Механізм дії гормонів. Класифікації гормонів

В управлінні метаболізмом гормони беруть участь наступним чином. Потік інформації про стан внутрішнього середовищаорганізму та про зміни, пов'язані з зовнішніми впливаминадходить у нервову систему, Там переробляється і формується сигнал у відповідь. Він надходить до органів-ефекторів у вигляді нервових імпульсів по нутробежних нервах і опосередковано через ендокринну систему.

Пунктом, де зливаються потоки нервової та ендокринної інформації є гіпоталамус – сюди надходять нервові імпульсиіз різних відділів головного мозку. Вони визначають продукцію та секрецію гіпоталамічних гормонів, що впливають у свою чергу через гіпофіз на продукцію гормонів периферичними ендокринними залозами. Гормони периферичних залоз, зокрема мозкової речовини надниркових залоз, контролюють секрецію гіпоталамічних. Зрештою, вміст гормону в кровотоку підтримується за принципом саморегуляції. Високий рівень гормону вимикає або послаблює за механізмом негативного зворотного зв'язку його утворення, низький рівеньпосилює продукцію.

Гормони діють на тканини вибірково, що з неоднаковою чутливістю до них тканин. Органи та клітини, найбільш чутливі до впливу певного гормону, прийнято називати мішенню гормону (орган-мішень або клітина-мішень).

Тканини-мішені концепції.Тканина-мішень – це така тканина, у якій гормон викликає специфічну фізіологічну (біохімічну) реакцію. Загальну реакціютканини-мішені на дію гормону визначає цілий рядфакторів. Насамперед це локальна концентрація гормону поблизу тканини-мішені, яка залежить від:

1. швидкості синтезу та секреції гормону;

2. анатомічної близькості тканини-мішені до джерела гормону;

3. констант зв'язування гормону зі специфічним білком-переносником (якщо такий існує);

4. швидкості перетворення неактивної чи малоактивної форми гормону на активну;

5. швидкості зникнення гормону з крові внаслідок розпаду чи виведення.

Власне тканинна відповідь визначається:

Відносною активністю та (або) ступенем зайнятості специфічних рецепторів

Станом сенситизації – десентизації клітини.

Специфічність гормонів по відношенню до клітин-мішеней обумовлена ​​??нлічністю у клітин специфічних рцепторів.

Всі рецептори гормонів можна поділити на 2 вип:

1) локалізовані на зовнішньої поверхніклітинної мембрани;

2) розташовані у цитоплазмі клітини.

Властивості рецепторів:

Чітка субстратна специфічність;

Насичуваність;

Спорідненість до гормону в межах біологічних концентрацій гормону;

Оборотність дії.

Залежно від цього, де у клітині відбувається передача інформації, можна назвати такі варіанти дії гормонів:

1) Мембранний (локальний).

2) Мембранно-внутрішньоклітинний або опосередкований.

3) Цитоплазматичний (прямий).

Мембранний типдії реалізується у місці зв'язування гормону з плазматичною мембраною і полягає у вибірковому зміні її проникності. За механізмом дії гормон у цьому випадку виступає як алостеричний ефектор. транспортних системмембрани. Так, наприклад, забезпечується трансмембранне перенесення глюкози під дією інсуліну, амінокислот та деяких іонів. Зазвичай мембранний тип дії поєднується з мембранно-внутрішньоклітинним.

Мембранно-внутрішньоклітинна діягормонів характеризується тим, що гормон не проникає в клітину, а впливає на обмін у ній через посередник, який як представник гормону в клітині – вторинним посередником (первинний посередник – сам гормон). За типом вторинних посередником діють циклічні нуклеотиди (цАМФ, цГМФ) та іони кальцію.

Регуляція – складний комплексний механізм, що реагує на різного родувпливу зміною обміну речовин і підтримує сталість внутрішнього середовища.

Регуляція через цАМФ чи цГМФ. У цитоплазматичну мембрану клітини вбудовано фермент аденілатциклаза, що складається з 3-х частин – дізнається(Набір рецепторів, що розташовуються на поверхні мембрани), сполучною(N-білок, що займає в ліпідному бішарі мембрани проміжне положенняміж рецептором і каталітичною частиною) та каталітичний(Власне ферментний білок, активний центр якого звернений всередину клітини). У каталітичному білку є роздільні ділянки зв'язування цАМФ і цГМФ.

Передача інформації, джерелом якої є гормон, відбувається так:

Гормон зв'язується із рецептором;

Комплекс гормон-рецептор взаємодіє з N-білком, змінюючи його конфігурацію;

Зміна конфігурації призводить до перетворення ГДФ (присутнім у неактивному білку) на ГТФ;

Комплекс білок-ГТФ власне активує аденілатциклазу;

Активна аденілатциклаза напрацьовує цАМФ усередині клітини (АТФ ¾® цАМФ + H 4 P 2 O 7)

Аденілатциклаза працює доти, доки зберігається комплекс гормон-рецептор, тому одна молекула комплексу встигає утворювати від 10 до 100 молекул цАМФ.

Синтез цГМФ запускається таким самим шляхом, з тією лише різницею, що комплекс гормон-рецептор активує гуанілатциклазу, що продукує цГМФ з ГТФ.

Циклічні нуклеотиди активують протеїнкінази (цАМФ-залежні або цГМФ-залежні);

Активовані протеїнкінази фосфорилюють за рахунок АТФ різні білки;

Фосфорилювання супроводжується зміною функціональної активності (активацією чи пригніченням) цих білків.

Циклічні нуклеотиди (цАМФ і цГМФ) діють різні білки, тому ефект залежить від мембранного рецептора, що зв'язує гормон. Характер рецептора визначає, чи буде змінена активність цАМФ- або цГМФ-залежних білків-ферментів. Нерідко ці нуклеотиди мають протилежні ефекти. Тому біохімічні процеси в клітині під впливом одного гормону можуть активуватися або пригнічуватися залежно від того, які рецептори має клітина. Наприклад, адреналін може зв'язуватися b- та a-рецепторами. Перші включають аденілатциклазу та освіту цАМФ, другі – гуанілатциклазу та освіту ц ГМФ. Циклічні нуклеотиди активують різні білки, тому характер метаболічних змінв клітині залежить немає від гормону, як від рецепторів, які має клітина.

Вплив циклічних нуклеотидів на метаболізм припиняється за допомогою ферментів фосфодіестераз.

Таким чином, процес керований через аденілатциклазну систему залежить від співвідношення між швидкістю продукції цАМФ або цГМФ і швидкістю їх розпаду.

Механізм дії гормонів, що включає аденілатциклазну систему, властивий гормонам білкової та поліпептидної природи, а також катехоламінам (адреналіну, норадреналіну).

Цитоплазматичний механізм дії властивий гормонам стероїдної природи.

Рецептори стероїдних гормонів розташовані у цитоплазмі клітини. Ці гормони (що мають ліпофільні властивості), проникаючи в клітину, взаємодіють з рецепторами з утворенням гормон-рецепторного комплексу, який після молекулярної перебудови, що призводить до його активації, надходить у ядро ​​клітини, де взаємодіє з хроматином. У цьому відбувається активація генів й у подальшому розвивається ланцюг процесів, які супроводжуються посиленим синтезом РНК, зокрема інформаційних. Це призводить до індукції відповідних ферментів у процесі трансляції, що тягне за собою зміну швидкості та спрямованості метаболічних процесів у клітині.

Таким чином, у цьому випадку гормональний ефект реалізується на рівні генетичного апарату клітини-мішені.

Біологічні ефекти гормонів, що впливають на генетичний апарат клітини, виявляються головним чином у впливі на ріст та диференціювання тканин та органів.

Змішаний типпередачі інформації властивий йодтіронінам(гормонам щитовидної залози), які за ліпофільними властивостями займають проміжне положення між водорозчинними та ліпофільними (стероїдними) гормонами. Ця група гормонів реалізує свій ефект і мембранно-внутрішньоклітинним та цитозольним механізмами.

Спочатку терміном "гормон" позначали хімічні речовини, які секретуються залозами внутрішньої секреції в лімфатичні або кровоносні судини, циркулюють в крові і впливають на різні органи і тканини, що знаходяться на значній відстані від місця їх утворення. Виявилося, однак, що деякі з цих речовин (наприклад, норадреналін), циркулюючи в крові як гормони, виконують функцію нейропередавача (нейротрансмітера), тоді як інші (соматостатин) є і гормонами, і нейропередавачами. Крім того, окремі хімічні речовини секретуються ендокринними залозами або клітинами у вигляді прогормонів і тільки на периферії перетворюються на біологічно активні гормони (тестостерон, тироксин, ангіотензиноген та ін.).

Гормони, в широкому значенніслова, є біологічно активними речовинами та носіями специфічної інформації, за допомогою якої здійснюється зв'язок між різними клітинамита тканинами, що необхідно для регуляції численних функцій організму. Інформація, що міститься в гормонах, досягає свого адресата завдяки наявності рецепторів, які переводять її в пострецепторну дію (вплив), що супроводжується певним біологічним ефектом.

Нині розрізняють такі варіанти дії гормонів:

1) гормональне, чи гемокринне, тобто. вплив на значній відстані від місця освіти;

2) ізокринна, або місцева, коли хімічна речовина, синтезована в одній клітині, впливає на клітину, розташовану в тісному контакті з першою, і вивільнення цієї речовини здійснюється в міжтканинну рідину та кров;

3) нейрокринне, або нейроендокринне (синаптичне та несинаптичне), дія, коли гормон, вивільняючись з нервових закінчень, виконує функцію нейротрансмітера або нейромодулятора, тобто. речовини, що змінює (зазвичай посилює) дію нейротрансмітера;

4) паракринне - різновид ізокринної дії, але при цьому гормон, що утворюється в одній клітині, надходить у міжклітинну рідину і впливає на ряд клітин, розташованих у безпосередній близькості;

5) юкстакринне – різновид паракринної дії, коли гормон не потрапляє у міжклітинну рідину, а сигнал передається через плазматичну мембрану поряд розташованої іншої клітини;

6) аутокринна дія, коли гормон, що вивільняється з клітини, впливає на ту ж клітину, змінюючи її функціональну активність;

7) солінокринна дія, коли гормон з однієї клітини надходить у просвіт протоку і досягає таким чином іншої клітини, надаючи на неї специфічний вплив (наприклад, деякі шлунково-кишкові гормони).

Синтез білкових гормонів, як і інших білків, знаходиться під генетичним контролем, і типові клітини ссавців експресують гени, які кодують від 5000 до 10000 різних білківа деякі високодиференційовані клітини – до 50 000 білків. Будь-який синтез білка починається з транспозиції сегментів ДНК, потім транскрипції, посттранскрипційного процесингу, трансляції, посттрансляційного процесингу та модифікації. Багато поліпептидні гормони синтезуються у формі великих попередників-прогормонів (проінсулін, проглюкагон, проопіомеланокортин та ін.). Конверсія прогормонів у гормони здійснюється в апараті Гольджі.

За хімічною природою гормони поділяються на білкові, стероїдні (або ліпідні) та похідні амінокислот.

Белковые гормоны подразделяют на пептидные: АКТГ, соматотропный (СТГ), меланоцитостимулирующий (МСГ), пролактин, паратгормон, кальцитонин, инсулин, глюкагон, и протеидные – глюкопротеиды: тиротропный (ТТГ), фолликулостимулирующий (ФСГ), лютеинизирующий (ЛГ), тироглобулин. Гіпофізотропні гормони та гормони шлунково-кишкового тракту належать до олігопептидів, або малих пептидів. До стероїдних (ліпідних) гормонів відносяться кортикостерон, кортизол, альдостерон, прогестерон, естрадіол, естріол, тестостерон, які секретуються корою наднирника та статевими залозами. До цієї групи можна віднести і стероли вітаміну D – кальцитріол. Похідні арахідонової кислоти є, як вказувалося, простагландинами і відносяться до групи ейкозаноїдів. Адреналін і норадреналін, що синтезуються в мозковому шарі надниркових залоз та інших хромафінних клітинах, а також тироїдні гормони є похідними амінокислоти тирозину. Білкові гормони гідрофільні і можуть переноситися кров'ю як у вільному, так і частково пов'язаному з білками крові стані. Стероїдні та тироїдні гормони ліпофільні (гідрофобні), відрізняються невеликою розчинністю, основна їх кількість циркулює в крові у зв'язаному з білками стані.

Гормони здійснюють свою біологічну дію, комплексуючись із рецепторами – інформаційними молекулами, що трансформують гормональний сигнал у гормональну дію. Більшість гормонів взаємодіють із рецепторами, розташованими на плазматичних мембранах клітин, інші гормони – з рецепторами, локалізованими внутрішньоклітинно, тобто. з цитоплазматичними та ядерними.

Білкові гормони, фактори росту, нейротрансмітери, катехоламіни та простагландини відносяться до групи гормонів, для яких рецептори розташовані на плазматичних мембранах клітин. Плазматичні рецептори в залежності від структури поділяються на:

1) рецептори, трансмембранний сегмент яких складається із семи фрагментів (петель);

2) рецептори, трансмембранний сегмент яких складається з одного фрагмента (петлі чи ланцюга);

3) рецептори, трансмембранний сегмент яких складається із чотирьох фрагментів (петель).

До гормонів, рецептор яких складається з семи трансмембранних фрагментів, відносяться: АКТГ, ТТГ, ФСГ, ЛГ, хоріонічний гонадотропін, простагландини, гастрин, холецистокінін, нейропептид Y, нейромедін К, вазопресин, адреналін (a-1 і 2, b-1 і 2), ацетилхолін (М1, М2, М3 та М4), серотонін (1А, 1В, 1С, 2), дофамін (Д1 та Д2), ангіотензин, речовина К, речовина Р, або нейрокінін 1, 2 та 3 типу, тромбін , інтерлейкін-8, глюкагон, кальцитонін, секретин, соматоліберин, ВІП, гіпофізарний аденілатциклазактивуючий пептид, глютамат (MG1 – MG7), аденін.

До другої групи відносяться гормони, що мають один трансмембранний фрагмент: СТГ, пролактин, інсулін, соматомаммотропін, або плацентарний лактоген, ІФР-1, нервові фактори росту, або нейротрофіни, фактор росту гепатоцитів, передсердний натрійуретичний пептид типу А, В і С, онко еритропоетин, циліарний нейротрофічний фактор, лейкемічний інгібіторний фактор, фактор некрозу пухлин (р75 та р55), нервовий фактор росту, інтерферони (a, b та g), епідермальний фактор росту, нейродиференціювальний фактор, фактори росту фібробластів, фактори росту тром макрофагний колонієстимулюючий фактор, активін, інгібін, інтерлейкіни-2, 3, 4, 5, 6 і 7, гранулоцито-макрофагний колонієстимулюючий фактор, гранулоцитний колонієстимулюючий фактор, ліпопротеїн низької щільності, трансферин, ІФР-2.

До гормонів третьої групи, рецептор яких має чотири трансмембранні фрагменти, відносяться ацетилхолін (нікотинові м'язові та нервові), серотонін, гліцин, g-аміномасляна кислота.

Мембранні рецептори є інтегральними компонентами плазматичних мембран. Зв'язок гормону із відповідним рецептором характеризується високою афінністю, тобто. високим ступенем спорідненості рецептора до цього гормону.

Біологічний ефект гормонів, що взаємодіють з рецепторами, локалізованими на плазматичній мембрані, здійснюється за участю "вторинного месенджера", або передавача.

Залежно від того, яка речовина виконує її функцію, гормони можна розділити на такі групи:

1) гормони, що мають біологічний ефект за участю циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ);

2) гормони, що здійснюють свою дію за участю циклічного гуанідинмонофосфату (цГМФ);

3) гормони, що опосередковують свою дію за участю як внутрішньоклітинний вторинний месенджер іонізованого кальцію або фосфатидилінозитідів (інозитолтрифосфат і діацилгліцерин) або обох сполук;

4) гормони, що надають свою дію шляхом стимулювання каскаду кіназ та фосфатаз.

Механізми, що беруть участь у освіті вторинних месенджерів, оперують через активування аденілатциклази, гуанілатциклази, фосфоліпази С, фосфоліпази А2, тирозинкіназ, Са2+-каналів та ін.

Кортиколіберин, соматоліберин, ВІП, глюкагон, вазопресин, ЛГ, ФСГ, ТТГ, хоріонічний гонадотропін, АКТГ, паратгормон, простагландини типу Е, D та I, b-адренергічні катехоламіни надають гормональну дію через активування рецептора за допомогою стимуляції системи аденілатциклазу – цАМФ. У той же час інша група гормонів, таких як соматостатин, ангіотензин II, ацетилхолін (мускариновий ефект), дофамін, опіоїди та a2-адренергічні катехоламіни, пригнічують систему аденілатциклазу – цАМФ.

В утворенні вторинних месенджерів для таких гормонів, як гонадоліберин, тироліберин, дофамін, тромбоксани А2, ендоперекиси, лейкотрієни, агніотензин II, ендотелін, паратгормон, нейропептид Y, a1-адренергічні катехоламіни, азотил , інозитол трифосфат , Са2+-залежна протеїнкіназа С. Інсулін, макрофагний колонієстимулюючий фактор, тромбоцитарний похідний фактор росту опосередковують свою дію через тирозинкіназу, а передсердний натрійуретичний гормон, гістамін, ацетилхолін, брадикінін, ендотелійований брадикініна , та ацетилхолін – через гуанілатциклазу. Слід зазначити, що розподіл гормонів за принципом активуючих систем або того чи іншого вторинного месенджера умовно, оскільки багато гормонів після взаємодії з рецептором активують одночасно кілька вторинних месенджерів.

Більшість гормонів, що взаємодіють з плазматичними рецепторами, що мають 7 трансмембранних фрагментів, активують вторинні месенджери через зв'язування з гуанілатнуклеотидними білками або G-білками або регуляторними білками (Г-білки), які є гетеротримерними білками, що складаються з a-, b . Ідентифіковано більше 16 генів, що кодують a-субодиницю, кілька генів для b-і g-субодиниць. Різні види a-субодиниць мають неідентичні ефекти. Так, a-s-субодиниця інгібує аденілатциклазу та Са2+-канали, a-q-субодиниця – фосфоліпазу С, a-i-субодиниця інгібує аденілатциклазу та Са2+- канали та стимулює фосфоліпазу С, К+-канали та фосфоліпазу С, К+-канали і; b-субодиниця стимулює фосфоліпазу С, аденілатциклазу і Са2+-канали, а g-субодиниця стимулює К+-канали, фосфодіестеразу і пригнічує аденілатциклазу. Точну функцію інших субодиниць регуляторних білків поки не встановлено.

Гормони, що комплексують з рецептором, що має один трансмембранний фрагмент, активують внутрішньоклітинні ферменти (тирозинкіназу, гуанілатциклазу, серін-треонін кіназу, тирозинфосфатазу). Гормони, рецептори яких мають 4 трансмембранні фрагменти, здійснюють передачу гормонального сигналу через іонні канали.

Дослідженнями останніх роківпоказано, що вторинні месенджери є не якоюсь однією з перерахованих сполук, а багатоступінчастою (каскадною) системою, кінцевим субстратом (речовиною) якої можуть бути одна або кілька біологічно активних сполук. Так, гормони, що взаємодіють з рецепторами, що мають 7 трансмембранних фрагментів та активують Г-білок, потім стимулюють аденілатциклазу, фосфоліпазу або обидва ферменти, що веде до утворення кількох вторинних месенджерів: цАМФ, інозитол трифосфату та діацилгліцерину. На цей час ця група представлена ​​найбільшою кількістю (більше 100) рецепторів, до яких відносяться пептидергічні, дофамінергічні, адренергічні, холінергічні, серотонінергічні та інші рецептори. У цих рецепторах 3 позаклітинних фрагменти (петлі) відповідальні за розпізнавання та зв'язування гормону, 3 внутрішньоклітинних фрагменти (петлі) пов'язують Г-білок. Трансмембранні (внутрішньомембранні) домени гідрофобні, а поза-і внутрішньоклітинні фрагменти (петлі) - гідрофільні. С-термінальний цитоплазматичний кінець рецепторного поліпептидного ланцюга містить ділянки, де під впливом активованих Г-білків відбувається фосфорилювання, що характеризує активний стан рецептора з одночасним утворенням вторинних месенджерів: цАМФ, трифосфат інозитол і діацилгліцерину.

Взаємодія гормону з рецептором, що має один трансмембранний фрагмент, призводить до активування ферментів (тирозинкінази, фосфаттирозинфосфатази та ін), що здійснюють фосфорилювання залишків тирозину на білкових молекулах.

Комплексування гормону з рецептором, що відноситься до третьої групи і має 4 трансмембранні фрагменти, призводить до активування іонних каналів і входження іонів, що у свою чергу або стимулює (активує) серин-треонінові кінази, що опосередковують фосфорилювання певних ділянок білка, або призводить до деполяризації мембран. Передача сигналу будь-яким із перерахованих механізмів супроводжується ефектами, характерними для дії окремих гормонів.

Історія вивчення вторинних месенджерів починається з досліджень Сатерленда та ін. (1959), які показали, що розпад глікогену печінки під впливом глюкагону та адреналіну відбувається за допомогою стимулюючого впливу цих гормонів на активність ферменту клітинної мембрани аденілатциклази, яка каталізує перетворення внутрішньоклітинного адено (Схема 1).

Схема 1. Конверсія АТФ у цАМФ.

Власне, аденілатциклаза є глікопротеїном з молекулярною масою близько 150 000 кДа. Аденілатциклаза бере участь з іонами Mg2+ в освіті цАМФ, концентрація якого в клітині становить близько 0,01-1 мкг моль/л, тоді як вміст АТФ у клітині досягає рівня до 1 мкг моль/л.

Освіта цАМФ відбувається за допомогою аденілатциклазної системи, яка є одним із компонентів рецептора. Взаємодія гормону з рецептором першої групи (рецептори, що мають 7 трансмембранних фрагментів) включає принаймні 3 наступні один за одним етапи: 1) активування рецептора, 2) передача гормонального сигналу і 3) клітинну дію.

Перший етап, або рівень, є взаємодією гормону (ліганду) з рецептором, що здійснюється за допомогою іонних і водневих зв'язків і гідрофобних сполук з залученням не менше 3 мембранних молекул Г-білка або регуляторного білка, що складається з a-, b- і g- субодиниць. Це в свою чергу активує мембранозв'язані ферменти (фосфоліпазу С, аденілатциклазу) з подальшим утворенням 3 вторинних месендежрів: інозитол трифосфату, діацилгліцерину та цАМФ.

Аденілатциклазна система рецептора складається з 3 компонентів: власне рецептора (стимуляторна та інгібіторна його частини), регуляторного білка з його a-, b- та g-субодиницями та каталітичної субодиниці (власне аденілатциклази), які у звичайному (тобто нестимульованому) стані роз'єднані між собою (схема 2). Рецептор (обидві його частини – стимулююча та інгібуюча) розташовується на зовнішній, а регуляторна одиниця – на внутрішній поверхні плазматичної мембрани. Регуляторна одиниця, або Г-білок, відсутність гормону пов'язана гуанозиндифосфатом (ГДФ). Комплексування гормону з рецептором викликає дисоціацію комплексу Г-білок – ГДФ та взаємодію Г-білка, а саме його a-субодиниці з гуанозинтрифосфатом (ГТФ) та одночасне утворення комплексу b/g-субодиниці, який здатний викликати певні біологічні ефекти. Комплекс ГТФ-a-субодиниця, як уже зазначалося, активує аденілатциклазу та подальше утворення цАМФ. Останній активує протеїнкіназу А з відповідним фосфорилюванням різних білків, що проявляється також певною біологічною дією. Крім того, активований комплекс ГТФ-a-субодиниця в деяких випадках регулює стимуляцію фосфоліпази С, цГМФ, фосфодіестерази, Са2+- і К+-каналів і пригнічує вплив на Са2+-канали та аденілатциклазу.

Схема 2. Механізм дії білкових гормонів шляхом активації цАМФ (пояснення у тексті).

Рс - рецептор, що зв'язує стимулюючий гормон,

Ст - стимулюючий гормон,

Ру - рецептор, що зв'язує гнітючий гормон,

Уг - пригнічуючий гормон,

Ац - аденілатциклаза,

Gy - гормонугнітальний білок,

Gc – гормонстимулюючий білок.

Роль гормону, таким чином, полягає у здійсненні заміни комплексу Г-білок – ГДФ на комплекс Г-білок – ГТФ. Останній активує каталітичну субодиницю, конвертуючи її в стан, що має високу афінність до комплексу АТФ-Mg2+, який швидко перетворюється на цАМФ. Одночасно з активацією аденілатциклази та утворенням ЦАМФ комплекс Г-білок – ГТФ викликає дисоціацію гормонорецепторного комплексу шляхом зниження спорідненості рецептора до гормону.

ЦАМФ, що утворився, активізує у свою чергу цАМФ-залежні протеїнкінази. Вони є ферменти, здійснюють фосфорилювання відповідних білків, тобто. перенесення фосфатної групи від АТФ до гідроксильної групи серину, треоніну або тирозину, що входять до молекули білка. Фосфорильовані у такий спосіб білки безпосередньо здійснюють біологічний ефект гормону.

В даний час встановлено, що регуляторні білки представлені більш ніж 50 різними білками, здатними комплексуватися з ГТФ, які поділяються на Г-білки з невеликою молекулярною масою (20-25 кДа) та високомолекулярні Г-білки, що складаються з 3 субодиниць (a – с мол масою 39-46 кДа, b - 37 кДа і g-субодиниця - 8 кДа). a-Субодиниця є по суті ГТФазою, яка гідролізує ГТФ у ГДФ та вільний неорганічний фосфат. b- і g-субодиниці беруть участь в утворенні активного комплексу після взаємодії ліганди з відповідним рецептором. Вивільняючи ГДФ у місцях його зв'язування, a-субодиниця викликає дисоціацію та деактивацію активного комплексу, оскільки повторна асоціація a-субодиниці – ГДФ з b- та g-субодиницями повертає аденілатциклазну систему в вихідний стан. Встановлено, що a-субодиниця Г-білка в різних тканинах представлена ​​8, b – 4 та g – 6 формами. Дисоціація субодиниць Г-білка в мембрані клітин може призводити до одночасного утворення та взаємодії різних сигналів, які мають на кінці системи неоднакові за силою та якістю біологічні ефекти.

Власне аденілатциклаза є глікопротеїном з молекулярною масою 115 – 150 кДа. У різних тканинах ідентифіковано 6 її ізоформ, які взаємодіють з a-, b- та g-субодиницями, а також з Са2+ кальмодуліном. У деяких видах рецепторів, крім регуляторного стимулюючого (Гс) та регуляторного інгібуючого (Гі) білка, ідентифікований додатковий білок – трансдуцин.

Роль регуляторних білків у передачі гормонального сигналу велика, структуру цих білків порівнюють з “касетою”, і різноманіття відповіді пов'язані з високою мобільністю регуляторного білка. Так, деякі гормони можуть одночасно активувати в різного ступеняяк Гс, так і Гі. Більше того, взаємодія деяких гормонів з рецепторними регуляторними білками викликає експресію відповідних білків, що регулюють рівень і рівень гормональної відповіді. Активація, як показано вище, регуляторних білків є наслідком їхньої дисоціації від гормонально-рецепторного комплексу. У деяких рецепторних системах до цієї взаємодії залучено до 20 і більше регуляторних білків, які крім стимуляції утворення цАМФ активують одночасно і кальцієві канали.

Певна кількість рецепторів, що належать до першої групи, що мають 7 трансмембранних фрагментів, опосередковують свою дію вторинними месенджерами, що належать до похідних фосфатидилінозитолу: інозитолтрифосфат та діацилгліцерин. Инозитолтрифосфат контролює клітинні процеси з допомогою генерації внутрішньоклітинного кальцію. Ця месенджерна система може активуватись двома шляхами, а саме через регуляторний білок або фосфотирозинові білки. І в тому, і в іншому випадку далі відбувається активування фосфоліпази, яка гідролізує поліфосфоінозидну систему. Ця система, як зазначено вище, включає два внутрішньоклітинні вторинних месенджери, які утворюються з мембранного поліфосфоінозиду, званого фосфатидилінозитол-4, 5-біфосфатом (ФІФ2). Комплексування гормону з рецептором викликає гідроліз ФІФ2 фосфорилазою, внаслідок чого й утворюються зазначені месенджери – інозитол трифосфат (ІФ3) та діацилгліцерин. ІФ3 сприяє підвищенню рівня внутрішньоклітинного кальцію в першу чергу за рахунок мобілізації останнього з ендоплазматичної мережі, де він локалізується в так званих кальціосомах, а потім за рахунок надходження до клітини позаклітинного кальцію. Діацилгліцерин у свою чергу активізує специфічні протеїнкінази і, зокрема, протеїнкіназу С. Останні фосфорилюють певні ферменти, відповідальні за кінцевий біологічний ефект. Не виключено, що руйнування ФІФ2 поряд з виходом двох месенджерів та збільшенням вмісту внутрішньоклітинного кальцію індукує та утворення простагландинів, що є потенційними стимуляторами цАМФ.

За допомогою цієї системи опосередковується дія таких гормонів, як гістамін, серотонін, простагландини, вазопресин, холецистокінін, соматоліберин, тироліберин, окситоцин, паратгормон, нейропептид Y, речовина Р, ангіотензин II, катехоламіни, що здійснюють дію через a1-а.

У групу ферменту фосфоліпази С входять до 16 ізоформ, які в свою чергу поділяються на b-, g-і d-фосфоліпаз С. Показано, що b-фосфоліпаз С взаємодіє з регуляторними білками, а g-фосфоліпаз С - з тирозинкіназами.

Інозитолтрифосфат здійснює дію через власні специфічні тетрамерні рецептори, що мають молекулярну масу 4х313 кДа. Після комплексування з таким рецептором виявлено так звані “великі” інозитолтрифосфатні рецептори або ріанодинові рецептори, які також відносяться до тетрамерів та мають молекулярну масу 4х565 кДа. Ймовірно, що внутрішньоклітинні кальцієві канали рианодиновых рецепторів регулюються новим вторинним месенджером – цАДФ-рибозой (L. Meszaros і співавт., 1993). Утворення цього месенджера опосередковується цГМФ та оксидом азоту (NO), який активує цитоплазматичну гуанілатциклазу. Таким чином, оксид азоту може бути одним з елементів передачі гормональної дії за участю іонів кальцію.

Як відомо, кальцій знаходиться всередині клітини у зв'язаному з білками стані та в вільній форміу позаклітинній рідині. Ідентифіковані такі внутрішньоклітинні білки, що зв'язують кальцій, як кальретикулін та кальсеквестрин. Внутрішньоклітинний вільний кальцій, який виконує роль вторинного месенджера, надходить із позаклітинної рідини через кальцієві канали плазматичної мембрани клітини або вивільняється внутрішньоклітинно із зв'язку з білками. Внутрішньоклітинний вільний кальцій впливає на відповідні кінази фосфорилаз лише будучи пов'язаним із внутрішньоклітинним білком-кальмодуліном (схема 3).

Схема 3. Механізм дії білкових гормонів через СА2+ (пояснення у тексті) Р – рецептор; Г – гормон; Са+білок – внутрішньоклітинний кальцій у пов'язаній із білками формі.

Кальмодулін - рецепторний білок з високою афінністю до кальцію - складається з 148 амінокислотних залишків і присутній у всіх клітинах, що містять ядро. Його молекулярна маса (мол.м.) – 17000 кДа, кожна молекула має 4 рецептори для зв'язування кальцію.

У стані функціонального спокою концентрація вільного кальцію у позаклітинній рідині вища, ніж усередині клітини, завдяки функціонуванню кальцієвого насоса (АТФази) та транспортуванню кальцію з клітини до міжклітинної рідини. У цей період кальмодулін знаходиться у неактивній формі. Комплексування гормону з рецептором призводить до підвищення внутрішньоклітинного рівня вільного кальцію, який вступає у зв'язок з кальмодуліном, перетворює його на активну форму і впливає на кальційчутливі білки або ферменти, відповідальні за відповідний біологічний ефект гормону.

Підвищений рівень внутрішньоклітинного кальцію стимулює потім кальцієвий насос, який “перекачує” вільний кальцій у міжклітинну рідину, знижує його рівень у клітині, унаслідок чого кальмодулін перетворюється на неактивну форму й у клітині відновлюється стан функціонального спокою. Кальмодулін також впливає на аденілатциклазу, гуанілатциклазу, фосфодіестеразу, фосфорилазкіназу, міозинкіназу, фосфоліпазу А2, Са2+- та Mg2+-АТФазу, стимулює вивільнення нейротрансмітерів, фосфорилювання білків мембран. Змінюючи транспорт кальцію, рівень та активність циклічних нуклеотидів та опосередковано обмін глікогену, кальмодулін бере участь у секреторних та інших функціональних процесах, що протікають у клітині. Він є динамічним компонентом мітотичного апарату, регулює полімеризацію мікротубулярно-ворсинчастої системи, синтез актоміозину та активацію мембран кальцієвого "насоса". Кальмодулін – аналог м'язового білкатропоніну С, який шляхом зв'язування кальцію утворює комплекс актину та міозину, а також активує міозин-АТФазу, необхідну для повторної взаємодії актину та міозину.

Са2+-кальмодуліновий комплекс активує Са2+-кальмодулінзалежну протеїнкіназу, яка виконує важливу роль у передачі нервового сигналу (синтез і вивільнення нейротрансмітерів), у стимуляції або пригніченні фосфоліпази А2, активує специфічну серин-треонінпротеїнову фосфатазу Т-лімфоцитах.

Кальмодулінзалежні протеїнкінази поділяють на дві групи: багатофункціональні, добре охарактеризовані, і специфічні, або "спеціального призначення". До першої групи належать такі, як протеїнкіназа А, що опосередковує фосфорилювання багатьох внутрішньоклітинних білків. Протеїнкінази "спеціального призначення" фосфорилируют деякі субстрати, такі, як кіназа легкого ланцюга міозину, фосфорилазкіназа та ін.

Протеїнкіназа представлена ​​декількома ізоформами (мол.м. від 67 до 83 кДа), які кодуються 10 різними генами. Класична протеїнкіназа включає 4 різних ізоформи (a-, b1-, b2- і g-ізоформи); 4 інших білкових ізоформи (дельта, - епсілон, - пі та oмега) і 2 атипових білкових форми.

Класичні протеїнкінази активуються кальцієм та діацилгліцерином, нові білкові протеїнкінази – діацилгліцерином та форболовими ефірами, а одна з атипових протеїнкіназ не відповідає ні на один із перелічених активаторів, але для її активності потрібна наявність фосфатидилсерину.

Вище зазначалося, що гормони, рецептори яких мають 7 трансмембранних фрагментів, після утворення гормоно-рецепторного комплексу зв'язуються з G-білками, що мають невелику молекулярну вагу (20-25 кДа) та виконують різну функцію. Білки, що взаємодіють з рецепторною тирозинкіназою, називаються ras-білками, а білки, що беруть участь у транспорті бульбашки – rab-білками. Активована форма є G-білок, комплексований з ГТФ; неактивна форма ras-білка є наслідком його комплексування із ГДФ. В активуванні ras-білка бере участь гуанінуклеотидний вивільняючий білок, а процес інактивації здійснюється гідролізом ГТФ під впливом ГТФази. Активування ras-білка у свою чергу за допомогою фосфоліпази С стимулює утворення вторинних месенджерів: інозитолтрифосфату та діацилгліцерину. Ras-білки вперше були описані як онкогени (A.G. Gilman, 1987), оскільки підвищена експресія або мутація цих білків виявлена ​​при злоякісних новоутвореннях. У нормі ras-білки залучені до різних регуляторних процесів, включаючи зростання.

Деякі білкові гормони (інсулін, ІФР I та ін.) свою початкову дію активації рецептора здійснюють через гормонально-чутливу тирозинкіназу. Зв'язування гормону з рецептором веде до конформаційних змін або димеризації, які викликають активування тирозинкінази та подальше аутофосфорилювання рецептора. Після гормонально-рецепторної взаємодії аутофосфорилювання посилює як активність тирозинкінази в іншому димері, так і фосфорилювання внутрішньоклітинних субстратів. Рецепторна тирозинкіназа є алостеричним ферментом, у якому позаклітинний домен є регуляторною субодиницею, а внутрішньоклітинний (цитоплазматичний) домен – каталітичною субодиницею. Активування або фосфорилювання тирозинкінази здійснюється через зв'язування з адапторним або SH2 білком, що складається з двох доменів SH2 і одного SH3 домену. SH2 домени пов'язують специфічні фосфотирозини тирозинової рецепторної кінази, а SH3 зв'язують ферменти або сигнальні молекули. Фосфорильовані білки (фосфотирозини) коротшають на 4 амінокислоти, що і обумовлює їх специфічне високоафінне зв'язування з SH2 доменами.

Комплекси (фосфотирозинові пептиди – SH2 домени) визначають селективність передачі гормонального сигналу. Кінцевий ефект передачі гормонального сигналу залежить від двох реакцій – фосфорилювання та дефосфорилювання. Перша реакція знаходиться під контролем різних тирозинкіназ, друга - фосфотирозинових фосфатаз. На сьогодні ідентифіковано більше 10 трансмембранних фосфотирозинових фосфатаз, які поділяються на 2 групи: а) великі трансмембранні білки/тендемні домени та б) невеликі внутрішньоклітинні ферменти з одним каталітичним доменом.

Внутрішньоклітинні фрагменти фосфотирозинових фосфатаз відрізняються великою різноманітністю. Вважається, що функція SH2 доменових фосфотирозинових фосфатаз (I і II типу) полягає у зменшенні сигналу за допомогою дефосфорилювання фосфорилюючих ділянок на рецепторній тирозинкіназі або посиленні сигналу через зв'язування тирозинфосфорилюючих сигнальних білків на одному або обох доменах SH2 іншим його білком або інактивування процесом дефосфорилювання тирозинфосфорилованих вторинних месенджерних молекул, таких, як фосфоліпаз С-g або src-тирозинкіназу.

У деяких гормонів передача гормонального сигналу здійснюється шляхом фосфорилювання залишків амінокислоти тирозину, а також серину або треоніну. Характерним у плані є рецептор до інсуліну, у якому може відбуватися фосфорилювання як тирозину, і серину, причому фосфорилювання серину супроводжується зниженням біологічного ефекту інсуліну. Функціональна значущість одночасного фосфорилювання кількох амінокислотних залишків рецепторної тирозинкінази не зовсім зрозуміла. Однак цим досягається модулювання гормонального сигналу, що схематично відносять до другого рівня рецепторних сигнальних механізмів. Цей рівень характеризується активуванням декількох білкових кіназ і фосфатаз (таких, як протеїнкіназа С, цАМФ-залежна протеїнкіназа, цГМФ-залежна протеїнкіназа, кальмодулінзалежна протеїнкіназа та ін), що здійснюють фосфорилювання або дефосфорилювання серинових, зміни, необхідні прояви біологічної активності.

Слід зазначити, що такі ферменти, як фосфорилаза, кіназа, казеїнова кіназа II, ацетил-СоА карбоксилазна кіназа, тригліцеридна ліпаза, глікогенфосфорилаза, білкова фосфатаза I, АТФ цитратліаза, активуються шляхом процесу фосфору ються процесом дефосфорилювання.

Третій рівень регуляторних сигнальних механізмів у дії гормонів характеризується відповідною відповіддю на клітинному рівні та проявляється зміною метаболізму, біосинтезу, секреції, росту чи диференціювання. Це включає процеси транспорту різних речовин через клітинну мембрану, синтез білків, стимуляцію рибосомальної трансляції, активування мікроворсинчастої тубулярної системи та транслокацію секреторних гранул до мембрани клітини. Так, активування транспорту амінокислот, глюкози через клітинну мембрану здійснюється відповідними білками-транспортерами через 5-15 хвилин від початку дії таких гормонів, як СТГ та інсулін. Розрізняють 5 білків-транспортерів для амінокислот та 7 – для глюкози, з яких 2 відносяться до натрійглюкозних симпортерів або котранспортерів.

Побічні месенджери гормонів впливають на експресію генів, модифікуючи процеси транскрипції. Так, цАМФ регулює швидкість транскрипції низки генів, відповідальних синтез гормонів. Ця дія опосередковується цАМФ-відповідним елементом активуючого білка (CREB). Останній білок (CREB) комплексується зі специфічними ділянками ДНК, будучи загальним фактором транскрипції.

Багато гормонів, що взаємодіють з рецепторами, розташованими на плазматичній мембрані, після утворення гормоно-рецепторного комплексу піддаються процесу інтерналізації, або ендоцитозу, тобто. транслокації, чи перенесення гормоно-рецепторного комплексу всередину клітини. Цей процес відбувається у структурах, званих "покриті ямки", розташованих на внутрішній поверхні клітинної мембрани, вистеленої білком клатрином. Агреговані таким чином гормоно-рецепторні комплекси, які локалізуються в "покритих ямках", потім інтерналізуються шляхом інвагінації мембрани клітини (механізм дуже нагадує процес фагоцитозу), перетворюючись на бульбашки (ендосоми або рецептосоми), а останні транслокуються всередину клітини.

Під час транслокації ендосома піддається процесу ацидофікації (подібно до того, що відбувається в лізосомах), результатом чого може бути деградація ліганди (гормону) або дисоціація гормоно-рецепторного комплексу. В останньому випадку рецептор, що вивільнився, повертається на клітинну мембрану, де він повторно взаємодіє з гормоном. Процес занурення рецептора разом з гормоном всередину клітини та повернення рецептора на мембрану клітини називається процесом рециклювання рецептора. У період функціонування рецептора (період напіврозпаду рецептора становить від кількох до 24 годин і більше) він встигає здійснити від 50 до 150 таких "човникових" циклів. Процес ендоцитозу є складовою або додатковою частиною рецепторного сигнального механізму діє гормонів.

Крім цього, за допомогою процесу інтерналізації здійснюється деградація білкових гормонів (у лізосомах) та клітинна десенситизація (зниження клітинної чутливості до гормону) шляхом зменшення кількості рецепторів на клітинній мембрані. Встановлено, що доля гормонорецепторного комплексу після процесу ендоцитозу різна. У більшості гормонів (ФСГ, ЛГ, хоріонічний гонадотропін, інсулін, ІФР 1 та 2, глюкагон, соматостатин, еритропоетин, ВІП, ліпопротеїди низької щільності) ендосоми всередині клітини піддаються дисоціації. Рецепт, що звільнився, повертається на мембрану клітини, а гормон піддається процесу деградації в лізосомальному апараті клітини.

В інших гормонів (СТГ, інтерлейкін-2, епідермальний, нервовий та тромбоцитарний фактори росту) після дисоціації ендосом рецептор та відповідний гормон піддаються процесу деградації у лізосомах.

Деякі гормони (трансферин, маннозо-6-фосфат, що містять білки, та незначна частина інсуліну, СТГ у деяких тканинах-мішенях) після дисоціації ендосом повертаються, як і їх рецептори, на клітинну мембрану. Незважаючи на те, що у перелічених гормонів має місце процес інтерналізації, немає єдиної думки про безпосередню внутрішньоклітинну дію білкового гормону або його гормоно-рецепторного комплексу.

Рецептори до гормонів кори надниркових залоз, статевих гормонів, кальцитріолу, ретиноївої кислоти, тироїдних гормонів локалізовані внутрішньоклітинно. Перелічені гормони ліпофільні, транспортуються білками крові, мають довготривалий періоднапіврозпаду та їхня дія опосередковується гормоно-рецепторним комплексом, який, зв'язуючись зі специфічними областями ДНК, активує або інактивує специфічні гени.

Зв'язування гормону з рецептором призводить до змін фізико-хімічних властивостей останнього і цей процес називається активацією або трансформацією рецептора. Вивчення трансформації рецепторів in vitro показало, що температурний режим, наявність гепарину, АТФ та інших компонентів в середовищі інкубації змінюють швидкість цього процесу.

Нетрансформовані рецептори є білком з молекулярною масою 90 кДа, який ідентичний стресовому або білку температурного шоку з тією самою молекулярною масою (M. Catell та співавт., 1985). Останній білок зустрічається в a-і b-ізоформах, що кодуються різними генами. Аналогічна ситуація спостерігається і щодо стероїдних гормонів.

Крім стресового білка з мол. м. 90 кДа, в нетрансформованому рецепторі виявлено білок з мол. м. 59 кДа (M. Lebean та співавт., 1992), названий імунофілін, який безпосередньо не пов'язаний з рецептором стероїдних гормонів, але утворює комплекси з білком мовляв. м. 90 кДа. Функція білка імунофіліну недостатньо ясна, хоча його роль у регуляції функції рецептора стероїдних гормонів доведена, оскільки він зв'язує імуносупресивні речовини (наприклад, рапаміцин та FK 506).

Стероїдні гормони транспортуються в крові у зв'язаному з білками стані і лише незначна їх частина знаходиться у вільній формі. Гормон, що знаходиться у вільній формі, здатний взаємодіяти з мембраною клітини і проходити через неї до цитоплазми, де зв'язується з цитоплазматичним рецептором, який відрізняється високою специфічністю. Наприклад, з гепатоцитів виділено рецепторні білки, що зв'язують лише глюкокортикоїдні гормони або естрогени. В даний час ідентифіковані рецептори до естрадіолу, андрогенів, прогестерону, глюкокортикоїдів, мінералокортикоїдів, вітаміну Д, тироїдних гормонів, а також до ретиноївої кислоти і деяких інших сполук (едиксоновий рецептор, діоксиновий рецептор, пероксисомний рецептор . Концентрація рецепторів у відповідних тканинах-мішенях становить 103 до 5104 на клітину.

Рецептори стероїдних гормонів мають 4 домени: амінотермінальний домен, що має значні відмінності у рецепторів до перелічених гормонів і складається зі 100-600 амінокислотних залишків; ДНК-зв'язуючий домен, що складається приблизно з 70 амінокислотних залишків; гормонозв'язуючий домен, що включає близько 250 амінокислот, і карбоксилтермінальний домен. Як зазначено, амінотермінальний домен має найбільші відмінності як за формою, так і за амінокислотною послідовністю. Він складається із 100-600 амінокислот і найменші його розміри виявлені в рецепторі тироїдних гормонів, а найбільші – у рецепторі глюкокортикоїдних гормонів. Цей домен визначає особливості рецепторної відповіді і у більшості видів він характеризується високим ступенем фосфорилювання, хоча немає прямої кореляції між ступенем фосфорилювання та біологічною відповіддю.

ДНК-зв'язуючий домен характеризується 3 інтронами, два з яких мають так звані "цинкові пальці", або структури із вмістом іонів цинку з 4 цистеїновими містками. "Цинкові пальці" беруть участь у специфічному зв'язуванні гормону з ДНК. На ДНК-зв'язувальному домені є невелика область для специфічного зв'язування ядерних рецепторів і звана "гормоновідповідні елементи", яка модулює початок транскрипції. Ця область локалізується всередині іншого фрагмента, що складається з 250 нуклеотидів, відповідального за ініціацію транскрипції. ДНК-зв'язуючий домен має найбільшу сталість структури серед усіх внутрішньоклітинних рецепторів.

Гормоносв'язуючий домен бере участь у зв'язуванні гормону, а також у процесах димеризації та регуляції функції інших доменів. Він безпосередньо примикає до ДНК-зв'язуючого домену.

Карбоксилтермінальний домен також бере участь у процесах гетеродимеризації, взаємодіє з різними факторами транскриптації, включаючи проксимальні промотори білків.

Поряд з цим є дані, що стероїди спочатку зв'язуються специфічними білками мембрани клітини, які транспортують їх до цитоплазматичного рецептора або, минаючи його, безпосередньо до рецепторів ядра. Цитоплазматичний рецептор складається з двох субодиниць. У ядрі клітини субодиниця А, взаємодіючи з ДНК, тригує (запускає) процес транскрипції, а субодиниця B зв'язується з негістоновими білками. Ефект дії стероїдних гормонів проявляється не відразу, а через певний час, який необхідний для утворення РНК та подальшого синтезу специфічного білка.

Тіроїдні гормони (тироксин-Т4 та трийодтиронін-Т3), як і стероїдні, легко дифундують через ліпідну клітинну мембрану і зв'язуються внутрішньоклітинними білками. За іншими даними, тироїдні гормони взаємодіють спочатку з рецептором на плазматичній мембрані, де комплексуються з білками, утворюючи так званий внутрішньоклітинний пул тироїдних гормонів. Біологічна дія в основному здійснюється Т3, тоді як Т4 дейодується, перетворюючись на Т3, який зв'язується з цитоплазматичним рецептором. Якщо стероїдцитоплазматичний комплекс транслокується в ядро ​​клітини, то тироїдцитоплазматичний комплекс спочатку дисоціює і Т3 безпосередньо зв'язується рецепторами ядра, що мають до нього високу афінність. Крім того, високоафінні рецептори до Т3 виявляються і в мітохондріях. Вважається, що калоригенна дія тироїдних гормонів здійснюється в мітохондріях за допомогою генерації нової АТФ, для утворення якої використовується аденозиндифосфат (АДФ).

Тіроїдні гормони регулюють синтез білка на рівні транскрипції і ця їхня дія, що виявляється через 12-24 години, може бути блокована введенням інгібіторів синтезу РНК. Крім внутрішньоклітинної дії, тироїдні гормони стимулюють транспорт глюкози та амінокислот через клітинну мембрану, безпосередньо впливаючи на активність деяких локалізованих у ній ферментів.

Таким чином, специфічна дія гормону проявляється лише після його комплексування із відповідним рецептором. В результаті процесів розпізнавання, комплексування та активування рецептора останній генерує ряд вторинних месенджерів, які викликають послідовний ланцюг пострецепторних взаємодій, що закінчуються проявом специфічного біологічного ефекту гормону.

Звідси випливає, що біологічна дія гормону залежить не лише від його вмісту в крові, а й від кількості та функціонального стану рецепторів, а також від рівня функціонування пострецепторного механізму.

Кількість клітинних рецепторів, як та інших компонентів клітини, постійно змінюється, відбиваючи процеси їх синтезу та деградації. Основна роль регуляції кількості рецепторів належить гормонам. Є зворотна залежність між рівнем гормонів у міжклітинній рідині та кількістю рецепторів. Так, наприклад, концентрація гормону в крові та міжклітинній рідині дуже низька і становить 1014-109 М, що значно нижче, ніж концентрація амінокислот та інших різних пептидів (105-103 М). Кількість рецепторів вища і становить 1010-108 М, причому на плазматичній мембрані їх близько 1014-1010 М, а внутрішньоклітинний рівень вторинних месенджерів дещо вищий – 108-106 М. Абсолютна кількість рецепторних місць на мембрані клітини становить від кількох сотень до 100 000.

Численні дослідження показали, що рецептори мають характерну властивість посилювати дію гормону не тільки описаними механізмами, але і за допомогою так званого "нелінійного зв'язування". Характерною є ще одна особливість, яка полягає в тому, що найбільший гормональний ефект не означає найбільшого зв'язування гормону рецепторами. Так, наприклад, максимальна стимуляція інсуліном транспорту глюкози до адипоцитів спостерігається при зв'язуванні гормоном лише 2% інсулінових рецепторів (J. Gliemann та співавт., 1975). Такі ж взаємини встановлені для АКТГ, гонадотропінів та інших гормонів (M.L. Dufau та співавт., 1988). Це пояснюється двома феноменами: ”нелінійним зв'язуванням” та наявністю так званих “резервних рецепторів”. Так чи інакше, але ампліфікація, або посилення дії гормону, що є наслідком цих двох феноменів, виконує важливу роль. фізіологічну рольу процесах біологічної дії гормону в нормі та при різних патологічних станах. Так, наприклад, при гіперінсулінізмі та ожирінні на 50-60% знижується кількість інсулінових рецепторів, локалізованих на гепатоцитах, адипоцитах, тимоцитах, моноцитах, і, навпаки, інсуліндефіцитні стани у тварин супроводжуються збільшенням кількості рецепторів до інсуліну. Поруч із кількістю рецепторів до інсуліну змінюється та його афінність, тобто. здатність комплексуватись з інсуліном, а також змінюється трансдукція (передача) гормонального сигналу всередині рецептора. Таким чином, зміна чутливості органів та тканин до гормонів здійснюється за допомогою механізмів зворотного зв'язку (down regulation). Для станів, що супроводжуються високою концентрацією гормону в крові, характерним є зменшення кількості рецепторів, що клінічно проявляється у вигляді резистентності до цього гормону.

Деякі гормони можуть проводити кількість як “власних” рецепторів, а й рецепторів до іншого гормону. Так, прогестерон зменшує, а естрогени збільшують кількість рецепторів одночасно і до естрогенів, і до прогестерону.

Зниження чутливості до гормону може бути зумовлене такими механізмами: 1) зменшенням афінності рецептора внаслідок впливу інших гормонів та гормонорецепторних комплексів; 2) зниженням кількості функціонуючих рецепторів внаслідок їх інтерналізації або вивільнення з мембрани у позаклітинний простір; 3) інактивацією рецептора внаслідок конформаційних змін; 4) руйнуванням рецепторів шляхом підвищення активності протеаз чи деградацією гормоно-рецепторного комплексу під впливом ферментів лізосом; 5) пригніченням синтезу нових рецепторів.

Для кожного виду гормонів є агоністи та антагоністи. Останні є речовини, які здатні конкурентно зв'язувати рецептор до гормону, знижуючи або повністю блокуючи його біологічний ефект. Агоністи, навпаки, комплексуючись з відповідним рецептором, посилюють дію гормону або повністю імітують його присутність, причому іноді період напіврозпаду агоніста в сотні і більше разів перевищує час деградації природного гормону, а, отже, протягом цього часу проявляється біологічний ефект, що природно використовується в клінічних цілях. Так, наприклад, агоністами глюкокортикоїдів є дексаметазон, кортикостерон, альдостерон, а частковими агоністами - 11b-гідроксипрогестерон, 17a-гідроксипрогестерон, прогестерон, 21-деоксикортизол, а їх антагоністами - тестостерон7, естер. До неактивних стероїдів щодо рецепторів до глюкокортикоїдів відносяться 11a-гідроксипрогестерон, тетрагідрокортизол, андростендіон, 11a-, 17a-метилтестостерон. Ці взаємини враховують у експерименті при уточненні дії гормонів, а й у клінічної практиці.

Розшифровка механізмів дії гормонів в організмі тварин представляє можливість глибше зрозуміти фізіологічні процеси – регуляцію обміну речовин, біосинтезу білків, зростання та диференціювання тканин.

Це важливо і з практичної точки зору, у зв'язку з дедалі ширшим застосуванням природних та синтетичних гормональних препаратіву тваринництві та ветеринарії.

В даний час налічується близько 100 гормонів, які утворюються в залозах внутрішньої секреції, надходять у кров і надають різнобічний вплив на метаболізм у клітинах, тканинах та органах. Важко визначити в організмі такі фізіологічні процеси, які б перебували під регулюючим впливом гормонів. На відміну від безлічі ферментів, які викликають в організмі окремі вузько спрямовані зміни, гормони мають множинні впливи на процеси обміну речовин та інші. фізіологічні функції. У той же час жоден з гормонів, як правило, повністю не забезпечує регулювання окремих функцій. Для цього необхідний вплив ряду гормонів у певній послідовності та взаємодії. Так, наприклад, соматотропін стимулює процеси зростання лише за активної участі інсуліну та гормонів щитовидної залози. Зростання фолікулів переважно забезпечує фолітропін, які дозрівання і процес овуляції здійснюється під регулюючим впливом лютропина тощо.

Більшість гормонів у крові пов'язана з альбумінами або глобулінами, що оберігає їх від швидкого руйнування ферментами та підтримує оптимальну концентрацію метаболічно активних гормоніву клітинах та тканинах. Гормони безпосередньо впливають на процес біосинтезу білків. Стероїдні та білкові гормони (статеві, потрійні гормони гіпофіза) у тканинах-мішенях викликають збільшення кількості та об'єму клітин. Інші гормони, такі як інсулін, глюко- та мінералокортикоїди, впливають на синтез білків опосередковано.

Першою ланкою фізіологічної діїгормонами в організмі тварин є рецептори клітинних мембран. В одних і тих же клітинах є велику кількістьдекілька видів; специфічних рецепторів, за допомогою яких вони вибірково пов'язують молекули різних гормонів, що циркулюють у крові. Наприклад, жирові клітиниу своїх мембранах мають специфічні рецептори для глюкагону, лютропіну, тиротропіну, кортикотропіну.

Більшість гормонів білкової природи у зв'язку з великими розмірами їх молекул не можуть проникати в клітини, а знаходяться на їх поверхні і взаємодіючи з відповідними рецепторами впливають на обмін речовин усередині клітин. Так, зокрема, дія тиротропіну пов'язана з фіксацією його молекул на поверхні клітин щитовидної залози, під впливом яких збільшується проникність клітинних мембран для іонів натрію, а в їх присутності підвищується інтенсивність окислення глюкози. Інсулін збільшує проникність оболонок клітин у тканинах та органах для молекул глюкози, що сприяє зниженню її концентрації у крові та переходу в тканини. Стимулюючу дію на синтез нуклеїнових кислот та білків соматотропін надає також шляхом впливу на мембрани клітин.

Одні й ті ж гормони можуть впливати на обмінні процесиу клітинах тканин різними шляхами. Поряд із зміною проникності клітинних оболонокі мембран внутрішньоклітинних структур для різних ферментів та інших хімічних речовин, під впливом тих же гормонів може змінюватися іонний склад середовища поза та всередині клітин, а також активність різних ферментів та інтенсивність обмінних процесів.

Гормони впливають на активність ферментів та генний апарат клітин не безпосередньо, а за допомогою медіаторів (посередників). Одним із таких медіаторів є циклічний 3′, 5′-аденозинмонофосфат (циклічний АМФ). Циклічний АМФ (цАМФ) утворюється всередині клітин аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ) за участю розташованого на клітинній мембрані ферменту аденілциклази, яка активується при впливі відповідних гормонів. На внутрішньоклітинних мембранах є фермент фосфодіестераза, яка перетворює цАМФ на менш активну речовину - 5'-аденозинмонофосфат і цим припиняє дію гормону.

При впливі на клітину кількох гормонів, стимулюючих у ній синтез цАМФ, реакція каталізується однієї й тієї ж аденилциклазой, але рецептори в мембранах клітин цих гормонів суворо специфічні. Тому, наприклад, кортикотропін впливає лише на клітини кори надниркових залоз, а тиротропін – на клітини щитовидної залози тощо.

Детальні дослідження показали, що дія більшості білкових і пептидних гормонів призводить до стимуляції активності аденілциклази та збільшення концентрації в клітинах-мішенях цАМФ, з яким пов'язана подальша передача інформації гормонального впливуза активної участі цілого ряду протеїнкіназ. цАМФ виконує роль внутрішньоклітинного медіатора-посередника гормону, що забезпечує підвищення активності залежних від нього протеїнкіназ у цитоплазмі та ядрах клітин. У свою чергу цАМФ-залежні протеїнкінази каталізують фосфорилювання білків рибосом, що має пряме відношення до регуляції синтезу білків у клітинах-мішенях при впливі пептидних гормонів.

Стероїдні гормони, катехоламіни, гормони щитовидної залози у зв'язку з малими розмірами молекул проходять через мембрану клітин та вступають у зв'язок з рецепторами цитоплазми всередині клітин. Надалі стероїдні гормониу комплексі зі своїми рецепторами, що становлять білки кислого характеру, переходять у ядро ​​клітини. Припускають, що пептидні гормони, при розщепленні гормон-рецепторних комплексів, також впливають на специфічні рецептори цитоплазми, комплексу Гольджі та оболонки ядра.

Не всі гормони стимулюють активність ферменту аденілциклази та збільшення її концентрації у клітинах. Деякі пептидні гормони, зокрема інсулін, оцитоцин, кальцитонін, надають на аденілциклазу гальмуючу дію. Фізіологічний ефект їх дії, як вважають, обумовлений збільшенням концентрації цАМФ, а її зменшенням. При цьому в клітинах, що мають специфічну чутливість до згаданих гормонів, підвищується концентрація іншого циклічного нуклеотиду - циклічного гуанозинмонофосфату (цГМФ). Результат дії гормонів у клітинах організму зрештою залежить від впливу обох циклічних нуклеотидів - цАМФ і цГМФ, що є універсальними внутрішньоклітинними медіаторами - посередниками гормонів. Щодо дії стероїдних гормонів, які в комплексі зі своїми рецепторами проникають у ядро ​​клітини, роль цАМФ та цГМФ як внутрішньоклітинних посередників вважають сумнівною.

Багато, якщо не всі, гормони кінцевий фізіологічний ефектвиявляють опосередковано – через зміну біосинтезу білків-ферментів. Біосинтез білків є складним багатоетапним процесом, що здійснюється за активної участі генного апарату клітин.

Регулюючий вплив гормонів на біосинтез білків здійснюється в основному шляхом стимуляції РНК-полімеразної реакції з утворенням рибосомних та ядерних видів РНК, а також інформаційних РНК та шляхом впливу на функціональну активність рибосом та інші ланки білкового обміну. Специфічні протеїнкінази в ядрах клітин стимулюють фосфорилювання відповідних білкових компонентів та РНК-полімеразну реакцію з утворенням інформаційних РНК, що кодують синтез білків у клітинах та органах-мішенях. При цьому в ядрах клітин здійснюється дерепресування генів, які звільняються від дії специфічних репресорів, що пригнічує, - ядерних білків-гістонів.

Такі гормони, як естрогени та андрогени в ядрах клітин зв'язуються з білками-гістонами, що репресують відповідні гени, і тим самим наводять генний апарат клітин в активне функціональний стан. При цьому андрогени впливають на генний апарат клітин слабше, ніж естрогени, що зумовлено більш активною сполукою останніх з хроматином та ослабленням синтезу РНК у ядрах.

Разом з активізацією білкового синтезу у клітинах здійснюється утворення білків-гістонів, які є репресорами активності генів, а це перешкоджає метаболічним функціям ядер та надмірному прояву стимуляції росту. Отже, в ядрах клітин є свій механізм генетичної та мітотичної регуляції метаболізму та зростання.

У зв'язку із впливом гормонів на анаболічні процеси в організмі посилюється ретенція поживних речовинкорми і, отже, збільшується кількість субстратів для проміжного обміну речовин, активізуються регулюючі механізми біохімічних процесів, пов'язані з більш ефективним використаннямазотистих та інших сполук.

На процеси синтезу білків у клітинах впливають соматотропін, кортикостероїди, естрогени, а також тироксин. Ці гормони стимулюють синтез різних інформаційних РНК і тим самим посилюють синтез білків. У процесах білкового синтезу важливе значенняналежить також інсуліну, який стимулює зв'язування інформаційних РНК з рибосомами та, отже, активує синтез білків. Шляхом активації хромосомного апарату клітин гормони впливають на збільшення швидкості білкового синтезу та концентрації ферментів у клітинах печінки та інших органів та тканин. Проте механізм впливу гормонів на внутрішньоклітинний обмін вивчено недостатньо.

Дія гормонів, як правило, тісно пов'язана з функціями ферментів, що забезпечують біохімічні процеси у клітинах, тканинах та органах. Гормони беруть участь у біохімічних реакціяхяк специфічні активатори або інгібітори ферментів, впливаючи на ферменти шляхом забезпечення їх зв'язку з різними біоколоїдами.

Оскільки ферменти є білковими тілами, вплив гормонів на їхню функціональну активність проявляється насамперед шляхом впливу на біосинтез ферментів та катаболічних білків-коферментів. Одним із проявів активності гормонів є їх участь у взаємодії ряду ферментів у різних ланках складних реакцій та процесів. Як відомо, у побудові коферментів певну роль виконують вітаміни. Вважають, що у цих процесах регулюючу функцію також виконують гормони. Наприклад, кортикостероїди впливають на фосфорилювання деяких вітамінів групи В.

Для простагландинів особливо важливим є їхня висока фізіологічна активність і дуже мале побічна дія. В даний час відомо, що простагландини діють усередині клітин подібно до медіаторів і відіграють важливу роль у реалізації ефекту дії гормонів. При цьому активізуються процеси синтезу циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ), здатного передавати вузькоспрямовану дію гормонів. Можна припустити, що фармакологічні речовинивсередині клітин діють завдяки виробленню специфічних простагландинів. Зараз у багатьох країнах вивчається механізм дії простагландинів на клітинно-молекулярному рівні, оскільки всебічне вивчення дії простагландинів може дати можливість цілеспрямовано впливати на обмін речовин та інші фізіологічні процеси в організмі тварин.

На підставі викладеного можна зробити висновок, що гормони надають в організмі тварин складну та різнобічну дію. Комплексний вплив нервової та гуморальної регуляції забезпечує узгоджений перебіг усіх біохімічних та фізіологічних процесів. Однак у найтонших деталях механізм дії гормонів ще досить вивчений. Ця проблема цікавить багатьох вчених і представляє великий інтерес для теорії та практики ендокринології, а також тваринництва та ветеринарії.

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 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 речовин, завдяки чому полегшується чи 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 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 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 чи зменшення кількості мРНК впливає синтез білка в процесі трансляції, що призводить до зміни функціональної активності клітини.

Нині розрізняють такі варіанти дії гормонів:

1. гормональне, або гемокринне,тобто. вплив на значній відстані від місця освіти;
2. ізокринне, або місцеве,коли хімічна речовина, синтезована в одній клітині, впливає на клітину, розташовану в тісному контакті з першою, і вивільнення цієї речовини здійснюється в міжтканинну рідину та кров;
3. нейрокринне, або нейроендокринне (синаптичне та несинаптичне), дія, коли гормон, вивільняючись із нервових закінчень, виконує функцію нейротрансмітера чи нейромодулятора, тобто. речовини, що змінює (зазвичай посилює) дію нейротрансмітера;
4. паракрінне- різновид ізокринної дії, але при цьому гормон, що утворюється в одній клітині, надходить у міжклітинну рідину і впливає на ряд клітин, розташованих у безпосередній близькості;
5. юкстакринне- різновид паракринної дії, коли гормон не потрапляє в міжклітинну рідину, а сигнал передається через плазматичну мембрану поряд розташованої іншої клітини;
6. аутокриннедія, коли гормон, що вивільняється з клітини, впливає на ту ж клітину, змінюючи її функціональну активність;
7. солінокриннедія, коли гормон з однієї клітини надходить у просвіт протоки і досягає таким чином іншої клітини, надаючи на неї специфічний вплив(Наприклад, деякі шлунково-кишкові гормони).

Синтез білкових гормонів, як і інших білків, знаходиться під генетичним контролем, і типові клітини ссавців експресують гени, які кодують від 5000 до 10 000 різних білків, а деякі високодиференційовані клітини – до 50 000 білків. Будь-який синтез білка починається з транспозиції сегментів ДНК, потім транскрипції, посттранскрипційного процесингу, трансляції, посттрансляційного процесингу та модифікації.Багато поліпептидні гормони синтезуються у формі великих попередників. прогормонів(Проінсулін, проглюкагон, проопіомеланокортин та ін). Конверсія прогормонів у гормони здійснюється в апараті Гольджі.

Існують два основні механізми дії гормонів на рівні клітини:
1. Реалізація ефекту із зовнішньої поверхні клітинної мембрани.
2. Реалізація ефекту після проникнення гормону всередину клітини.

1) Реалізація ефекту із зовнішньої поверхні клітинної мембрани

І тут рецептори розташовані на мембрані клітини. Внаслідок взаємодії гормону з рецептором активується мембранний фермент - аденілатциклаза. Цей фермент сприяє утворенню з аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ) найважливішого внутрішньоклітинного посередника реалізації гормональних ефектів – циклічного 3,5-аденозинмонофосфату (цАМФ). цАМФ активує клітинний фермент протеїнкіназу, що реалізує дію гормону. Встановлено, що гормоно-залежна аденілатциклаза - це загальний фермент, на який діють різні гормони, тоді як рецептори гормонів множинні та специфічні для кожного гормону. Вторинними посередникамикрім цАМФ можуть бути циклічний 3,5-гуанозинмонофосфат (цГМФ), іони кальцію, інозитол-трифосфат. Так діють пептидні, білкові гормони, похідні тирозину – катехоламіни. Характерною особливістюдії цих гормонів є відносна швидкість виникнення реакції у відповідь, що обумовлено активацією попередніх вже синтезованих ферментів та інших білків.

Гормони здійснюють свою біологічну дію, комплексуючись із рецепторами – інформаційними молекулами, що трансформують гормональний сигнал у гормональну дію. Більшість гормонів взаємодіють з рецепторами, розташованими на плазматичних мембранклітин, інші гормони – з рецепторами, локалізованими внутрішньоклітинно, тобто. з цитоплазматичнимиі ядерними.

Плазматичні рецептори в залежності від структури поділяються на:

1. семи фрагментів(завіса);
2. рецептори, трансмембранний сегмент яких складається з одного фрагмента(петлі чи ланцюги);
3. рецептори, трансмембранний сегмент яких складається з чотирьох фрагментів(завіса).

До гормонів, рецептор яких складається із семи трансмембранних фрагментів, відносяться:
АКТГ, ТТГ, ФСГ, ЛГ, хоріонічний гонадотропін, простагландини, гастрин, холецистокінін, нейропептид Y, нейромедін К, вазопресин, адреналін (a-1 та 2, b-1 та 2), ацетилхолін (М1, М2, М3 та М4) , серотонін (1А, 1В, 1С, 2), дофамін (Д1 і Д2), ангіотензин, речовина К, речовина Р, або нейрокінін 1, 2 і 3 типу, тромбін, інтерлейкін-8, глюкагон, кальцитонін, секретин, соматоліберин, ВІП, гіпофізарний аденілатциклазактивуючий пептид, глютамат (MG1 – MG7), аденін.

До другої групи відносяться гормони, що мають один трансмембранний фрагмент:
СТГ, пролактин, інсулін, соматомаммотропін, або плацентарний лактоген, ІФР-1, нервові фактори росту, або нейротрофіни, фактор росту гепатоцитів, передсердний натрійуретичний пептид типу А, В і С, онкостатин, еритропоетин, циліарний фактор некрозу пухлин (р75 і р55), нервовий фактор росту, інтерферони (a, b і g), епідермальний фактор росту, нейродиференціювальний фактор, фактори росту фібробластів, фактори росту тромбоцитів А та В, макрофагний колонієстимулюючий фактор, активін, інгібін2, інтерлейки , 3, 4, 5, 6 і 7, гранулоцито-макрофагний колонієстимулюючий фактор, гранулоцитний колонієстимулюючий фактор, ліпопротеїн низької щільності, трансферин, ІФР-2, урокіназний плазміногенний активатор.

До гормонів третьої групи, рецептор яких має чотири трансмембранні фрагменти, відносяться:
ацетилхолін (нікотинові м'язові та нервові), серотонін, гліцин, g-аміномасляна кислота.

Спряження рецептора з ефекторними системами здійснюється через так званий G-білок, функція якого полягає у забезпеченні багаторазового проведення гормонального сигналу на рівні плазматичної мембрани. G-білок в активованій формі стимулює через аденілатцик-лазу синтез циклічного АМФ, який запускає каскадний механізм активування внутрішньоклітинних білків.

Загальним фундаментальним механізмом, за допомогою якого реалізуються біологічні ефекти «вторинних» месенджерів усередині клітини, є процес фосфорилювання – дефосфорилюваннябілків за участю широкого розмаїття протеїнкіназ, що каталізують транспорт кінцевої групи від АТФ на ОН-групи серину та треоніну, а в ряді випадків – тирозину білків-мішеней. Процес фосфорилювання є найважливішою посттрансляційною хімічною модифікацією білкових молекул, що докорінно змінює як їх структуру, так і функції. Зокрема, він викликає зміну структурних властивостей(асоціацію або дисоціацію складових субодиниць), активування або інгібування їх каталітичних властивостей, зрештою визначаючи швидкість хімічних реакцій та загалом функціональну активність клітин.

Аденілатциклазна месенджерна система

Найбільш вивченим є аденілатциклазний шлях передачі гормонального сигналу. У ньому задіяно мінімум п'ять добре вивчених білків:
1)рецептор гормону;
2)фермент аденілатциклазащо виконує функцію синтезу циклічного АМФ (цАМФ);
3)G-білок, що здійснює зв'язок між аденілатциклазою та рецептором;
4)цАМФ-залежна протеїнкіназа, що каталізує фосфорилювання внутрішньоклітинних ферментів або білків-мішеней, відповідно змінюючи їхню активність;
5)фосфодіестеразаяка викликає розпад цАМФ і тим самим припиняє (обриває) дію сигналу

Показано, що зв'язування гормону з β-адренергічним рецептором призводить до структурних змінвнутрішньоклітинного домену рецептора, що у свою чергу забезпечує взаємодію рецептора з другим білком сигнального шляху – ГТФ-зв'язуючим.

ГТФ-зв'язуючий білок - G-білок– є сумішшю 2 типів білків:
активного G s (від англ. stimulatory G)
інгібіторного G i
У складі кожного їх є три різні субодиниці (α-, β- і γ-), тобто. це гетеротримери. Показано, що β-субодиниці G s та G i ідентичні; водночас α-субодиниці, які є продуктами різних генів, виявилися відповідальними за прояв G-білком активаторної та інгібіторної активності. Гормонрецепторний комплекс повідомляє G-білку здатність не тільки легко обмінювати ендогенний зв'язаний ГДФ на ГТФ, але і переводити G s -білок в активований стан, при цьому активний G-білок дисоціює в присутності іонів Mg 2+ на β-, γ-субодиниці та комплекс α-субодиниці G s у ГТФ-формі; цей активний комплекс потім переміщається до молекули аденілатциклази та активує її. Сам комплекс потім піддається самоінактивації за рахунок енергії розпаду ГТФ та реасоціації β- та γ-субодиниць з утворенням початкової ГДФ-форми G s .

Рец- Рецептор; G- G-білок; АЦ-Аденілатциклаза.

Інтегральний білок плазматичних мембран, його активний центр орієнтований у бік цитоплазми і каталізує реакцію синтезу цАМФ з АТФ:

Каталітичний компонент аденілатциклази, виділений із різних тканин тварин, представлений одним поліпептидом. За відсутності G-білків він практично неактивний. Містить дві SH-групи, одна з яких залучена до пар з G s -білком, а друга необхідна для прояву каталітичної активності. Під дією фосфоді-естрази цАМФ гідролізується з утворенням неактивного 5"-АМФ.

Протеїнкіназа- Це внутрішньоклітинний фермент, через який цАМФ реалізує свій ефект. Протеїнкіназа може існувати у 2 формах. У відсутність цАМФ протеїнкіназу представлена ​​у вигляді тетрамерного комплексу, що складається з двох каталітичних (С 2) та двох регуляторних (R 2) субодиниць; у цій формі фермент неактивний. У присутності цАМФ протеїнкіназний комплекс оборотно дисоціює на одну R 2 -субодиницю і дві вільні каталітичні субодиниці С; останні мають ферментативну активність, каталізуючи фосфорилювання білків і ферментів, відповідно змінюючи клітинну активність.

Активність багатьох ферментів регулюється цАМФ-залежним фосфорилюванням, відповідно більшість гормонів білково-пептидної природи активує цей процес. Однак ряд гормонів гальмує ефект на аденілатциклазу, відповідно знижуючи рівень цАМФ і фосфорилювання білків. Зокрема, гормон соматостатин, з'єднуючись зі своїм специфічним рецептором – інгібіторним G-білком (Gi , що є структурним гомологом Gs-білка), пригнічує аденілатциклазу та синтез цАМФ, тобто. викликає ефект, прямо протилежний адреналіном і глюкагоном, що викликається. У ряді органів простагландини (зокрема, РGЕ 1) також мають інгібіторний ефект на аденілатциклазу, хоча в тому ж органі (залежно від типу клітин) і той же PGE 1 може активувати синтез цАМФ.

Докладніше вивчений механізм активування та регуляції м'язової глікогенфосфорилази, що активує розпад глікогену. Виділяють 2 форми:
каталітично активну – фосфорилаза аі
неактивну - фосфорилаза b.

Обидві фосфорилази побудовані з двох ідентичних субодиниць, у кожній залишок серину в положенні 14 піддається процесу фосфорилювання-дефосфорилування, відповідно активування та інактивування.

Під дією кінази фосфорилази b, активність якої регулюється цАМФ-залежною протеїнкіназою, обидві субодиниці молекули неактивної форми фосфорилази b піддаються ковалентного фосфорилування і перетворюються на активну фосфорилазу а. Дефосфорилювання останньої під дією специфічної фосфатази а призводить до інактивації ферменту і повернення у вихідний стан.

У м'язової тканинивідкриті 3 типирегуляції глікогенфосфорілази
Перший тип – ковалентне регулювання, заснована на гормонзалежному фосфорилуванні-дефосфорилуванні субодиниць фосфорилази
Другий тип – алостеричне регулювання. Вона заснована на реакціях аденілювання-деаденілювання субодиниць глікогенфосфорилази b (відповідно активування-інактивування). Напрямок реакцій визначається ставленням концентрацій АМФ та АТФ, що приєднуються не до активного центру, а до алостеричного центру кожної субодиниці.

У м'язі, що працює, накопичення АМФ, обумовлене тратою АТФ, викликає аденілювання і активування фосфорилази b. У спокої, навпаки, високі концентрації АТФ, витісняючи АМФ, призводять до алостеричного інгібування цього ферменту шляхом деаденілування.
Третій тип – кальцієве регулювання, заснована на алостеричному активуванні кінази фосфорилази b іонами Са 2+ концентрація яких підвищується при м'язовому скороченні, сприяючи тим самим утворенню активної фосфорилази а.

Гуанілатциклазна месенджерна система

Досить довгий часЦиклічний гуанозинмонофосфат (цГМФ) розглядався як антипод цАМФ. Йому приписували функції, протилежні цАМФ. На даний час отримано багато даних, що цГМФ належить самостійна роль регуляції функції клітин. Зокрема, у нирках та кишечнику він контролює іонний транспорт та обмін води, у серцевому м'язі служить сигналом релаксації тощо.

Біосинтез цГМФ з ГТФ здійснюється під дією специфічної гуанілатциклази за аналогією із синтезом цАМФ:

Адреналінрецепторний комплекс: АЦ- аденілатциклаза, G- G-білок; З і R- відповідно каталітичні та регуляторні субодиниці протеїнкінази; КФ- кіназ фосфорилази b; Ф- фосфорилаза; ГЛК-1-P- глюкозо-1-фосфат; Глк-6-P- глюкозо-6-фосфат; УДФ-ГЛК- Урідіндифосфатглюкоза; ГС- Глікогенсинтаза.

Відомі чотири різні форми гуанілатциклази, три з яких є мембранозв'язаними і одна - розчинна відкрита в цитозолі.

Мембраносв'язані форми складаються з 3 ділянок:
рецепторного, локалізованого на зовнішньої поверхніплазматичної мембрани;
внутрішньомембранного доменуі
каталітичного компонента, однакового у різних формферменту.
Гуанілатциклаза відкрита в багатьох органах (серце, легені, нирки, надниркові залози, ендотелій кишечника, сітківка та ін), що свідчить про широку її участь у регуляції внутрішньоклітинного метаболізму, опосередкованому через цГМФ. Мембраносв'язаний фермент активується через відповідні рецептори короткими позаклітинними пептидами, зокрема гормоном передсердним натрійуретичним пептидом (АНФ), термостабільним токсином грамнегативних бактерій та ін. (відповідно підвищує рівень цГМФ), сприяючи екскреції Na та води. Гладкі м'язові клітинисудин також містять аналогічну рецептор-гуанілатциклазну систему, за допомогою якої пов'язаний з рецептором АНФ має судинорозширювальну дію, сприяючи зниженню кров'яного тиску. У епітеліальних клітинахкишечника активатором рецептор-гуанілатциклазної системи може служити бактеріальний ендотоксин, що призводить до уповільнення всмоктування води в кишечнику та розвитку діареї.

Розчинна форма гуанілатциклази є ферментом, що містить гем, що складається з 2 субодиниць. У регуляції цієї форми гуанілатциклази беруть участь нітровазодилататори, вільні радикали– продукти перекисного окиснення ліпідів. Одним із добре відомих активаторів є ендотеліальний фактор (EDRF), що викликає релаксацію судин Чинним компонентом, природним лігандом цього чинника служить оксид азоту NO. Ця форма ферменту активується також деякими нітрозовазодилататорами (нітрогліцерин, нітропрусид та ін), що використовуються при хворобах серця; при розпаді цих препаратів також звільняється NO.

Оксид азоту утворюється з амінокислоти аргініну за участю складної Са 2+ -залежної ферментної системи зі змішаною функцією, названої NO-синтазою:

Оксид азоту при взаємодії з гемом гуанілатциклази сприяє швидкої освітицГМФ, який знижує силу серцевих скорочень шляхом стимулювання іонних насосів, що функціонують за низьких концентрацій Са 2+ . Однак дія NO короткочасна, кілька секунд, локалізована поблизу місця його синтезу. Подібний ефект, але триваліший надає нітрогліцерин, який повільніше звільняє NO.

Отримано докази, що більшість ефектів цГМФ опосередковано через цГМФ-залежну протеїнкіназу, названу протеїнкіназою G. Цей широко поширений в еукаріотичних клітинах фермент отриманий в чистому вигляді. Він складається з 2 субодиниць - каталітичного домену з послідовністю, аналогічною послідовності С-субодиниці протеїнкінази А (цАМФ-залежної), і регуляторного домену, подібного з R-субодиницею протеїнкінази А. Проте протеїнкінази А і G дізнаються різні послідовності білків, фосфорилювання ОН-групи серину і треоніну різних внутрішньоклітинних білків і таким чином різні біологічні ефекти.

Рівень циклічних нуклеотидів цАМФі цГМФ в клітині контролюється відповідними фосфодіестеразами, що каталізують їх гідроліз до 5"-нуклеотидмонофосфатів і різняться за спорідненістю до цАМФ і цГМФ. Виділено і охарактеризовані розчинна кальмоду-лінзалежна фосфоді модуліном.

Са 2+ -месенджерна система

Іонам Са 2+ належить центральна роль регуляції багатьох клітинних функцій. Зміна концентрації внутрішньоклітинного вільного Са 2+ є сигналом для активації або інгібування ферментів, які в свою чергу регулюють метаболізм, скорочувальну та секреторну активність, адгезію та клітинне зростання. Джерела Са 2+ можуть бути внутрішньо-і позаклітинними. У нормі концентрація Са 2+ у цитозолі не перевищує 10 -7 М, і основними джерелами його є ендоплазматичний ретикулум та мітохондрії. Нейрогормональні сигнали призводять до різкого підвищення концентрації Са 2+ (до 10 -6 М), що надходить як ззовні через плазматичну мембрану (точніше через потенціалзалежні і рецепторзалежні кальцієві канали), так і з внутрішньоклітинних джерел. Одним з найважливіших механізмівпроведення гормонального сигналу в кальцій-месенджерній системі є запуск клітинних реакцій (відповідей) шляхом активування специфічної Са 2+ -кальмодулін-залежної протеїнкінази.Регуляторною субодиницею цього ферменту виявився Са 2+ -зв'язуючий білок кальмодулін.При підвищенні концентрації Са 2+ у клітині у відповідь на сигнали специфічна протеїнкіназа каталізує фосфорилювання безлічі внутрішньоклітинних ферментів – мішеней, регулюючи тим самим їх активність. Показано, що до складу кінази фосфорилази b, що активується іонами Са 2+ , як і NO-синтази, входить кальмодулін як субодиниця. Кальмодулін є частиною множини інших Са 2+ -зв'язуючих білків. При підвищенні концентрації кальцію зв'язування Са 2+ з кальмодуліном супроводжується конформаційними його змінами, і в цій Са 2+ -зв'язаної формі кальмодулін модулює активність безлічі внутрішньоклітинних білків (звідси його назва).

До внутрішньоклітинної системи месенджерів відносять похідні фосфоліпідів мембран еукаріотичних клітин, зокрема фосфорильовані похідні фосфатидилінозитолу. Ці похідні звільняються у відповідь на гормональний сигнал (наприклад, від вазопресину або тиротропіну) під дією специфічної мембранозв'язаної фосфоліпази С. В результаті послідовних реакцій утворюються два потенційні вторинні месенджери – діацилгліцерол та інозитол-1,4,5-трифосфат.

Біологічні ефекти цих вторинних месенджерів реалізуються по-різному. Дія діацилгліцеролу, як і вільних іонів Са 2+ , опосередкована через мембранозв'язаний Са-залежний фермент протеїнкіназу Сяка каталізує фосфорилювання внутрішньоклітинних ферментів, змінюючи їх активність Інозитол-1,4,5-трифосфат зв'язується зі специфічним рецептором на ендоплазматичному ретикулумі, сприяючи виходу з нього іонів Са2+ у цитозоль.

Таким чином, подані дані про вторинних месенджерів свідчать про те, що кожною з цих систем є посередників гормонального ефектувідповідає певний клас протеїнкіназ, хоча не можна виключити можливості існування тісного зв'язку між цими системами. Активність протеїнкіназ типу А регулюється цАМФ, протеїнкінази G – цГМФ; Са 2+ -кальмодулінзалежні протеїнкінази знаходяться під контролем внутрішньоклітинної [Са 2+ ], а протеїнкіназа типу С регулюється діацилгліцеролом у синергізмі з вільним Са 2+ та кислими фосфоліпідами. Підвищення рівня будь-якого вторинного мес-сенджера призводить до активації відповідного класу протеїнкіназ та подальшого фосфорилування їх білкових субстратів. В результаті змінюється не тільки активність, а й регуляторні та каталітичні властивості багатьох ферментних систем клітини: іонних каналів, внутрішньоклітинних структурних елементівта генетичного апарату.

2) Реалізація ефекту після проникнення гормону всередину клітини

У цьому випадку рецептори для гормону знаходяться в цитоплазмі клітини. Гормони цього механізму дії через свою ліпофільність легко проникають через мембрану всередину клітини-мішені та зв'язуються в її цитоплазмі специфічними білками-рецепторами. Гормон-рецепторний комплекс входить у клітинне ядро. У ядрі комплекс розпадається, і гормон взаємодіє з певними ділянками ядерної ДНК, наслідком чого є утворення особливої ​​матричної РНК. Матрична РНК виходить із ядра та сприяє синтезу на рибосомах білка або білка-ферменту. Так діють стероїдні гормони та похідні тирозину – гормони щитовидної залози. Для їх дії характерна глибока та тривала перебудова клітинного метаболізму.

Відомо, що ефект стероїдних гормонів реалізується через генетичний апарат шляхом зміни експресії генів. Гормон після доставки з білками крові в клітину проникає (шляхом дифузії) через плазматичну мембрану і далі через ядерну мембрану і зв'язується із внутрішньоядерним рецептором-білком. Комплекс стероїд-білок потім зв'язується з регуляторною областю ДНК, з так званими гормончутливими елементами, сприяючи транскрипції відповідних структурних генів, індукції синтезу білка de novo та зміні метаболізму клітини у відповідь на гормональний сигнал.

Слід підкреслити, що головною та відмінною особливістю молекулярних механізмів дії двох основних класів гормонів є те, що дія пептидних гормонів реалізується в основному шляхом посттрансляційних (постсинтетичних) модифікацій білків у клітинах, тоді як стероїдні гормони (а також тиреоїдні гормони, ретиної). D3-гормони) виступають як регулятори експресії генів.

Інактивація гормонів відбувається в ефекторних органах, переважно в печінці, де гормони зазнають різних хімічних змін шляхом зв'язування з глюкуроновою або сірчаною кислотою або внаслідок впливу ферментів. Частково гормони виділяються із сечею у незміненому вигляді. Дія деяких гормонів може блокуватися завдяки секреції гормонів, які мають антагоністичним ефектом.