Механизм действия гормонов на клетки-мишени

Гормоны влияют на метаболические процессы в организме разными путями:

1. Повышают проницаемость клеточных мембран для разных субстратов;

2. Выступают как эффекторы ферментных систем;

3. Влияют на генетический аппарат клетки и регулируют процессы транскрипции.

 

Взаимодействие биологически активных веществ с внутриклеточными и мембранными рецепторами.

Начальным этапом действия истинного гормона является его взаимодействие с эффекторным рецептором клетки-мишени. В случае блокировки рецепторов, клетки не способны к ответу.

Воздействие гормона на рецептор инициирует каскад ферментативных реакций, каждая последующая стадия становится все более сильной, поэтому даже малая концентрация биологически активного вещества способна давать существенный результат.

Локализация рецепторов:

1. На поверхности или непосредственно внутри клеточной мембраны (например, рецепторы к катехоламинам).

2. В цитоплазме клетки (рецепторы к гормонам стероидного происхождения).

3. В ядре клетки (рецепторы к гормонам щитовидной железы).

При соединении гормонов пептидной и белковой природы с рецепторами мембраны клетки-мишени происходит активация аденилатциклазы (комплекс «гормон-рецептор-фермент»), обеспечивающей превращение АТФ в 3,5-цАМФ, который служит посредником передачи гормонального сигнала в клетку (рисунок 1).

При этом происходит ативизация протеинкиназ, ферментов, катализирующих фосфорилирование некоторых белков, что, в свою очередь, влияет на функциональную активность клетки.

Рис.1 Аденилатциклазный механизм действия гормонов на клетку-мишень

 

Еще одна система вторичного посредника запускается проникновением кальция в клетку (комплекс «гормон-рецептор-ионный канал»), которое может происходить в результате:

1) изменения мембранного потенциала клетки;

2) воздействия гормона на эффекторный рецептор мембраны. Проникнув в клетку, Са²⁺ связывается с кальмодулином (рисунок 2).

 

 

Рис. 2 Образование комплекса ионов кальция и белка кальмодулина

 

Кальмодулин имеет четыре участка соединения с кальцием. Когда эти участки связываются с кальцием, кальмодулин конформируется, вызывая ингибирование или активацию протеинкиназ. Например, мышечное сокращение происходит путем взаимодействия протофибрилл - актина и миозина. Функция миозина при этом напрямую зависит от миозинкиназы, активируемой кальмодулином.

Гормоны щитовидной железы, а также стероидные гормоны липофильны и могут проникать в клетку через мембрану, образуя комплекс «гормон-рецептор».

Этот комплекс взаимодействует с промоутером последовательности в ДНК, изменяет транскрипцию генов и образование матричной РНК, что приводит к появлению вновь синтезированных белков, которые становятся регуляторами измененных функций клетки (рисунок 3).

 

Рис. 3 Комплекс «гормон-рецептор» проникает в ядро

ЭНДОКРИННЫЙ ГОМЕОСТАЗ

Эндокринный гомеостаз – это система механизмов синтеза, поддержания уровня гормонов, а также их утилизации.

Ак­тивность желез определяется внешними и внут­ренними факторами. Изменение условий среды (температу­ра, свет, физическая нагрузка и др.) приводит к изменению их активности в соответствии с потребностями орга­низма.

При увеличении количества гормона выше нормы, деятельность железы уменьшается. Если же уровень гормо­на меньше, чем необходимо организму в данных условиях, активность железы усиливается. Описанную закономерность об­наружил в 30-х годах Б. М. Завадовский, советский эндокринолог, на­звав ее механизмом «плюс — минус взаи­модействия».

У некоторых желез регуляция устанавли­вается через гипоталамус и аденогипофиз (передняя доля гипофиза). Например, при увеличении в крови уровня тироксина (гормона щитовидной железы), угнетается выработка ТТГ (тиреотропного гормона), продуцируемого передней долей гипофиза, при этом активность щитовидной железы подавляется.

Наоборот, при снижении синтеза тиреоидных гормонов, активируется деятельность аденоги­пофиза, усиливается продукция ТТГ, увеличение уровня в крови которого приводит к активации выработки тиреоидного гормона. Таким же образом осуществляется регу­ляция коркового вещества надпочечников - аденогипофизарным адренокортикотропным гормоном (АКТГ), половых желез — гонадотропными гор­монами аденогипофиза (ГТГ).

Взаимоотношения гипофиза и зависимых от него желез основаны на принципе отрицательной обратной связи, восстанавливающей гомеостаз.

Гипофиз, в свою очередь, находится под контролем гипоталамуса, где выделяются особые, активи­рующие гипофиз факторы.

Итак, высшим центром регуляции эндо­кринных функций является гипоталамус. Здесь находится множество ядер — скоплений нервных клеток. Ги­поталамус — главный центр вегетатив­ной нервной системы: здесь находятся цент­ры голода, жажды, поддержания температуры тела, водно-солевого обмена и половой активности. Также есть особые клетки, которые обла­дают и железистыми функциями, продуцируя рилизинг-факторы – либерины и ингибирующие факторы – статины.

В супраоптическом и паравентрикулярном ядрах гипоталамуса синтезируются неактивные формы таких гормонов, как антидиуретический гормон (АДГ, вазопрессин) и окситоцин, непосредственно влияющие на определенные органы. Например, ан­тидиуретический гормон активирует процесс обратного всасывания воды в собирательных трубочках почек, что способствует образованию вторичной мочи.

Сек­реция этого гормона увеличивается при недостатке поступления воды в орга­низм. Осмотиче­ское давление и концен­трация воды в клетках увеличиваются, включа­ются нервные механизмы регуляции. В ЦНС через хеморецепторы поступают импульсы о начинающемся нарушении водно-со­левого баланса.

Ряд эндо­кринных желез не имеют пря­мой зависимости от гипофиза. Это мозговая часть надпо­чечников, вилочковая железа (тимус), панкреатиче­ские островки, продуцирующие инсу­лин и глюкагон, околощитовидные железы, эпифиз и др.

 

ГИПОФИЗ

Между эндокринными железами нет анатомических связей, однако существует зависимость функций одной железы от других. Систему желез внутренней секреции здорового организма можно сравнить с хорошо сыгранным оркестром, в котором каждая железа тонко и уверенно ведет свою партию. При этом верховная железа внутренней секреции – гипофиз выступает в роли талантливого дирижера этого «оркестра». Гипофиз – это бобовидное образование, располагающееся в турецком седле клиновидной кости. В нем различают две доли: передняя (аденогипофиз) и задняя (нейрогипофиз), которые отличаются не только строением, но и функциями. Также, гипофиз имеет промежуточную зону, вырабатывающую меланоцитстимулирующий гормон.

 

Аденогипофиз

Передняя доля гипофиза выделяет в кровь шесть тропных гормонов:

1. Соматотропный (СТГ, соматотропин), гормон роста — активизирует биосинтез белка, стимулируя рост и развитие скелета, что способствует увеличению размеров тела. Этот гормон представляет собой молекулу белка, которая включает 191 аминокислотный остаток. Кроме эффекта роста организма, СТГ вызывает и другие: увеличение мобилизации жирных кислот из жировой ткани, возрастание количества свободных жирных кислот в крови (используется для получения энергии), уменьшение скорости потребления глюкозы в организме. Таким образом, соматотропный гормон увеличивает количество белков в организме, использует запасы жира, но при этом сберегает углеводы. Если гипофиз начинает вырабатывать слишком много СТГ (например, при аденоме гипофиза), резко увеличивается рост тела, развивается гигантизм. Если повышенное выделение соматотропного гормона происходит у взрослого человека, это сопровождается увеличением не всего тела, а лишь его отдельных частей: носа, подбородка, языка, рук и ног. Такое заболевание называется акромегалия. При сниженной выработке аденогипофизом соматотропина у ребенка останавливается рост и развивается гипофизарная карликовость.

Акромегалия

Карлик и гигант

 

2. Адренокортикотропный гормон (АКТГ, кортикотропин) усиливает активность коры надпочечников, стимулируя выработку кортикостероидов (кроме минералокортикоидов).

3. Тиреотропный гормон (ТТГ, тиреотропин) стимулирует выделение гормона щитовидной железы - тироксина.

4. Фолликулостимулирующий гормон (ФСГ, фоллитропин) у женщин приводит к созреванию яйцеклетки, а у мужчин активирует сперматогенез.

5. В тесном «сотрудничестве» с фоллитропином действует лютеинизирующий гормон (ЛГ, лютропин). Именно благодаря ЛГ у женщин в середине менструального цикла происходит овуляция и формируется так называемое желтое тело— образование, без которого невозможно нормальное течение беременности, так как желтое тело вырабатывает прогестерон. У мужчин ЛГ стимулирует продукцию тестостерона.

6. Пролактин стимулирует выработку грудного молока у женщины после родов, выход которого повышается рефлекторным воздействием акта сосания ребенка, а также опорожнением желез от молока.

Нейрогипофиз

Задняя доля гипофиза не продуцирует гормоны. В питуитарных клетках нейрогипофиза происходит активизация вазопрессина (АДГ, антидиуретический гормон) и окситоцина, синтезированных в супраоптическом и паравентрикулярном ядрах гипоталамуса.

Вазопрессин (АДГ) выполняет следующие функции:

1) ведет к сокращению гладких мышц сосудов;

2) уменьшает образование мочи в почках. Данная функция (антидиуретическое действие) обеспечивается способностью АДГ увеличивать обратное всасывание воды из собирательных трубочек почек в кровь. Снижение синтеза вазопрессина является причиной развития несахарного мочеизнурения (несахарного диабета).

Окситоцин влияет на гладкую мускулатуру матки, усиливая ее сокращение, но при условии, если она находится под воздействием эстрогенов. Во время беременности окситоцин не имеет возможности влиять на сократительную способность матки, так как прогестерон (гормон желтого тела) делает ее нечувствительной ко всем раздражителям.

Также окситоцин стимулирует выделение молока, при этом усиливается именно выделительная функция, а не его секреция. Выделению окситоцина из нейрогипофиза рефлекторно способствует акт сосания.

Кроме того, окситоцин вырабатывается в организме плода при окончании созревания, что стимулирует сокращение матки и выработку окситоцина у матери. Это приводит к началу родовой деятельности. В мужском организме окситоцин формирует половое поведение.