Механізм дії гормонів
Розшифровка механізмів дії гормонів в організмі тварин представляє можливість глибше зрозуміти фізіологічні процеси - регуляцію обміну речовин, біосинтезу білків, зростання і диференціювання тканин.
Це важливо і з практичної точки зору, в зв'язку з усе більш широким застосуванням природних і синтетичних гормональних препаратів в тваринництві та ветеринарії.
В даний час налічується близько 100 гормонів, які утворюються в залозах внутрішньої секреції, надходять в кров і надають різнобічний вплив на метаболізм в клітинах, тканинах і органах. Важко визначити в організмі такі фізіологічні процеси, які не перебували б під регулюючим впливом гормонів. На відміну від безлічі ферментів, які викликають в організмі окремі вузько спрямовані зміни, гормони надають множинні впливу на процеси обміну речовин і інші фізіологічні функції. У той же час жоден з гормонів, як правило, повністю не забезпечує регуляцію окремих функцій. Для цього необхідно вплив ряду гормонів в певній послідовності та взаємодії. Так, наприклад, соматотропін стимулює процеси росту лише за активної участі інсуліну і гормонів щитовидної залози. Зростання фолікулів в основному забезпечує фоллітропін, а їх дозрівання і процес овуляції здійснюється під регулюючим впливом лютропіну і т. Д.
Більшість гормонів в крові пов'язано з альбумінами або глобулинами, що оберігає їх від швидкого руйнування ферментами і підтримує оптимальну концентрацію метаболічно активних гормонів в клітинах і тканинах. Гормони роблять безпосередній вплив на процес біосинтезу білків. Стероїдні і білкові гормони (статеві, потрійні гормони гіпофіза) в тканинах-мішенях викликають збільшення кількості та обсягу клітин. Інші гормони, такі як інсулін, глюко - і мінералокортикоїди, впливають на синтез білків опосередковано.
Першою ланкою фізіологічної дії гормонів в організмі тварин є рецептори клітинних мембран. В одних і тих же клітинах є у великій кількості кілька видів; специфічних рецепторів, за допомогою яких вони вибіркова пов'язують молекули різних гормонів, які циркулюють в крові. Наприклад, жирові клітини в своїх мембранах мають специфічні рецептори для глюкагону, лютропина, тіротропіна, кортикотропіну.
Більшість гормонів білкової природи в зв'язку з великими розмірами їх молекул не можуть проникати в клітини, а знаходяться на їх поверхні і, взаємодіючи з відповідними рецепторами, впливають на обмін речовин усередині клітин. Так, зокрема, дію тіротропіна пов'язано з фіксацією його молекул на поверхні клітин щитовидної залози, під впливом яких збільшується проникність клітинних мембран для іонів натрію, а в їх присутності підвищується інтенсивність окислення глюкози. Інсулін збільшує проникність оболонок клітин в тканинах і органах для молекул глюкози, що сприяє зниженню її концентрації в крові і переходу в тканини. Стимулююча дія на синтез нуклеїнових кислот і білків соматотропин надає також шляхом впливу на мембрани клітин.
Одні і ті ж гормони можуть впливати на обмінні процеси в клітинах тканин різними шляхами. Поряд зі зміною проникності клітинних оболонок і мембран внутрішньоклітинних структур для різних ферментів і інших хімічних речовин, під впливом тих же гормонів може змінюватися іонний склад середовища поза і всередині клітин, а також активність різних ферментів і інтенсивність обмінних процесів.
Гормони впливають на активність ферментів і генний апарат клітин безпосередньо, а за допомогою медіаторів (посередників). Одним з таких медіаторів є циклічний 3 ', 5'-аденозинмонофосфат (циклічний АМФ). Циклічний АМФ (цАМФ) утворюється всередині клітин з аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ) за участю розташованого на клітинній мембрані ферменту аденілатциклази, яка активується при впливі відповідних гормонів. На внутрішньоклітинних мембранах є фермент фосфодіестерази, яка перетворює цАМФ в менш активна речовина - 5'-аденозинмонофосфат і цим припиняє дію гормону.
При впливі на клітку декількох гормонів, що стимулюють в ній синтез цАМФ, реакція каталізується однієї і тієї ж аденілциклазу, але рецептори в мембранах клітин для цих гормонів строго специфічні. Тому, наприклад, кортикотропін впливає тільки на клітини кори надниркових залоз, а тіротропін - на клітини щитовидної залози і т. Д.
Детальні дослідження показали, що дія більшості білкових і пептидних гормонів призводить до стимуляції активності аденілциклази і збільшення концентрації в клітинах-мішенях цАМФ, з яким пов'язана подальша передача інформації гормонального впливу при активній участі цілого ряду протеїнкіназ. цАМФ виконує роль внутрішньоклітинного медіатора-посередника гормону, що забезпечує підвищення активності залежних від нього протеинкиназ в цитоплазмі і ядрах клітин. У свою чергу, цАМФ-залежні протеїнкінази каталізують фосфорилювання білків рибосом, що має пряме відношення до регуляції синтезу білків в клітинах-мішенях при впливі пептидних гормонів.
Стероїдні гормони, катехоламіни, гормони щитовидної залози в зв'язку з малими розмірами молекул проходять через мембрану клітин і вступають в зв'язок з рецепторами цитоплазми всередині клітин. Надалі стероїдні гормони в комплексі зі своїми рецепторами, що представляють білки кислого характеру, переходять в ядро клітини. Припускають, що пептидні гормони, у міру розщеплення гормон-рецепторних комплексів, також впливають на специфічні рецептори цитоплазми, комплексу Гольджі і оболонки ядра.
Не всі гормони стимулюють активність ферменту аденілатциклази і збільшення її концентрації в клітинах. Деякі пептидні гормони, зокрема інсулін, оцітоцін, кальцитонін, надають на аденілциклазу гальмівний вплив. Фізіологічний ефект їх дії, як вважають, обумовлений не збільшенням концентрації цАМФ, а її зменшенням. При цьому в клітинах, що володіють специфічною чутливістю до згаданих гормонів, підвищується концентрація іншого циклічного нуклеотиду - циклічного гуанозинмонофосфату (цГМФ). Результат дії гормонів в клітинах організму в кінцевому підсумку залежить від впливу обох циклічних нуклеотидів - цАМФ і цГМФ, що є універсальними внутрішньоклітинними медіаторами - посередниками гормонів. Відносно дії стероїдних гормонів, які в комплексі зі своїми рецепторами проникають в ядро клітини, роль цАМФ і цГМФ як внутрішньоклітинних посередників вважають сумнівною.
Багато, якщо не все, гормони кінцевий фізіологічний ефект проявляють опосередковано - через зміну біосинтезу білків-ферментів. Біосинтез білків є складним багатоетапним процесом, здійснюваним за активної участі генного апарату клітин.
Регулюючий вплив гормонів на біосинтез білків здійснюється в основному шляхом стимуляції РНК-полімеразної реакції з утворенням рибосомних і ядерних видів РНК, а також інформаційних РНК і шляхом впливу на функціональну активність рибосом і інші ланки білкового обміну. Специфічні протеїнкінази в ядрах клітин стимулюють фосфорилирование відповідних білкових компонентів і РНК-полімеразну реакцію з утворенням інформаційних РНК, що кодують синтез білків в клітинах і органах-мішенях. При цьому в ядрах клітин здійснюється дерепрессірованіе генів, які звільняються від гнітючої дії специфічних репрессоров - ядерних білків-гістонів.
Такі гормони, як естроген і андрогени в ядрах клітин зв'язуються з білками-гистонами, репресують відповідні гени, і тим самим призводять генний апарат клітин в активну функціональний стан. При цьому андрогени впливають на генний апарат клітин слабкіше, ніж естрогени, що обумовлено більш активною сполукою останніх з хроматином і ослабленням синтезу РНК в ядрах.
Разом з активізацією білкового синтезу в клітинах здійснюється утворення білків-гістонів, які є репресор активності генів, а це перешкоджає метаболічним функцій ядер і надмірного прояву стимуляції росту. Отже, в ядрах клітин є свій механізм генетичної і митотической регуляції метаболізму і росту.
У зв'язку з впливом гормонів на анаболічні процеси в організмі посилюється ретенция поживних речовин корму та, отже, збільшується кількість субстратів для проміжного обміну речовин, активізуються регулюючі механізми біохімічних процесів, пов'язані з більш ефективним використанням азотистих і інших з'єднань.
На процеси синтезу білків в клітинах впливають соматотропин, кортикостероїди, естрогени, а також тироксин. Ці гормони стимулюють синтез різних інформаційних РНК і тим самим посилюють синтез відповідних білків. У процесах білкового синтезу важливе значення належить також інсуліну, який стимулює зв'язування інформаційних РНК з рибосомами і, отже, активує синтез білків. Шляхом активації хромосомного апарату клітин гормони впливають на збільшення швидкості білкового синтезу і концентрації ферментів в клітинах печінки та інших органів і тканин. Однак механізм впливу гормонів на внутрішньоклітинний обмін вивчений ще недостатньо.
Дія гормонів, як правило, тісно пов'язане з функціями ферментів, що забезпечують біохімічні процеси в клітинах, тканинах і органах. Гормони беруть участь у біохімічних реакціях як специфічні активатори або інгібітори ферментів, надаючи свій вплив на ферменти шляхом забезпечення їх зв'язку з різними біоколлоідамі.
Оскільки ферменти є білковими тілами, вплив гормонів на їх функціональну активність проявляється насамперед шляхом впливу на біосинтез ферментів і катаболічних білків-коферментів. Одним з проявів активності гормонів є їх участь у взаємодії ряду ферментів в різних ланках складних реакцій і процесів. Як відомо, в побудові коферментів певну роль виконують вітаміни. Вважають, що в цих процесах регулюючу функцію також виконують гормони. Наприклад, кортикостероїди впливають на фосфорилювання деяких вітамінів групи В.
Для простагландинів особливо важливим є їх висока фізіологічна активність і дуже мале побічна дія. В даний час відомо, що простагландини діють всередині клітин подібно медіаторів і грають важливу роль в реалізації ефекту дії гормонів. При цьому активізуються процеси синтезу циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ), здатного передавати вузьконаправлене дію гормонів. Можливо припустити, що фармакологічні речовини всередині клітин діють завдяки виробленню специфічних простагландинів. Зараз у багатьох країнах вивчається механізм дії простагландинів на клітинно-молекулярному рівні, так як всебічне вивчення дії простагландинів може дати можливість цілеспрямовано впливати на обмін речовин та інші фізіологічні процеси в організмі тварин.
На підставі викладеного можна зробити висновок, що гормони надають в організмі тварин складне і різнобічну дію. Комплексне вплив нервової і гуморальної регуляції забезпечує узгоджене протягом всіх біохімічних і фізіологічних процесів. Однак в найтонших деталях механізм дії гормонів ще достатньо не вивчений. Ця проблема цікавить багатьох вчених і представляє великий інтерес для теорії і практики ендокринології, а також тваринництва і ветеринарії.
Поділіться посиланням з друзями