Мембранный механизм действия гормонов — Мир науки

Мембранный механизм действия гормонов

Мир науки

Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!

Мембранный тип действия гормонов

Для некоторых гормонов, которые не поступают в клетку и имеют рецепторы на внешней поверхности плазматической мембраны, характерный мембранный тип действия. Гормон, связываясь с рецептором на

поверхности мембраны, в месте связывания с мембраной изменяет ее проницаемость для ряда метаболитов и ионов. Изменение проницаемости мембраны происходит вследствие связывания гормона с ее транспортными системами, в результате чего изменяется конформация транспортных белков, и это приводит к повышению или снижению проницаемости мембраны. Установлено, что в некоторых случаях повышение проницаемости мембраны происходит за счет увеличения количества белков-переносчиков, которые находятся внутри клетки и под влиянием гормона перемещаются в плазматическую мембрану. Когда действие гормона прекращается, большинство переносчиков оставляет мембрану и возвращается в свое внутриклеточное хранилище. Такая перестройка мембраны происходит почти мгновенно, и это свидетельствует о том, что переносчики, которые ждут сигнала для переноса, могут находиться вблизи плазматической мембраны и, возможно, в контакте с ней. По описанным механизмом действует инсулин на мембраны жировых клеток, увеличивая их проницаемость для глюкозы. Действуя через мембранный механизм, инсулин снижает уровень глюкозы, аминокислот и некоторых ионов в крови путем повышения проницаемости клеточных мембран.

Поступление этих метаболитов в клетку влияет на биохимические процессы, а вход ионов изменяет электрический потенциал мембран. Однако только мембранный тип действия, как правило, не характерно для гормонов. Наряду с локальным действием, гормоны влияют на метаболические процессы через вторичные посредники. Например, инсулин не только увеличивает проницаемость клеточных мембран, но и через внутриклеточные посредники усиливает анаболические процессы в клетке.

Механизм действия гормонов

2015-03-20
10282

а) Цитозольный механизм действия гормонов.

По цитозольному механизму действуют гормоны 1 группы, т.е. стероиды и йодтиронины, а также кальцитриол(рис.2). Их липофильные молекулы легко диффундируют сквозь плазматическую мембрану клеток-мишеней, в цитозоле которых они связываются со своим рецептором. Рецептор, в частности глюкокортикоидов, содержит три функционально различные области: 1 – участок связывания гормона, расположенный в С-концевой части полипептидной цепи; 2 – участок, направляющий комплекс гормон-рецептор к ДНК. 3. Специфическая часть N-концевой области молекулы рецептора, необходимая для связывания с регуляторным участком транскриптона. До взаимодействия с гормоном эта область связана с белком шапероном, который препятствует присоединению рецептора к ДНК.

Стероид взаимодействует со своим рецептором с образованием комплекса гормон-рецептор. В дальнейшем комплекс подвергается активации, в результате которой происходит объединение двух молекул рецептора с образованием димера, который приобретает способность связываться с ДНК. Гормон-рецепторный комплекс перемещается в ядро, где связывается с регуляторными участками генов, которые носят название гормон-чувствительные элементы, выполняющие функции либо энхансеров т.е. усилителей транскрипции, либо сайленсоров т.е. успокоителей транскрипции. Результатом связывания гормон-рецепторного комплекса с энхансером является инициация транскрипции, появляются новых мРНК, которые транслируются на рибосомах в цитозоле клеток. При связывании ГРК с сайленсорами происходит подавление транскрипции и соответственно угнетение синтеза белка. Таким образом, данная группа гормонов оказывает влияние на метаболизм путем изменения количества белков-ферментов.

Рис.2 Цитозольный механизм действия гормонов

б) Мембранно-внутриклеточный механизм действия гормонов

Гормоны, которые хорошо растворяются в воде и не имеют специальных переносчиков через липидный слой мембраны, не могут проникнуть внутрь клетки-мишени. Рецепторы этих гормонов располагаются на плазматической мембране. Образующийся гормон-рецепторный комплекс регулирует концентрацию внутриклеточных посредников действия гормона.

В качестве внутриклеточных посредников могут выступать цАМФ, цГМФ, ионы кальция, метаболиты фосфоинозитидов и окислы азота. Посредством цАМФ реализуют свое действие глюкагон, кальцитонин, кортикотропин, α₂, b- адренергические катехоламины, паратгормон, вазопрессин, и другие. Рассмотрим механизм действия перечисленных гормонов (рис.3). Вначале гормон образует со своим рецептором комплекс. Гормон-рецепторный комплекс через специальный триггерный белок (G-белок) активирует фермент аденилатциклазу, расположенную на внутренней поверхности мембраны. Этот фермент преобразует АТФ в циклический АМФ. G-белок приобретает способность активировать аденилатциклазу после присоединения к нему ГТФ с образованием ГТФ-G-белок. Одна из субъединиц G-белка осуществляет гидролиз ГТФ, лишает активности этот белок и активация аденилатциклазы прекращается. Некоторые факторы, например токсины холерного вибриона холерген и возбудителя коклюша способствуют аденилированию G-белка. Это поддерживает его в состоянии высокой активности и постоянно стимулирует активность аденилатциклазы. Высокий уровень цАМФ определяет клиническую картину заболеваний: диарею при холере и кашель при коклюше. Образовавшийся цАМФ является аллостерическим модулятором активности протеинкиназы. Протеинкиназа содержит в своем составе 4 субъединицы: две из них регуляторные, а две каталитические. Присоединение цАМФ к регуляторным субъединицам протеинкиназы. приводит к диссоциации комплекса и выделение в среду двух каталитических субъединиц. цАМФ-зависимые протеинкиназы осуществляют ковалентную модификацию фермента-мишени путем фосфорилирования, за счет чего достигается изменение их активности и характер клеточного ответа. Описанные внутриклеточные события характеризуются тем, что в ходе их развития происходит многократное усиление исходного гормонального сигнала. Так для адреналина кратность амплификации составляет 10 6 . Это позволяет добиться острого клеточного ответа при действии адреналина.

цАМФ является аллостерическим модулятором не только цитоплазматических протеинкиназ, но и ядерных. Активация ядерных протеинкиназ также сопровождается фосфорилированием белков, выполняющих роль факторов транскрипции. Благодаря активации данных белков происходит усиление транскрипции, появление новых матричных РНК и последующая их трансляция на рибосомах. Появление новых белков-ферментов приводит к

Рис.3 Мембранно-внутриклеточный механизм действия гормонов, использующий цАМФ в качестве вторичного посредника

увеличению мощности ферментативного аппарата клетки и ускорению определенных метаболических путей. Таким образом, через образование цАМФ гормоны могут оказывать влияние как на активность имеющихся в клетке ферментов, так и на скорость их синтеза.

в) Механизм действия гормонов, использующих фосфоинозитидный каскад.

Примерами гормонов, использующих этот механизм, могут быть тиреолиберин, гонадолиберин, вазопрессин.. После связывания гормона с рецептором происходит активация мембраносвязанного фермента фосфолипазы С, которая расщепляет один из фосфолипидов мембраны фосфатидилинозитолдифосфат на инозитолтрифосфат и диацилглицерол (рис.4). Инозитолтрифосфат будучи водорастворимым компонентом перемещается в цитозоль и активирует кальциевые АТФ-азы, благодаря которым осуществляется перекачивание ионов кальция из пузырьков эндоплазматического ретикулума и митохондрий. Ионы кальция связываются с белком кальмодуллином в комплексе, с которым активируют протеинкиназы. Протеининазы фосфорилируют белки-ферменты и таким образом изменяют их активность. Второй продукт гидролиза фосфотидилинозитолдифосфата диацилглицерол является физиологическим активатором протеинкиназы С, расположенной на внутренней поверхности плазматической мембраны. Для проявления ее максимальной активности необходим также ионизированный кальций. Протеинкиназа С участвует в регуляции клеточных процессов путем фосфорилирования различных белков-мишеней.

Свойства гормонов, механизм их действия

Гормоны следует классифицировать по трем основным признакам.

1. По химической природе

2. По эффекту (знаку действия) – возбуждающие и тормозящие.

3. По месту действия на органы – мишени или другие железы: 1) эффекторные; 2) тропные.

В настоящее время описано и выделено более полутора сотен гормонов из разных многоклеточных организмов.

По химической природе гормоны разделены на три группы:

2) полипептиды и белки с наличием углеводного компонента и без него;

3) аминокислоты и их производные.

Для всех гормонов характерен относительно небольшой период полужизни – около 30 мин. Гормоны должны постоянно синтезироваться и секретироваться, действовать быстро и с большой скоростью инактивироваться. Только в этом случае они могут эффективно работать в качестве регуляторов.

Физиологическая роль желез внутренней секреции связана с их влиянием на механизмы регуляции и интеграции, адаптации, поддержания постоянства внутренней среды организма.

Свойства гормонов, механизм их действия

Выделяют три основных свойства гормонов:

1) дистантный характер действия (органы и системы, на которые действует гормон, расположены далеко от места его образования);

2) строгую специфичность действия (ответные реакции на действие гормона строго специфичны и не могут быть вызваны другими биологически активными агентами);

3) высокую биологическая активность (гормоны вырабатываются железами в малых количествах, эффективны в очень небольших концентрациях, небольшая часть гормонов циркулирует в крови в свободном активном состоянии).

Действие гормона на функции организма осуществляется двумя основными механизмами: через нервную систему и гуморально, непосредственно на органы и ткани.

Гормоны функционируют как химические посредники, переносящие информацию или сигнал в определенное место – клетку-мишень, которая имеет высокоспециализированный белковый рецептор, с которым связывается гормон.

По механизму воздействия клеток с гормонами гормоны делятся на два типа.

Первый тип (стероиды, тиреоидные гормоны) – гормоны относительно легко проникают внутрь клетки через плазматические мембраны и не требуют действия посредника (медиатора).

Второй тип – плохо проникают внутрь клетки, действуют с ее поверхности, требуют присутствия медиатора, их характерная особенность – быстровозникающие ответы.

В соответствии с двумя типами гормонов выделяют и два типа гормональной рецепции: внутриклеточный (рецепторный аппарат локализован внутри клетки), мембранный (контактный) – на ее наружной поверхности. Клеточные рецепторы – особые участки мембраны клетки, которые образуют с гормоном специфические комплексы. Рецепторы имеют определенные свойства, такие как:

1) высокое сродство к определенному гормону;

3) ограниченная емкость к гормону;

4) специфичность локализации в ткани.

Механизм действия гормонов с клеткой-мишенью происходит следующие этапы:

1) образование комплекса «гормон—рецептор» на поверхности мембраны;

2) активацию мембранной аденилциклазы;

3) образование цАМФ из АТФ у внутренней поверхности мембраны;

4) образование комплекса «цАМФ—рецептор»;

5) активацию каталитической протеинкиназы с диссоциацией фермента на отдельные единицы, что ведет к фосфорилированию белков, стимуляции процессов синтеза белка, РНК в ядре, распада гликогена;

6) инактивацию гормона, цАМФ и рецептора.

Действие гормона может осуществляться и более сложным путем при участии нервной системы. Гормоны воздействуют на интерорецепторы, которые обладают специфической чувствительностью (хеморецепторы стенок кровеносных сосудов). Это начало рефлекторной реакции, которая изменяет функциональное состояние нервных центров. Рефлекторные дуги замыкаются в различных отделах центральной нервной системы.

Выделяют четыре типа воздействия гормонов на организм:

1) метаболическое воздействие – влияние на обмен веществ;

2) морфогенетическое воздействие – стимуляция образования, дифференциации, роста и метаморфозы;

3) пусковое воздействие – влияние на деятельность эффекторов;

4) корригирующее воздействие – изменение интенсивности деятельности органов или всего организма.

48.Структура ц-АМФ, биологическая роль. Регуляция содержания цАМФ в клетках.

ц-АМФобладает способностью активировать особые ферменты — протеинкиназы, которые катализируют реакции фосфорилирования различных белков с участием АТФ. При этом в состав белковых молекул включаются остатки фосфорной кислоты. Главным результатом этого процесса фосфорилирования является изменение активности фосфорилированного белка. В различных типах клеток фосфорилированию в результате активации аденилат-циклазной системы подвергаются белки с разной функциональной активностью. Например, это могут быть ферменты, ядерные белки, мембранные белки. В результате реакции фосфорилирования белки могут становятся функционально активными или неактивными.

Такие процессы будут приводить к изменениям скорости биохимических процессов в клетке-мишени.

Активация аденилатциклазной систтемы длится очень короткое время, потому что G-белок после связывания с аденилатциклазой начинает проявлять ГТФ-азную активность. После гидролиза ГТФ G-белок восстанавливает свою конформацию и перестает активировать аденилатциклазу. В результате прекращается реакция образования цАМФ.

Когда останавливается образование цАМФ, реакции фосфорилирования в клетке прекращаются не сразу: пока продолжают существовать молекулы цАМФ — будет продолжаться и процесс активации протеинкиназ. Для того, чтобы прекратить действие цАМФ, в клетках существует специальный фермент — фосфодиэстераза, который катализирует реакцию гидролиза 3′,5′-цикло-АМФ до АМФ.

Некоторые вещества, обладающие ингибирующим действием на фосфодиэстеразу, (например, алкалоиды кофеин, теофиллин), способствуют сохранению и увеличению концентрации цикло-АМФ в клетке. Под действием этих веществ в организме продолжительность активации аденилатциклазной системы становится больше, т. е. усиливается действие гормона.

49. Стероидные гормоны. Структура, биологичекая роль, механизм действия.

Стероидные гормоны — один из главных классов гормональных соединений всех видов позвоночных и многих видов беспозвоночных животных. Они являются регуляторами фундаментальных процессов жизнедеятельности многоклеточного организма — координированного роста, дифференцировки, размножения, адаптации, поведения. Стероидные гормоны обладают антиоксидантной активностью.

Действие стероидных гормонов на клетки-мишени осуществляется, главным образом, на уровне регуляции транскрипции генов . Оно опосредуется образованием комплекса гормона со специфическим регуляторным белком- рецептором, узнающим определенные участки ДНК в генах, регулируемых данным гормоном. Таким образом, рецепторы всех стероидных гормонов- лиганд-зависимые факторы транскрипции. Для них характерно значительное сходство аминокислотных последовательностей, идентичная доменная структура и сходный механизм действия.

Стероидные гормоны синтезируются из холестерина, в основном, в коре надпочечников , тестикулах , яичниках и плаценте; однако, каждая ткань, продуцирующая стероиды, имеет свой собственный характерный профиль продуктов секреции.

Структурно стероиды отличаются друг от друга количеством и расположением функциональных групп, степенью насыщенности углеводных связей, длиной боковой цепи, прикрепленной к стероидному ядру, и другими химическими характеристиками.