Механизм действия гормонов
Гормоны действуют на органы избирательно, это объясняется тем, что клетки определенных органов содержат специальные образования - рецепторы. Органы или клетки, на которые действует конкретный гормон, называют органами-мишенями или клетками-мишенями. Рецепторы - это очень большие по молекулярной массе гликопротеины, которые встроены в клеточные мембраны. Их специфичность обусловлена углеводным компонентом белка, в составе мембраны, или углеводным компонентом липидного бислоя мембраны.
Существует три типа реализации гормонального действия.
1) Мембранный тип. При взаимодействии гормона с клеточной мембраной изменяется ее проницаемость для определенных веществ. Так под действием инсулина активируются системы транспорта глюкозы и она начинает активно проникать в клетку. Обычно такой тип действия сочетается с мембранно-клеточным.
2) При мембранно-клеточном типе гормон не проникет в клетку, а влияет на ее обмен через своего посредника (вторичного мессенджера, первичный - сам гормон). Существует ряд вторичных мессенджеров, среди которых циклические формы АМФ, ГМФ. Передача информации осуществляется следующим образом: гормон связывается с рецептором на поверхности клетки, комплекс гормон-рецептор взаимодействует с сопрягающим белком в толще цитоплазмы, конфигурация белка меняется и это активирует превращение цГДФ в ГТФ (т.е. фосфорилирование), ГТФ активирует каталитический белок уже внутри клетки (аденилатциклазу), которая активирует образование цАМФ, что активирует киназы, которые катализируют фосфорилирование разных клеточных белков, это сопровождается изменением их функциональной активности и реализацией эффекта.
Помимо циклических нуклеотидов вторичным мессенджером является кальций. Гормон связывается с рецептором на поверхности клетки, это ведет к изменению активности фермента Са-АТФ-азы (откачивает кальций из клетки с использованием АТФ), ионы кальция поступают в цитоплазму клетки и образуют комплекс со специальным белком - кальмодулином этот комплекс регулирует активность клеточных ферментов.
3) Цитозольный механизм (или ядерный) свойственен липофильным белкам - стероидам. Они проникают через клеточную мембрану в цитозоль и соединяются с внутриклеточными рецепторами. Комплекс гормон-рецептор проникает в ядро клетки, где избирательно влияет на активность генома, это приводит к снижению или активации синтеза определенных ферментов, что приводит к изменению скорости или направления определенных реакций.
4) Смешанный тип - присущ йодтиронинам (гормонам щитовидной железы).
Характеристика и биологическая роль гормонов:
а) гипофиза;
б) щитовидной железы;
в) поджелудочной железы;
г) надпочечников
Для всех гормонов характерно наличие следующих трех характеристик:
1) наличие специализированной железы или клетки, вырабатывающей данный гормон;
2) выделение гормона в кровь и транспортировка к органу-«мишени»;
3) способность специфически воздействовать на ткани и органы-«мишени» при незначительных концентрациях в крови. С помощью выделения и действия различных гормонов эндокринная система наряду с нервной обеспечивает существование организма посредством тонкой и четкой регуляции и координации работы внутренних органов и тканей, а также всех видов обмена.
а) Гипофиз
В гипоталамических ядрах секретируются регуляторные гормоны, которые поступают в аденогипофиз, где меняется продукция гипофизальных гормонов. Пример: кортиколиберин - активирует синтез АКТГ в гипофизе, пролактостатин - ингибирует синтез пролактина. Либерины - стимуляторы синтеза гормонов гипофиза, статины - ингибиторы. По химической природе это олигопептиды.
В гипофизе (под регуляцией гипоталамуса) образуются тропные гормоны, которые контролируют функцию периферических желез. В аденогипофизе:
Тиреотропный гормон - гликопротеид, работает по мембранно-клеточному механизму в клетках щитовидной железы (вторичный мессенджер - цАМФ) и в клетках жировой ткани (ускоряет процесс липолиза).
АКТГ (аденокортикотропный гормон) - полипептид из 39 АК. Работает по мембранно-клеточному механизму в клетках коры надпочечников, там он стимулирует реакцию гидроксилирования холистерина, в результате которой образуются кортикостероиды. Кроме того активирует липолиз в жировой ткани.
Гонадотропные гормоны - фолликулостимулирующий - гликопротеид, состоящий из двух субъединиц, лютеинизирующий - также гликопротеид, пролактин - простой белок.
Гормон роста - простой белок. Он стимулирует синтез РНК и белков (анаболическое действие), повышает уровень глюкозы в крови, стимулирует образование гликогена, повышает уровень высших жирных кислот, и оказывает еще ряд физиологических эффектов.
Липотропины a и b - два близких по АК набору белка. Активируют липолиз в клетках жировой ткани. b - липотропин предшественник эндорфинов (опиатоподобные эффекты).
Нейрогипофиз секретирует:
Вазопрессин - нонапептид, эффект реализуется по мембранно-клеточному механизму, активируется гиалуронидаза, что приводит к расщеплению гиалуроновой кислоты и в результате увеличивается проницаемость канальцевого эпителия почек.
Окситоцин - нонапептид как и вазопрессин, действует по мембранно-клеточному механизму. И еще ряд гормонов.
б) Щитовидная железа
Тироксин и трийодтиронин поступают в кровь и транспортируются тироксинсвязывающими белками (альбуминами и преальбуминами). Свободного гормона не более 0,3%. Разрушаются гормоны в печени в результате образования конъюгатов с глюкуроновой и серной кислотами, при этом высвобождается йод. Эффекты реализуются по мембранно-внутриклеточному и цитозольному типам. Калоригенный эффект проявляется повышением потребления кислорода и повышенным образованием тепла (это обусловлено разобщением клеточного дыхания и окислительного фосфорилирования) кроме того активируется АТФ - зависимое выкачивание натрия из клеток, на которое тратится 25-40% всей энергии АТФ. Еще один важный эффект этих гормонов - стимуляции отдельных этапов синтеза белка.
в) Поджелудочная железа
Инсулин - глобулярный белок, синтезируется в виде предшественника, затем активируется. Мишенями инсулина (т.е. где есть рецепторы) являются мышечная, соединительная и жировая ткани. Мало рецепторов содержат гепатоциты и совсем нет у нервных клеток. Эффект реализуется по мембранному типу. Кроме того существует еще и мембранно-внутриклеточные эффекты при участии цГМФ и цАМФ. В совокупности инсулин активирует: транспорт в клетку глюкозы, АК, ионов калия и кальция, превращение глюкозы по основному пути, синтез гликогена и триацилглицеридов. Инсулин тормозит: расщепление гликогена (гликогенолиз) и образование глюкозы (глюконеогенез), расщепление жиров, образование кетоновых тел и синтез холестерола, протеолиз, обмен АК и образование мочевины.
Глюкагон - образуется в виде предшественника. Действует по мембранно-внутриклеточному типу. Мишень - гепатоциты, миоциты и жировая ткань. Гормон повышает концентрацию глюкозы в крови за счет расщепления гликогена, угнетения синтеза белка, активации распада белка и липидов. Т.е. глюкагон - антагонист инсулина.
г) Надпочечники
В мозговом слое продуцируются два катехоламина - адреналин и норадреналин. Их образование включает следующие этапы: тирозин (АК) - диоксифенилаланин (ДОФА) - диоксифенилэтиламин (дофамин) - норадреналин - адреналин. Эффекты реализуются по мембранно-внутриклеточному типу. В печени и мышцах активируют гликогенолиз (распад гликогена) это приводит к увеличению концентрации глюкозы и накоплению лактата. Стимулируют липолиз, в следствии чего в кровоток высвобождаются жирные кислоты.
Корковый слой продуцирует около 30 стероидных гормонов, содержащих 19 или 21 атом углерода. Различают три группы стероидов: глюкокортикоиды - преимущественно влияют на углеводный обмен, минералокортикоиды - на минерально-водный и половые гормоны (андрогены и эстрогены). Кортикостероиды синтезируются на основе холестерола. Важный этап этого процесса - гидроксилирование - катализирует цх Р-450, а кофермент - НАДФН. Транспортируются гормоны специфическим a-глобулином (транспортином). Эффект реализуется по цитозольному типу, через изменение скорости продукции специфических белков в клетках-мишенях. В результате в печени увеличивается гликогенез (синтез гликогена) и глюконеогенез (образование глюкозы) из АК в связи с повышением активности аминотрансфераз, пируваткарбоксилазы, гликогенсинтетазы и глюкозо-6-фосфотазы.
Интенсивный синтез белков в печени сопровождается торможением синтеза белков в мышцах, активацией расщепления белков в лимфоидной ткани. В них снижается уровень свободных АК и теряется белковый азот, увеличивается синтез мочевины и развивается отрицательный азотистый баланс. При длительных воздействиях кортикостероидов развивается атрофия мышц. Подавляя белковый синтез в лимфоидной ткани, кортекостероиды препятствуют образованию антител (которые являются белками), участвующих в формировании аллергической ответной реакции организма. Т.е. Кортикостероиды таким путем снижают интенсивность аллергических реакций. Кроме того эти гормоны активируют синтез липидов
Альдостерон - минералокортикоид. Это липофильное соединение, которое проникает в цитоплазму клеток (цитозотльный тип) и активирует транскирипцию генов, содержащих информацию о структуре натрий-транспортных белков эпителия канальцев почек. Синтез в клетках таких белков приводит к усиленному переносу ионов натрия из первичной мочи обратно в кровь.