Wirkmechanismen hydrophiler Hormone auf Zielzellen. Die Rolle der Schilddrüsenhormone bei Wachstum, geistiger Entwicklung und Stoffwechsel. Hormonelle Veränderungen während des Menstruationszyklus

Die endgültigen Auswirkungen von Hormonen auf zellulärer Ebene können Veränderungen des Stoffwechsels, der Membranpermeabilität für verschiedene Substanzen (Ionen, Glukose usw.), Wachstumsprozesse, Differenzierungs- und Zellteilungsprozesse, kontraktile oder sekretorische Aktivität usw. sein. Die Umsetzung dieser Effekte beginnt mit der Bindung des Hormons an spezifische zelluläre Rezeptorproteine: Membran- oder intrazelluläre (zytoplasmatische und nukleare). Die Wirkung von Hormonen über Membranrezeptoren tritt relativ schnell (innerhalb weniger Minuten) und über intrazelluläre Rezeptoren langsam (ab einer halben Stunde oder länger) auf.

Die Wirkung über Membranrezeptoren ist typisch für Protein-Peptid-Hormone und Aminosäurederivate. Diese Hormone (mit Ausnahme der Schilddrüsenhormone) sind hydrophil und können die Bilipidschicht des Plasmalemmas nicht durchdringen. Daher wird das hormonelle Signal entlang einer relativ langen Kette in die Zelle übertragen, die im Allgemeinen wie folgt aussieht: Hormon -> Membranrezeptor -> Membranenzym -> sekundärer Botenstoff -> Proteinkinase -> intrazelluläre funktionelle Proteine -> physiologische Wirkung.

Dementsprechend erfolgt die Wirkung des Hormons über Membranrezeptoren in mehreren Stufen:

1) Die Wechselwirkung des Hormons mit dem Membranrezeptor führt zu einer Änderung der Konformation des Rezeptors und seiner Aktivierung;

2) der Rezeptor aktiviert (seltener hemmt) das damit verbundene Membranenzym;

3) Das Enzym verändert die Konzentration der einen oder anderen niedermolekularen Substanz – eines sekundären Botenstoffs – im Zytoplasma“,

4) der Second Messenger aktiviert eine bestimmte zytoplasmatische Proteinkinase – ein Enzym, das die Phosphorylierung und Veränderungen der funktionellen Eigenschaften von Proteinen katalysiert;

5) Proteinkinase verändert die Aktivität intrazellulärer funktioneller Proteine, die intrazelluläre Prozesse regulieren (Enzyme, Ionenkanäle, kontraktile Proteine usw.), was zu der einen oder anderen Endwirkung des Hormons führt, beispielsweise einer Beschleunigung der Synthese oder des Abbaus von Glykogen , Muskelkontraktion auslösen usw.

Derzeit sind vier Arten von Enzymen bekannt, die mit Membranhormonrezeptoren und fünf Haupt-Second Messenger assoziiert sind (Abb. 1, Tabelle 1).

Reis. 1. Die wichtigsten Systeme der transmembranären Übertragung hormoneller Signale.

Bezeichnungen: G – Hormone; R – Membranrezeptoren; G-G-Proteine; F - Tyrosin-

Kinase; GC – Guanylatcyclase; A C ~ Adenylatcyclase; F.P S – Phospholipase C; fl – Membranphospholipide; ITP – Inositoltriphosphat, D AT – Diacylglycerin; ER – endoplasmatisches Retikulum; PC – verschiedene Proteinkinasen.

Tabelle 1

Membranenzyme und Second Messenger, die die Wirkung von Hormonen über Membranrezeptoren vermitteln

Membranenzym	Sekundäre Vermittler	Wichtige aktivierende Hormone
Tyrosinkinase		Insulin, Wachstumshormon, Prolaktin
Guanylatcyclase		atriales natriuretisches Hormon
Adenylatcyclase		viele Hormone, zum Beispiel Adrenalin, über 3-adrenerge Rezeptoren
Phosphorylase C		viele Hormone, zum Beispiel Adrenalin, über adrenerge Rezeptoren

Je nachdem, wie die Verbindung zwischen dem Rezeptor und dem Membranenzym erfolgt, werden zwei Arten von Rezeptoren unterschieden: 1) katalytische Rezeptoren; 2) Rezeptoren, die an G-Proteine gekoppelt sind.

Katalytische Rezeptoren: Der Rezeptor und das Enzym sind direkt miteinander verbunden (kann ein Molekül mit zwei funktionellen Stellen sein). Membranenzyme für diese Rezeptoren können sein:

Tyrosinkinase (eine Art Proteinkinase); Die Wirkung von Hormonen über Tyrosinkinase-Rezeptoren erfordert nicht unbedingt die Anwesenheit von Second Messenger;

Guanylatcyclase – katalysiert die Bildung des sekundären Botenstoffs zyklisches GMP (cGMP) aus GTP.

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren: Das Signal des Rezeptormoleküls wird zunächst an ein spezielles Membran-G-Protein1 weitergeleitet, das dann ein bestimmtes Membranenzym aktiviert oder hemmt, das sein kann:

Adenylatcyclase – katalysiert die Bildung des sekundären Botenstoffs zyklisches AMP (cAMP) aus ATP;

Phospholipase C – katalysiert die Bildung von zwei sekundären Botenstoffen aus Membranphospholipiden: Inositoltriphosphat (ITP) und Diacylglycerin (DAG). DAG stimuliert die Proteinkinase und ist außerdem eine Vorstufe von Prostaglandinen und ähnlichen biologisch aktiven Substanzen. Die Hauptwirkung von ITP besteht darin, den Gehalt eines anderen sekundären Botenstoffs im Zytoplasma zu erhöhen – Ca 2+-Ionen, die über Ionenkanäle der Plasmamembran (aus der extrazellulären Umgebung) oder intrazelluläre Ca 2+-Depots (endoplasmatisches Retikulum und) in das Zytosol gelangen Mitochondrien). Ca2+-Ionen entfalten ihre physiologische Wirkung in der Regel in Kombination mit dem Protein Calmodulin.

Die Wirkung über intrazelluläre Rezeptoren ist typisch für Steroid- und Schilddrüsenhormone, die aufgrund ihrer Lipidlöslichkeit in der Lage sind, durch Zellmembranen in die Zelle und ihren Zellkern einzudringen (Abb. 2).

Durch die Interaktion mit Kernrezeptoren beeinflussen diese Hormone die Prozesse der Zellteilung und die Umsetzung genetischer Informationen (Genexpression), insbesondere regulieren sie die Biosynthesefunktion funktioneller zellulärer Proteine – Enzyme, Rezeptoren, Peptidhormone usw.

Durch die Wirkung von Hormonen auf zytoplasmatische Rezeptoren verändert sich die Aktivität zellulärer Organellen, beispielsweise die Intensität der biologischen Oxidation in Mitochondrien oder der Proteinsynthese in Ribosomen.

In Kombination mit zytoplasmatischen Rezeptoren können Hormone in den Zellkern eindringen und dort auf die gleiche Weise wirken wie über Kernrezeptoren.

Abb.2. Mechanismen der intrazellulären Wirkung von Hormonen.

Bezeichnungen: G – Hormone; Rh – Kernrezeptoren; Rif – zytoplasmatische Rezeptoren.

Hormone wirken auf Zielzellen.

Zielzellen- das sind Zellen, die über spezielle Rezeptorproteine gezielt mit Hormonen interagieren. Diese Rezeptorproteine befinden sich auf der Außenmembran der Zelle oder im Zytoplasma oder auf der Kernmembran und anderen Organellen der Zelle.

Biochemische Mechanismen der Signalübertragung von einem Hormon zu einer Zielzelle.

Jedes Rezeptorprotein besteht aus mindestens zwei Domänen (Regionen), die zwei Funktionen erfüllen:

Hormonerkennung;

Umwandlung und Übertragung des empfangenen Signals in die Zelle.

Wie erkennt das Rezeptorprotein das Hormonmolekül, mit dem es interagieren kann?

Eine der Domänen des Rezeptorproteins enthält eine Region, die zu einem Teil des Signalmoleküls komplementär ist. Der Prozess der Rezeptorbindung an ein Signalmolekül ähnelt dem Prozess der Bildung eines Enzym-Substrat-Komplexes und kann durch den Wert der Affinitätskonstante bestimmt werden.

Die meisten Rezeptoren wurden nicht ausreichend untersucht, da ihre Isolierung und Reinigung sehr schwierig ist und der Gehalt jedes Rezeptortyps in den Zellen sehr gering ist. Es ist jedoch bekannt, dass Hormone auf physikalische und chemische Weise mit ihren Rezeptoren interagieren. Zwischen dem Hormonmolekül und dem Rezeptor kommt es zu elektrostatischen und hydrophoben Wechselwirkungen. Wenn der Rezeptor an das Hormon bindet, kommt es zu Konformationsänderungen im Rezeptorprotein und der Komplex des Signalmoleküls mit dem Rezeptorprotein wird aktiviert. IN aktiver Zustand Es kann als Reaktion auf das empfangene Signal spezifische intrazelluläre Reaktionen hervorrufen. Wenn die Synthese oder die Fähigkeit von Rezeptorproteinen, an Signalmoleküle zu binden, beeinträchtigt ist, kommt es zu Krankheiten – endokrinen Störungen.

Es gibt drei Arten solcher Krankheiten.

Verbunden mit unzureichender Synthese von Rezeptorproteinen.

Genetische Defekte, die mit Veränderungen in der Struktur des Rezeptors verbunden sind.

Verbunden mit der Blockierung von Rezeptorproteinen durch Antikörper.

Wirkmechanismen von Hormonen auf Zielzellen.

Abhängig von der Struktur des Hormons gibt es zwei Arten der Wechselwirkung. Wenn das Hormonmolekül lipophil ist (z. B. Steroidhormone), kann es die Lipidschicht der Außenmembran der Zielzellen durchdringen. Wenn ein Molekül hat große Größen oder polar ist, ist sein Eindringen in die Zelle unmöglich. Daher befinden sich die Rezeptoren für lipophile Hormone innerhalb der Zielzellen und für hydrophile Hormone in der äußeren Membran.

Um bei hydrophilen Molekülen eine zelluläre Reaktion auf ein hormonelles Signal zu erhalten, greift ein intrazellulärer Signaltransduktionsmechanismus. Dies geschieht unter Beteiligung von Substanzen, die als Second Messenger bezeichnet werden. Hormonmoleküle sind in ihrer Form sehr unterschiedlich, „Second Messenger“ jedoch nicht.

Die Zuverlässigkeit der Signalübertragung wird durch die sehr hohe Affinität des Hormons zu seinem Rezeptorprotein gewährleistet.

Welche Vermittler sind an der intrazellulären Übertragung humoraler Signale beteiligt?

Dies sind zyklische Nukleotide (cAMP und cGMP), Inositoltriphosphat, kalziumbindendes Protein – Calmodulin, Kalziumionen, Enzyme, die an der Synthese zyklischer Nukleotide beteiligt sind, sowie Proteinkinasen – Proteinphosphorylierungsenzyme. Alle diese Stoffe sind an der Regulierung der Aktivität einzelner Enzymsysteme in Zielzellen beteiligt.

Lassen Sie uns die Wirkmechanismen von Hormonen und intrazellulären Mediatoren genauer untersuchen.

Es gibt zwei Hauptwege, ein Signal von Signalmolekülen mit einem Membranwirkungsmechanismus an Zielzellen zu übertragen:

Adenylatcyclase- (oder Guanylatcyclase-)Systeme;

Phosphoinositid-Mechanismus.

Adenylatcyclase-System.

Hauptbestandteile: Membranrezeptorprotein, G-Protein, Adenylatcyclase-Enzym, Guanosintriphosphat, Proteinkinasen.

Darüber hinaus ist für die normale Funktion des Adenylatcyclase-Systems ATP erforderlich.

In die Zellmembran ist das Rezeptorprotein G-Protein eingebaut, neben dem sich GTP und das Enzym (Adenylatcyclase) befinden.

Bis das Hormon wirkt, befinden sich diese Komponenten in einem dissoziierten Zustand und nach der Bildung eines Komplexes des Signalmoleküls mit dem Rezeptorprotein kommt es zu Konformationsänderungen des G-Proteins. Dadurch erhält eine der G-Protein-Untereinheiten die Fähigkeit, an GTP zu binden.

Der G-Protein-GTP-Komplex aktiviert die Adenylatcyclase. Adenylatcyclase beginnt, ATP-Moleküle aktiv in c-AMP umzuwandeln.

c-AMP hat die Fähigkeit, spezielle Enzyme – Proteinkinasen – zu aktivieren, die unter Beteiligung von ATP die Phosphorylierungsreaktionen verschiedener Proteine katalysieren. In diesem Fall sind Phosphorsäurereste in den Proteinmolekülen enthalten. Das Hauptergebnis dieses Phosphorylierungsprozesses ist eine Änderung der Aktivität des phosphorylierten Proteins. IN verschiedene Arten In Zellen unterliegen Proteine mit unterschiedlichen funktionellen Aktivitäten einer Phosphorylierung als Folge der Aktivierung des Adenylatcyclase-Systems. Dies können beispielsweise Enzyme, Kernproteine, Membranproteine sein. Durch die Phosphorylierungsreaktion können Proteine funktionell aktiv oder inaktiv werden.

Solche Prozesse führen zu Veränderungen in der Geschwindigkeit biochemischer Prozesse in der Zielzelle.

Die Aktivierung des Adenylatcyclase-Systems dauert sehr lange kurze Zeit, weil das G-Protein nach der Bindung an Adenylatcyclase beginnt, GTPase-Aktivität zu zeigen. Nach der Hydrolyse von GTP stellt das G-Protein seine Konformation wieder her und aktiviert die Adenylatcyclase nicht mehr. Dadurch kommt die cAMP-Bildungsreaktion zum Stillstand.

Zusätzlich zu Teilnehmern am Adenylatcyclase-System enthalten einige Zielzellen G-Protein-gekoppelte Rezeptorproteine, die zur Hemmung der Adenylatcyclase führen. In diesem Fall hemmt der GTP-G-Proteinkomplex die Adenylatcyclase.

Wenn die Bildung von cAMP aufhört, hören die Phosphorylierungsreaktionen in der Zelle nicht sofort auf: Solange cAMP-Moleküle vorhanden sind, wird der Prozess der Aktivierung von Proteinkinasen fortgesetzt. Um die Wirkung von cAMP zu stoppen, gibt es in den Zellen ein spezielles Enzym – Phosphodiesterase, das die Hydrolysereaktion von 3′,5′-Cyclo-AMP zu AMP katalysiert.

Einige Substanzen, die eine hemmende Wirkung auf die Phosphodiesterase haben (z. B. die Alkaloide Koffein, Theophyllin), tragen dazu bei, die Konzentration von Cyclo-AMP in der Zelle aufrechtzuerhalten und zu erhöhen. Unter dem Einfluss dieser Stoffe im Körper verlängert sich die Aktivierungsdauer des Adenylatcyclase-Systems, d. h. die Wirkung des Hormons nimmt zu.

Neben den Systemen Adenylatcyclase bzw. Guanylatcyclase gibt es auch einen Mechanismus zur Informationsübertragung innerhalb der Zielzelle unter Beteiligung von Calciumionen und Inositoltriphosphat.

Inosittriphosphat ist eine Substanz, die ein Derivat eines komplexen Lipids ist – Inositolphosphatid. Es entsteht durch die Wirkung eines speziellen Enzyms – Phospholipase „C“, das durch Konformationsänderungen in der intrazellulären Domäne des Membranrezeptorproteins aktiviert wird.

Dieses Enzym hydrolysiert die Phosphoesterbindung im Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat-Molekül unter Bildung von Diacylglycerin und Inositoltriphosphat.

Es ist bekannt, dass die Bildung von Diacylglycerin und Inositoltriphosphat zu einem Anstieg der Konzentration an ionisiertem Kalzium im Zellinneren führt. Dies führt zur Aktivierung vieler kalziumabhängiger Proteine innerhalb der Zelle, einschließlich der Aktivierung verschiedener Proteinkinasen. Und hier, wie auch bei der Aktivierung des Adenylatcyclase-Systems, ist eine der Stufen der Signalübertragung innerhalb der Zelle die Proteinphosphorylierung, die zu einer physiologischen Reaktion der Zelle auf die Wirkung des Hormons führt.

Ein spezielles Calcium-bindendes Protein, Calmodulin, ist am Phosphoinositid-Signalmechanismus in der Zielzelle beteiligt. Hierbei handelt es sich um ein Protein mit niedrigem Molekulargewicht (17 kDa), das zu 30 % aus negativ geladenen Aminosäuren (Glu, Asp) besteht und daher in der Lage ist, aktiv Ca+2 zu binden. Ein Calmodulin-Molekül verfügt über 4 Calcium-Bindungsstellen. Nach der Wechselwirkung mit Ca+2 kommt es zu Konformationsänderungen im Calmodulin-Molekül und der „Ca+2-Calmodulin“-Komplex wird in der Lage, die Aktivität vieler Enzyme zu regulieren (allosterische Hemmung oder Aktivierung) - Adenylatcyclase, Phosphodiesterase, Ca+2,Mg+ 2-ATPase und verschiedene Proteinkinasen.

In verschiedenen Zellen, wenn der Ca+2-Calmodulin-Komplex auf Isoenzyme desselben Enzyms (z. B. Adenylatcyclase) einwirkt verschiedene Typen) In einigen Fällen wird eine Aktivierung beobachtet, in anderen Fällen wird eine Hemmung der cAMP-Bildungsreaktion beobachtet. Diese unterschiedlichen Effekte treten auf, weil die allosterischen Zentren der Isoenzyme unterschiedliche Aminosäurereste umfassen können und ihre Reaktion auf die Wirkung des Ca+2-Calmodulin-Komplexes unterschiedlich sein wird.

Daher können „Second Messenger“ bei der Übertragung von Signalen von Hormonen in Zielzellen folgende Rolle spielen:

zyklische Nukleotide (c-AMP und c-GMP);

Komplex „Ca-Calmodulin“;

Diacylglycerin;

Inosittriphosphat.

Die Mechanismen zur Übertragung von Informationen von Hormonen innerhalb der Zielzellen mithilfe der aufgeführten Vermittler weisen gemeinsame Merkmale auf:

Eine der Stufen der Signalübertragung ist die Proteinphosphorylierung.

Die Beendigung der Aktivierung erfolgt durch spezielle Mechanismen, die von den Prozessbeteiligten selbst initiiert werden – es gibt negative Mechanismen Rückmeldung.

Hormone sind die wichtigsten humoralen Regulatoren der physiologischen Funktionen des Körpers und ihre Eigenschaften, Biosyntheseprozesse und Wirkmechanismen sind mittlerweile gut bekannt.

Hormone unterscheiden sich wie folgt von anderen Signalmolekülen.

Die Hormonsynthese findet in speziellen Zellen des endokrinen Systems statt. In diesem Fall ist die Hormonsynthese die Hauptfunktion endokriner Zellen.

Hormone werden ins Blut abgegeben, oft in die Venen, manchmal in die Lymphe. Andere Signalmoleküle können Zielzellen erreichen, ohne in die zirkulierenden Flüssigkeiten abgesondert zu werden.

Telekrine Wirkung (oder Fernwirkung)— Hormone wirken auf Zielzellen in großer Entfernung vom Syntheseort.

Hormone sind in Bezug auf Zielzellen hochspezifische Substanzen und weisen eine sehr hohe biologische Aktivität auf.

Der menschliche Körper existiert dank des Systems als ein einziges Ganzes interne Verbindungen, das die Übertragung von Informationen von einer Zelle zur anderen im selben Gewebe oder zwischen verschiedenen Geweben gewährleistet. Ohne dieses System ist es unmöglich, die Homöostase aufrechtzuerhalten. An der Informationsübertragung zwischen Zellen in mehrzelligen lebenden Organismen sind drei Systeme beteiligt: das ZENTRALE NERVENSYSTEM (ZNS), das ENDOKRINE SYSTEM (ENDOKRINE Drüsen) und das IMMUNSYSTEM.

Die Methoden zur Informationsübertragung in all diesen Systemen sind chemischer Natur. SIGNALmoleküle können Vermittler bei der Informationsübertragung sein.

Zu diesen Signalmolekülen zählen vier Stoffgruppen: ENDOGENE, BIOLOGISCH AKTIVE STOFFE (Immunantwortmediatoren, Wachstumsfaktoren etc.), NEUROMEDIATOREN, ANTIKÖRPER (Immunglobuline) und HORMONE.

B I O C H I M I A G O R M O N O V

HORMONE sind biologisch aktive Substanzen, die in kleinen Mengen in spezialisierten Zellen des endokrinen Systems synthetisiert und über zirkulierende Flüssigkeiten (z. B. Blut) an Zielzellen abgegeben werden, wo sie ihre regulierende Wirkung entfalten.

Hormone haben wie andere Signalmoleküle einige gemeinsame Eigenschaften.

ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN VON HORMONEN.

1) werden von den Zellen, die sie produzieren, in den extrazellulären Raum freigesetzt;

2) sind keine Strukturbestandteile von Zellen und werden nicht als Energiequelle genutzt.

3) sind in der Lage, gezielt mit Zellen zu interagieren, die Rezeptoren für ein bestimmtes Hormon haben.

4) haben eine sehr hohe biologische Aktivität – sie wirken bereits in sehr geringen Konzentrationen (ca. 10 –6 – 10 –11 mol/l) wirksam auf Zellen.

Wirkmechanismen von Hormonen.

Hormone wirken auf Zielzellen.

ZIELZELLEN sind Zellen, die über spezielle Rezeptorproteine gezielt mit Hormonen interagieren. Diese Rezeptorproteine befinden sich auf der Außenmembran der Zelle oder im Zytoplasma oder auf der Kernmembran und anderen Organellen der Zelle.

BIOCHEMISCHE MECHANISMEN DER SIGNALÜBERTRAGUNG VON EINEM HORMON ZU EINER ZIELZELLE.

Jedes Rezeptorprotein besteht aus mindestens zwei Domänen (Regionen), die zwei Funktionen erfüllen:

- „Erkennung“ des Hormons;

Umwandlung und Übertragung des empfangenen Signals in die Zelle.

Wie erkennt das Rezeptorprotein das Hormonmolekül, mit dem es interagieren kann?

Die meisten Rezeptoren wurden nicht ausreichend untersucht, da ihre Isolierung und Reinigung sehr schwierig ist und der Gehalt jedes Rezeptortyps in den Zellen sehr gering ist. Es ist jedoch bekannt, dass Hormone auf physikalische und chemische Weise mit ihren Rezeptoren interagieren. Zwischen dem Hormonmolekül und dem Rezeptor kommt es zu elektrostatischen und hydrophoben Wechselwirkungen. Wenn der Rezeptor an das Hormon bindet, kommt es zu Konformationsänderungen im Rezeptorprotein und der Komplex des Signalmoleküls mit dem Rezeptorprotein wird aktiviert. Im aktiven Zustand kann es als Reaktion auf ein empfangenes Signal spezifische intrazelluläre Reaktionen hervorrufen. Wenn die Synthese oder die Fähigkeit von Rezeptorproteinen, an Signalmoleküle zu binden, beeinträchtigt ist, kommt es zu Krankheiten – endokrinen Störungen. Es gibt drei Arten solcher Krankheiten:

1. Verbunden mit unzureichender Synthese von Rezeptorproteinen.

2. Verbunden mit Veränderungen in der Struktur des Rezeptors – genetische Defekte.

3. Verbunden mit der Blockierung von Rezeptorproteinen durch Antikörper.

Biochemie der Hormone, V.250599

Der menschliche Körper existiert dank eines Systems interner Verbindungen als ein einziges Ganzes, das die Übertragung von Informationen von einer Zelle zur anderen im selben Gewebe oder zwischen verschiedenen Geweben gewährleistet. Ohne dieses System ist es unmöglich, die Homöostase aufrechtzuerhalten. An der Informationsübertragung zwischen Zellen in mehrzelligen lebenden Organismen sind drei Systeme beteiligt: das ZENTRALE NERVENSYSTEM (ZNS), das ENDOKRINE SYSTEM (ENDOKRINE Drüsen) und das IMMUNSYSTEM.

Die Methoden zur Informationsübertragung in all diesen Systemen sind chemischer Natur. SIGNALmoleküle können Vermittler bei der Informationsübertragung sein.

Zu diesen Signalmolekülen zählen vier Stoffgruppen: ENDOGENE, BIOLOGISCH AKTIVE STOFFE (Immunantwortmediatoren, Wachstumsfaktoren etc.), NEUROMEDIATOREN, ANTIKÖRPER (Immunglobuline) und HORMONE.

B I O C H I M I A G O R M O N O V

Hormone haben wie andere Signalmoleküle einige gemeinsame Eigenschaften.

^ ALLGEMEINE EIGENSCHAFTEN VON HORMONEN.

1) werden von den Zellen, die sie produzieren, in den extrazellulären Raum freigesetzt;

2) sind keine Strukturbestandteile von Zellen und werden nicht als Energiequelle genutzt.

3) sind in der Lage, gezielt mit Zellen zu interagieren, die Rezeptoren für ein bestimmtes Hormon haben.

4) haben eine sehr hohe biologische Aktivität – sie wirken bereits in sehr geringen Konzentrationen (ca. 10 –6 – 10 –11 mol/l) wirksam auf Zellen.

^ Wirkmechanismen von Hormonen.

Hormone wirken auf Zielzellen.

^ BIOCHEMISCHE MECHANISMEN DER SIGNALÜBERTRAGUNG VON EINEM HORMON ZU EINER ZIELZELLE.

Jedes Rezeptorprotein besteht aus mindestens zwei Domänen (Regionen), die zwei Funktionen erfüllen:

- „Erkennung“ des Hormons;

Umwandlung und Übertragung des empfangenen Signals in die Zelle.

Wie erkennt das Rezeptorprotein das Hormonmolekül, mit dem es interagieren kann?

Die meisten Rezeptoren wurden nicht ausreichend untersucht, da ihre Isolierung und Reinigung sehr schwierig ist und der Gehalt jedes Rezeptortyps in den Zellen sehr gering ist. Es ist jedoch bekannt, dass Hormone auf physikalische und chemische Weise mit ihren Rezeptoren interagieren. Zwischen dem Hormonmolekül und dem Rezeptor kommt es zu elektrostatischen und hydrophoben Wechselwirkungen. Wenn der Rezeptor an das Hormon bindet, kommt es zu Konformationsänderungen im Rezeptorprotein und der Komplex des Signalmoleküls mit dem Rezeptorprotein wird aktiviert. Im aktiven Zustand kann es als Reaktion auf ein empfangenes Signal spezifische intrazelluläre Reaktionen hervorrufen. Wenn die Synthese oder die Fähigkeit von Rezeptorproteinen, an Signalmoleküle zu binden, beeinträchtigt ist, kommt es zu Krankheiten – endokrinen Störungen. Es gibt drei Arten solcher Krankheiten:

1. Verbunden mit unzureichender Synthese von Rezeptorproteinen.

2. Verbunden mit Veränderungen in der Struktur des Rezeptors – genetische Defekte.

3. Verbunden mit der Blockierung von Rezeptorproteinen durch Antikörper.

^ Wirkmechanismen von Hormonen auf Zielzellen.

Abhängig von der Struktur des Hormons gibt es zwei Arten der Wechselwirkung. Wenn das Hormonmolekül lipophil ist (z. B. Steroidhormone), kann es die Lipidschicht der Außenmembran der Zielzellen durchdringen. Wenn das Molekül groß oder polar ist, ist sein Eindringen in die Zelle unmöglich. Daher befinden sich die Rezeptoren für lipophile Hormone innerhalb der Zielzellen und für hydrophile Hormone in der äußeren Membran.

Um bei hydrophilen Molekülen eine zelluläre Reaktion auf ein hormonelles Signal zu erhalten, greift ein intrazellulärer Signaltransduktionsmechanismus. Dies geschieht unter Beteiligung von Substanzen, die als „ZWEITE MEDIATOREN“ bezeichnet werden. Hormonmoleküle sind in ihrer Form sehr unterschiedlich, „Second Messenger“ jedoch nicht.

Die Zuverlässigkeit der Signalübertragung wird durch die sehr hohe Affinität des Hormons zu seinem Rezeptorprotein gewährleistet.

Welche Vermittler sind an der intrazellulären Übertragung humoraler Signale beteiligt? Dies sind zyklische Nukleotide (cAMP und cGMP), Inositoltriphosphat, kalziumbindendes Protein – Calmodulin, Kalziumionen, Enzyme, die an der Synthese zyklischer Nukleotide beteiligt sind, sowie Proteinkinasen – Proteinphosphorylierungsenzyme. Alle diese Stoffe sind an der Regulierung der Aktivität einzelner Enzymsysteme in Zielzellen beteiligt.

Lassen Sie uns die Wirkmechanismen von Hormonen und intrazellulären Mediatoren genauer untersuchen. Es gibt zwei Hauptwege, ein Signal von Signalmolekülen mit einem Membranwirkungsmechanismus an Zielzellen zu übertragen:

^ 1. ADENYL-CYCLASE- (ODER GUANYL-CYCLASE-)SYSTEME

2. PHOSPHOINOSITID-MECHANISMUS

ADENYLAT-CYCLASE-SYSTEM.

Hauptbestandteile: Membranrezeptorprotein, G-Protein, Adenylatcyclase-Enzym, Guanosintriphosphat, Proteinkinasen.

Darüber hinaus ist für die normale Funktion des Adenylatcyclase-Systems ATP erforderlich.

Das Diagramm des Adenylatcyclasesystems ist in der Abbildung dargestellt:

Wie aus der Abbildung hervorgeht, ist in der Zellmembran das Rezeptorprotein G-Protein eingebaut, neben dem sich GTP und das Enzym (Adenylatcyclase) befinden.

Der G-Protein-GTP-Komplex aktiviert die Adenylatcyclase. Adenylatcyclase beginnt, ATP-Moleküle aktiv in c-AMP umzuwandeln.

C-AMP hat die Fähigkeit, spezielle Enzyme – Proteinkinasen – zu aktivieren, die unter Beteiligung von ATP die Phosphorylierungsreaktionen verschiedener Proteine katalysieren. In diesem Fall sind Phosphorsäurereste in den Proteinmolekülen enthalten. Das Hauptergebnis dieses Phosphorylierungsprozesses ist eine Änderung der Aktivität des phosphorylierten Proteins. In verschiedenen Zelltypen unterliegen Proteine mit unterschiedlichen funktionellen Aktivitäten einer Phosphorylierung als Folge der Aktivierung des Adenylatcyclase-Systems. Dies können beispielsweise Enzyme, Kernproteine, Membranproteine sein. Durch die Phosphorylierungsreaktion können Proteine funktionell aktiv oder inaktiv werden.

Solche Prozesse führen zu Veränderungen in der Geschwindigkeit biochemischer Prozesse in der Zielzelle.

Die Aktivierung des Adenylatcyclase-Systems dauert nur sehr kurze Zeit, da das G-Protein nach der Bindung an die Adenylatcyclase beginnt, GTPase-Aktivität zu zeigen. Nach der Hydrolyse von GTP stellt das G-Protein seine Konformation wieder her und aktiviert die Adenylatcyclase nicht mehr. Dadurch kommt die cAMP-Bildungsreaktion zum Stillstand.

Neben den Systemen Adenylatcyclase bzw. Guanylatcyclase gibt es auch einen Mechanismus zur Informationsübertragung innerhalb der Zielzelle unter Beteiligung von Calciumionen und Inositoltriphosphat.

Inositoltriphosphat ist eine Substanz, die ein Derivat eines komplexen Lipids ist – Inositolphosphatid. Es entsteht durch die Wirkung eines speziellen Enzyms – Phospholipase „C“, das durch Konformationsänderungen in der intrazellulären Domäne des Membranrezeptorproteins aktiviert wird.

Dieses Enzym hydrolysiert die Phosphoesterbindung im Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat-Molekül unter Bildung von Diacylglycerin und Inositoltriphosphat.

Ein spezielles Calcium-bindendes Protein, Calmodulin, ist am Phosphoinositid-Signalmechanismus in der Zielzelle beteiligt. Hierbei handelt es sich um ein Protein mit niedrigem Molekulargewicht (17 kDa), das zu 30 % aus negativ geladenen Aminosäuren (Glu, Asp) besteht und daher in der Lage ist, Ca +2 aktiv zu binden. Ein Calmodulin-Molekül verfügt über 4 Calcium-Bindungsstellen. Nach der Wechselwirkung mit Ca +2 treten Konformationsänderungen im Calmodulin-Molekül auf und der „Ca +2 -Calmodulin“-Komplex wird in der Lage, die Aktivität vieler Enzyme zu regulieren (allosterische Hemmung oder Aktivierung) - Adenylatcyclase, Phosphodiesterase, Ca +2, Mg + 2-ATPase und verschiedene Proteinkinasen.

Wenn der „Ca +2 -Calmodulin“-Komplex in verschiedenen Zellen auf Isoenzyme desselben Enzyms einwirkt (z. B. auf Adenylatcyclase verschiedener Typen), wird in einigen Fällen eine Aktivierung und in anderen Fällen eine Hemmung der cAMP-Bildungsreaktion beobachtet beobachtet. Diese unterschiedlichen Effekte treten auf, weil die allosterischen Zentren der Isoenzyme unterschiedliche Aminosäurereste enthalten können und ihre Reaktion auf die Wirkung des Ca + 2 -Calmodulin-Komplexes unterschiedlich sein wird.

Daher können „Second Messenger“ bei der Übertragung von Signalen von Hormonen in Zielzellen folgende Rolle spielen:

Zyklische Nukleotide (c-AMP und c-GMP);

Ca-Ionen;

Komplex „Ca-Calmodulin“;

Diacylglycerin;

Inosittriphosphat

Die Mechanismen zur Übertragung von Informationen von Hormonen innerhalb der Zielzellen mithilfe der aufgeführten Vermittler weisen gemeinsame Merkmale auf:

1. Eine der Stufen der Signalübertragung ist die Proteinphosphorylierung

2. Die Beendigung der Aktivierung erfolgt durch spezielle Mechanismen, die von den Prozessbeteiligten selbst initiiert werden – es gibt negative Rückkopplungsmechanismen.

Hormone sind die wichtigsten humoralen Regulatoren der physiologischen Funktionen des Körpers und ihre Eigenschaften, Biosyntheseprozesse und Wirkmechanismen sind mittlerweile gut bekannt.

Anzeichen, durch die sich Hormone von anderen Signalmolekülen unterscheiden:

1. Die Hormonsynthese findet in speziellen Zellen des endokrinen Systems statt. In diesem Fall ist die Hormonsynthese die Hauptfunktion endokriner Zellen.

2. Hormone werden ins Blut ausgeschüttet, oft in die Venen, manchmal in die Lymphe. Andere Signalmoleküle können Zielzellen erreichen, ohne in die zirkulierenden Flüssigkeiten abgesondert zu werden.

3. Telekrine Wirkung (oder Fernwirkung) – Hormone wirken auf Zielzellen in großer Entfernung vom Ort der Synthese.

Hormone sind in Bezug auf Zielzellen hochspezifische Substanzen und weisen eine sehr hohe biologische Aktivität auf.

^ CHEMISCHE STRUKTUR VON HORMONEN.

Die Struktur der Hormone ist unterschiedlich. Derzeit wurden etwa 160 verschiedene Hormone beschrieben und aus verschiedenen vielzelligen Organismen isoliert. Von chemische Struktur Hormone können in drei Klassen eingeteilt werden:

1. Protein-Peptid-Hormone;

2. Aminosäurederivate;

3. Steroidhormone.

Die erste Klasse umfasst Hormone des Hypothalamus und der Hypophyse (Peptide und einige Proteine werden in diesen Drüsen synthetisiert) sowie Hormone der Bauchspeicheldrüse und Nebenschilddrüsen und eines der Hormone Schilddrüse.

Zur zweiten Klasse gehören Amine, die im Nebennierenmark und in der Zirbeldrüse synthetisiert werden, sowie jodhaltige Schilddrüsenhormone.

Die dritte Klasse sind Steroidhormone, die in der Nebennierenrinde und den Gonaden synthetisiert werden. Steroide unterscheiden sich voneinander anhand der Anzahl der Kohlenstoffatome:

C 21 – Hormone der Nebennierenrinde und Progesteron;

C 19 – männliche Sexualhormone – Androgene und Testosteron;

Ab 18 - weibliche Sexualhormone - Östrogene.

Allen Steroiden gemeinsam ist das Vorhandensein eines Sterankerns, der in der Abbildung dargestellt ist.

^ Wirkmechanismen des endokrinen Systems.

Das endokrine System ist eine Ansammlung endokriner Drüsen und einiger spezialisierter endokriner Zellen in Geweben, deren endokrine Funktion nicht die einzige ist (z. B. hat die Bauchspeicheldrüse nicht nur endokrine, sondern auch exokrine Funktionen). Jedes Hormon ist einer seiner Teilnehmer und steuert bestimmte Stoffwechselreaktionen. Gleichzeitig gibt es Regulierungsebenen innerhalb des endokrinen Systems – einige Drüsen haben die Fähigkeit, andere zu kontrollieren.

^ ALLGEMEINES SCHEMA DER UMSETZUNG ENDOKRINER FUNKTIONEN IM KÖRPER.

Dieses Schema umfasst höhere Ebenen Regulierung in endokrines System- der Hypothalamus und die Hypophyse, die Hormone produzieren, die ihrerseits die Prozesse der Hormonsynthese und -sekretion in anderen endokrinen Zellen beeinflussen.

Aus demselben Diagramm geht hervor, dass sich die Synthese- und Sekretionsrate von Hormonen auch unter dem Einfluss von Hormonen anderer Drüsen oder infolge der Stimulation durch nicht-hormonelle Metaboliten ändern kann.

Wir sehen auch das Vorhandensein einer negativen Rückkopplung (-) – Hemmung der Synthese und (oder) Sekretion nach Eliminierung des primären Faktors, der die Beschleunigung der Hormonproduktion verursacht hat.

Dadurch wird der Hormongehalt im Blut auf einem bestimmten Niveau gehalten, das davon abhängt Funktionszustand Körper.

Darüber hinaus legt der Körper in der Regel eine kleine Reserve an einzelnen Hormonen im Blut an (dies ist in der dargestellten Grafik nicht sichtbar). Die Existenz einer solchen Reserve ist möglich, weil sich im Blut viele Hormone in einem Zustand befinden, der an spezielle Transportproteine gebunden ist. Beispielsweise ist Thyroxin an Thyroxin-bindendes Globulin gebunden, und Glucocorticosteroide sind an das Protein Transcortin gebunden. Zwei Formen solcher Hormone – an Transportproteine gebunden und frei – befinden sich im Blut in einem dynamischen Gleichgewicht.

Das bedeutet, dass bei der Zerstörung der freien Formen solcher Hormone die gebundene Form dissoziiert und die Konzentration des Hormons im Blut auf einem relativ konstanten Niveau gehalten wird. Somit kann ein Komplex eines Hormons mit einem Transportprotein als Reserve dieses Hormons im Körper betrachtet werden.

Einer der meisten wichtige Themen- Hier geht es um die Frage, welche Veränderungen in Stoffwechselprozessen unter dem Einfluss von Hormonen beobachtet werden. Nennen wir diesen Abschnitt:

^ WIRKUNGEN, DIE UNTER DEM EINFLUSS VON HORMONEN IN ZIELZELLEN BEOBACHTET WERDEN.

Es ist sehr wichtig, dass Hormone keine Probleme verursachen neu Stoffwechselreaktionen in der Zielzelle. Sie bilden lediglich mit dem Rezeptorprotein einen Komplex. Durch die Übertragung eines hormonellen Signals in der Zielzelle werden zelluläre Reaktionen, die eine zelluläre Reaktion hervorrufen, ein- oder ausgeschaltet.

In diesem Fall können folgende Haupteffekte in der Zielzelle beobachtet werden:

1) Veränderungen in der Biosyntheserate einzelner Proteine (einschließlich Enzymproteinen);

2) Änderung der Aktivität bereits vorhandener Enzyme (z. B. durch Phosphorylierung – wie bereits am Beispiel des Adenylatcyclase-Systems gezeigt wurde);

3) Veränderungen der Membranpermeabilität in Zielzellen für einzelne Substanzen oder Ionen (z. B. für Ca +2).

Über die Mechanismen der Hormonerkennung wurde bereits gesprochen – ein Hormon interagiert mit einer Zielzelle nur in Gegenwart eines speziellen Rezeptorproteins (die Struktur der Rezeptoren und ihre Lokalisierung in der Zelle wurden bereits diskutiert). Fügen wir hinzu, dass die Bindung des Hormons an den Rezeptor von den physikalisch-chemischen Parametern der Umgebung abhängt – vom pH-Wert und der Konzentration verschiedener Ionen.

Von besonderer Bedeutung ist die Anzahl der Rezeptorproteinmoleküle auf der Außenmembran oder im Inneren der Zielzelle. Sie verändert sich je nach physiologischem Zustand des Körpers, bei Krankheiten oder unter Einfluss Medikamente. Und das bedeutet, wann unterschiedliche Bedingungen und die Reaktion der Zielzelle auf die Wirkung des Hormons wird unterschiedlich sein.

Verschiedene Hormone wirken unterschiedlich physikalische und chemische Eigenschaften und die Lage der Rezeptoren für bestimmte Hormone hängt davon ab. Es ist üblich, zwischen zwei Mechanismen der Interaktion zwischen Hormonen und Zielzellen zu unterscheiden:

Membranmechanismus – wenn das Hormon an einen Rezeptor auf der Oberfläche der Außenmembran der Zielzelle bindet;

Intrazellulärer Mechanismus – wenn sich der Rezeptor für das Hormon innerhalb der Zelle befindet, d. h. im Zytoplasma oder auf intrazellulären Membranen.

Hormone mit Membranwirkungsmechanismus:

Alle Protein- und Peptidhormone sowie Amine (Adrenalin, Noradrenalin);

Der intrazelluläre Wirkmechanismus ist:

Steroidhormone und Aminosäurederivate – Thyroxin und Trijodthyronin.

Die Übertragung eines hormonellen Signals an Zellstrukturen erfolgt über einen der Mechanismen. Zum Beispiel durch das Adenylatcyclase-System oder unter Beteiligung von Ca +2 und Phosphoinositiden. Dies gilt für alle Hormone mit einem Membranwirkungsmechanismus. Steroidhormone mit intrazellulärem Wirkmechanismus, die meist die Geschwindigkeit der Proteinbiosynthese regulieren und über einen Rezeptor auf der Oberfläche des Zielzellkerns verfügen, benötigen jedoch keine zusätzlichen Vermittler in der Zelle.

^ Merkmale der Struktur von Steroidrezeptorproteinen.

Am besten untersucht ist der Rezeptor für Hormone der Nebennierenrinde – Glucocorticosteroide (GCS). Dieses Protein hat drei funktionelle Regionen:

1 – zur Bindung an das Hormon (C-terminal)

2 – zur Bindung an DNA (zentral)

3 - Antigenregion, die gleichzeitig die Funktion des Promotors während der Transkription modulieren kann (N-terminal).

Die Funktionen jeder Stelle eines solchen Rezeptors sind aus ihren Namen ersichtlich. Offensichtlich ermöglicht diese Struktur des Rezeptors für Steroide, dass sie die Transkriptionsrate in der Zelle beeinflussen. Dies wird dadurch bestätigt, dass unter dem Einfluss von Steroidhormonen die Biosynthese bestimmter Proteine in der Zelle gezielt stimuliert (oder gehemmt) wird. In diesem Fall wird eine Beschleunigung (oder Verlangsamung) der mRNA-Bildung beobachtet. Dadurch verändert sich die Anzahl der synthetisierten Moleküle bestimmter Proteine (häufig Enzyme) und die Geschwindigkeit von Stoffwechselprozessen.

BIOSYNTHESE und SEKRETION VON HORMONEN UNTERSCHIEDLICHER STRUKTUR

^ Protein-Peptid-Hormone.

Bei der Bildung von Protein- und Peptidhormonen in den Zellen der endokrinen Drüsen entsteht ein Polypeptid, das keine hormonelle Aktivität aufweist. Aber ein solches Molekül enthält Fragmente, die die Aminosäuresequenz dieses Hormons enthalten. Ein solches Proteinmolekül wird als Prä-Pro-Hormon bezeichnet und enthält (normalerweise am N-Terminus) eine Struktur, die als Leader oder Signalsequenz (Prä-) bezeichnet wird. Diese Struktur wird durch hydrophobe Radikale repräsentiert und ist für den Durchgang dieses Moleküls von den Ribosomen durch die Lipidschichten der Membranen in die Zisternen des endoplasmatischen Retikulums (ER) notwendig. In diesem Fall wird während des Durchgangs des Moleküls durch die Membran infolge einer begrenzten Proteolyse die Leitsequenz (Vorsequenz) abgespalten und das Prohormon erscheint im ER. Das Prohormon wird dann durch das ER-System zum Golgi-Komplex transportiert und hier endet die Reifung des Hormons. Auch hier wird durch Hydrolyse unter Einwirkung spezifischer Proteinasen das verbleibende (N-terminale) Fragment (Pro-Site) abgespalten. Das resultierende Hormonmolekül, das eine spezifische biologische Aktivität aufweist, gelangt in die sekretorischen Vesikel und reichert sich bis zur Sekretion an.

Wenn Hormone aus komplexen Glykoproteinproteinen (z. B. follikelstimulierenden (FSH) oder schilddrüsenstimulierenden (TSH) Hormonen der Hypophyse) synthetisiert werden, wird während der Reifung die Kohlenhydratkomponente in die Struktur des Hormons einbezogen.

Es kann auch eine extraribosomale Synthese stattfinden. Auf diese Weise wird das Tripeptid Thyrotropin-Releasing-Hormon (Hypothalamushormon) synthetisiert.

^ Hormone sind Derivate von Aminosäuren

Aus Tyrosin werden die Nebennierenmarkhormone ADRENALIN und NORADRENALIN sowie jodhaltige Schilddrüsenhormone synthetisiert. Bei der Synthese von Adrenalin und Noradrenalin unterliegt Tyrosin unter Beteiligung einer Hydroxylierung, Decarboxylierung und Methylierung aktive Form Methionin-Aminosäuren.

IN Schilddrüse Es kommt zur Synthese der jodhaltigen Hormone Trijodthyronin und Thyroxin (Tetrajodthyronin). Während der Synthese kommt es zu einer Jodierung der phenolischen Gruppe von Tyrosin. Besonderes Interesse stellt den Jodstoffwechsel in der Schilddrüse dar. Das Glykoprotein-Thyreoglobulin (TG)-Molekül hat ein Molekulargewicht von mehr als 650 kDa. Gleichzeitig bestehen etwa 10 % der Masse des TG-Moleküls aus Kohlenhydraten und bis zu 1 % aus Jod. Dies hängt von der Jodmenge in der Nahrung ab. Das TG-Polypeptid enthält 115 Tyrosinreste, die durch oxidiertes Jod mithilfe eines speziellen Enzyms – der Schilddrüsenperoxidase – jodiert werden. Diese Reaktion wird Jodorganisation genannt und findet in den Follikeln der Schilddrüse statt. Dadurch entstehen aus Tyrosinresten Mono- und Dijodtyrosin. Davon können etwa 30 % der Rückstände durch Kondensation in Tri- und Tetrajodthyronine umgewandelt werden. Kondensation und Jodierung erfolgen unter Beteiligung desselben Enzyms – der Schilddrüsenperoxidase. Eine weitere Reifung der Schilddrüsenhormone erfolgt in Drüsenzellen- TG wird durch Endozytose von Zellen aufgenommen und durch die Fusion des Lysosoms mit dem absorbierten TG-Protein entsteht ein sekundäres Lysosom.

Proteolytische Enzyme von Lysosomen sorgen für die Hydrolyse von TG und die Bildung von T 3 und T 4, die in den extrazellulären Raum freigesetzt werden. Und Mono- und Diiodtyrosin werden durch ein spezielles Enzym Deiodinase dejodiert und Jod kann reorganisiert werden. Die Synthese von Schilddrüsenhormonen ist durch einen Mechanismus der Hemmung der Sekretion je nach Art der negativen Rückkopplung gekennzeichnet (T 3 und T 4 hemmen die Freisetzung von TSH).

^ Steroidhormone.

Steroidhormone werden aus Cholesterin (27 Kohlenstoffatome) und Cholesterin aus Acetyl-CoA synthetisiert.

Cholesterin wird durch folgende Reaktionen in Steroidhormone umgewandelt:

Nebenradikale Eliminierung

Die Bildung zusätzlicher Nebenradikale durch die Hydroxylierungsreaktion mit Hilfe spezieller Enzyme Monooxygenasen (Hydroxylasen) – am häufigsten an der 11., 17. und 21. Position (manchmal auch an der 18.). In der ersten Stufe der Synthese von Steroidhormonen werden zunächst Vorläufer (Pregnenolon und Progesteron) und dann andere Hormone (Cortisol, Aldosteron, Sexualhormone) gebildet. Aus Kortikosteroiden können Aldosteron und Mineralokortikoide gebildet werden.

^ SEKRETION VON HORMONEN.

Reguliert durch das Zentralnervensystem. Synthetisierte Hormone reichern sich in sekretorischen Granula an. Unter dem Einfluss Nervenimpulse oder unter dem Einfluss von Signalen anderer endokriner Drüsen (tropische Hormone) kommt es infolge der Exozytose zu einer Degranulation und das Hormon wird ins Blut freigesetzt.

Die Regulierungsmechanismen als Ganzes wurden im Schema des Mechanismus zur Umsetzung der endokrinen Funktion dargestellt.

^ TRANSPORT VON HORMONEN.

Der Transport von Hormonen wird durch ihre Löslichkeit bestimmt. Hormone hydrophiler Natur (z. B. Protein-Peptid-Hormone) werden normalerweise in freier Form im Blut transportiert. Steroidhormone und jodhaltige Schilddrüsenhormone werden in Form von Komplexen mit Blutplasmaproteinen transportiert. Dabei kann es sich um spezifische Transportproteine (Transport niedermolekularer Globuline, Thyroxin-bindendes Protein; Transcortin, ein Protein, das Kortikosteroide transportiert) und unspezifische Transportproteine (Albumin) handeln.

Es wurde bereits gesagt, dass die Konzentration der Hormone im Blutkreislauf sehr gering ist. Und es kann sich entsprechend dem physiologischen Zustand des Körpers ändern. Mit einer Abnahme des Gehalts einzelner Hormone entwickelt sich ein Zustand, der als Unterfunktion der entsprechenden Drüse gekennzeichnet ist. Und umgekehrt ist ein Anstieg des Hormonspiegels eine Überfunktion.

Die Konstanz der Hormonkonzentration im Blut wird auch durch die Prozesse des Hormonkatabolismus gewährleistet.

^ Hormonkatabolismus.

Protein-Peptid-Hormone unterliegen einer Proteolyse und zerfallen in einzelne Aminosäuren. Diese Aminosäuren unterliegen weiteren Desaminierungs-, Decarboxylierungs- und Transaminierungsreaktionen und zerfallen in die Endprodukte: NH 3, CO 2 und H 2 O.

Hormone – Derivate von Aminosäuren unterliegen einer oxidativen Desaminierung und einer weiteren Oxidation zu CO 2 und H 2 O. Steroidhormone werden unterschiedlich abgebaut. Der Körper verfügt nicht über Enzymsysteme, die für deren Abbau sorgen würden. Was passiert während ihres Katabolismus?

Die Modifikation von Nebenradikalen erfolgt hauptsächlich. Zusätzlich Hydroxylgruppen. Hormone werden hydrophiler. Es entstehen Moleküle, die die Struktur eines Sterans darstellen, das in 17. Position eine Ketogruppe trägt. In dieser Form werden die Abbauprodukte der Steroid-Sexualhormone mit dem Urin ausgeschieden und als 17-KETOSTEROIDE bezeichnet. Die Bestimmung ihrer Menge in Urin und Blut zeigt den Gehalt an Sexualhormonen im Körper.

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Wirkmechanismen von Hormonen auf Zielzellen

Abhängig von der Struktur des Hormons gibt es zwei Arten der Wechselwirkung. Wenn das Hormonmolekül lipophil ist (z. B. Steroidhormone), kann es die Lipidschicht der Außenmembran der Zielzellen durchdringen. Wenn das Molekül groß oder polar ist, ist sein Eindringen in die Zelle unmöglich. Daher befinden sich die Rezeptoren für lipophile Hormone innerhalb der Zielzellen und für hydrophile Hormone in der äußeren Membran.

Die Zuverlässigkeit der Signalübertragung wird durch die sehr hohe Affinität des Hormons zu seinem Rezeptorprotein gewährleistet.

Welche Vermittler sind an der intrazellulären Übertragung humoraler Signale beteiligt?

Lassen Sie uns die Wirkmechanismen von Hormonen und intrazellulären Mediatoren genauer untersuchen.

Es gibt zwei Hauptwege, ein Signal von Signalmolekülen mit einem Membranwirkungsmechanismus an Zielzellen zu übertragen:

Adenylatcyclase- (oder Guanylatcyclase-)Systeme;

Phosphoinositid-Mechanismus.

Bevor wir die Rolle des Cyclase-Systems im Wirkungsmechanismus von Hormonen herausfinden, betrachten wir die Definition dieses Systems. Das Cyclase-System ist ein in der Zelle enthaltenes System aus Adenosincyclophosphat, Adenylatcyclase und Phosphodiesterase, das die Durchlässigkeit von Zellmembranen reguliert, an der Regulierung vieler Stoffwechselprozesse einer lebenden Zelle beteiligt ist und die Wirkung einiger Hormone vermittelt. Das heißt, die Rolle des Cyclase-Systems besteht darin, dass sie zweite Vermittler im Wirkungsmechanismus von Hormonen sind.

Das Adenylatcyclase-cAMP-System. Das Membranenzym Adenylatcyclase kommt in zwei Formen vor – aktiviert und nicht aktiviert. Die Aktivierung der Adenylatcyclase erfolgt unter dem Einfluss eines Hormon-Rezeptor-Komplexes, dessen Bildung zur Bindung von Guanylnukleotid (GTP) an ein spezielles regulatorisch stimulierendes Protein (GS-Protein) führt, woraufhin das GS-Protein die Zugabe von Magnesium bewirkt zur Adenylatcyclase und deren Aktivierung. So wirken die Hormone, die die Adenylatcyclase aktivieren: Glucagon, Thyrotropin, Parathyrin, Vasopressin, Gonadotropin usw. Einige Hormone hingegen unterdrücken die Adenylatcyclase (Somatostatin, Angiotensin-P usw.).

Unter dem Einfluss der Adenylatcyclase wird cAMP aus ATP synthetisiert, was eine Aktivierung von Proteinkinasen im Zellzytoplasma bewirkt, die für die Phosphorylierung zahlreicher intrazellulärer Proteine sorgen. Dadurch verändert sich die Durchlässigkeit von Membranen, d.h. verursacht metabolische und damit hormontypische funktionelle Veränderungen. Die intrazellulären Wirkungen von cAMP zeigen sich auch in ihrem Einfluss auf die Prozesse der Proliferation, Differenzierung und der Verfügbarkeit von Membranrezeptorproteinen für Hormonmoleküle.

„Guanylatcyclase – cGMP“-System. Eine Aktivierung der Membranguanylatcyclase findet unter nicht statt direkten Einfluss Hormon-Rezeptor-Komplex und indirekt über ionisiertes Kalzium und oxidative Membransysteme. Auf diese Weise entfaltet das atriale natriuretische Hormon – Atriopeptid, ein Gewebshormon der Gefäßwand – seine Wirkung. In den meisten Geweben sind die biochemischen und physiologischen Wirkungen von cAMP und cGMP entgegengesetzt. Beispiele hierfür sind die Stimulation von Herzkontraktionen unter dem Einfluss von cAMP und deren Hemmung durch cGMP, die Stimulation von Kontraktionen der glatten Darmmuskulatur durch cGMP und die Hemmung von cAMP.

Neben den Systemen Adenylatcyclase bzw. Guanylatcyclase gibt es auch einen Mechanismus zur Informationsübertragung innerhalb der Zielzelle unter Beteiligung von Calciumionen und Inositoltriphosphat.

Dieses Enzym hydrolysiert die Phosphoesterbindung im Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat-Molekül unter Bildung von Diacylglycerin und Inositoltriphosphat.

Wenn der Ca+2-Calmodulin-Komplex in verschiedenen Zellen auf Isoenzyme desselben Enzyms (z. B. verschiedene Arten von Adenylatcyclase) einwirkt, wird in einigen Fällen eine Aktivierung und in anderen eine Hemmung der cAMP-Bildungsreaktion beobachtet. Diese unterschiedlichen Effekte treten auf, weil die allosterischen Zentren der Isoenzyme unterschiedliche Aminosäurereste umfassen können und ihre Reaktion auf die Wirkung des Ca+2-Calmodulin-Komplexes unterschiedlich sein wird.

Daher können „Second Messenger“ bei der Übertragung von Signalen von Hormonen in Zielzellen folgende Rolle spielen:

zyklische Nukleotide (c-AMP und c-GMP);

Komplex „Ca-Calmodulin“;

Diacylglycerin;

Inosittriphosphat.

Die Mechanismen zur Übertragung von Informationen von Hormonen innerhalb der Zielzellen mithilfe der aufgeführten Vermittler weisen gemeinsame Merkmale auf:

Eine der Stufen der Signalübertragung ist die Proteinphosphorylierung.

Die Beendigung der Aktivierung erfolgt durch spezielle Mechanismen, die von den Prozessteilnehmern selbst initiiert werden – es gibt negative Rückkopplungsmechanismen.

Hormone sind die wichtigsten humoralen Regulatoren der physiologischen Funktionen des Körpers und ihre Eigenschaften, Biosyntheseprozesse und Wirkmechanismen sind mittlerweile gut bekannt. Hormone sind in Bezug auf Zielzellen hochspezifische Substanzen und weisen eine sehr hohe biologische Aktivität auf.

Membranenzyme und Second Messenger, die die Wirkung von Hormonen über Membranrezeptoren vermitteln

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