Основні механізми дії гормонів. Мембранно-внутрішньоклітинний механізм дії гормонів

Розрізняють три можливі варіантимеханізму дії гормонів

Мембранний, або локальний механізм- полягає в тому, що гормон у місці зв'язування з клітинною мембраноюзмінює її проникність для метаболітів, наприклад, глюкози, амінокислот, деяких іонів. Надходження глюкози, амінокислот надає, своєю чергою, впливом геть біохімічні процесиу клітині, а зміна розподілу іонів з обох боків мембрани впливає на електричний потенціал та функцію клітин. Мембранний тип дії гормонів рідко зустрічається у ізольованому вигляді. Наприклад, інсулін має як мембранний (викликає місцеві змінитранспорту іонів, глюкози та амінокислот), так і мембранно-внутрішньоклітинним типом дії.

Мембранно-внутрішньоклітиннийТип дії (або непрямий) характерний для гормонів, які не проникають у клітину і тому впливають на обмін речовин через внутрішньоклітинний хімічний посередник, який і є повноважним представником гормону всередині клітини. Гормон через мембранні рецептори впливає на функцію сигнальних систем (зазвичай це ферменти), що запускають утворення або надходження внутрішньоклітинних посередників. А останні, у свою чергу, впливають на активність та кількість різних ферментіві тим самим змінюють обмін речовин у клітині.

Цитозольний механізмДія характерна для ліпофільних гормонів, здатних проникати через ліпідний шар мембрани всередину клітини, де вони вступають у комплекс з цитозольними рецепторами. Цей комплекс регулює кількість ферментів у клітині, вибірково впливаючи на активність генів хромосом ядра, і тим самим змінюють обмін речовин та функції клітини. Подібний тип дії гормону називається прямим, на відміну від мембранно-внутрішньоклітинного, коли гормон регулює обмін речовин лише побічно, через внутрішньоклітинні посередники.

Гормони щитовидної та паращитовидних залоз

Гормони щитовидної залози

Щитовидна залозасекретує дві групи гормонів з різним впливомна обмін речовин. Перша група – йодтироніни: тироксин та трийодтиронін. Ці гормони регулюють енергетичний обмін та впливають на розподіл та диференціювання клітин, визначаючи розвиток організму. Йодтироніни діють на багато тканин організму, але в найбільшою міроюна тканині печінки, серця, нирок, скелетних м'язіві меншою мірою на жирову та нервову тканини.

При гіперфункції щитовидної залози (гіпертиреозі) спостерігається надмірне утворення йодтиронінів. Характерною ознакоютиреотоксикозу є прискорений розпад вуглеводів та жирів (мобілізуються з жирових депо). Швидке згоряння жирних кислот, гліцерину та продуктів гліколізу вимагає великої витрати кисню. Мітохондрії збільшуються у розмірах, набухають, змінюється їх форма. Тому іноді тиреотоксикоз називають хворобою мітохондрій. Зовні гіпертеріоз проявляється у вигляді наступних симптомів: збільшення основного обміну, підвищення температури тіла (підвищена теплопродукція), схуднення, виражена тахікардія, підвищена нервова збудливість, витрішкуватість та ін. Знімаються ці порушення або хірургічним видаленням частини щитовидної залози, або за допомогою препаратів, що пригнічують її діяльність.

При гіпофункції (гіпотиреозі) щитовидної залози є нестача йодтиронінів. Гіпотеріоз у ранньому дитячому віціназивається кретинізмом або мікседемою дітей, а у дорослих - просто мікседемою. Кретинізм характеризується виразною фізичною та розумовою відсталістю. Це пояснюється зниженням дії йодтиронінів на поділ клітин та їх диференціювання, що тягне за собою уповільнене та неправильне зростання кісткової тканини, порушення диференціювання нейронів У дорослих мікседема проявляється у зниженні основного обміну та температури тіла, погіршенні пам'яті, порушенні шкірних покривів(сухість, лущення) та ін. У тканинах організму знижений обмін вуглеводів і жирів і всі енергетичні процеси. Гіпотеріоз усувається лікуванням препаратами йодтиронінів.

До другої групи відноситься кальціотонін (білок з молекулярною масою 30000), він регулює фосфорно-кальцієвий обмін, Його дія розглянута нижче.

Механізми дії гормонів.

Зверніть увагу, що механізм дії гормонів залежить від його хімічної природита властивостей – розчинності у воді чи жирах. За механізмом дії гормони можуть бути поділені на дві групи: прямої та дистантної дії.

1. Гормони прямої дії. До цієї групи належать ліпофільні (розчинні в жирах) гормони – стероїди та йодтироніни. Ці речовини мало розчиняються у воді і тому утворюють у крові комплексні сполуки з білками плазми. До цих білків відносяться як специфічні транспортні протеїни (наприклад, транскортин, що зв'язує гормони кори надниркових залоз), так і неспецифічні (альбуміни).

Гормони прямої дії через свою ліпофільність здатні дифундувати через подвійний ліпідний шар мембран клітин-мішеней. Рецептори до цих гормонів перебувають у цитозолі. Комплекс гормону, що утворюється, з рецептором переміщається в ядро ​​клітини, де зв'язується з хроматином і впливає на ДНК. В результаті змінюється швидкість синтезу РНК на матриці ДНК (транскрипція) та швидкість утворення специфічних ферментативних білків на матриці РНК (трансляція). Це призводить до зміни кількості ферментативних білків у клітинах-мішенях та зміни в них спрямованості хімічних реакцій(Див. малюнок 2).

Малюнок 2. Механізм впливу на клітину гормонів прямої дії.

Як вам відомо, регуляція синтезу білка може здійснюватися з допомогою механізмів індукції і репресії.

Індукція синтезу білка відбувається внаслідок стимуляції синтезу відповідної матричної РНК. При цьому зростає концентрація певного білка-ферменту в клітині і збільшується швидкість хімічних реакцій, що каталізуються.

Репресія синтезу білка відбувається шляхом придушення синтезу відповідної матричної РНК. В результаті репресії вибірково знижується концентрація певного білка-ферменту в клітині і зменшується швидкість хімічних реакцій, що каталізуються. Майте на увазі, що той самий гормон може викликати індукцію синтезу одних білків і репресію синтезу інших білків. Ефект гормонів прямої дії зазвичай проявляється лише через 2 – 3 години після проникнення у клітину.

2. Гормони дистантної дії. До гормонів дистантної дії належать гідрофільні (розчинні у воді) гормони – катехоламіни та гормони білково-пептидної природи. Оскільки ці речовини не розчиняються в ліпідах, вони можуть проникати через клітинні мембрани. Рецептори для цих гормонів розташовані на зовнішньої поверхні плазматичної мембраниклітин-мішеней. Гормони дистантної дії реалізують свою дію на клітину за допомогою вторинного посередника, якою найчастіше виступає циклічний АМФ (цАМФ).

Циклічний АМФ синтезується з АТФ під дією аденілатциклази:

Механізм дистантної дії гормонів показаний малюнку 3.

Рисунок 3. Механізм впливу на клітину гормонів дистантної дії.

Взаємодія гормону з його специфічним рецептором призводить до активації G-білку клітинної мембрани. G-білок зв'язує ГТФ та активує аденілатциклазу.

Активна аденілатциклаза перетворює АТФ на цАМФ, цАМФ активує протеїнкіназу.

Неактивна протеїнкіназа є тетрамером, який складається з двох регуляторних (R) і двох каталітичних (C) субодиниць. В результаті взаємодії з цАМФ відбувається дисоціація тетрамеру та звільняється активний центр ферменту.

Протеїнкіназа фосфорилює білки-ферменти за рахунок АТФ, або активуючи їх, або інактивуючи. Внаслідок цього змінюється (в одних випадках – збільшується, в інших – зменшується) швидкість хімічних реакцій у клітинах-мішенях.

Інактивація цАМФ відбувається за участю ферменту фосфодіестерази.

Гормони, секретовані залозами внутрішньої секреції, зв'язуються з транспортними білками плазми або в деяких випадках адсорбуються на клітинах крові та доставляються до органів та тканин, впливаючи на їх функцію та обмін речовин. Деякі органи і тканини мають дуже високою чутливістюдо гормонів, тому їх називають органами-мішенямиабо тканинами -мішенями.Гормони впливають буквально на всі сторони обміну речовин, функції та структури в організмі.

Згідно сучасним уявленням, Дія гормонів заснована на стимуляції або пригніченні каталітичної функції певних ферментів Цей ефект досягається за допомогою активації або пригнічення вже наявних ферментів у клітинах за рахунок прискорення їх синтезу шляхом активації генів. Гормони можуть збільшувати або зменшувати проникність клітинних та субклітинних мембран для ферментів та інших біологічно активних речовинзавдяки чому полегшується або гальмується дія ферменту. гормон органічний організм заліза

Мембранний механізм . Гормон зв'язується з клітинною мембраною і в місці зв'язування змінює її проникність для глюкози, амінокислот та деяких іонів. У цьому випадку гормон виступає як ефектор транспортних засобівмембрани. Таку дію має інсулін, змінюючи транспорт глюкози. Але цей тип транспорту гормонів рідко зустрічається у ізольованому вигляді. Інсулін, наприклад, має як мембранний, так і мембранно-внутрішньоклітинний механізм дії.

Мембранно-внутрішньоклітинний механізм . За мембранно-внутрішньоклітинним типом діють гормони, які не проникають у клітину і тому впливають на обмін речовин через внутрішньоклітинного хімічного посередника. До них відносять білково-пептидні гормони (гормони гіпоталамуса, гіпофіза, підшлункової та паращитовидної залоз, тиреокальцитонін щитовидної залози); похідні амінокислот (гормони мозкового шару надниркових залоз - адреналін і норадреналін, щитовидної залози - тироксин, трийодтиронін).

Внутрішньоклітинний (цитозольний) механізм дії . Він характерний для стероїдних гормонів (кортикостероїдів, статевих гормонів – андрогенів, естрогенів та гестагенів). Стероїдні гормони взаємодіють із рецепторами, що знаходяться в цитоплазмі. гормон-рецепторний комплекс, що утворився, переноситься в ядро ​​і діє безпосередньо на геном, стимулюючи або пригнічуючи його активність, тобто. діє на синтез ДНК, змінюючи швидкість транскрипції та кількість інформаційної (матричної) РНК (мРНК). Збільшення або зменшення кількості мРНК впливає на синтез білка у процесі трансляції, що призводить до зміни функціональної активностіклітини.

Дія гормонів ґрунтується на стимуляції або пригніченні каталітичної функції деяких ферментів у клітинах органів-мішеней. Ця дія може досягатися шляхом активації або пригнічення вже наявних ферментів. Причому важлива рольналежить циклічному аденозинмонофосфату(цАМФ), який є тут вторинним посередником(Роль первинного

посередника виконує сам гормон). Можливе збільшення концентрації ферментів за рахунок прискорення їх біосинтезу шляхом активації генів.

Механізм дії гормонів пептидної та стероїдної природи різний. Аміни та пептидні гормонине проникають усередину клітини, а приєднуються на її поверхні до специфічних рецепторів у клітинній мембрані. Рецептор пов'язаний із ферментом аденілатциклазою.Комплекс гормону з рецептором активує аденілатциклазу, яка розщеплює АТФ із утворенням цАМФ. Дія цАМФ реалізується через складний ланцюг реакцій, що веде до активації певних ферментів шляхом їх фосфорилювання, вони здійснюють кінцевий ефект гормону (рис. 2.3).

Мал. 2.4 Механізм дії стероїдних гормонів I - гормон проникає в клітину та зв'язується з рецептором у цитоплазмі; II – рецептор транспортує гормон у ядро; III - гормон оборотно взаємодіє із ДНК хромосом; IV - гормон активує ген, у якому утворюється матрична (інформаційна) РНК (мРНК); V-мРНК виходить з ядра та ініціює синтез білка (зазвичай ферменту) на рибосомах; фермент реалізує кінцевий гормональний ефект; 1 – клітинна мембрана, 2 – гормон, 3 – рецептор, 4 – ядерна мембрана, 5 – ДНК, 6 – мРНК, 7 – рибосома, 8 – синтез білка (ферменту).

Стероїдні гормони, а також Тзі Т 4(Тироксин і трийодтиронін) розчинні в жирах, тому вони проникають через клітинну мембрану. Гормон зв'язується з рецептором у цитоплазмі. гормон-рецепторний комплекс, що утворився, транспортується в ядро ​​клітини, де вступає в оборотну взаємодію з ДНК і індукує синтез білка (ферменту) або декількох білків. Шляхом включення специфічних генів на певній ділянці ДНК однієї з хромосом синтезується матрична (інформаційна) РНК (мРНК), яка переходить з ядра в цитоплазму, приєднується до рибосом та індукує тут синтез білка (рис. 2.4).

На відміну від пептидів, що активують ферменти, стероїдні гормони викликають синтез нових ферментних молекул. У зв'язку з цим ефекти стероїдних гормонів проявляються набагато повільніше, ніж дія пептидних гормонів, але продовжуються зазвичай довше.

2.2.5. Класифікація гормонів

На підставі функціональних критеріїв розрізняють три групи гормонів: 1) гормони, які впливають безпосередньо на орган-мішень; ці гормони називаються ефекторним 2) гормони, основною функцією яких є регуляція синтезу та виділення ефекторних гормонів;

ці гормони називають тропнимщ 3) гормони, що виробляються нервовими клітинамиі що регулюють синтез та виділення гормонів аденогіпофіза;ці гормони називаються рилізинг-гормонами, або ліберинами, якщо вони стимулюють ці процеси, або інгібуючими гормонами, статинами, якщо вони мають протилежну дію. Тісний зв'язок між ЦНС та ендокринною системоюздійснюється переважно за допомогою цих гормонів.

У складній системі гормональної регуляціїорганізму розрізняють більш-менш довгі ланцюгирегуляції. Основна лінія взаємодій: ЦНС → гіпоталамус → гіпофіз → периферичні ендокринні залози. Усі елементи цієї системи об'єднані зворотними зв'язками. Функція частини ендокринних залоз не знаходиться під регулюючим впливом гормонів аденогіпофіза (наприклад, паращитовидні залози, підшлункова залоза та ін.).

Гормони, що секретуються залозами внутрішньої секреції, зв'язуються з транспортними білками плазми або в деяких випадках адсорбуються на клітинах крові та доставляються до органів та тканин, впливаючи на їх функцію та обмін речовин. Деякі органи і тканини мають дуже високу чутливість до гормонів, тому їх називають органами-мішенямиабо тканинами–мішенями.Гормони впливають буквально на всі сторони обміну речовин, функції та структури в організмі.

Згідно з сучасними уявленнями, дія гормонів заснована на стимуляції або пригніченні каталітичної функції певних ферментів. Цей ефект досягається за допомогою активації або пригнічення вже наявних ферментів у клітинах за рахунок прискорення їх синтезу шляхом активації генів. Гормони можуть збільшувати або зменшувати проникність клітинних та субклітинних мембран для ферментів та інших біологічно активних речовин, завдяки чому полегшується чи гальмується дія ферменту.

Розрізняють такі типи механізму дії гормонів: мембранний, мембранно-внутрішньоклітинний та внутрішньоклітинний (цитозольний).

Мембранний механізм . Гормон зв'язується з клітинною мембраною і в місці зв'язування змінює її проникність для глюкози, амінокислот та деяких іонів. У цьому випадку гормон постає як ефектор транспортних засобів мембрани. Таку дію має інсулін, змінюючи транспорт глюкози. Але цей тип транспорту гормонів рідко зустрічається у ізольованому вигляді. Інсулін, наприклад, має як мембранний, так і мембранно-внутрішньоклітинний механізм дії.

Мембранно-внутрішньоклітинний механізм . За мембранно-внутрішньоклітинним типом діють гормони, які не проникають у клітину і тому впливають на обмін речовин через внутрішньоклітинного хімічного посередника. До них відносять білково-пептидні гормони (гормони гіпоталамуса, гіпофіза, підшлункової та паращитовидної залоз, тиреокальцитонін щитовидної залози); похідні амінокислот (гормони мозкового шару надниркових залоз – адреналін та норадреналін, щитовидної залози – тироксин, трийодтиронін).

Функції внутрішньоклітинних хімічних посередників гормонів виконують циклічні нуклеотиди – циклічний. ׳ ,5׳ – аденозинмонофосфат (цАМФ) та циклічний 3 ׳ ,5׳ – гуанозинмонофосфат (цГМФ), іони кальцію.

Гормони впливають на утворення циклічних нуклеотидів: цАМФ через аденілатциклазу, цГМФ через гуанілатциклазу.

Аденілатциклаза вбудована в мембрану клітини і складається з 3-х взаємопов'язаних частин: рецепторної (R), представленої набором мембранних рецепторів, що знаходяться зовні мембрани, що сполучає (N), представленої особливим N-білком, розташованим у ліпідному шарі мембрани, і каталітичної (C), що є ферментним білком, тобто власне аденілатциклазою, яка перетворює АТФ (аденозинтрифосфат) на цАМФ.

Аденілатциклаза працює за наступною схемою. Як тільки гормон зв'язується з рецептором (R) і утворюється комплекс гормон-рецептор, відбувається утворення комплексу N-білок – ГТФ (гуанозинтрифосфат), який активує каталітичну (С) частину аденілатцеклази. Активація аденілатциклази призводить до утворення цАМФ усередині клітини на внутрішній поверхні мембрани з АТФ.

Навіть одна молекула гормону, що зв'язався з рецептором, змушує працювати аденілатцеклазу. При цьому на одну молекулу гормону, що зв'язався, утворюється 10-100 молекул цАМФ всередині клітини. В активному стані аденілатциклазу знаходиться доти, доки існує комплекс гормон – рецептор. Аналогічно працює і гуанілатциклаза.

У цитоплазмі клітини є неактивні протеїнкінази. Циклічні нуклеотиди-цАМФ іцГМФ-активують пртеїнкінази. Існують цАМФ-залежні та цГМФ – залежні протеїнкінази, які активуються своїм циклічним нуклеотидом. Залежно від мембранного рецептора, що зв'язує певний гормон, включається або аденілатцеклаза, або гуанілатцеклаза і відповідно відбувається утворення або цАМФ, або цГМФ.

Через цАМФ діє більшість гормонів, а через цГМФ лише окситоцин, тиреокальцитонін, інсулін і адреналін.

За допомогою активованих протеїнкіназ здійснюється два види регулювання активності ферментів: активація вже наявних ферментів шляхом ковалентної модифікації, тобто фосфолюванням; зміна кількості ферментного білка за рахунок зміни швидкості біосинтезу.

Вплив циклічних нуклеотидів на біохімічні процеси припиняється під впливом спеціального ферменту-фосфодіестерази, що руйнує цАМФ та цГМФ. Інший фермент - фосфопротеідфосфаза - руйнує результат дії протеїнкінази, тобто відщеплює фосфорну кислоту від ферментних білків, внаслідок чого вони стають неактивними.

Усередині клітини іонів кальцію міститься дуже мало, поза клітиною їх більше. Вони поступаються з позаклітинного середовища кальцієвими каналами в мембрані. У клітині кальцій взаємодіє з кальційзв'язуючим білком калмодуліном (КМ). Цей комплекс змінює активність ферментів, що веде до зміни фізіологічних функцій клітин. Через іони кальцію діють гормони окситоцин, інсулін, простагландин F2α. Таким чином, чутливість тканин та органів до гормонів залежить від мембранних рецепторів, а специфічний регуляторний вплив їх визначається внутрішньоклітинним посередником.

Внутрішньоклітинний (цитозольний) механізм дії . Він характерний для стероїдних гормонів (кортикостероїдів, статевих гормонів – андрогенів, естрогенів та гестагенів). Стероїдгі гормони взаємодіють з рецепторами, що знаходяться в цитоплазмі. Гормнон-рецепторний комплекс, що утворився, переноситься в ядро ​​і діє безпосередньо на геном, стимулюючи або пригнічуючи його активність, тобто. діє на синтез ДНК, змінюючи швидкість транскрипції та кількість інформаційної (матричної) РНК (мРНК). Збільшення чи зменшення кількості мРНК впливає синтез білка в процесі трансляції, що призводить до зміни функціональної активності клітини.