize ettiği kimyasal reaksiyonların hızı azalır. Aynı hormonun bazı proteinlerin sentezini indükleyebileceğini ve diğer proteinlerin sentezini baskılayabileceğini unutmayın. Doğrudan etkili hormonların etkisi genellikle hücreye girdikten 2-3 saat sonra ortaya çıkar.

2. Uzak hormonlar. Uzak hormonlar arasında hidrofilik (suda çözünür) hormonlar - katekolaminler ve protein-peptid yapısındaki hormonlar bulunur. Bu maddeler lipidlerde çözünmedikleri için hücre zarlarından geçemezler. Bu hormonların reseptörleri, dış yüzey hücre zarı hedef hücreler. Uzun menzilli hormonlar, çoğunlukla siklik AMP (cAMP) gibi davranan ikinci bir habercinin yardımıyla hücre üzerindeki etkilerini gerçekleştirir.

Döngüsel AMP, ATP'den adenilat siklaz tarafından sentezlenir:

Hormonların uzak etki mekanizması Şekil 3'te gösterilmiştir.

Şekil 3. Uzun menzilli hormonların hücre üzerindeki etki mekanizması.

Hormonun spesifik reseptörü ile etkileşimi, hücre zarının G-proteininin aktivasyonuna yol açar. G proteini GTP'yi bağlar ve adenilat siklazı aktive eder.

Aktif adenilat siklaz, ATP'yi cAMP'ye dönüştürür, cAMP, protein kinazı aktive eder.

Aktif olmayan bir protein kinaz, iki düzenleyici (R) ve iki katalitik (C) alt birimden oluşan bir tetramerdir. cAMP ile etkileşim sonucunda tetramer ayrışır ve enzimin aktif merkezi salınır.

Protein kinaz, enzim proteinlerini ATP pahasına fosforile eder, onları aktive eder veya inaktive eder. Bunun sonucunda hedef hücrelerdeki kimyasal reaksiyonların hızı değişir (bazı durumlarda artar, bazılarında azalır).

cAMP'nin inaktivasyonu, fosfodiesteraz enziminin katılımıyla gerçekleşir.

Bezlerden salgılanan hormonlar iç salgı, plazma taşıma proteinlerine bağlanır veya bazı durumlarda kan hücrelerinde emilir ve fonksiyonlarını ve metabolizmalarını etkileyerek organlara ve dokulara iletilir. Bazı organ ve dokular çok yüksek hassasiyet hormonlar, bu yüzden onlara denir hedef organlar veya Dokular -hedefler. Hormonlar kelimenin tam anlamıyla vücuttaki metabolizmanın, fonksiyonların ve yapıların tüm yönlerini etkiler.

Buna göre modern fikirler, hormonların etkisi, belirli enzimlerin katalitik işlevinin uyarılmasına veya engellenmesine dayanır. Bu etki, genleri aktive ederek sentezlerini hızlandırarak hücrelerde zaten var olan enzimleri aktive ederek veya inhibe ederek elde edilir. Hormonlar, hücresel ve hücre altı zarların enzimlere ve diğer biyolojik olarak geçirgenliğini artırabilir veya azaltabilir. aktif maddeler, böylece enzimin etkisini kolaylaştırır veya inhibe eder. hormon organik organizma demir

membran mekanizması . Hormon hücre zarına bağlanır ve bağlanma yerinde glikoz, amino asitler ve bazı iyonlara karşı geçirgenliğini değiştirir. Bu durumda hormon efektör görevi görür. Araç membranlar. İnsülin bunu glikoz taşınmasını değiştirerek yapar. Ancak bu tür hormon taşınması nadiren tek başına gerçekleşir. Örneğin insülin, hem bir zara hem de zar-hücre içi bir etki mekanizmasına sahiptir.

Membran-hücre içi mekanizma . Zar-hücre içi tipine göre, hormonlar hücreye nüfuz etmeyen etki gösterir ve bu nedenle hücre içi bir kimyasal aracı aracılığıyla metabolizmayı etkiler. Bunlar arasında protein-peptit hormonları (hipotalamus, hipofiz bezi, pankreas ve paratiroid bezleri, tiroit bezinin tirokalsitonini); amino asit türevleri (adrenal medulla hormonları - adrenalin ve norepinefrin, tiroid bezi - tiroksin, triiyodotironin).

Hücre içi (sitozolik) etki mekanizması . Steroid hormonlarının (kortikosteroidler, seks hormonları - androjenler, östrojenler ve gestagenler) karakteristiğidir. Steroid hormonları, sitoplazmada bulunan reseptörlerle etkileşime girer. Ortaya çıkan hormon-reseptör kompleksi çekirdeğe aktarılır ve doğrudan genom üzerinde etki ederek aktivitesini uyarır veya inhibe eder, yani. transkripsiyon hızını ve bilgi (matriks) RNA (mRNA) miktarını değiştirerek DNA sentezi üzerinde hareket eder. MRNA miktarındaki bir artış veya azalma, çeviri sırasında protein sentezini etkiler ve bu da bir değişikliğe yol açar. fonksiyonel aktivite hücreler.

Hormonların etkisi, hedef organların hücrelerinde belirli enzimlerin katalitik işlevinin uyarılmasına veya engellenmesine dayanır. Bu etki, mevcut enzimleri aktive ederek veya inhibe ederek elde edilebilir. Ve önemli rol aittir siklik adenozin monofosfat(cAMP) burada ikincil aracı(birincil rolü

arabulucu hormonun kendisi tarafından gerçekleştirilir). Genleri aktive ederek biyosentezlerini hızlandırarak enzim konsantrasyonlarını artırmak da mümkündür.

Peptid ve steroid hormonların etki mekanizması farklı. Aminler ve peptit hormonları hücrenin içine nüfuz etmez, ancak yüzeyinde hücre zarındaki spesifik reseptörlere bağlanır. Bir enzime bağlı reseptör adenilat siklaz. Hormonun reseptörle olan kompleksi, ATP'yi parçalayarak cAMP oluşturan adenilat siklazı aktive eder. cAMP'nin etkisi, belirli enzimlerin fosforilasyonları ile aktivasyonuna yol açan karmaşık bir reaksiyon zinciri yoluyla gerçekleştirilir ve hormonun nihai etkisini gerçekleştirirler (Şekil 2.3).

Pirinç. 2.4 Etki mekanizması steroid hormonları BEN- hormon hücreye girer ve sitoplazmada bir reseptöre bağlanır; II - reseptör, hormonu çekirdeğe taşır; III - hormon, kromozomların DNA'sı ile geri dönüşümlü olarak etkileşime girer; IV - hormon, matris (bilgi) RNA'nın (mRNA) oluşturulduğu geni aktive eder; V-mRNA çekirdeği terk eder ve ribozomlar üzerinde bir proteinin (genellikle bir enzim) sentezini başlatır; enzim nihai hormonal etkiyi gerçekleştirir; 1 - hücre zarı, 2 - hormon, 3 - reseptör, 4 - nükleer zar, 5 - DNA, 6 - mRNA, 7 - ribozom, 8 - protein (enzim) sentezi.

steroid hormonları, Ve Çz Ve T 4(tiroksin ve triiyodotironin) yağda çözünür, bu nedenle hücre zarına nüfuz ederler. Hormon, sitoplazmada bir reseptöre bağlanır. Ortaya çıkan hormon-reseptör kompleksi, hücre çekirdeğine taşınır ve burada DNA ile tersinir bir etkileşime girer ve bir proteinin (enzim) veya birkaç proteinin sentezini indükler. Kromozomlardan birinin DNA'sının belirli bir bölümündeki spesifik genlerin etkinleştirilmesiyle, çekirdekten sitoplazmaya geçen, ribozomlara bağlanan ve burada protein sentezini indükleyen matris (bilgi) RNA (mRNA) sentezlenir (Şekil 2.4). ).

Enzimleri aktive eden peptitlerin aksine, steroid hormonları yeni enzim moleküllerinin sentezine neden olur. Bu bağlamda, steroid hormonlarının etkileri peptit hormonlarının etkisinden çok daha yavaş ortaya çıkar, ancak genellikle daha uzun sürer.

2.2.5. Hormonların sınıflandırılması

Fonksiyonel kriterlere göre, üç hormon grubu: 1) hedef organı doğrudan etkileyen hormonlar; bu hormonlara denir efektör 2) ana işlevi efektör hormonların sentezini ve salınmasını düzenlemek olan hormonlar;

bu hormonlara denir dönence 3) üretilen hormonlar sinir hücreleri Ve adenohipofiz hormonlarının sentezini ve salınımını düzenlemek; bu hormonlara salıcı hormonlar veya bu süreçleri uyarırlarsa liberinler veya zıt etkiye sahiplerse inhibe edici hormonlar statinler denir. Merkezi sinir sistemi ile yakın ilişki endokrin sistem esas olarak bu hormonların yardımıyla gerçekleştirilir.

Karmaşık bir sistemde hormonal düzenleme organizmalar aşağı yukarı ayırt edilir uzun zincirler düzenleme. Ana etkileşim hattı: CNS → hipotalamus → hipofiz → periferik endokrin bezleri. Bu sistemin tüm unsurları birleştirilmiştir. geri bildirim. Endokrin bezlerin bir kısmının işlevi, adenohipofiz hormonlarının (örneğin, paratiroid bezleri, pankreas vb.) Düzenleyici etkisi altında değildir.

Endokrin bezleri tarafından salgılanan hormonlar, plazma taşıma proteinlerine bağlanır veya bazı durumlarda kan hücrelerinde adsorbe edilir ve organ ve dokulara iletilerek fonksiyonlarını ve metabolizmalarını etkiler. Bazı organ ve dokular hormonlara karşı çok hassastır, bu nedenle bunlara hedef organlar veya Dokular–hedefler. Hormonlar kelimenin tam anlamıyla vücuttaki metabolizmanın, fonksiyonların ve yapıların tüm yönlerini etkiler.

Modern kavramlara göre, hormonların etkisi, belirli enzimlerin katalitik işlevinin uyarılmasına veya engellenmesine dayanmaktadır. Bu etki, genleri aktive ederek sentezlerini hızlandırarak hücrelerde zaten var olan enzimleri aktive ederek veya inhibe ederek elde edilir. Hormonlar, enzimler ve diğer biyolojik olarak aktif maddeler için hücresel ve hücre altı zarların geçirgenliğini artırabilir veya azaltabilir, böylece enzimin etkisini kolaylaştırır veya inhibe eder.

Hormonların aşağıdaki etki mekanizması türleri vardır: zar, zar-hücre içi ve hücre içi (sitozolik).

membran mekanizması . Hormon hücre zarına bağlanır ve bağlanma yerinde glikoz, amino asitler ve bazı iyonlara karşı geçirgenliğini değiştirir. Bu durumda hormon, zar araçlarının bir efektörü gibi davranır. İnsülin bunu glikoz taşınmasını değiştirerek yapar. Ancak bu tür hormon taşınması nadiren tek başına gerçekleşir. Örneğin insülin, hem bir zara hem de zar-hücre içi bir etki mekanizmasına sahiptir.

Membran-hücre içi mekanizma . Zar-hücre içi tipine göre, hormonlar hücreye nüfuz etmeyen etki gösterir ve bu nedenle hücre içi bir kimyasal aracı aracılığıyla metabolizmayı etkiler. Bunlar arasında protein-peptit hormonları (hipotalamus, hipofiz, pankreas ve paratiroid bezlerinin hormonları, tiroid bezinin tirokalsitonin); amino asit türevleri (adrenal medulla hormonları - adrenalin ve norepinefrin, tiroid hormonları - tiroksin, triiyodotironin).

Hormonların hücre içi kimyasal habercilerinin işlevleri, siklik nükleotitler - siklik 3 tarafından gerçekleştirilir. ׳ ,5׳ – adenozin monofosfat (cAMP) ve siklik 3 ׳ ,5׳ – guanozin monofosfat (cGMP), kalsiyum iyonları.

Hormonlar, siklik nükleotitlerin oluşumunu etkiler: cAMP - adenilat siklaz aracılığıyla, cGMP - guanilat siklaz yoluyla.

Adenilat siklaz, hücre zarının içine yerleştirilmiştir ve birbirine bağlı 3 bölümden oluşur: zarın dışında bulunan bir dizi zar reseptörü ile temsil edilen reseptör (R), lipit tabakasında bulunan özel bir N-proteini ile temsil edilen konjüge edici (N) membran ve enzimatik bir protein olan katalitik (C), yani aslında ATP'yi (adenozin trifosfat) cAMP'ye dönüştüren adenilat siklaz.

Adenilat siklaz aşağıdaki şemaya göre çalışır. Hormon reseptöre (R) bağlanır bağlanmaz ve bir hormon-reseptör kompleksi oluşur oluşmaz, adenilat seklazın katalitik (C) kısmını aktive eden N-protein-GTP (guanozin trifosfat) kompleksi oluşur. Adenilat siklazın aktivasyonu, ATP zarının iç yüzeyinde hücre içinde cAMP oluşumuna yol açar.

Reseptöre bağlanan hormonun bir molekülü bile adenilat siklazın çalışmasına neden olur. Bu durumda bağlı hormonun molekülü başına hücre içinde 10-100 cAMP molekülü oluşur. Adenilat siklaz, hormon-reseptör kompleksi var olduğu sürece aktif kalır. Guanilat siklaz benzer şekilde çalışır.

Hücrenin sitoplazmasında aktif olmayan protein kinazlar bulunur. Döngüsel nükleotidler, cAMP ve GMP, protein kinazları aktive eder. Siklik nükleotitleri tarafından aktive edilen cAMP'ye bağımlı ve cGMP'ye bağımlı protein kinazlar vardır. Belirli bir hormonu bağlayan membran reseptörüne bağlı olarak adenilat seklaz veya guanilat seklaz açılır ve sırasıyla cAMP veya cGMP oluşur.

Hormonların çoğu cAMP yoluyla etki gösterir ve yalnızca oksitosin, tirokalsitonin, insülin ve adrenalin cGMP aracılığıyla etki eder.

Aktive edilmiş protein kinazların yardımıyla, enzim aktivitesinin iki tür regülasyonu gerçekleştirilir: mevcut enzimlerin kovalent modifikasyon, yani fosforilasyon ile aktivasyonu; biyosentez hızındaki bir değişiklik nedeniyle enzimatik protein miktarındaki değişiklik.

Siklik nükleotitlerin biyokimyasal süreçler üzerindeki etkisi, cAMP ve cGMP'yi yok eden özel bir enzim olan fosfodiesterazın etkisi altında sona erer. Başka bir enzim - fosfoprotein fosfataz - protein kinazın etkisinin sonucunu yok eder, yani fosforik asidi enzimatik proteinlerden ayırır ve bunun sonucunda etkisiz hale gelir.

Hücre içinde çok az kalsiyum iyonu vardır, ancak hücre dışında daha fazlası vardır. Hücre dışı ortamdan zardaki kalsiyum kanalları yoluyla gelirler. Hücrede kalsiyum, kalsiyum bağlayıcı protein kalmodulin (CM) ile etkileşime girer. Bu kompleks, enzimlerin aktivitesini değiştirerek hücrelerin fizyolojik fonksiyonlarında bir değişikliğe yol açar. Kalsiyum iyonları aracılığıyla oksitosin, insülin, prostaglandin F 2α hormonları hareket eder. Bu nedenle, doku ve organların hormonlara duyarlılığı, membran reseptörlerine bağlıdır ve bunların spesifik düzenleyici etkisi, hücre içi bir aracı tarafından belirlenir.

Hücre içi (sitozolik) etki mekanizması . Steroid hormonlarının (kortikosteroidler, seks hormonları - androjenler, östrojenler ve gestagenler) karakteristiğidir. Steroid hormonları, sitoplazmada bulunan reseptörlerle etkileşime girer. Ortaya çıkan hormon-reseptör kompleksi çekirdeğe aktarılır ve doğrudan genom üzerinde etki ederek aktivitesini uyarır veya inhibe eder, yani. transkripsiyon hızını ve bilgi (matriks) RNA (mRNA) miktarını değiştirerek DNA sentezi üzerinde hareket eder. mRNA miktarındaki bir artış veya azalma, translasyon sırasında protein sentezini etkiler ve bu da hücrenin fonksiyonel aktivitesinde bir değişikliğe yol açar.