Гормоны как носители информации

Функции гормонов. Согласно классическому определению, гормоны-это продукты внутренней секреции, т.е. химические вещества, которые вырабатываются специализированными железами, выделяются в кровь и разносятся ею по телу. Область физиологии, связанная с изучением этих веществ, называется эндокринологией. Гормоны служат химическими носителями информации; достигнув органа-мишени, они оказывают на него специфическое воздействие. Специфичность действия гормонов обеспечивается присутствием в клетках молекул рецепторов. Рецепторами соответствующего гормона обладают только клетки органа-мишени, способные благодаря этому «считывать» химически закодированную информацию.

Под влиянием гормонов находятся те функции организма, для запуска или регуляции которых требуются минуты или часы. Таким образом, передача гормональной информации осуществляется в десятки раз медленнее, чем нервная передача, позволяющая организму немедленно реагировать на факторы окружающей среды или внутренние функциональные изменения.

Образование гормонов. Гормоны вырабатываются секреторными клетками. Такие клетки либо образуют компактные органы (железы), либо разбросаны по одной или в виде скоплений внутри органов, предназначенных для синтеза гормонов. Образовавшиеся гормоны хранятся в гранулах внутриклеточных органеллах, отделенных от цитоплазмы мембраной. В гранулах содержится большое число молекул гормона, погруженных в белковый матрикс. В ответ на специфический стимул гормон высвобождается, мембрана гранулы сливается с плазматической мембраной и в месте слияния образуется отверстие, через которое молекулы гормона выбрасываются в межклеточное пространство. Этот процесс называется экзоцитозом (с. 17). Гранулы и процесс экзоцитоза хорошо изучены морфологически. Процесс экзоцитоза гормонов из секреторных клеток подобен высво-

бождению нейромедиаторов из нервных окончаний.

Классификация гормонов. Поскольку передаваемая гормоном информация закодирована в его молекулярной структуре, для понимания механизма действия гормонов необходимо иметь хотя бы общее представление об их химическом строении. Более подробные сведения по этому вопросу можно найти в учебниках биохимии.

Все гормоны представляют собой либо белки (в том числе производные аминокислот), либо липиды. В зависимости от локализации рецепторов в клетках-мишенях гормоны можно разделить на три группы [27, 32].

Первую группу составляют гормоны липидной природы. Будучи жирорастворимыми, они легко проникают через клеточную мембрану и взаимодействуют с рецепторами, локализованными внутри клетки,-как правило, в цитоплазме (рис. 17.1).

Вторая группа - белковые и пептидные гормоны. Они состоят из аминокислот и по сравнению с гормонами липидной природы имеют более высокую молекулярную массу и менее липофильны, из-за чего с трудом проходят через плазматическую мембрану. Рецепторы этих гормонов находятся на поверхности клеточной мембраны (рис. 17.1), так что белковые и пептидные гормоны в клетку не проникают.

Третью химическую группу гормонов составляют низкомолекулярные тиреоидные гормоны,образованные двумя аминокислотными остатками, связанными между собой эфирной связью. Эти гормоны легко проникают во все клетки тела и взаимодействуют с рецепторами, локализованными в ядре (рис. 17.1). Одна и та же клетка может иметь рецепторы всех трех типов, т.е. локализованные в ядре, цитозоле и на поверхности плазматической мембраны. Кроме того, в одной и той же клетке могут присутствовать разные рецепторы одного типа; например, на поверхности клеточной мембраны могут находиться рецепторы разных пептидных и/или белковых гормонов.

Механизмы действия гормонов. Главное условие осуществления всех эндокринных функций - это присутствие в клетках-мишенях специфических рецеп-

ГЛАВА 17. ЭНДОКРИНОЛОГИЯ 385

Рис. 17.1.Механизмы действия гормонов. Три эндокринные клетки секретируют в межклеточное пространство в непосредственной близости от капилляров гормоны А, Б и В. Молекулы гормонов диффундируют в кровеносный сосуд и доставляются кровью к клеткам мишеням, содержащим рецепторы этих гормонов. Гормон А взаимодействует с рецептором, находящимся на поверхности плазматической мембраны. Гормон-рецепторный комплекс стимулирует образование вторичного посредника, который индуцирует ответ кпетки. Гормон Б взаимодействует с рецептором, находящимся в цитоплазме. Образующийся комплекс транслоцируется в ядро и воздействует на геном (например, изменяет синтез ядерной ДНК), что приводит к изменению синтеза белка. Гормон В взаимодействует с рецептором, локализованным в ядре, т.е. действует практически так же, как гормон Б, с той только разницей, что вго рецептор исходно локализован в ядре

торов, позволяющих считывать информацию, закодированную в гормоне. При взаимодействии гормона с рецептором, находящимся в цитоплазме, в ядре или на поверхности плазматической мембраны, образуется гормон-рецепторный комплекс (рис. 17.1) [27].

Существуют два механизма действия гормонов, принципиально различающихся по признаку того, где образуется гормон-рецепторный комплекс - внутри клетки или на ее поверхности.

Гормон-рецепторный комплекс, образующийся внутри клетки,может непосредственно влиять на экспрессию генетической информации, т. е. сам оказывает действие на геном и в результате на процессы синтеза в клетке (рис. 17.2). Таким образом, гормон-рецепторный комплекс может индуцировать или подавлять синтез белка [27].

Иначе действует гормон-рецепторный комплекс,

образующийся на поверхности клетки. Взаимодействие гормона с рецептором, локализованным на плазматической мембране, влияет на активность клетки посредством сложного биохимического механизма, как правило, с участием второго посредника внутри клетки. Наиболее известным примером активации второго посредника служит образование циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) из аденозинтрифосфата (АТФ). Гормон-рецепторный комплекс активирует аденилатциклазу, которая катализирует дефосфорилирование АТФ и превращение его в цАМФ (рис. 17.3). На последующих этапах цАМФ влияет на функциональную активность клетки [8]. Например, цАМФ может изменять проницаемость клеточной мембраны для ионов, и тогда в ответ на гормональный стимул меняется скорость клеточной секреции.

К числу других веществ, способных, по-видимому, действовать в качестве вторых посредников, относятся циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), кальмодулин и фосфоинозитол. В случае этих соединений высокоспецифичное действие гормон-рецепторного комплекса на клетку опосредовано неспецифическим внутриклеточным механизмом-образованием одного или нескольких вторых посредников.

 

Рис. 17.2.Взаимодействие гормона с внутриклеточным рецептором. Гормон диффундирует через плазматическую мембрану и взаимодействует с рецептором. Гормон-рецепторный комплекс переносится в ядро и действует на синтез ДНК, изменяя скорость транскрипции и количество информационной (матричной) РНК (мРНК). Увеличение или уменьшение количества мРНК влияет нв синтез белка в процессе трансляции, что приводит к изменению функциональной активности клетки

386 ЧАСТЬ IV. ПРОЦЕССЫ НЕРВНОЙ И ГУМОРАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ

Рис. 17.3.Механизм действия гормона, образующего комплекс с рецептором, локализованным на плазмати• ческой мембране. Достигнув рецептора и взаимодействуя с ним, гормон вызыввет его трансформацию. Трансформация приводит к активации аденилатциклвзы, также локализованной в плазматической мембране. Аденилатциклаза катализирует дефосфорилирование АТР с образованием сАМР. сАМР вызывает в клетке разнообразные эффекты, которые приводят в конечном счете к физиологическому ответу клетки. (АТР-аденозинтрифосфат, АТФ; сАМР-циклический аденозинмонофосфат, цАМФ)