آلية عمل هرمونات الستيرويد. آليات عمل الهرمونات المحبة للماء على الخلايا المستهدفة. مخطط العمل على الخلايا المستهدفة من هرمونات الستيرويد

الهرمونات المحبة للماء غير قادرة على اختراق غشاء الخلية وبالتالي يتم نقل الإشارة عن طريق بروتينات مستقبلات الغشاء.

هناك ثلاثة أنواع من هذه المستقبلات.

النوع الأول هو بروتينات ذات سلسلة واحدة من عديد الببتيد عبر الغشاء.

ترتبط هرمونات مثل هرمون النمو والبرولاكتين والأنسولين وعدد من المواد الشبيهة بالهرمونات - عوامل النمو - بمستقبلات من هذا النوع. عندما يتحد الهرمون مع مستقبل من هذا النوع ، تحدث فسفرة الجزء السيتوبلازمي من هذا المستقبل ، ونتيجة لذلك يحدث تنشيط البروتينات الوسيطة (الرسل) مع النشاط الأنزيمي. تسمح هذه الخاصية لبروتين المرسال باختراق نواة الخلية وهناك لتنشيط البروتينات النووية المشاركة في نسخ الجينات المقابلة و mRNA. في النهاية ، تبدأ الخلية في تصنيع بروتينات معينة تغير عملية التمثيل الغذائي فيها. يظهر رسم تخطيطي يوضح هذه الآلية في الشكل. عشرة.

الشكل: 10. آلية عمل الهرمونات المحبة للماء على الخلية المستهدفة.

وجود مستقبلات من النوع الأول

النوع الثاني من المستقبلات التي تدرك تأثير الهرمونات المحبة للماء على الخلايا المستهدفة هي ما يسمى "المستقبلات - القنوات الأيونية". المستقبلات من هذا النوع هي بروتينات ذات أربعة أجزاء عبر الغشاء. يؤدي الجمع بين جزيء الهرمون مع مثل هذا المستقبل إلى فتح قنوات أيون عبر الغشاء ، والتي من خلالها يمكن لأيونات الإلكتروليت أن تدخل إلى بروتوبلازم الخلية على طول تدرج التركيز. من ناحية أخرى ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى إزالة الاستقطاب في غشاء الخلية (على سبيل المثال ، يحدث ذلك مع الغشاء ما بعد المشبكي لخلايا العضلات الهيكلية أثناء انتقال الإشارة من الألياف الحركية العصبية إلى العضلات) ، ومن ناحية أخرى ، يمكن لأيونات الإلكتروليت (على سبيل المثال ، Ca ++) تنشيط السيرين كينازات التيروزين ، وبسبب تأثيرها الأنزيمي على البروتينات داخل الخلايا تسبب تغيرات في التمثيل الغذائي الخلوي.

يظهر رسم تخطيطي يوضح هذه الآلية في الشكل. أحد عشر.

الشكل: 11. آلية عمل الهرمونات المحبة للماء على الخلية المستهدفة.

وجود مستقبلات من النوع الثاني

يُعرَّف النوع الثالث من المستقبلات التي تدرك تأثير الهرمونات المحبة للماء على الخلايا المستهدفة على أنها "مستقبلات مقترنة ببروتين جي" (يُشار إليها باسم "مستقبلات بروتين جي").

بمساعدة مستقبلات G ، تنتقل الإشارات التي تثيرها الناقلات العصبية والناقلات العصبية (الإبينفرين والنورادرينالين والأسيتيل كولين والسيروتونين والهستامين وما إلى ذلك) ، والهرمونات والمواد الأفيونية (قشر الكظر ، السوماتوستاتين ، الفازوبريسين ، الجونادرينالين ، والجهاز التنفسي). وإلخ.). بالإضافة إلى ذلك ، تتوسط مستقبلات G في نقل الإشارات الكيميائية التي تدركها مستقبلات الذوق والشم.

تتكون مستقبلات G ، مثل معظم مستقبلات الغشاء ، من ثلاثة أجزاء: الجزء خارج الخلية ، وجزء المستقبل المغمور في غشاء الخلية والجزء داخل الخلايا المتلامس مع البروتين G. في هذه الحالة ، يكون الجزء داخل الغشاء من المستقبل عبارة عن سلسلة بولي ببتيد تعبر الغشاء سبع مرات.

تتمثل وظيفة بروتينات G في فتح القنوات الأيونية (أي تغيير تركيز أيونات الإلكتروليت في بروتوبلازم الخلايا المستهدفة) وتنشيط البروتينات الوسيطة (الرسل داخل الخلايا). نتيجة لذلك ، من ناحية ، يحدث تنشيط أنظمة الإنزيم المناظرة للخلية (كينازات البروتين ، فوسفاتازات البروتين ، فسفوليباز) ، ومن ناحية أخرى ، تكتسب البروتينات الفسفورية ذات النشاط الأنزيمي القوي القدرة على اختراق نواة الخلية وهناك لتفسفر وتنشيط البروتينات المشاركة في الجين و mRNA. ... في نهاية المطاف ، يتغير التمثيل الغذائي الخلوي بسبب التحولات الأنزيمية للبروتينات داخل الخلايا ، وبسبب التخليق الحيوي لبروتينات جديدة. يظهر في الشكل رسم بياني يوضح آليات تفاعل جزيء الهرمون مع مستقبلات G للخلية المستهدفة. 12.

للهرمونات الستيرويدية (الشكل 6.3) طريقتان للعمل على الخلايا: 1) الجينوم الكلاسيكي أو البطيء و 2) غير الجينومي السريع. آلية العمل الجينومية
تبدأ آلية العمل الجينومية على الخلايا المستهدفة بنقل جزيئات هرمون الستيرويد عبر الغشاء إلى الخلية (بسبب قابليتها للذوبان في الطبقة الدهنية الثنائية لغشاء الخلية) ، يليها ارتباط الهرمون ببروتين مستقبلات السيتوبلازم.

هذا الارتباط ببروتين المستقبل ضروري لدخول هرمون الستيرويد إلى النواة ، حيث يتفاعل مع المستقبل النووي. يستلزم التفاعل اللاحق لمركب مستقبلات الهرمونات النووية مع مستقبل الكروماتين ، وبروتين حمضي معين و DNA: تنشيط نسخ mRNA معين ، وتوليف النقل و RNAs الريبوسوم ، ومعالجة نسخ RNA الأولية ونقل mRNA إلى السيتوبلازم ، وترجمة mRNA بمستوى نقل كافٍ RNA مع تخليق البروتينات والإنزيمات في الريبوسومات. تتطلب كل هذه الظواهر وجودًا طويلًا (ساعات ، نهارًا) لمركب مستقبلات الهرمونات في النواة. آلية العمل غير الجينومية
تظهر آثار هرمونات الستيرويد ليس فقط بعد ساعات قليلة ، وهو أمر ضروري للتأثير النووي ، فبعضها يظهر بسرعة كبيرة ، في غضون دقائق قليلة. هذه تأثيرات مثل زيادة نفاذية الغشاء ، وزيادة نقل الجلوكوز والأحماض الأمينية ، وإطلاق الإنزيمات الليزوزومية ، والتحولات في طاقة الميتوكوندريا. تشمل التأثيرات السريعة غير الجينومية لهرمونات الستيرويد ، على سبيل المثال ، زيادة في غضون 5 دقائق بعد إعطاء الألدوستيرون لشخص في مقاومة الأوعية الدموية الطرفية الكلية و ضغط الدم، تغيير في نقل الصوديوم عبر غشاء كريات الدم الحمراء (خالي بشكل عام من النواة) تحت تأثير الألدوستيرون في التجارب المختبرية ، والدخول السريع لـ Ca2 + إلى خلايا بطانة الرحم تحت تأثير هرمون الاستروجين ، إلخ. تفاعلات أنظمة الرسل الثانوية ، على سبيل المثال phospholipase C ، inositol-3-phosphate ، المؤين Ca2 + ، بروتين كيناز C. تحت تأثير هرمونات الستيرويد ، يمكن أن يزيد محتوى cAMP و cGMP في الخلية. التأثير غير الجيني لهرمونات الستيرويد

الشكل: 6.3 مخطط مسارات عمل هرمونات الستيرويد.
1 - مسار العمل الجينومي الكلاسيكي (يخترق الهرمون غشاء الخلية والسيتوبلازم إلى النواة ، حيث بعد التفاعل مع المستقبل النووي يؤثر على الجينات المستهدفة وينشطها). 2 أ و 26 - مسارات العمل غير الجينومية من خلال مستقبلات الغشاء ؛ 2 أ - المسارات المرتبطة بإنزيم الغشاء وتشكيل رسول ثانوي يؤدي إلى تنشيط كينازات البروتين. هذا الأخير ، من خلال الفسفرة في نواة البروتين المساعد (BCA) ، ينشط الجينات المستهدفة ؛ 26 - المسارات المرتبطة بالقنوات الأيونية لغشاء الخلية ، ونتيجة لذلك ينشط مركب مستقبلات الهرمونات القنوات الأيونية ، مما يغير من استثارة الخلية. 3 - مسار عمل بديل غير جينومي (جزيء الهرمون ، الذي يخترق الغشاء في السيتوبلازم ، يتفاعل مع مستقبل العصارة الخلوية ، مما يؤدي إلى تنشيط كينازات العصارة الخلوية.

يمكن إدراكها بعد ارتباطها بالمستقبلات السيتوبلازمية. ترجع بعض التأثيرات غير الجينية لهرمونات الستيرويد إلى تفاعلها مع المستقبلات المرتبطة بآلية بوابة القنوات الأيونية لأغشية الخلايا العصبية ، وبالتالي فهي تعدل ، على سبيل المثال ، الجلايسين أو السيروتونين أو جاما أمينوبوتيرجيك الخلايا العصبية. أخيرًا ، عن طريق إذابة في الطبقة الدهنية ثنائية الغشاء ، يمكن أن تتغير هرمونات الستيرويد الخصائص الفيزيائية الغشاء ، مثل سيولته أو نفاذه للجزيئات المحبة للماء ، وهو أيضًا تأثير غير جيني.
وبالتالي ، فإن آليات عمل الهرمونات ذات الهياكل الكيميائية المختلفة ليس لها اختلافات فحسب ، بل لها أيضًا سمات مشتركة. مثل الستيرويدات ، تتمتع هرمونات الببتيد بالقدرة على التأثير بشكل انتقائي على نسخ الجينات في نواة الخلية. يمكن تحقيق هذا التأثير لهرمونات الببتيد ليس فقط من سطح الخلية أثناء تكوين رسل ثانوي ، ولكن أيضًا من خلال تدفق هرمونات الببتيد إلى الخلية بسبب استيعاب معقد مستقبلات الهرمونات.

المزيد عن الموضوع آلية عمل هرمونات الستيرويد:

1. الطبيعة الكيميائية والآليات العامة لعمل الهرمونات
2. الوظائف التنظيمية لهرمونات الخلايا التي تجمع بين إنتاج الهرمونات والوظائف غير الغدد الصماء الوظائف التنظيمية لهرمونات المشيمة

يتواجد جسم الإنسان ككل بفضل نظام التوصيلات الداخلية ، والذي يضمن نقل المعلومات من خلية إلى أخرى في نفس النسيج أو بين الأنسجة المختلفة. بدون هذا النظام ، من المستحيل الحفاظ على التوازن. تشترك ثلاثة أنظمة في نقل المعلومات بين الخلايا في الكائنات الحية متعددة الخلايا: الجهاز العصبي المركزي (CNS) ونظام الغدد الصماء (غدد السرية الداخلية) ونظام المناعة.

طرق نقل المعلومات في جميع هذه الأنظمة كيميائية. يمكن أن تكون جزيئات الإشارة وسطاء في نقل المعلومات.

تشتمل جزيئات التأشير هذه على أربع مجموعات من المواد: مواد حيوية بيولوجية نشطة (وسطاء للاستجابة المناعية ، وعوامل النمو ، وما إلى ذلك) ، وعلاجات الأعصاب ، ومضادات (الغلوبولين المناعي) ، والهرمونات.

B I O X I M I Z G O R M O N O V.

الهرمونات بيولوجيا المواد الفعالة، التي يتم تصنيعها بكميات صغيرة في الخلايا المتخصصة في جهاز الغدد الصماء ومن خلال السوائل المنتشرة (على سبيل المثال ، الدم) يتم توصيلها إلى الخلايا المستهدفة ، حيث تمارس عملها التنظيمي.

تشترك الهرمونات ، مثل جزيئات الإشارات الأخرى ، في بعض الخصائص المشتركة.

الخصائص العامة للهرمونات.

1) يتم إطلاقها من الخلايا التي تنتجها في الفضاء خارج الخلية ؛

2) ليست مكونات هيكلية للخلايا ولا تستخدم كمصدر للطاقة.

3) قادرة على التفاعل بشكل خاص مع الخلايا التي لديها مستقبلات لهذا الهرمون.

4) لها نشاط بيولوجي مرتفع للغاية - فهي تعمل بشكل فعال على الخلايا بتركيزات منخفضة جدًا (حوالي 10 -6-10-11 مول / لتر).

آليات عمل الهرمونات.

تؤثر الهرمونات على الخلايا المستهدفة.

الخلايا المستهدفة هي خلايا تتفاعل بشكل خاص مع الهرمونات باستخدام بروتينات مستقبلات خاصة. توجد بروتينات المستقبلات على الغشاء الخارجي للخلية ، أو في السيتوبلازم ، أو على الغشاء النووي والعضيات الأخرى للخلية.

الآليات البيوكيميائية لنقل الإشارات من الهرمون إلى الخلية المستهدفة.

يتكون أي بروتين مستقبِل من مجالين (مناطق) على الأقل يوفران وظيفتين:

- "التعرف" على الهرمون.

تحويل ونقل الإشارة المستقبلة إلى الخلية.

كيف يتعرف بروتين المستقبل على جزيء الهرمون الذي يمكنه التفاعل معه؟

يحتوي أحد مجالات بروتين المستقبل على منطقة مكملة لجزء من جزيء الإشارة. تشبه عملية ربط المستقبل بجزيء الإشارة عملية تكوين مركب الركيزة الإنزيمية ويمكن تحديدها من خلال قيمة ثابت التقارب.

معظم المستقبلات غير مفهومة جيدًا ، لأن إفرازها وتنقيتها معقدان للغاية ، ومحتوى كل نوع من المستقبلات في الخلايا منخفض جدًا. لكن من المعروف أن الهرمونات تتفاعل مع مستقبلاتها بطريقة فيزيائية كيميائية. تتشكل التفاعلات الكهروستاتيكية والطارئة للماء بين جزيء الهرمون والمستقبلات. عندما يرتبط المستقبل بالهرمون ، تحدث تغيرات توافقية لبروتين المستقبل ويتم تنشيط مركب جزيء الإشارة مع بروتين المستقبل. في حالة نشطة ، يمكن أن تحدث تفاعلات محددة داخل الخلايا استجابة لإشارة مستلمة. في حالة ضعف تخليق أو قدرة بروتينات المستقبل على الارتباط بجزيئات الإشارة ، تحدث الأمراض - اضطرابات الغدد الصماء. هناك ثلاثة أنواع من هذه الأمراض:

1. يرتبط بالتخليق غير الكافي لبروتينات المستقبل.

2. يرتبط بالتغيرات في بنية المستقبل - عيوب وراثية.

3. يرتبط بإعاقة مستقبلات البروتين بواسطة الأجسام المضادة.

الكيمياء الحيوية للهرمونات ب 250599

يوجد جسم الإنسان ككل بفضل نظام الاتصالات الداخلية ، والذي يضمن نقل المعلومات من خلية إلى أخرى في نفس النسيج أو بين الأنسجة المختلفة. بدون هذا النظام ، من المستحيل الحفاظ على التوازن. في نقل المعلومات بين الخلايا في الكائنات الحية متعددة الخلايا ، تشارك ثلاثة أنظمة: الجهاز العصبي المركزي (CNS) ونظام الغدد الصماء (غدد السرية الداخلية) ونظام المناعة.

طرق نقل المعلومات في جميع هذه الأنظمة كيميائية. يمكن أن تكون جزيئات الإشارة وسطاء في نقل المعلومات.

تشتمل جزيئات التأشير هذه على أربع مجموعات من المواد: مواد حيوية بيولوجية نشطة (وسطاء للاستجابة المناعية ، وعوامل النمو ، وما إلى ذلك) ، وعلاجات الأعصاب ، ومضادات (الغلوبولين المناعي) ، والهرمونات.

B I O X I M I Z G O R M O N O V.

الهرمونات هي مواد نشطة بيولوجيًا يتم تصنيعها بكميات صغيرة في الخلايا المتخصصة في جهاز الغدد الصماء ومن خلال السوائل المنتشرة (على سبيل المثال ، الدم) يتم توصيلها إلى الخلايا المستهدفة ، حيث تمارس عملها التنظيمي.

تشترك الهرمونات ، مثل جزيئات الإشارات الأخرى ، في بعض الخصائص المشتركة.

^ الخصائص العامة للهرمونات.

1) يتم إطلاقها من الخلايا التي تنتجها في الفضاء خارج الخلية ؛

2) ليست مكونات هيكلية للخلايا ولا تستخدم كمصدر للطاقة.

3) قادرة على التفاعل بشكل خاص مع الخلايا التي لديها مستقبلات لهذا الهرمون.

4) لها نشاط بيولوجي مرتفع للغاية - فهي تعمل بشكل فعال على الخلايا بتركيزات منخفضة جدًا (حوالي 10 -6-10-11 مول / لتر).

^ آليات عمل الهرمونات.

تؤثر الهرمونات على الخلايا المستهدفة.

الخلايا المستهدفة هي خلايا تتفاعل بشكل خاص مع الهرمونات باستخدام بروتينات مستقبلات خاصة. توجد بروتينات المستقبلات على الغشاء الخارجي للخلية ، أو في السيتوبلازم ، أو على الغشاء النووي والعضيات الأخرى للخلية.

^ الآليات البيوكيميائية لنقل الإشارات من الهرمون إلى الخلية المستهدفة.

يتكون أي بروتين مستقبِل من مجالين (مناطق) على الأقل يوفران وظيفتين:

- "التعرف" على الهرمون.

تحويل ونقل الإشارة المستقبلة إلى الخلية.

كيف يتعرف بروتين المستقبل على جزيء الهرمون الذي يمكنه التفاعل معه؟

يحتوي أحد مجالات بروتين المستقبل على منطقة مكملة لجزء من جزيء الإشارة. تشبه عملية ربط المستقبل بجزيء الإشارة عملية تكوين مركب الركيزة الإنزيمية ويمكن تحديدها من خلال قيمة ثابت التقارب.

معظم المستقبلات غير مفهومة جيدًا ، لأن إفرازها وتنقيتها معقدان للغاية ، ومحتوى كل نوع من المستقبلات في الخلايا منخفض جدًا. لكن من المعروف أن الهرمونات تتفاعل مع مستقبلاتها بطريقة فيزيائية كيميائية. تتشكل التفاعلات الكهروستاتيكية والطارئة للماء بين جزيء الهرمون والمستقبلات. عندما يرتبط المستقبل بالهرمون ، تحدث تغيرات توافقية لبروتين المستقبل ويتم تنشيط مركب جزيء الإشارة مع بروتين المستقبل. في حالة نشطة ، يمكن أن تحدث تفاعلات محددة داخل الخلايا استجابة لإشارة مستلمة. في حالة ضعف تخليق أو قدرة بروتينات المستقبل على الارتباط بجزيئات الإشارة ، تحدث الأمراض - اضطرابات الغدد الصماء. هناك ثلاثة أنواع من هذه الأمراض:

1. يرتبط بالتخليق غير الكافي لبروتينات المستقبل.

2. يرتبط بالتغيرات في بنية المستقبل - عيوب وراثية.

3. يرتبط بإعاقة مستقبلات البروتين بواسطة الأجسام المضادة.

^ آليات عمل الهرمونات على الخلايا المستهدفة.

هناك نوعان من التفاعلات يعتمدان على بنية الهرمون. إذا كان جزيء الهرمون محبًا للدهون (على سبيل المثال ، هرمونات الستيرويد) ، فيمكنه اختراق الطبقة الدهنية للغشاء الخارجي للخلايا المستهدفة. إذا كان الجزيء كبيرًا أو قطبيًا ، فإن اختراقه للخلية أمر مستحيل. لذلك ، بالنسبة للهرمونات المحبة للدهون ، توجد المستقبلات داخل الخلايا المستهدفة ، وبالنسبة للهرمونات المحبة للماء ، توجد المستقبلات في الغشاء الخارجي.

للحصول على استجابة خلوية لإشارة هرمونية في حالة الجزيئات المحبة للماء ، تعمل آلية إشارات داخل الخلايا. يتم ذلك بمشاركة مواد تسمى "الوسطاء الثانيون". تتنوع جزيئات الهرمونات كثيرًا في الشكل ، لكن "الرسل الثاني" ليسوا كذلك.

توفر موثوقية إرسال الإشارات تقاربًا كبيرًا جدًا للهرمون لبروتين المستقبل.

من هم الوسطاء الذين يشاركون في الإرسال داخل الخلايا للإشارات الخلطية؟ هذه هي النيوكليوتيدات الحلقية (cAMP و cGMP) ، إينوزيتول ثلاثي الفوسفات ، بروتين رابط للكالسيوم - كالودولين ، أيونات الكالسيوم ، الإنزيمات المشاركة في تخليق النوكليوتيدات الحلقية ، وكذلك كينازات البروتين - إنزيمات فسفرة البروتين. تشارك كل هذه المواد في تنظيم نشاط أنظمة الإنزيم الفردية في الخلايا المستهدفة.

دعونا نفحص بمزيد من التفصيل آليات عمل الهرمونات والوسطاء داخل الخلايا. هناك طريقتان رئيسيتان للإشارة إلى الخلايا المستهدفة من خلال إشارات الجزيئات بآلية عمل غشاء:

^ 1. أنظمة ADENYLATCYCLASE (أو GUANYLATCYCLASE)

2. آلية الفوسفوينوسيتيد

نظام أدينيلات سيكلس.

المكونات الرئيسية: مستقبلات البروتين الغشائي ، بروتين G ، إنزيم محلقة الأدينيلات ، غوانوزين ثلاثي الفوسفات ، كينازات البروتين.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن ATP مطلوب للتشغيل الطبيعي لنظام إنزيم أدينيلات.

يظهر الرسم التخطيطي لنظام adenylate cyclase في الشكل:

كما يتضح من الشكل ، فإن بروتين المستقبل ، G-protein ، الذي يوجد بجانبه GTP والإنزيم (adenylate cyclase) ، مضمن في غشاء الخلية.

حتى عمل الهرمون ، تكون هذه المكونات في حالة مفككة ، وبعد تكوين مركب من جزيء الإشارة بمستقبلات بروتينية ، تحدث تغييرات في تكوين البروتين G. نتيجة لذلك ، تكتسب إحدى الوحدات الفرعية للبروتين G القدرة على الارتباط بـ GTP.

ينشط مركب G-protein-GTP إنزيم الأدينيلات. يبدأ Adenylate cyclase في تحويل جزيئات ATP إلى c-AMP.

لدى C-AMP القدرة على تنشيط إنزيمات خاصة - كينازات البروتين ، والتي تحفز فسفرة البروتينات المختلفة بمشاركة ATP. في هذه الحالة ، يتم تضمين بقايا حمض الفوسفوريك في تكوين جزيئات البروتين. والنتيجة الرئيسية لعملية الفسفرة هذه هي حدوث تغيير في نشاط البروتين المُفسفر. في أنواع مختلفة من الخلايا ، تخضع البروتينات ذات الأنشطة الوظيفية المختلفة للفسفرة نتيجة لتفعيل نظام إنزيم الأدينيلات. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون الإنزيمات والبروتينات النووية وبروتينات الغشاء. نتيجة لتفاعل الفسفرة ، يمكن أن تصبح البروتينات نشطة وظيفيًا أو غير نشطة.

ستؤدي هذه العمليات إلى تغييرات في معدل العمليات الكيميائية الحيوية في الخلية المستهدفة.

يستمر تنشيط نظام محلقة الأدينيلات لفترة قصيرة جدًا ، لأن بروتين G ، بعد الارتباط بـ adenylate cyclase ، يبدأ في إظهار نشاط GTPase. بعد التحلل المائي GTP ، يستعيد بروتين G شكله ويتوقف عن تنشيط إنزيم adenylate cyclase. نتيجة لذلك ، يتوقف تفاعل تكوين cAMP.

بالإضافة إلى المشاركين في نظام adenylate cyclase ، تحتوي بعض الخلايا المستهدفة على بروتينات مستقبلات مرتبطة ببروتينات G ، مما يؤدي إلى تثبيط إنزيم adenylate cyclase. يمنع مركب البروتين GTP-G إنزيم الأدينيلات.

عندما يتوقف تكوين cAMP ، لا تتوقف تفاعلات الفسفرة في الخلية على الفور: طالما استمرت جزيئات cAMP في الوجود ، ستستمر عملية تنشيط كينازات البروتين. من أجل إيقاف عمل cAMP ، يوجد إنزيم خاص في الخلايا - phosphodiesterase ، والذي يحفز تفاعل التحلل المائي من 3 "، 5" -cyclo-AMP إلى AMP.

تساعد بعض المواد التي لها تأثير مثبط على فسفودايستراز (على سبيل المثال ، قلويدات الكافيين ، الثيوفيلين) في الحفاظ على تركيز سيكلو- AMP في الخلية وزيادته. تحت تأثير هذه المواد في الجسم ، تصبح مدة تنشيط نظام إنزيم الأدينيلات أطول ، أي يتم تحسين عمل الهرمون.

بالإضافة إلى أنظمة إنزيم الأدينيلات أو نظام إنزيم الجوانيلات ، هناك أيضًا آلية لنقل المعلومات داخل الخلية المستهدفة بمشاركة أيونات الكالسيوم وإينوزيتول ثلاثي الفوسفات.

ثلاثي فوسفات الإينوزيتول مادة مشتقة من مركب دهني - فوسفاتيد الإينوزيتول. يتكون نتيجة عمل إنزيم خاص - فسفوليباز "C" ، والذي يتم تنشيطه نتيجة للتغيرات التوافقية في المجال داخل الخلايا لمستقبل البروتين الغشائي.

هذا الإنزيم يحلل رابطة الفوسفويستر في جزيء فوسفاتيديل-إينوزيتول-4،5-بيسفوسفات ، مما ينتج عنه ثنائي أزيل الجلسرين وإينوزيتول ثلاثي الفوسفات.

من المعروف أن تكوين دياسيل جلسرين وإينوزيتول ثلاثي فوسفات يؤدي إلى زيادة تركيز الكالسيوم المتأين داخل الخلية. يؤدي هذا إلى تنشيط العديد من البروتينات المعتمدة على الكالسيوم داخل الخلية ، بما في ذلك تنشيط العديد من كينازات البروتين. وهنا ، كما هو الحال في تنشيط نظام adenylate cyclase ، فإن إحدى مراحل انتقال الإشارة داخل الخلية هي فسفرة البروتينات ، مما يؤدي إلى الاستجابة الفسيولوجية للخلية لعمل الهرمون.

يشارك بروتين خاص مرتبط بالكالسيوم ، كموديولين ، في آلية إشارات الفوسفوينوزيتيد في الخلية المستهدفة. إنه بروتين منخفض الوزن الجزيئي (17 كيلو دالتون) ، 30٪ يتكون من أحماض أمينية سالبة الشحنة (Glu ، Asp) وبالتالي فهو قادر على ربط Ca +2 بشكل فعال. يحتوي جزيء الكالودولين الواحد على 4 مواقع مرتبطة بالكالسيوم. بعد التفاعل مع Ca +2 ، تحدث تغيرات توافقية لجزيء الكالمودولين ويصبح المركب "Ca +2 -calmodulin" قادرًا على تنظيم النشاط (تثبيط أو تنشيط) العديد من الإنزيمات - adenylate cyclase ، phosphodiesterase ، Ca +2 ، Mg +2 -ATPase والعديد من كينازات البروتين.

في الخلايا المختلفة ، عندما يعمل المركب "Ca +2 -calmodulin" على الإنزيمات من نفس الإنزيم (على سبيل المثال ، على إنزيم الأدينيلات من أنواع مختلفة) ، في بعض الحالات ، لوحظ التنشيط ، وفي حالات أخرى - تثبيط تفاعل تكوين cAMP. تحدث هذه التأثيرات المختلفة لأن المراكز الخيفية للأنزيمات المتساوية يمكن أن تشتمل على جذور مختلفة من الأحماض الأمينية وستختلف استجابتها لعمل مركب Ca + 2 -calmodulin.

وبالتالي فإن دور "المرسل الثاني" في نقل الإشارات من الهرمونات في الخلايا المستهدفة يمكن أن يكون:

النيوكليوتيدات الحلقية (c-AMP و c-GMP) ؛

ايونس سا

مركب "Ca-calodulin" ؛

دياسيل جلسرين.

الإينوزيتول ثلاثي الفوسفات

تتميز آليات نقل المعلومات من الهرمونات داخل الخلايا المستهدفة باستخدام الوسطاء المدرجين بسمات مشتركة:

1- تعتبر فسفرة البروتين إحدى مراحل نقل الإشارات

2. يحدث إنهاء التنشيط نتيجة لآليات خاصة بدأها المشاركون في العمليات بأنفسهم - توجد آليات ردود فعل سلبية.

الهرمونات هي المنظم الخلطي الرئيسي للوظائف الفسيولوجية للجسم ، وفي الوقت الحالي تُعرف خصائصها وعمليات التخليق الحيوي وآليات عملها.

العلامات التي تختلف بها الهرمونات عن جزيئات الإشارات الأخرى:

1. يحدث تخليق الهرمونات في خلايا خاصة من جهاز الغدد الصماء. علاوة على ذلك ، فإن تخليق الهرمونات هو الوظيفة الرئيسية لخلايا الغدد الصماء.

2. يتم إفراز الهرمونات في الدم ، في كثير من الأحيان في الوريد ، وأحيانًا في الليمفاوية. يمكن لجزيئات الإشارات الأخرى الوصول إلى الخلايا المستهدفة دون إفرازها في السوائل المنتشرة.

3. تأثير تيليكرين (أو العمل البعيد) - تعمل الهرمونات على الخلايا المستهدفة على مسافة كبيرة من موقع التوليف.

الهرمونات هي مواد عالية التحديد فيما يتعلق بالخلايا المستهدفة ولها نشاط بيولوجي مرتفع للغاية.

^ التركيب الكيميائي للهرمونات.

يختلف تركيب الهرمونات. حاليًا ، تم وصف وعزل حوالي 160 هرمونًا مختلفًا من كائنات مختلفة متعددة الخلايا. من خلال تركيبها الكيميائي ، يمكن تصنيف الهرمونات إلى ثلاث فئات:

1. هرمونات البروتين الببتيد.

2. مشتقات الأحماض الأمينية.

3. هرمونات الستيرويد.

الصنف الأول يشمل هرمونات ما تحت المهاد والغدة النخامية (يتم تصنيع الببتيدات وبعض البروتينات في هذه الغدد) ، وكذلك هرمونات البنكرياس والغدد جارات الدرقية وأحد هرمونات الغدة الدرقية.

تشتمل الفئة الثانية على الأمينات ، التي يتم تصنيعها في لب الغدة الكظرية والغدة الصنوبرية ، بالإضافة إلى هرمونات الغدة الدرقية المحتوية على اليود.

الفئة الثالثة هي هرمونات الستيرويد ، والتي يتم تصنيعها في قشرة الغدة الكظرية والغدد الجنسية. حسب عدد ذرات الكربون ، تختلف المنشطات عن بعضها البعض:

C 21 - هرمونات قشرة الغدة الكظرية والبروجسترون.

C 19 - الهرمونات الجنسية الذكرية - الأندروجينات والتستوستيرون ؛

مع 18 - هرمونات جنسية أنثوية - هرمون الاستروجين.

المشترك بين جميع المنشطات هو وجود نواة الستيرويد ، والتي تظهر في الشكل.

^ آليات عمل نظام الغدد الصماء.

نظام الغدد الصماء عبارة عن مجموعة من الغدد الصماء وبعض خلايا الغدد الصماء المتخصصة في الأنسجة التي لا تكون وظيفة الغدد الصماء هي الوحيدة (على سبيل المثال ، ليس للبنكرياس وظائف الغدد الصماء فحسب ، بل أيضًا وظائف إفرازات خارجية). أي هرمون هو أحد المشاركين فيه ويتحكم في بعض ردود الفعل الأيضية. في الوقت نفسه ، هناك مستويات من التنظيم داخل نظام الغدد الصماء - فبعض الغدد لديها القدرة على التحكم في البعض الآخر.

^ المخطط العام لتنفيذ وظائف الغدد الصماء في الجسم.

يتضمن هذا المخطط أعلى مستويات التنظيم في نظام الغدد الصماء - منطقة ما تحت المهاد والغدة النخامية ، وتنتج هرمونات تؤثر بدورها على تخليق وإفراز هرمونات خلايا الغدد الصماء الأخرى.

من نفس الرسم البياني ، يمكن ملاحظة أن معدل تخليق وإفراز الهرمونات يمكن أن يتغير أيضًا تحت تأثير الهرمونات من الغدد الأخرى أو نتيجة التحفيز بواسطة المستقلبات غير الهرمونية.

نرى أيضًا وجود ردود فعل سلبية (-) - تثبيط التوليف و (أو) الإفراز بعد القضاء على العامل الأساسي الذي تسبب في تسريع إنتاج الهرمون.

نتيجة لذلك ، يتم الحفاظ على محتوى الهرمون في الدم عند مستوى معين ، والذي يعتمد على الحالة الوظيفية للجسم.

بالإضافة إلى ذلك ، يُنشئ الجسم عادةً احتياطيًا صغيرًا من الهرمونات الفردية في الدم (هذا غير مرئي في الرسم البياني المقدم). إن وجود مثل هذا الاحتياطي ممكن لأن العديد من الهرمونات في الدم تكون في حالة مرتبطة ببروتينات نقل خاصة. على سبيل المثال ، يرتبط هرمون الغدة الدرقية بالجلوبيولين المرتبط بهرمون الغدة الدرقية ، والجلوكورتيكوستيرويدات - مع بروتين ترانسكورتين. هناك نوعان من هذه الهرمونات - المرتبطة ببروتينات النقل والحرة - في حالة توازن ديناميكي في الدم.

هذا يعني أنه عندما يتم تدمير الأشكال الحرة لمثل هذه الهرمونات ، سيحدث تفكك للشكل المرتبط وسيتم الحفاظ على تركيز الهرمون في الدم عند مستوى ثابت نسبيًا. وبالتالي ، يمكن اعتبار مركب هرمون يحتوي على بروتين ناقل بمثابة احتياطي لهذا الهرمون في الجسم.

أحد أهم الأسئلة هو السؤال عن التغييرات في عمليات التمثيل الغذائي التي يتم ملاحظتها تحت تأثير الهرمونات. دعنا نسمي هذا القسم:

^ الآثار التي يمكن ملاحظتها في الخلايا المستهدفة تحت تأثير الهرمونات.

من المهم جدًا ألا تسبب الهرمونات أي شيء جديدالتفاعلات الأيضية في الخلية المستهدفة. هم فقط يشكلون معقدا مع مستقبلات البروتين. نتيجة لإرسال إشارة هرمونية في الخلية المستهدفة ، يتم تشغيل أو إيقاف التفاعلات الخلوية التي توفر استجابة خلوية.

في هذه الحالة ، يمكن ملاحظة التأثيرات الرئيسية التالية في الخلية المستهدفة:

1) التغيير في معدل التخليق الحيوي للبروتينات الفردية (بما في ذلك بروتينات الإنزيم) ؛

2) التغييرات في نشاط الإنزيمات الموجودة بالفعل (على سبيل المثال ، نتيجة الفسفرة - كما هو موضح بالفعل مع مثال نظام إنزيمات الأدينيلات ؛

3) التغييرات في نفاذية الأغشية في الخلايا المستهدفة للمواد أو الأيونات الفردية (على سبيل المثال ، لـ Ca +2).

لقد قيل بالفعل عن آليات التعرف على الهرمونات - يتفاعل الهرمون مع الخلية المستهدفة فقط في وجود بروتين مستقبل خاص (تم بالفعل فهم بنية المستقبلات وتوطينها في الخلية). نضيف أن ارتباط الهرمون بالمستقبل يعتمد على المعلمات الفيزيائية والكيميائية للبيئة - على الرقم الهيدروجيني وتركيز الأيونات المختلفة.

من الأهمية بمكان عدد جزيئات بروتين المستقبل على الغشاء الخارجي أو داخل الخلية المستهدفة. يتغير تبعًا للحالة الفسيولوجية للجسم ، مع الأمراض أو تحت التأثير الأدوية... هذا يعني أنه في ظل ظروف مختلفة ، ستكون استجابة الخلية المستهدفة لعمل الهرمون مختلفة.

للهرمونات المختلفة خواص فيزيائية وكيميائية مختلفة ، ويعتمد موقع مستقبلات هرمونات معينة على هذا. من المعتاد التمييز بين آليتين لتفاعل الهرمونات مع الخلايا المستهدفة:

آلية الغشاء - عندما يرتبط هرمون بمستقبل على سطح الغشاء الخارجي للخلية المستهدفة ؛

آلية داخل الخلايا - عندما يكون مستقبل الهرمون داخل الخلية ، أي في السيتوبلازم أو على الأغشية داخل الخلايا.

الهرمونات ذات آلية عمل الغشاء:

جميع البروتينات والهرمونات الببتيدية ، وكذلك الأمينات (الأدرينالين ، النوربينفرين) ؛

تمتلك آلية العمل داخل الخلايا:

هرمونات الستيرويد ومشتقات الأحماض الأمينية - ثيروكسين وثلاثي يودوثيرونين.

يحدث انتقال الإشارة الهرمونية إلى الهياكل الخلوية من خلال إحدى الآليات. على سبيل المثال ، من خلال نظام إنزيم الأدينيلات أو بمشاركة Ca +2 و phosphoinositides. هذا صحيح بالنسبة لجميع الهرمونات مع آلية عمل الغشاء. لكن هرمونات الستيرويد ذات آلية العمل داخل الخلايا ، والتي عادة ما تنظم معدل التخليق الحيوي للبروتين ولها مستقبلات على سطح نواة الخلية المستهدفة ، لا تحتاج إلى رسل إضافي في الخلية.

^ ملامح هيكل مستقبلات البروتين للمنشطات.

الأكثر دراسة هو مستقبل هرمونات قشرة الغدة الكظرية - الكورتيكوستيرويدات (GCS). يحتوي هذا البروتين على ثلاث مناطق وظيفية:

1- للارتباط بالهرمون (C- طرفي)

2 - للارتباط بالحمض النووي (مركزي)

3 - موقع مستضد ، قادر في نفس الوقت على تعديل وظيفة المحفز أثناء النسخ (N-terminal).

وظائف كل موقع من مثل هذا المستقبل واضحة من أسمائهم. من الواضح أن بنية مستقبلات المنشطات تسمح لها بالتأثير على معدل النسخ في الخلية. يتم تأكيد ذلك من خلال حقيقة أنه تحت تأثير هرمونات الستيرويد ، يتم تحفيز (أو تثبيط) التخليق الحيوي لبعض البروتينات في الخلية بشكل انتقائي. في هذه الحالة ، لوحظ تسارع (أو تباطؤ) في تكوين الرنا المرسال. نتيجة لذلك ، يتغير عدد الجزيئات المصنعة لبروتينات معينة (غالبًا إنزيمات) ويتغير معدل عمليات التمثيل الغذائي.

علم البيولوجيا وسرية هرمونات البنية المختلفة

^ هرمونات البروتين الببتيد.

أثناء تكوين هرمونات البروتين والببتيد في خلايا الغدد الصماء ، يتم تكوين عديد ببتيد لا يمتلك النشاط الهرموني... لكن مثل هذا الجزيء في تركيبته يحتوي على جزء (أجزاء) يحتوي على (ق) تسلسل الأحماض الأمينية لهذا الهرمون. يُطلق على جزيء البروتين هذا اسم هرمون ما قبل المؤيد وله في تكوينه (عادةً عند الطرف N) بنية تسمى القائد أو تسلسل الإشارة (ما قبل). يتم تمثيل هذا الهيكل بواسطة الجذور الكارهة للماء وهو ضروري لمرور هذا الجزيء من الريبوسومات عبر الطبقات الدهنية للأغشية إلى صهاريج الشبكة الإندوبلازمية (EPR). في الوقت نفسه ، أثناء انتقال الجزيء عبر الغشاء نتيجة لتحلل البروتين المحدود ، يتم قطع التسلسل الرئيسي (المسبق) ويظهر هرمون بروهورمون داخل EPR. ثم ، من خلال نظام EPR ، يتم نقل الهرمون الأولي إلى مجمع جولجي ، وهنا ينتهي نضج الهرمون. مرة أخرى ، نتيجة للتحلل المائي تحت تأثير بروتينات معينة ، يتم قطع الجزء المتبقي (طرف N) (الموالي للموقع). يدخل جزيء الهرمون المتكون مع نشاط بيولوجي محدد الحويصلات الإفرازية ويتراكم حتى لحظة الإفراز.

عندما يتم تصنيع الهرمونات من بروتينات معقدة من البروتينات السكرية (على سبيل المثال ، هرمونات تحفيز الجريب (FSH) أو هرمونات الغدة النخامية (TSH)) أثناء النضج ، يتم تضمين مكون الكربوهيدرات في بنية الهرمون.

يمكن أن يحدث أيضًا تخليق خارج الريبوسوم. هذه هي الطريقة التي يتم بها تصنيع هرمون الغدة الدرقية ثلاثي الببتيد (هرمون الوطاء).

^ الهرمونات - مشتقات الأحماض الأمينية

يتم تصنيع هرمونات النخاع الكظري أدرينالين ونورادرينالين من التيروزين ، بالإضافة إلى هرمونات الغدة الدرقية المحتوية على اليود. أثناء تخليق الأدرينالين والنورادرينالين ، يخضع التيروزين للهيدروكسيل ونزع الكربوكسيل والمثيلة بمشاركة الشكل النشط للحمض الأميني ميثيونين.

في الغدة الدرقية ، يحدث تخليق هرمونات تحتوي على اليود ثلاثي يودوثيرونين وثيروكسين (رباعي يودوثيرونين). في سياق التوليف ، يتم معالجة مجموعة الفينول من التيروزين باليود. إن استقلاب اليود في الغدة الدرقية له أهمية خاصة. يحتوي جزيء ثيروجلوبولين البروتين السكري (TG) على وزن جزيئي يزيد عن 650 كيلو دالتون. في الوقت نفسه ، حوالي 10٪ من كتلة جزيء TG عبارة عن كربوهيدرات وما يصل إلى 1٪ من اليود. يعتمد ذلك على كمية اليود في الطعام. يحتوي TG polypeptide على 115 من بقايا التيروزين ، والتي يتم معالجتها باليود ، والتي تتأكسد بواسطة إنزيم خاص ، ثيرروبيروكسيداز. يسمى هذا التفاعل اليود المنظم ويحدث في بصيلات الغدة الدرقية. نتيجة لذلك ، يتم تكوين أحادي ويودوتيروزين من بقايا التيروزين. من بين هؤلاء ، يمكن تحويل حوالي 30 ٪ من المخلفات نتيجة التكثيف إلى ثلاثي ورباعي يودوثيرونين. يتم إجراء التكثيف واليود بمشاركة نفس الإنزيم - ثيروبيروكسيداز. يحدث مزيد من النضج لهرمونات الغدة الدرقية في الخلايا الغدية - تمتص الخلايا TG عن طريق الالتقام الخلوي ويتم تكوين ليسوسوم ثانوي نتيجة اندماج الليزوزوم مع بروتين TG الممتص.

توفر الإنزيمات المحللة للبروتين في الجسيمات الحالة التحلل المائي لـ TG وتشكيل T 3 و T 4 ، والتي تفرز في الفضاء خارج الخلية. يتم إزالة اليود أحادي وثنائي يودوتيروزين بمساعدة إنزيم خاص ، يمكن إعادة تنظيم ديودناز واليود. بالنسبة لتخليق هرمونات الغدة الدرقية ، فإن آلية تثبيط الإفراز حسب نوع ردود الفعل السلبية مميزة (T 3 و T 4 تمنع إطلاق TSH).

^ هرمونات الستيرويد.

يتم تصنيع هرمونات الستيرويد من الكوليسترول (27 ذرة كربون) ، ويتم تصنيع الكوليسترول من الأسيتيل- CoA.

يتم تحويل الكوليسترول إلى هرمونات ستيرويد من خلال التفاعلات التالية:

انشقاق الجانب الجذري

تكوين جذور جانبية إضافية نتيجة تفاعل الهيدروكسيل بمساعدة إنزيمات خاصة من أحاديات الأكسدة (هيدروكسيلاز) - غالبًا في المواقف 11 و 17 و 21 (أحيانًا في الثامن عشر). في المرحلة الأولى من تخليق هرمونات الستيرويد ، تتشكل السلائف (البرنجينولون والبروجستيرون) أولاً ، ثم الهرمونات الأخرى (الكورتيزول والألدوستيرون والهرمونات الجنسية). يمكن أن تشكل الكورتيكوستيرويدات الألدوستيرون والقشرانيات المعدنية.

^ سر الهرمونات.

ينظمه الجهاز العصبي المركزي. تتراكم الهرمونات المركبة في الحبيبات الإفرازية. تحت تأثير النبضات العصبية أو تحت تأثير الإشارات من الغدد الصماء الأخرى (الهرمونات المدارية) نتيجة خروج الخلايا ، يحدث انحلال الحبيبات وإطلاق الهرمون في الدم.

تم تقديم آليات التنظيم بشكل عام في الرسم البياني لآلية تنفيذ وظيفة الغدد الصماء.

^ نقل الهرمونات.

يتم تحديد انتقال الهرمونات من خلال قابليتها للذوبان. عادة ما يتم نقل الهرمونات المحبة للماء (على سبيل المثال ، هرمونات الببتيد البروتيني) في شكل حر عن طريق الدم. يتم نقل هرمونات الستيرويد وهرمونات الغدة الدرقية المحتوية على اليود في شكل معقدات مع بروتينات بلازما الدم. يمكن أن تكون هذه بروتينات نقل محددة (الجلوبيولينات منخفضة الوزن الجزيئي للنقل ، البروتين المرتبط بهرمون الغدة الدرقية ؛ الكورتيكوستيرويد الذي ينقل بروتين الترانسكورتين) والنقل غير النوعي (الألبومين).

لقد قيل بالفعل أن تركيز الهرمونات في مجرى الدم منخفض للغاية. ويمكن أن تتغير وفقًا للحالة الفسيولوجية للجسم. مع انخفاض في محتوى الهرمونات الفردية ، تتطور حالة تتميز بنقص وظيفة الغدة المقابلة. على العكس من ذلك ، فإن الزيادة في محتوى الهرمون هي فرط في الوظيفة.

يتم ضمان ثبات تركيز الهرمونات في الدم أيضًا من خلال عمليات الهدم الهرموني.

^ كاتابوليز الهرمونات.

تخضع هرمونات الببتيد البروتين لتحلل البروتين وتتحلل إلى أحماض أمينية فردية. تدخل هذه الأحماض الأمينية بشكل أكبر في تفاعلات نزع الأمين ، نزع الكربوكسيل ، النقل ، وتتحلل إلى المنتجات النهائية: NH 3 ، CO 2 و H 2 O.

الهرمونات - مشتقات الأحماض الأمينية تخضع لنزع الأمين التأكسدي والمزيد من الأكسدة إلى CO 2 و H 2 O. تتحلل هرمونات الستيرويد بشكل مختلف. لا يمتلك الجسم أنظمة إنزيمية تضمن انهيارها. ماذا يحدث خلال هدمهم؟

في الأساس ، يتم تعديل الجذور الجانبية. يتم إدخال مجموعات هيدروكسيل إضافية. تصبح الهرمونات أكثر ماء. تتشكل الجزيئات ، وهي بنية الستيران ، والتي تحتوي على مجموعة كيتو في المركز السابع عشر. في هذا الشكل ، تفرز منتجات تقويض الهرمونات الجنسية الستيرويدية في البول وتسمى 17-KETOSTEROIDS. ويظهر تحديد كميتها في البول والدم محتوى الهرمونات الجنسية في الجسم.