Mehanizam djelovanja steroidnih hormona. Mehanizmi djelovanja hidrofilnih hormona na ciljne ćelije Shema djelovanja na ciljne ćelije steroidnih hormona

Hidrofilni hormoni nisu u mogućnosti da prodru u ćelijsku membranu, pa se prenos signala vrši pomoću proteina membranskih receptora.

Postoje tri vrste ovih receptora.

Prva vrsta su proteini s jednim transmembranskim polipeptidnim lancem.

Hormoni poput hormona rasta, prolaktina, insulina i brojnih supstanci sličnih hormonima - faktori rasta - kombiniraju se s receptorima ove vrste. Kada se hormon kombinira s receptorima ove vrste, dolazi do fosforilacije citoplazmatskog dijela ovog receptora, uslijed čega dolazi do aktivacije posredničkih proteina (glasnika) s enzimskom aktivnošću. Ovo svojstvo omogućava glasniku proteinu da prodre u staničnu jezgru i tamo aktivira nuklearne proteine \u200b\u200bkoji su uključeni u transkripciju odgovarajućih gena i mRNA. Na kraju, ćelija počinje sintetizirati određene proteine \u200b\u200bkoji mijenjaju njen metabolizam. Dijagram koji ilustrira ovaj mehanizam prikazan je na sl. deset.

Slika: 10. Mehanizam djelovanja hidrofilnih hormona na ciljnu ćeliju,

koji imaju receptore prvog tipa

Druga vrsta receptora koji percipiraju efekat hidrofilnih hormona na ciljne ćelije su takozvani "receptori - jonski kanali". Receptori ovog tipa su proteini sa četiri transmembranska fragmenta. Kombinacija molekula hormona s takvim receptorima dovodi do otvaranja transmembranskih jonskih kanala, zbog čega joni elektrolita mogu ući u protoplazmu ćelije duž gradijenta koncentracije. S jedne strane, to može dovesti do depolarizacije stanične membrane (na primjer, to se događa kod postsinaptičke membrane ćelija skeletnih mišića tijekom prijenosa signala od nervnog motornog vlakna do mišića), a s druge strane, elektrolitni joni (na primjer, Ca ++) mogu aktivirati serin tirozin kinaze, a zbog svog enzimskog djelovanja na unutarćelijske proteine \u200b\u200buzrokuju promjene u ćelijskom metabolizmu.

Dijagram koji ilustrira ovaj mehanizam prikazan je na sl. jedanaest.

Slika: 11. Mehanizam djelovanja hidrofilnih hormona na ciljnu ćeliju,

koji imaju receptore drugog tipa

Treći tip receptora koji percipiraju efekat hidrofilnih hormona na ciljne ćelije definiran je kao „receptori povezani sa G-proteinima“ (skraćeno kao „receptori povezani sa G-proteinima“).

Uz pomoć G-receptora, signali pobuđeni od neurotransmitera i neurotransmitera (adrenalin, noradrenalin, acetilholin, serotonin, histamin itd.), Hormoni i opioidi (adrenokortikotropin, somatostatin, vazopresin, neki faktori rasta i angiotenzotropin itd.). Pored toga, G-receptori posreduju u prenošenju hemijskih signala koje opažaju receptori za ukus i njuh.

G-receptori se, kao i većina membranskih receptora, sastoje od tri dijela: ekstracelularnog dijela, dijela receptora uronjenog u ćelijsku membranu i unutarćelijskog dijela koji kontaktira G-protein. U ovom slučaju, intramembranski dio receptora je polipeptidni lanac koji sedam puta prelazi membranu.

Funkcija G-proteina je otvaranje jonskih kanala (tj. Promjena koncentracije elektrolitnih jona u protoplazmi ciljnih ćelija) i aktiviranje medijatornih proteina (unutarćelijski glasnici). Kao rezultat toga, s jedne strane, dolazi do aktivacije odgovarajućih enzimskih sistema ćelije (protein kinaza, protein fosfataza, fosfolipaza), a s druge strane fosforilirani proteini sa snažnom enzimskom aktivnošću stiču sposobnost prodiranja u staničnu jezgru i ondje da fosforiliraju i aktiviraju proteine \u200b\u200bkoji su uključeni u transkripciju gena i mRNA. ... U konačnici, metabolizam ćelija se mijenja kako zbog enzimskih transformacija unutarćelijskih proteina, tako i zbog biosinteze novih proteina. Dijagram koji ilustrira mehanizme interakcije molekula hormona sa G-receptorima ciljne ćelije prikazan je na sl. 12.

Steroidni hormoni (slika 6.3) imaju dva načina djelovanja na ćelije: 1) klasični genomski ili usporeni i 2) brzi negenomski. Genomski mehanizam djelovanja
Genomski mehanizam djelovanja na ciljne ćelije započinje transmembranskim prijenosom molekula steroidnih hormona u ćeliju (zbog njihove topljivosti u lipidnom dvosloju ćelijske membrane), nakon čega slijedi vezivanje hormona za protein citoplazmatskog receptora.

Ova veza s receptorskim proteinom neophodna je za ulazak steroidnog hormona u jezgru, gdje on stupa u interakciju s nuklearnim receptorom. Naknadna interakcija hormonsko-nuklearnog receptorskog kompleksa sa prihvatnikom hromatina, specifičnim kiselim proteinom i DNK uključuje: aktivaciju transkripcije specifične mRNA, sintezu transporta i ribosomskih RNK, obradu primarnih RNA transkripata i transport mRNA u citoplazmu, translaciju mRNA sa dovoljnim nivoom transporta RNK sa sintezom proteina i enzima u ribosomima. Sve ove pojave zahtijevaju dugotrajno (sate, dan) prisustvo hormonsko-receptorskog kompleksa u jezgri. Negenomski mehanizam djelovanja
Efekti steroidnih hormona pojavljuju se ne samo nakon nekoliko sati, koliko je potrebno za nuklearni utjecaj, neki se vrlo brzo pojave u roku od nekoliko minuta. To su efekti poput povećanja membranske propusnosti, povećanja transporta glukoze i aminokiselina, oslobađanja lizosomskih enzima i pomaka u energiji mitohondrija. Brzi negenomski efekti steroidnih hormona uključuju, na primjer, povećanje u roku od 5 minuta nakon primjene aldosterona osobi u ukupnom perifernom vaskularnom otporu i krvni pritisak, promjena u transportu natrijuma kroz membranu eritrocita (uglavnom bez jezgre) pod utjecajem aldosterona u in vitro eksperimentima, brzi ulazak Ca2 + u stanice endometrija pod utjecajem estrogena itd. Mehanizam negenomskog djelovanja steroidnih hormona sastoji se u vezivanju na plazemsku membranu ćelija sa specifičnim receptorima i aktivaciji kaskade reakcije sistema sekundarnih glasnika, na primjer fosfolipaze C, inositol-3-fosfata, jonizovanog Ca2 +, protein kinaze C. Pod utjecajem steroidnih hormona, sadržaj cAMP i cGMP može se povećati u ćeliji. Negenomski učinak steroidnih hormona

Slika: 6.3. Shema puteva djelovanja steroidnih hormona.
1 - klasični genomski put djelovanja (hormon prodire kroz ćelijsku membranu i citoplazmu u jezgru, gdje nakon interakcije s nuklearnim receptorom utječe na ciljne gene, aktivirajući ih). 2a i 26 - negenomski putevi djelovanja kroz membranske receptore; 2a - putevi povezani s membranskim enzimom i stvaranjem sekundarnog glasnika koji dovodi do aktivacije protein kinaza. Potonji, fosforilacijom u jezgri koaktivatorskog proteina (BCA), aktiviraju ciljne gene; 26 - putevi povezani sa ionskim kanalima ćelijske membrane, uslijed čega kompleks hormona i receptora aktivira ionske kanale, mijenjajući ekscitabilnost ćelije. 3 - alternativni negenomski put djelovanja (molekul hormona, prodirući kroz membranu u citoplazmu, komunicira s citosolnim receptorom, što dovodi do aktivacije citosolnih kinaza.

mogu se ostvariti nakon njihovog vezivanja za citoplazmatske receptore. Neki od neenomenomnih učinaka steroidnih hormona ostvaruju se zahvaljujući njihovoj interakciji s receptorima povezanim sa mehanizmom vrata jonskih kanala membrana nervnih ćelija, pri čemu su oni modulatori, na primjer, glicina, serotonina ili gama aminobutiratergičnih neurona. Konačno, rastvaranjem u lipidnom dvosloju membrane, steroidni hormoni mogu se promijeniti fizička svojstva membrana, kao što je njezina fluidnost ili propusnost za hidrofilne molekule, što je takođe ne-genomski učinak.
Dakle, mehanizmi djelovanja hormona različitih hemijskih struktura imaju ne samo razlike, već i zajedničke osobine. Poput steroida, peptidni hormoni imaju sposobnost selektivnog utjecaja na transkripciju gena u ćelijskom jezgru. Ovaj efekt peptidnih hormona može se ostvariti ne samo sa ćelijske površine tokom stvaranja sekundarnih glasnika, već i prilivom peptidnih hormona u ćeliju uslijed internalizacije hormonsko-receptorskog kompleksa.

Više o temi Mehanizam djelovanja steroidnih hormona:

Hemijska priroda i opći mehanizmi djelovanja hormona
Regulatorne funkcije ćelijskih hormona kombinirajući proizvodnju hormona i ne-endokrine funkcije Regulatorne funkcije hormona posteljice

Ljudsko tijelo postoji u cjelini zahvaljujući sistemu unutrašnji odnosi, koji osigurava prijenos informacija iz jedne ćelije u drugu u istom tkivu ili između različitih tkiva. Bez ovog sistema nemoguće je održati homeostazu. U prijenosu informacija između ćelija u višećelijskim živim organizmima uključena su tri sistema: SREDIŠNJI NERVNI SISTEM (CNS), ENDOKRINI SUSTAV (ŽLEZDE UNUTARNJE TAJNE) i IMUNI SUSTAV.

Metode prenosa informacija u svim tim sistemima su hemijske. Molekuli SIGNAL-a mogu biti posrednici u prenošenju informacija.

Ovi signalni molekuli uključuju četiri grupe supstanci: ENDOGENE BIOLOŠKO AKTIVNE TVARI (medijatori imunološkog odgovora, faktori rasta itd.), NEUROMEDIJATORI, ANTITELA (imunoglobulini) i HORMONI.

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

HORMONI su biološki aktivne supstance, koji se sintetišu u malim količinama u specijalizovanim ćelijama endokrinog sistema i putem cirkulišućih tečnosti (na primer krvi) dostavljaju se do ciljnih ćelija, gde izvršavaju svoje regulatorno delovanje.

Hormoni, poput ostalih signalnih molekula, dijele neka zajednička svojstva.

OPĆA SVOJSTVA HORMONA.

1) oslobađaju se iz ćelija koje ih proizvode u vanćelijski prostor;

2) nisu strukturne komponente ćelija i ne koriste se kao izvor energije.

3) sposobni su za specifičnu interakciju sa ćelijama koje imaju receptore za ovaj hormon.

4) imaju vrlo visoku biološku aktivnost - efikasno djeluju na ćelije u vrlo niskim koncentracijama (oko 10 -6 - 10 -11 mol / l).

MEHANIZMI HORMONSKE AKCIJE.

Hormoni utječu na ciljne ćelije.

CILJNE ĆELIJE su ćelije koje specifično komuniciraju s hormonima pomoću posebnih proteina receptora. Ti se receptorski proteini nalaze na vanjskoj membrani ćelije, ili u citoplazmi, ili na nuklearnoj membrani i na drugim organelama ćelije.

BIOHEMIJSKI MEHANIZMI PRIJENOSA SIGNALA IZ HORMONA U CILJNU ĆELIJU.

Bilo koji receptorski protein sastoji se od najmanje dva domena (regije) koji pružaju dvije funkcije:

- "prepoznavanje" hormona;

Konverzija i prenos primljenog signala u ćeliju.

Kako receptorski protein prepoznaje molekul hormona s kojim može stupiti u interakciju?

Jedan od domena receptorskog proteina sadrži regiju koja je komplementarna nekom dijelu signalne molekule. Proces vezivanja receptora za signalnu molekulu sličan je procesu stvaranja enzim-supstratnog kompleksa i može se odrediti vrijednošću konstante afiniteta.

Većina receptora nije dobro razumjena, jer su njihovo lučenje i pročišćavanje vrlo složeni, a sadržaj svake vrste receptora u ćelijama vrlo je nizak. Ali poznato je da hormoni na svoj fizičko-hemijski način komuniciraju sa svojim receptorima. Između molekula hormona i receptora stvaraju se elektrostatske i hidrofobne interakcije. Kada se receptor veže za hormon, javljaju se konformacijske promjene receptorskog proteina i aktivira se kompleks signalne molekule s receptorskim proteinom. U aktivnom stanju može izazvati specifične unutarćelijske reakcije kao odgovor na primljeni signal. Ako je poremećena sinteza ili sposobnost receptorskih proteina da se vežu za signalne molekule, javljaju se bolesti - endokrini poremećaji. Postoje tri vrste ovih bolesti:

1. Povezano sa nedovoljnom sintezom receptorskih proteina.

2. Povezano sa promjenama u strukturi receptora - genetski nedostaci.

3. Povezano sa blokiranjem proteinskih receptora antitelima.

Biokemija hormona, B.250599

Ljudsko tijelo postoji u cjelini zahvaljujući sistemu unutrašnjih veza, koji osigurava prijenos informacija iz jedne ćelije u drugu u istom tkivu ili između različitih tkiva. Bez ovog sistema nemoguće je održati homeostazu. Tri su sistema uključena u prijenos informacija između ćelija u višećelijskim živim organizmima: CENTRALNI NERVNI SISTEM (CNS), ENDOKRINI SUSTAV (ŽLEZDE UNUTARNJE TAJNE) i IMUNI SUSTAV.

Metode prenosa informacija u svim tim sistemima su hemijske. Molekuli SIGNAL-a mogu biti posrednici u prenošenju informacija.

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

HORMONI su biološki aktivne supstance koje se sintetišu u malim količinama u specijalizovanim ćelijama endokrinog sistema i isporučuju se kroz cirkulišuće \u200b\u200btečnosti (na primer krv) do ciljnih ćelija, gde izvršavaju svoje regulatorno delovanje.

Hormoni, poput ostalih signalnih molekula, dijele neka zajednička svojstva.

^ OPĆA SVOJSTVA HORMONA.

1) oslobađaju se iz ćelija koje ih proizvode u vanćelijski prostor;

2) nisu strukturne komponente ćelija i ne koriste se kao izvor energije.

3) sposobni su za specifičnu interakciju sa ćelijama koje imaju receptore za ovaj hormon.

4) imaju vrlo visoku biološku aktivnost - efikasno djeluju na ćelije u vrlo niskim koncentracijama (oko 10 -6 - 10 -11 mol / l).

^ MEHANIZMI HORMONSKE AKCIJE.

Hormoni utječu na ciljne ćelije.

^ BIOHEMIJSKI MEHANIZMI PRIJENOSA SIGNALA IZ HORMONA U CILJNU ĆELIJU.

Bilo koji receptorski protein sastoji se od najmanje dva domena (regije) koji pružaju dvije funkcije:

- "prepoznavanje" hormona;

Konverzija i prenos primljenog signala u ćeliju.

Kako receptorski protein prepoznaje molekul hormona s kojim može stupiti u interakciju?

1. Povezano sa nedovoljnom sintezom receptorskih proteina.

2. Povezano sa promjenama u strukturi receptora - genetski nedostaci.

3. Povezano sa blokiranjem proteinskih receptora antitelima.

^ MEHANIZMI HORMONSKOG DJELOVANJA NA CILJNE ĆELIJE.

Postoje dvije vrste interakcija, ovisno o strukturi hormona. Ako je molekula hormona lipofilna (na primjer, steroidni hormoni), tada može prodrijeti u lipidni sloj vanjske membrane ciljnih ćelija. Ako je molekula velika ili polarna, tada je njen prodor u ćeliju nemoguć. Zbog toga su za lipofilne hormone receptori smješteni unutar ciljnih ćelija, a za hidrofilne hormone u vanjskoj membrani.

Da bi se dobio stanični odgovor na hormonalni signal u slučaju hidrofilnih molekula, funkcionira unutarćelijski signalni mehanizam. To se odvija uz učešće supstanci nazvanih "DRUGI POSREDNICI". Molekuli hormona su vrlo raznolikih oblika, ali "drugi glasnici" nisu.

Pouzdanost prenosa signala pruža vrlo visok afinitet hormona za njegov receptorski protein.

Koji su posrednici uključeni u unutarćelijski prenos humoralnih signala? To su ciklični nukleotidi (cAMP i cGMP), inozitol trifosfat, protein koji veže kalcijum - kalmodulin, joni kalcijuma, enzimi koji učestvuju u sintezi cikličkih nukleotida, kao i proteinske kinaze - enzimi fosforilacije proteina. Sve ove supstance učestvuju u regulaciji aktivnosti pojedinih enzimskih sistema u ciljnim ćelijama.

Ispitajmo detaljnije mehanizme djelovanja hormona i unutarćelijskih medijatora. Dva su glavna načina signaliziranja ćelijskim ciljevima iz signalnih molekula s membranskim mehanizmom djelovanja:

^ 1. SISTEMI ADENILATCIKLAZE (ILI GUANILATIKLIKE)

2. MEHANIZAM FOSFOINOSITIDA

SISTEM ADENILATCIKLAZE.

Glavne komponente: membranski proteinski receptor, G-protein, enzim adenilat ciklaza, gvanozin trifosfat, protein kinaze.

Uz to, ATP je potreban za normalno funkcioniranje sistema adenilat ciklaze.

Dijagram sistema adenilat ciklaze prikazan je na slici:

Kao što se može vidjeti sa slike, receptorski protein, G-protein, pored kojeg se nalaze GTP i enzim (adenilat ciklaza), ugrađeni su u ćelijsku membranu.

Do djelovanja hormona, ove komponente su u disocijacijskom stanju, a nakon stvaranja kompleksa signalne molekule s proteinskim receptorom, javljaju se promjene u konformaciji G-proteina. Kao rezultat, jedna od podjedinica G-proteina stiče sposobnost vezanja za GTP.

Kompleks G-protein-GTP aktivira adenilat ciklazu. Adenilat ciklaza počinje aktivno pretvarati molekule ATP u c-AMP.

C-AMP ima sposobnost da aktivira posebne enzime - protein kinaze, koji katalizuju fosforilaciju različitih proteina uz učešće ATP-a. U tom su slučaju ostaci fosforne kiseline uključeni u sastav molekula proteina. Glavni rezultat ovog procesa fosforilacije je promjena aktivnosti fosforiliranog proteina. U različitim vrstama ćelija, proteini različitih funkcionalnih aktivnosti podvrgavaju se fosforilaciji kao rezultat aktivacije sistema adenilat ciklaze. Na primjer, to mogu biti enzimi, nuklearni proteini, membranski proteini. Kao rezultat reakcije fosforilacije, proteini mogu postati funkcionalno aktivni ili neaktivni.

Takvi procesi će dovesti do promjena u brzini biohemijskih procesa u ciljnoj ćeliji.

Aktivacija sistema adenilat ciklaze traje vrlo kratko, jer G-protein, nakon vezivanja sa adenilat ciklazom, počinje pokazivati \u200b\u200baktivnost GTPaze. Nakon hidrolize GTP, G-protein vraća svoju konformaciju i zaustavlja aktiviranje adenilat ciklaze. Kao rezultat, reakcija stvaranja cAMP prestaje.

Pored učesnika u sistemu adenilat ciklaze, neke ciljne ćelije imaju i proteine \u200b\u200breceptora povezane sa G-proteinima, što dovodi do inhibicije adenilat ciklaze. Kompleks GTP-G-proteina inhibira adenilat ciklazu.

Kad se zaustavi stvaranje cAMP, reakcije fosforilacije u ćeliji ne prestaju odmah: sve dok molekuli cAMP i dalje postoje, nastavlja se proces aktivacije protein kinaza. Da bi se zaustavilo djelovanje cAMP, u ćelijama postoji poseban enzim - fosfodiesteraza, koji katalizira reakciju hidrolize 3 ", 5" -ciklo-AMP u AMP.

Neke supstance koje imaju inhibitorni efekat na fosfodiesterazu (na primjer, alkaloidi kofein, teofilin) \u200b\u200bpomažu u održavanju i povećanju koncentracije ciklo-AMP u ćeliji. Pod djelovanjem ovih supstanci u tijelu, trajanje aktivacije sistema adenilat ciklaze postaje duže, odnosno pojačava se djelovanje hormona.

Pored sistema adenilat ciklaze ili gvanilat ciklaze, postoji i mehanizam za prenos informacija unutar ciljne ćelije uz učešće jona kalcijuma i inozitol trifosfata.

Inositol trifosfat je supstanca koja je derivat složenog lipida - inozitol fosfatida. Nastaje kao rezultat djelovanja posebnog enzima - fosfolipaze "C", koji se aktivira kao rezultat konformacijskih promjena u unutarćelijskoj domeni membranskog proteinskog receptora.

Ovaj enzim hidrolizira fosfoestersku vezu u molekuli fosfatidil-inozitol-4,5-bisfosfata, što rezultira diacilglicerolom i inositol trifosfatom.

Poznato je da stvaranje diacilglicerola i inozitol trifosfata dovodi do povećanja koncentracije jonizovanog kalcijuma unutar ćelije. To dovodi do aktivacije mnogih proteina koji zavise od kalcijuma unutar ćelije, uključujući aktivaciju različitih protein kinaza. I ovdje je, kao i kod aktivacije sistema adenilat ciklaze, jedna od faza prijenosa signala unutar ćelije fosforilacija proteina, što dovodi do fiziološkog odgovora ćelije na djelovanje hormona.

Poseban protein koji veže kalcijum, kalmodulin, uključen je u signalni mehanizam fosfoinozitida u ciljnoj ćeliji. To je protein male molekularne težine (17 kDa), koji se sastoji od 30% negativno nabijenih aminokiselina (Glu, Asp) i zato je u stanju da aktivno veže Ca +2. Jedna molekula kalmodulina ima 4 mesta za vezivanje kalcijuma. Nakon interakcije s Ca +2, javljaju se konformacijske promjene molekule kalmodulina i kompleks „Ca +2 -kalmodulin“ postaje sposoban regulirati aktivnost (alosterički inhibirati ili aktivirati) mnogih enzima - adenilat ciklazu, fosfodiesterazu, Ca +2, Mg +2 -ATPazu i razne proteinske kinaze.

IN različite ćelije kada kompleks "Ca +2 -kalmodulin" djeluje na izoenzime istog enzima (na primjer, na adenilat ciklazu različitih vrsta), u nekim se slučajevima uočava aktivacija, a u drugim - inhibicija reakcije stvaranja cAMP. Ovi različiti efekti se javljaju jer alosterični centri izoenzima mogu sadržavati različite aminokiselinske radikale i njihov odgovor na djelovanje kompleksa Ca + 2-kalmodulin će se razlikovati.

Dakle, uloga "drugog glasnika" za prenošenje signala iz hormona u ciljnim ćelijama može biti:

Ciklični nukleotidi (c-AMP i c-GMP);

Ions Sa;

Kompleks "Ca-kalmodulin";

Diacylglycerol;

Inositol trifosfat

Mehanizmi za prijenos informacija iz hormona unutar ciljnih ćelija pomoću navedenih medijatora imaju zajedničke karakteristike:

1. jedna od faza prijenosa signala je fosforilacija proteina

2. prekid aktivacije nastaje kao rezultat posebnih mehanizama koje iniciraju sami učesnici u procesima - postoje mehanizmi negativne povratne sprege.

Hormoni su glavni humoralni regulatori fizioloških funkcija tijela, i trenutno su njihova svojstva, procesi biosinteze i mehanizmi djelovanja dobro poznati.

Znakovi po kojima se hormoni razlikuju od ostalih signalnih molekula:

1. Sinteza hormona se dešava u posebnim ćelijama endokrinog sistema. U ovom slučaju, sinteza hormona je glavna funkcija endokrinih ćelija.

2. Hormoni se izlučuju u krv, češće u venu, ponekad u limfu. Ostali signalni molekuli mogu doći do ciljnih ćelija, a da se ne izlučuju u tekućinu u cirkulaciji.

3. Telekrinski efekt (ili daljinsko djelovanje) - hormoni djeluju na ciljne ćelije na velikoj udaljenosti od mjesta sinteze.

Hormoni su visoko specifične supstance u odnosu na ciljne ćelije i imaju vrlo visoku biološku aktivnost.

^ KEMIJSKA STRUKTURA HORMONA.

Struktura hormona je različita. Trenutno je opisano i izolirano oko 160 različitih hormona iz različitih višećelijskih organizama. Po svojoj hemijskoj strukturi, hormoni se mogu svrstati u tri klase:

1. Proteinsko-peptidni hormoni;

2. Derivati \u200b\u200baminokiselina;

3. Steroidni hormoni.

U prvu klasu spadaju hormoni hipotalamusa i hipofize (u tim žlijezdama se sintetiziraju peptidi i neki proteini), hormoni pankreasa i paratireoidnih žlijezda i jedan od hormona štitnjače.

Druga klasa uključuje amine koji se sintetišu u medulli nadbubrežne žlijezde i u epifizi, kao i hormone štitnjače koji sadrže jod.

Treća klasa su steroidni hormoni koji se sintetišu u kori nadbubrežne žlijezde i u spolnim žlijezdama. Po broju atoma ugljenika, steroidi se međusobno razlikuju:

C 21 - hormoni kore nadbubrežne žlijezde i progesteron;

C 19 - muški spolni hormoni - androgeni i testosteron;

Sa 18 - ženski spolni hormoni - estrogeni.

Zajedničko svim steroidima je prisustvo jezgra sterana, što je prikazano na slici.

^ MEHANIZMI DJELOVANJA SISTEMA ENDOKRINA.

Endokrini sistem je skup endokrinih žlijezda i nekih specijaliziranih endokrinih ćelija u tkivima za koje endokrina funkcija nije jedina (na primjer, gušterača ima ne samo endokrinu, već i egzokrinu funkciju). Bilo koji hormon je jedan od njegovih sudionika i kontrolira određene metaboličke reakcije. Istovremeno, postoje razine regulacije unutar endokrinog sistema - neke žlijezde imaju sposobnost kontrole drugih.

^ OPŠTA ŠEMA IMPLEMENTACIJE FUNKCIJA ENDOKRINA U ORGANIZMU.

Ova šema uključuje najviše nivoe regulacije u endokrini sistem - hipotalamus i hipofiza, koji proizvode hormone koji sami utječu na sintezu i lučenje hormona drugih endokrinih ćelija.

Iz istog dijagrama se može vidjeti da se brzina sinteze i lučenja hormona može promijeniti i pod djelovanjem hormona iz drugih žlijezda ili kao rezultat stimulacije nehormonskim metabolitima.

Takođe vidimo prisustvo negativnih povratnih informacija (-) - inhibicije sinteze i (ili) sekrecije nakon uklanjanja primarnog faktora koji je uzrokovao ubrzanje proizvodnje hormona.

Kao rezultat, sadržaj hormona u krvi održava se na određenom nivou, što ovisi o funkcionalnom stanju tijela.

Pored toga, tijelo obično stvara malu rezervu pojedinačnih hormona u krvi (to nije vidljivo na prikazanom dijagramu). Postojanje takve rezerve je moguće jer su mnogi hormoni u krvi u stanju povezanom sa posebnim transportnim proteinima. Na primjer, tiroksin je povezan sa globulinom koji veže tiroksin, a glukokortikosteroidi - s proteinom transkortinom. Dva oblika takvih hormona - povezani sa transportnim proteinima i slobodni - nalaze se u krvi u stanju dinamičke ravnoteže.

To znači da će se, kada se slobodni oblici takvih hormona unište, dogoditi disocijacija vezanog oblika i koncentracija hormona u krvi održavat će se na relativno konstantnom nivou. Dakle, kompleks hormona s transportnim proteinom može se smatrati rezervom ovog hormona u tijelu.

Jedno od najvažnijih pitanja je pitanje kakve se promjene u metaboličkim procesima uočavaju pod utjecajem hormona. Nazovimo ovaj odjeljak:

^ EFEKTI PRIMJENJENI U CILJNIM ĆELIJAMA POD UTICAJEM HORMONA.

Vrlo je važno da hormoni ne uzrokuju nikakve novometaboličke reakcije u ciljnoj ćeliji. Oni samo čine kompleks sa receptorskim proteinima. Kao rezultat prenošenja hormonskog signala u ciljnoj ćeliji, uključuju se ili isključuju stanične reakcije koje pružaju stanični odgovor.

U ovom slučaju, sljedeći glavni efekti mogu se primijetiti u ciljnoj ćeliji:

1) Promjena brzine biosinteze pojedinih proteina (uključujući enzimske proteine);

2) Promene u aktivnosti već postojećih enzima (na primer, kao rezultat fosforilacije - kao što je već prikazano na primeru sistema adenilat ciklaze;

3) Promjene u propusnosti membrana u ciljnim ćelijama za pojedine supstance ili ione (na primjer, za Ca +2).

Već je rečeno o mehanizmima prepoznavanja hormona - hormon stupa u interakciju sa ciljnom ćelijom samo u prisustvu posebnog proteina receptora (struktura receptora i njihova lokalizacija u ćeliji već su razumljivi). Dodajemo da vezivanje hormona za receptor ovisi o fizičko-kemijskim parametrima okoline - o pH i koncentraciji različitih iona.

Od posebnog je značaja broj molekula receptorskih proteina na vanjskoj membrani ili unutar ciljne ćelije. Mijenja se u zavisnosti od fiziološkog stanja tijela, sa bolestima ili pod utjecajem lijekovi... To znači da će pod različitim uvjetima odgovor ciljne ćelije na djelovanje hormona biti drugačiji.

Različiti hormoni imaju različita fizičko-hemijska svojstva i o tome ovisi položaj receptora za određene hormone. Uobičajeno je razlikovati dva mehanizma interakcije hormona sa ciljnim ćelijama:

Membranski mehanizam - kada se hormon veže za receptor na površini spoljne membrane ciljne ćelije;

Unutarćelijski mehanizam - kada je hormonski receptor unutar ćelije, tj. u citoplazmi ili na unutarćelijskim membranama.

Hormoni sa membranskim mehanizmom djelovanja:

Svi proteinski i peptidni hormoni, kao i amini (adrenalin, norepinefrin);

Unutarćelijski mehanizam djelovanja posjeduju:

Steroidni hormoni i derivati \u200b\u200baminokiselina - tiroksin i trijodotironin.

Prenos hormonskog signala na ćelijske strukture odvija se putem jednog od mehanizama. Na primjer, putem sistema adenilat ciklaze ili uz sudjelovanje Ca +2 i fosfoinozitida. To vrijedi za sve hormone sa membranskim mehanizmom djelovanja. Ali steroidni hormoni sa unutarćelijskim mehanizmom djelovanja, koji obično reguliraju brzinu biosinteze proteina i imaju receptor na površini jezgre ciljne stanice, ne trebaju dodatne glasnike u ćeliji.

^ Karakteristike strukture proteinskih receptora za steroide.

Najistraženiji je receptor za hormone nadbubrežne kore - glukokortikosteroidi (GCS). Ovaj protein ima tri funkcionalne regije:

1 - za vezivanje za hormon (C-terminal)

2 - za vezivanje za DNK (centralno)

3 - antigensko mjesto, istovremeno sposobno modulirati funkciju promotora tokom transkripcije (N-terminal).

Funkcije svakog mjesta takvog receptora jasno se nazivaju iz njihovih imena. Očigledno je da im ova struktura receptora za steroide omogućava utjecaj na brzinu transkripcije u ćeliji. To potvrđuje činjenica da se pod dejstvom steroidnih hormona biosinteza određenih proteina u ćeliji selektivno stimuliše (ili inhibira). U ovom slučaju se uočava ubrzanje (ili usporavanje) stvaranja mRNA. Kao rezultat, mijenja se broj sintetiziranih molekula određenih proteina (često enzima) i mijenja se brzina metaboličkih procesa.

BIOSINTEZA I TAJNIČENJE HORMONA RAZNE STRUKTURE

^ Proteinsko-peptidni hormoni.

Tokom stvaranja proteinskih i peptidnih hormona u ćelijama endokrinih žlijezda nastaje polipeptid koji ne posjeduje hormonska aktivnost... Ali takav molekul u svom sastavu ima fragmente koji sadrže (e) aminokiselinsku sekvencu ovog hormona. Takva molekula proteina naziva se pre-pro-hormonom i u svom sastavu (obično na N-terminusu) ima strukturu koja se naziva vođa ili signalna sekvenca (pre-). Ova struktura je predstavljena hidrofobnim radikalima i potrebna je za prolaz ove molekule iz ribosoma kroz lipidne slojeve membrana u cisterne endoplazmatskog retikuluma (EPR). Istovremeno, tokom tranzicije molekule kroz membranu, kao rezultat ograničene proteolize, vodeća (pre) sekvenca se odcijepa i unutar EPR-a pojavljuje se prohormon. Zatim se, kroz EPR sistem, prohormon transportuje do Golgijevog kompleksa i tu sazrijevanje hormona završava. Opet, kao rezultat hidrolize pod dejstvom specifičnih proteinaza, preostali (N-terminalni) fragment (pro-site) se odvaja. Stvoreni molekul hormona sa specifičnom biološkom aktivnošću ulazi u sekretorne vezikule i akumulira se do trenutka sekrecije.

Kada se hormoni sintetišu iz složenih proteina glikoproteina (na primjer, folikul-stimulirajući (FSH) ili stimulirajući štitnjaču (TSH) hormoni hipofize), ugljikohidratna komponenta uključuje se u strukturu hormona tokom sazrijevanja.

Takođe se može dogoditi ekstra-ribosomska sinteza. Tako se sintetizira tripeptid tiroliberin (hipotalamički hormon).

^ Hormoni - derivati \u200b\u200baminokiselina

Iz tirozina se sintetišu hormoni medule nadbubrežne žlijezde ADRENALIN i NORADRENALIN, kao i JODOVIH HORMONA ŠTITNJAČE. Tokom sinteze adrenalina i norepinefrina, tirozin se podvrgava hidroksilaciji, dekarboksilaciji i metilaciji uz učešće aktivnog oblika aminokiseline metionina.

U štitnoj žlijezdi dolazi do sinteze hormona koji sadrže jod trijodotironina i tiroksina (tetraiodotironin). U toku sinteze fenolna grupa tirozina jodira se. Metabolizam joda u štitnjači je od posebnog interesa. Molekula glikoproteinskog tiroglobulina (TG) ima molekulsku težinu veću od 650 kDa. Istovremeno, oko 10% mase molekula TG čine ugljeni hidrati, a do 1% jod. Ovisi o količini joda u hrani. TG polipeptid sadrži 115 ostataka tirozina, koji se jodiraju jodom, oksidiraju posebnim enzimom, tiroperoksidazom. Ova reakcija naziva se organiziranje joda i javlja se u folikulama štitnjače. Kao rezultat, mono- i di-jodotirozin nastaju od ostataka tirozina. Od toga se oko 30% ostataka kao rezultat kondenzacije može pretvoriti u tri- i tetra-jodtironine. Kondenzacija i jodiranje se provode uz učešće istog enzima, tiroidne peroksidaze. Dalje sazrijevanje hormona štitnjače dolazi u ćelijama žlijezde - TG apsorbiraju stanice endocitozom, a sekundarni lizozom nastaje kao rezultat fuzije lizosoma s apsorbiranim TG proteinom.

Proteolitički enzimi lizozoma omogućavaju hidrolizu TG i stvaranje T 3 i T 4, koji se luče u vanćelijski prostor. Mono- i dijodotirozin se dejodiniraju uz pomoć posebnog enzima, dejodinaze i jod se može reorganizirati. Za sintezu tiroidnih hormona karakterističan je mehanizam inhibicije sekrecije po tipu negativne povratne sprege (T 3 i T 4 inhibiraju oslobađanje TSH).

^ Steroidni hormoni.

Steroidni hormoni se sintetišu iz holesterola (27 atoma ugljenika), a holesterol iz acetil-CoA.

Sljedećim reakcijama holesterol se pretvara u steroidne hormone:

Cepanje bočnog radikala

Stvaranje dodatnih bočnih radikala kao rezultat reakcije hidroksilacije uz pomoć posebnih enzima monooksigenaza (hidroksilaza) - najčešće na 11., 17. i 21. položaju (ponekad i na 18.). U prvoj fazi sinteze steroidnih hormona prvo se stvaraju prekursori (pregnenolon i progesteron), a zatim i drugi hormoni (kortizol, aldosteron, spolni hormoni). Kortikosteroidi mogu stvarati aldosteron, mineralokortikoide.

^ TAJNA HORMONA.

Regulira ga centralni nervni sistem. Sintetizovani hormoni akumuliraju se u sekretornim granulama. Pod uticajem nervnih impulsa ili pod uticajem signala iz drugih endokrinih žlezda (tropski hormoni) kao rezultat egzocitoze, dolazi do degranulacije i hormon se pušta u krv.

Mehanizmi regulacije općenito predstavljeni su na dijagramu mehanizma za provođenje endokrine funkcije.

^ TRANSPORT HORMONA.

Transport hormona određuje se njihovom rastvorljivošću. Hormoni koji su hidrofilne prirode (na primjer, proteinsko-peptidni hormoni) krv se obično prevozi u slobodnom obliku. Steroidni hormoni, hormoni štitnjače koji sadrže jod prenose se u obliku kompleksa sa proteinima krvne plazme. To mogu biti specifični transportni proteini (transportni globulini niske molekularne težine, protein koji veže tiroksin; transkortin koji transportuje kortikosteroide) i nespecifični transport (albumin).

Već je rečeno da je koncentracija hormona u krvotoku vrlo niska. A može se mijenjati u skladu s fiziološkim stanjem tijela. Sa smanjenjem sadržaja pojedinih hormona razvija se stanje koje se karakterizira kao hipofunkcija odgovarajuće žlijezde. Suprotno tome, povećanje sadržaja hormona je hiperfunkcija.

Stalnost koncentracije hormona u krvi osiguravaju i procesi katabolizma hormona.

^ KATABOLIZAM HORMONA.

Proteinsko-peptidni hormoni podvrgavaju se proteolizi i razlažu na pojedine aminokiseline. Te aminokiseline ulaze dalje u reakcije deaminacije, dekarboksilacije, transaminacije i razlažu se do krajnjih proizvoda: NH 3, CO 2 i H 2 O.

Hormoni - derivati \u200b\u200baminokiselina podvrgavaju se oksidativnoj deaminaciji i daljoj oksidaciji do CO 2 i H 2 O. Steroidni hormoni se različito razgrađuju. U tijelu nema enzimskih sistema koji bi osigurali njihovu razgradnju. Šta se događa tokom njihovog katabolizma?

U osnovi, bočni radikali su modificirani. Uvode se dodatne hidroksilne grupe. Hormoni postaju hidrofilniji. Nastaju molekuli, koji su struktura sterana, koji ima keto grupu na 17. poziciji. U ovom obliku, proizvodi katabolizma steroidnih spolnih hormona izlučuju se urinom i nazivaju se 17-KETOSTEROIDI. Određivanje njihove količine u urinu i krvi pokazuje sadržaj spolnih hormona u tijelu.