Ендокринна система, гормони і механізм їх дії

Балаболкин М. І. Ендокринологія

Видання друге перероблене і доповнене.

Рекомендований Управлінням наукових і освітніх медичних установ Міністерства охорони здоров’я Російської Федерації в якості підручника для системи післядипломної та додаткової професійної освіти

Москва

“Універсум паблішинг“

1998

Рецензенти: А. П. Калінін, член-кор. РАМН, професор кафедри ендокринології ФУВ МОНІКИ, керівник відділення хірургічної ендокринології;

Н.Т. Старкова, професор, зав. курсом ендокринології Московського медичного стоматологічного інституту

Ендокринна, а за сучасними даними нейроендокринна система регулює і координує діяльність всіх органів і систем, забезпечуючи адаптацію організму до постійно мінливих факторів зовнішнього і внутрішнього середовища, результатом чого є збереження гомеостазу, який, як відомо, необхідний для підтримання нормальної життєдіяльності організму. За останні роки чітко показано, що перераховані функції нейроендокринна система виконує в тісній взаємодії з імунною системою.

Ендокринна система представлена залозами внутрішньої секреції, відповідальними за утворення і вивільнення в кров різних гормонів. Залози внутрішньої секреції, або ендокринні залози, поділяються на класичні (гіпофіз, щитовидна і околощітовідние залози, островковый апарат підшлункової залози, кіркова і мозкова речовина надниркових залоз, яєчка, яєчники, епіфіз) та некласичні (вилочкова залоза, серце, печінка, нирки, ЦНС, плацента, шкіра, шлунково-кишковий тракт), які представлені на рис. 1 (див. колір. вклейку).

Встановлено, що центральна нервова система (ЦНС) бере участь в регуляції секреції гормонів всіх ендокринних залоз, а гормони, в свою чергу, впливають на функцію ЦНС, модифікуючи її активність і стан. Нервова регуляція ендокринних функцій організму здійснюється як через гипофизотропные (гіпоталамічні) гормони, так і через вплив автономної нервової системи. Крім того, в різних областях ЦНС секретується достатню кількість моноамінів і пептидних гормонів, багато з яких секретуються також в ендокринних клітинах шлунково-кишкового тракту. До таких гормонів відносяться вазоактивний интестинальный пептид (ВІП), холецистокінін, гастрин, нейротензин, мет-, лейэнкефалин та ін.

В гіпоталамусі секретуються власне гіпоталамічні (вазопресин, окситоцин, нейротензин) і гипофизотропные гормони (соматостатин, тіроліберін, або тиротропинвысвобождающий гормон, гонадолиберин, або гонадотропинвысвобождающий гормон, або люлиберин, кортиколиберин, або кортікотропінвивільняючий гормон, і соматолиберин, або соматотропинвысвобождающий гормон). Останні вивільнюються в портальну систему гіпофіза, досягають клітин передньої частки гіпофіза, пригнічуючи або посилюючи їх секреторну активність, і тим самим змінюють швидкість секреції тропных гормонів гіпофіза.

Імунна система і вилочкова залоза (тимус) також виробляють велику кількість гормонів, які можна підрозділити на цитокіни, або лимофкины, і тимические гормони. До цитокинам, які секретуються імунокомпетентними клітинами, відносяться g-інтерферон, інтерлейкін 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11 і 12; фактор некрозу пухлин, гранулоцитарний колонієстимулюючий фактор, гранулоцитомакрофагальный колонієстимулюючий фактор, макрофагальный колонієстимулюючий фактор, лейкемічного інгібіторний фактор, онкостатин М, фактор стовбурових клітин та ін. Необхідно підкреслити, що активовані лімфоцити та інші імунокомпетентні клітини секретують як фактори росту (нервовий, епідермальний, b-трансформуючий фактор росту, соматомедины, або инсулиноподобныый фактор росту 1 і 2 (ІФР 1 і 2), так і різні поліпептидні гормони (АКТГ, ТТГ, ЛГ, ФСГ, СТГ, пролактин, хоріонічний гонадотропін, соматостатин, ВІП, окситоцин, вазопресин, метэнкефалин, кортиколиберин, соматолиберин, речовина Р та ін).

З вилочкової залози виділено специфічні тимические гормони: тимозин (5-я фракція), тимозин a-1, тимозин a-7, тимозин a-11, тимозин b-4, b-8, тимозин b-9, тимозин b-10, тимический гуморальний фактор, тимопоэтин, тимулин, тимический фактор Х, тимостимулин. Крім того, в тимусе виробляються перераховані вище лімфокіни (інтерлейкін 1, 2, 4, 6, 7, фактор некрозу пухлин та ін), нейропептиди (нейротензин, речовина Р, ВІП, холецистокінін, соматостатин, окситоцин, вазопресин, нейротензины, метэнкефалин, АКТГ, передсердний натрийуретический пептид).

Цикотины і тимические гормони здійснюють свою специфічну дію аутокринным або паракринным шляхом, впливаючи на диференціювання Т-клітин, збільшуючи кількість Т-супресорів або цитотоксичних Т-клітин, відновлюючи реактивність Т-клітин, впливаючи на гемопоетичні клітини і беручи таким чином участь у інтегруючої ролі нейроэндокринно-імунної системи в організмі.

Накопичено багато даних про шлунково-кишкові гормони, які секретуються клітинами або скупченнями клітин, розташованими в тканинах шлунково-кишкового тракту. Ізольовано і описано більше 30 гормонів цієї групи. Ендокринні клітини шлунково-кишкового тракту секретують гастрин, гастринвысвобождающий пептид, секретин, холецистокінін, соматостатин, ЖИП, ВІП, речовина Р, мотилин, галанін, пептиди гена глюкагону (глицентин, оксинтомодулин, глюкагоноподобный пептид 1 і 2), нейротензин,нейромедін N, пептид YY, панкреатичний поліпептид, нейропептид Y, хромогранины (хромогранин А і відносяться до нього пептиди – панкреастатин і хромостатин; хромогранин і відносяться до нього пептид GAWK і секретогранин II). Близькими за структурою до ВІП є пептид гістидин ізолейцин (PHI), пептид гістидин метіонін (РНМ), гіпофізарний активує аденілатциклазу пептид (РАСАР), який виявляється у двох формах (РАСАР 27 і РАСАР 38), і мають на 68% гомологичную структуру з ВІП, хоча і кодуються різними генами. Всі ці гормони, як і ВІП, здійснюють біологічну дію через підвищення цАМФ і впливають, близьке до впливу ВИП.

Близькі по структурі до гастринвысвобождающему пептиду нейромедін В, нейромедін U8 і U25, які здійснюють біологічний вплив, подібне гастринвысвобождающему пептиду. Описані пептиди, що відносяться до геном кальцитоніну (CGRP). Якщо a-пептид, пов’язаний з геном кальцитоніну, є нейропептидом і представляє основну форму гормону в ЦНС і в закінченнях чутливих нервів, b-пептид, пов’язаний з геном кальцитоніну, локалізується в нервових закінченнях шлунково-кишкового тракту і підшлункової залозі.

Опіоїдні пептиди (енкефаліни і ендорфіни) виявляються в нейронах шлунково-кишкового тракту і представлені двома групами пептидів: лей – і метэнкефалины, похідні препроэнкефалина А, і динорфінів, похідні препроэнкефалина Ст.

Виділені спочатку з ендотеліальних клітин ендотелін-1, 2 і 3 також локалізуються в клітинах шлунково-кишкового тракту. Більш того, виділено новий пептид, близький за структурою до эндотелинам і названий вазоактивний інтестинального констрикторным пептидом (ВІК). Можливо, що всі ці гормони, крім фізіологічної ролі, беруть участь у патогенезі різних захворювань шлунково-кишкового тракту, зокрема виразкової хвороби шлунка.

Секреторні ендокринні клітини шлунково-кишкового тракту належать до АПУД-системи (amine content, precursor uptake, decarboxilation, що означає зміст амінів, поглинання попередників і декарбоксилювання). Характерною властивістю цих клітин є їх здатність поглинати і накопичувати попередників біогенних амінів з подальшим їх декарбоксилированием, в результаті чого утворюються біологічно активні речовини і поліпептидні гормони.

Минуло трохи більше 30 років з часу відкриття нового класу біологічно активних сполук – простагландинів (Pg), що діють у концентраціях 10-11 моль/л. Спочатку були ідентифіковані PgE2, PgF2, PgD2, які називаються “класичними” простагландинами і мають широкий спектр дії. Так, простагландини серії Е2 впливають на стан серцево-судинної системи, шлунково-кишкового тракту, репродуктивної системи та органів дихання, що є медіаторами запалення, лихоманки і певних типів болю. Простагландини серії F-a впливають на жіночу репродуктивну, дихальну і травну системи.

У 1975 р. були описані тромбоксаны, а в 1976 р. – простациклины (простагландин 12), які є похідними простагландинів і беруть участь у процесах агрегації і дезагрегації тромбоцитів. Вихідним продуктом для синтезу простагландинів in vivo служить арахідонова кислота. У 1979 – 1980 рр. була виявлена ще одна ланцюг перетворень арахідонової кислоти в лейкотрієни (лейкотриен А4, В4, С4, D4, Е4), синтезовані в поліморфноядерних лейкоцитах та беруть участь в запальних реакціях.

Перераховані сполуки утворюються з арахідонової кислоти, яка представлена в мембранах клітин як одна із складових фосфоліпідів. Відщеплення арахідонової кислоти від фосфотидилхолинарахидоната фосфоліпідної частини мембрани відбувається за участю фосфоліпази А2. Існує два основних шляхи (циклооксигеназный і ліпооксигеназний) окислення арахідонової кислоти. Кінцевими продуктами першого шляху є простагландини та тромбоксаны, а другого – гидроксиэйкозатетраеновая кислота (НЕТІ) та лейкотрієни. Крім циклооксигенази і липооксигеназы, виявлений третій фермент – эпоксигеназа, яка окислює арахідонову кислоту в эпопоксиэйкозатриеновую кислоту (МАЄ) і дигидроксиэйкозатриеновую кислоту (DHET). Всі метаболіти арахідонової кислоти називаються ейкозаноїдами.

Роль ейкозаноїдів в організмі велика. Вони беруть участь в механізмах секреції інсуліну, в регуляції утворення глюкози печінкою, у процесах ліполізу, метаболізму кісткової тканини в нормі і при метастазах, у репродуктивної функції (регулювання лютеолиза, скорочення м’язів матки при пологах і аборти), в регуляції функції аденогіпофіза, гормональної функції шлунково-кишкового тракту, нирок, легенів, у процесах запалення, згортання крові і механізми розвитку атеросклерозу.

Нирки, виконуючи основну видільну функцію, є також своєрідною ендокринної залозою. Юкстагломерулярные клітини секретують у кров гормон ренін, під впливом якого ангиотензиноген перетворюється в ангіотензин, а останній сприяє синтезу та вивільненню альдостерону. В нирках утворюється і інший гормон – еритропоетин, який стимулює розвиток і вивільнення еритроцитів з кісткового мозку. Тут же під впливом 1-гідроксилази здійснюється гідроксилювання біологічно менш активної форми 25(ОН) вітаміну D в активну форму-1, 25(ОН)2 вітаміну D.

Останнім часом встановлено, що серце є ендокринної залозою. Спочатку передсердя був виділений передсердний натрийуретический гормон, а в даний час встановлено, що в міоцитах існує передсердна натрийуретическая система, що складається з прогормона, що включає 126 амінокислотних залишків, і бере участь в зниженні артеріального тиску і має натрійуретичний, діуретичну, калійуретіческім властивостями. З прогормона утворюються: пропредсердный натрийуретический гормон (1-30); довгостроково діючий натрієвий стимулятор (31-67); судинний дилататор (79-98); калійуретіческій стимулятор (99-126 амінокислотні залишки). Перераховані пептиди вивільняються в циркуляцію у вигляді N-термінального пептиду, що складається з 98 амінокислот, і С-термінального пептиду, що складається з 28 амінокислот, тобто власне передсердного натрійуретичного гормону. Обидва пептиду вивільняються одночасно у відповідь на центральну гиперволемию і підвищену частоту серцевих скорочень (понад 125 ударів у хвилину). N-термінальний пептид (1-98) під впливом протеаз розщеплюється на пептиди, що складаються з 1-30, 31-67, 79-98 амінокислотних залишків, які і надають біологічна дія.

В ЦНС секретується мозкової натрийуретический пептид. Як передсердний, так і мозкової натрийуретический пептид виявляється, крім серця і мозку, в інших тканинах (наднирники, нирки, матки та ін), хоча концентрація цих гормонів у тканинах становить лише 1/1000 від рівня гормону в серце. Це вказує на те, що натрийуретические пептиди виконують тут паракринную або аутокрінную функції. Нейроендокринна система забезпечує регуляцію, координацію та інтеграцію різноманітних функцій організму. Єдність і взаємозв’язок нервових і ендокринних механізмів регуляції чітко простежується на прикладі гіпоталамуса, спеціальні клітини якого сприймають аферентні і еферентні нервові імпульси і передають їх далі вже гормональним шляхом – за допомогою секреції гипофизотропных і гіпоталамічних гормонів в портальну систему гіпофіза. Отже, в області гіпоталамуса відбувається перетворення нервових імпульсів у гуморальні сигнали. Інші ендокринні клітини, зокрема клітини АПУД-системи, мають здатність утворювати не тільки гормони, але і нейропередатчики, або нейромедіатори.

Таким чином, правильніше говорити не про ендокринної, а про нейроендокринної системі організму, або імунно-нейроендокринній системі. Функціональна активність і морфологічна структура ендокринних залоз знаходяться під контролем і регулюючим впливом ЦНС. Ще в 1935 р. А. Д. Сперанський писав, що “гуморальний фактор є одним з видів відображення нервових впливів в периферичних тканинах, без чого ні одна нервова функція нам взагалі невідома”. Сучасні дослідження повністю підтвердили це положення.

Функціональна активність ендокринної системи залежить не тільки від здатності залоз внутрішньої секреції продукувати необхідну кількість гормонів. Більшість гормонів, що секретуються периферичними ендокринними залозами, доставляється до відповідних органів або тканин-мішеней у зв’язаному з білками стані. Так, глюкокортикоїди – гормони кори надниркових залоз, прогестерон та альдостерон — зв’язуються глюкокортикоидсвязывающими білками, основним з яких є транскортин. Тироїдні гормони зв’язуються тироксинсвязывающими глобулінами (a-2 глобулін з молекулярної массов 54 кДа), транстиретином, який раніше називався преальбумином (глікопротеїн з молекулярною масою 55 кДа), і альбуміном з молекулярною масою 66,5 кДа. Тестостерон, дигідротестостерон і естрадіол циркулюють в центральному кровообігу в комплексі з глобуліном, що зв’язує статеві гормони, який є глікопротеїном з молекулярною масою 90 кДа.

Білки крові виконують при цьому в основному транспортну функцію. Транспортні білки не однаковою мірою пов’язують відповідні гормони. Так, транскортин однаковою мірою пов’язує (близько 90%) кортизол і прогестерон, а глобулін, що зв’язує статеві гормони, більш міцно пов’язує тестостерон (близько 98%), ніж естрадіол. Близько 50% цилкулирующего альдостерону знаходиться у зв’язаному з білками стані. Велика частина кальцитріолу знаходиться в комплексі з білком, що зв’язує вітамін Д, причому фракція 25-ВІН Д3 зв’язується цим білком міцніше, ніж 1, 25(ОН)2Д3. Тироїдні гормони циркулюють у крові майже повністю у зв’язаній з білками формі. Вільна форма для Т4 становить 0,04% і для Т3 – 0,4%. Близько 68% Т4 і 80% Т3 пов’язані з тироксинсвязывающим глобуліном, 11% Т4 і 9% Т3 – з транстиретином і 21% Т4 і 11% Т3, що циркулюють у крові, зв’язані з альбуміном.

Гормони, пов’язані з ними, біологічно неактивні, тобто нездатні комплексуватися з відповідним рецептором. Для того щоб відбулося взаємодія гормону з рецептором, гормони повинні дисоціювати з фракції, зв’язаної з білками крові. Як правило, фракція вільного гормону становить невелику частину від його загальної кількості, що циркулює в кровоносній системі, але саме ця фракція забезпечує властивий даного гормону біологічний ефект. Зміна кількості білків крові, що зв’язують гормони, призводить до розвитку патологічних станів, обумовлених надлишком або недоліком ефекту відповідного гормону.

Транспортні білки, крім своєї специфічної функції переносу гормону до місця його дії, виконують функцію депонування гормону в кровообігу. Гормон, пов’язаний з білками, знаходиться в постійному рівновазі з вільної біологічно активною формою гормону і по мірі зниження рівня вільного гормону останній вивільняється з зв’язаної з білками форми, підтримуючи таким чином постійну концентрацію вільної фракції у периферичній крові. Крім того, транспортні білки впливають на швидкість кліренсу гормону, який здійснюється в печінці і нирках.

Жиророзчинні (ліпофільні) гормони (стероїди, йодотиронины і кальцитріол) проходять плазматическую мембрану клітини пасивно і потім зв’язуються (комплексируются) з цитозольными білками і ядерними рецепторами. Водорозчинні (гідрофільні) гормони (поліпептидні, гликопротеиновые, білкові і катехоламіни) після комплексування з мембранними рецепторами надають свою дію через вторинні месенджери.

Важливою умовою нормального функціонування ендокринної системи є також стан тканини-мішені. Так прийнято називати тканина, чутливу до дії даного гормону і відповідає специфічним ефектом на цю дію. Здатність тканин-мішеней реагувати на відповідний гормон визначається наявністю рецепторів, які здійснюють взаємодію з цим гормоном. Наприклад, адренокортикотропный гормон (АКТГ) циркулює по всьому організму, але тільки в наднирниках є рецептори, здатні комплексуватися з ним. Тому органом або тканиною-мішенню для АКТГ є наднирник; тут гормон надає свою біологічну дію – стимулює процеси стероїдогенезу. Зміна функціонального стану рецепторного апарату призводить до виникнення тих же симптомів, якими проявляється надмірна або недостатня секреція відповідних гормонів.

Ендокринну функцію організму забезпечують системи, в які входять:

1) ендокринні залози, що секретують гормон;

2) гормони та шляхи їх транспорту;

3) відповідні органи або тканини-мішені, які відповідають на дію гормонів і забезпечені нормальним рецепторних і пострецепторным механізмами.

Ендокринна система організму в цілому підтримує сталість внутрішнього середовища, необхідне для нормального протікання фізіологічних процесів. Крім цього, ендокринна система спільно з нервовою і імунною системами забезпечують репродуктивну функцію, ріст і розвиток організму, освіта, утилізацію і збереження (“про запас” у вигляді глікогену або жирової клітковини) енергії.

Гормони та механізм їх дії

Спочатку терміном “гормон” позначали хімічні речовини, які секретуються залозами внутрішньої секреції в лімфатичні або кровоносні судини, що циркулюють у крові і надають дію на різні органи і тканини, що знаходяться на значній відстані від місця їх утворення. Виявилося, однак, що деякі з цих речовин (наприклад, норадреналін), циркулюючи в крові гормони, виконують функцію нейропередатчіка (нейротрансмітера), тоді як інші (соматостатин) є і гормонами, і нейропередатчиками. Крім того, окремі хімічні речовини секретуються ендокринними залозами або клітинами у вигляді прогормонов і тільки на периферії перетворюються у біологічно активні гормони (тестостерон, тироксин, ангиотензиноген та ін).

Гормони, в широкому сенсі слова, є біологічно активними речовинами і носіями специфічної інформації, за допомогою якої здійснюється зв’язок між різними клітинами та тканинами, що необхідно для регуляції численних функцій організму. Інформація, що міститься в гормонах, досягає свого адресата завдяки наявності рецепторів, які переводять її в пострецепторное дію (вплив), що супроводжується певним біологічним ефектом.

В даний час розрізняють наступні варіанти дії гормонів:

1) гормональне, або гемокринное, тобто дія на значній відстані від місця утворення;

2) изокринное, або місцевий, коли хімічна речовина, синтезована в одній клітці, надає дію на клітинку, розташовану в тісному контакті з першою, і вивільнення цієї речовини здійснюється в межтканевую рідину і кров;

3) нейрокринное, або нейроендокринні (синаптическое і несинаптическое), дія, коли гормон, вивільняючись із нервових закінчень, виконує функцію нейротрансмітера або нейромодулятора, тобто речовини, що змінює (зазвичай підсилюючого) дія нейротрансмітера;

4) паракринное — різновид изокринного дії, але при цьому гормон, що утворюється в одній клітці, надходить в міжклітинну рідину і впливає на ряд клітин, розташованих в безпосередній близькості;

5) юкстакринное – різновид паракринного дії, коли гормон не потрапляє в міжклітинну рідину, а сигнал передається через плазматическую мембрану поруч розташованої іншої клітки;

6) аутокринное дію, коли вивільняється з клітини гормон впливає на ту ж клітку, змінюючи її функціональну активність;

7) солинокринное дію, коли гормон з однієї клітини надходить в просвіт протоки і досягає таким чином іншої клітини, надаючи на неї специфічний вплив (наприклад, деякі шлунково-кишкові гормони).

Синтез білкових гормонів, як і інших білків, що знаходиться під генетичним контролем, і типові клітини ссавців експресують гени, які кодують від 5000 до 10 000 різних білків, а деякі високодиференційовані клітини – до 50 000 білків. Будь синтез білка починається з транспозиції сегментів ДНК, потім транскрипції, посттранскрипционного процесингу, трансляції, посттрансляционного процесингу та модифікації. Багато поліпептидні гормони синтезуються у формі великих попередників-прогормонов (проинсулин, проглюкагон, проопиомеланокортин та ін). Конверсія прогормонов у гормони здійснюється в апараті Гольджи.

По хімічної природі гормони поділяються на білкові, стероїдні (або ліпідні) і похідні амінокислот.

Білкові гормони поділяють на пептидні: АКТГ, соматотропний (СТГ), меланоцитостимулирующий (МСГ), пролактин, паратгормон, кальцитонін, інсулін, глюкагон, і протеидные – глюкопротеїди: тиротропный (ТТГ), фолікулостимулюючий (ФСГ), лютеїнізуючий (ЛГ), тироглобулин. Гипофизотропные гормони гормони шлунково-кишкового тракту належать до олигопептидам, або малим пептидів. До стероїдних (липидным) гормонів відносяться кортикостерон, кортизол, альдостерон, прогестерон, естрадіол, естріол, тестостерон, які секретуються корою наднирників та статевими залозами. До цієї групи можна віднести і стероли вітаміну D – кальцитріол. Похідні арахідонової кислоти є, як вже зазначалося, простагландинами і відносяться до групи ейкозаноїдів. Адреналін і норадреналін, синтезовані в мозковому шарі наднирників та інших хромаффінних клітинах, а також тироїдні гормони є похідними амінокислоти тирозину. Білкові гормони гідрофільні і можуть переноситися кров’ю як у вільному, так і в частково зв’язаному з білками крові стані. Стероїдні і тироїдні гормони липофильны (гідрофобні), відрізняються невеликою розчинністю, основна їх кількість циркулює в крові у зв’язаному з білками стані.

Гормони здійснюють свою біологічну дію, комплексируясь з рецепторами – інформаційними молекулами, трансформирующими гормональний сигнал на гормональну дію. Більшість гормонів взаємодіють з рецепторами, розташованими на плазматичних мембранах клітин, а інші гормони – з рецепторами, локалізованими внутрішньоклітинно, тобто з цитоплазматичними та ядерними.

Білкові гормони, фактори росту, нейротрансмітери, катехоламіни і простагландини відносяться до групи гормонів, для яких рецептори розташовані на плазматичних мембранах клітин. Плазматичні рецептори в залежності від структури поділяються на:

1) рецептори, трансмембранний сегмент яких складається з семи фрагментів (петель);

2) рецептори, трансмембранний сегмент яких складається з одного фрагменту (петлі або ланцюга);

3) рецептори, трансмембранний сегмент яких складається з чотирьох фрагментів (петлі).

До гормонів, рецептор яких складається з семи трансмембранных фрагментів, відносяться: АКТГ, ТТГ, ФСГ, ЛГ, хоріонічний гонадотропін, простагландини, гастрин, холецистокінін, нейропептид Y, нейромедін До, вазопресин, адреналін (a-1 і 2, b-1 і 2), ацетилхолін (М1, М2, М3 і М4), серотонін (1А, 1В, 1С, 2), дофамін (Д1 і Д2), ангіотензин, речовина До, речовина Р, або нейрокинин 1, 2 і 3 типу, тромбін, інтерлейкін-8, глюкагон, кальцитонін, секретин, соматолиберин, ВІП, гіпофізарний аденилатциклазактивирующий пептид, глютамат (MG1 – MG7), аденін.

До другої групи відносяться гормони, які мають один трансмембранний фрагмент: СТГ, пролактин, інсулін, соматомаммотропин, або плацентарний лактоген, IGF-1, нервові фактори росту, або нейротрофины, фактор росту гепатоцитів, передсердний натрийуретический пептид типу А, В і С, онкостатин, еритропоетин, цилиарный нейротрофічний фактор, лейкемічного інгібіторний фактор, фактор некрозу пухлин (р75 і р55), нервовий фактор росту, інтерферони (a, b і g), епідермальний фактор росту, нейродифференцирующий фактор, фактори росту фібробластів, фактори росту тромбоцитів А і В, макрофагный колонієстимулюючий фактор, активін, інгібін, інтерлейкіни-2, 3, 4, 5, 6 і 7, гранулоцито-макрофагный колонієстимулюючий фактор, гранулоцитный колонієстимулюючий фактор, ліпопротеїн низької щільності, трансферрин, ІФР-2, урокиназный плазминогенный активатор.

До гормонів третьої групи, рецептор яких має чотири трансмембранных фрагмента, відносяться ацетилхолін (нікотинові м’язові і нервові), серотонін, гліцин, g-аміномасляна кислота.

Мембранні рецептори є інтегральними компонентами плазматичних мембран. Зв’язок гормону з відповідним рецептором характеризується високою аффинностью, тобто високим ступенем спорідненості рецептора до даного гормону.

Біологічний ефект гормонів, що взаємодіють з рецепторами, локалізованими на плазматичній мембрані, здійснюється за участю “вторинного месенджера”, або передавача.

В залежності від того, яка речовина виконує його функцію, гормони можна розділити на наступні групи:

1) гормони,

надають біологічний ефект за участю циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ);

2) гормони, які здійснюють свою дію з участю циклічного гуанидинмонофосфата (цГМФ);

3) гормони, що опосередковують свою дію з участю в якості внутрішньоклітинного вторинного месенджера іонізованого кальцію або фосфатидилинозитидов (инозитолтрифосфат і диацилглицерин) або обох сполук;

4) гормони, які надають свою дію шляхом стимулювання каскаду кіназ і фосфатаз.

Механізми, що беруть участь в утворенні вторинних месенджерів, оперують через активація аденілатциклази, гуанилатциклазы, фосфоліпази С, фосфоліпази А2, тирозинкіназ, Са2+- каналів і ін

Кортиколиберин, соматолиберин, ВІП, глюкагон, вазопресин, ЛГ, ФСГ, ТТГ, хоріонічний гонадотропін, АКТГ, паратгормон, простагландини типу Е, D і I, b-адренергічні катехоламіни мають гормональну дію через активація рецептора допомогою стимуляції системи аденилатциклаза – цАМФ. У той же час інша група гормонів, таких, як соматостатин, ангіотензин II, ацетилхолін (мускариновый ефект), дофамін, опіоїди і a2-адренергічні катехоламіни, пригнічують систему аденилатциклаза – цАМФ.

В утворенні вторинних месенджерів для таких гормонів, як гонадолиберин, тіроліберін, дофамін, тромбоксаны А2, эндоперекиси, лейкотрієни, агниотензин II, ендотелін, паратгормон, нейропептид Y, a1-адренергічні катехоламіни, ацетилхолін, брадикінін, вазопресин, беруть участь система фосфоліпаза С, інозитол трифосфат, Са2+-залежна протеїнкіназа С. Інсулін, макрофагный колонієстимулюючий фактор, тромбоцитарний похідний фактор зростання опосередкують свою дію через тирозинкиназу, а передсердний натрийуретический гормон, гістамін, ацетилхолін, брадикінін, эндотелийпроизводный фактор або оксид азоту, який у свою чергу бере участь в опосередкуванні вазодилататорного дії брадикініну, і ацетилхолін – через гуанілатциклазу. Слід зазначити, що поділ гормонів за принципом активуючих систем або того чи іншого вторинного месенджера умовно, так як багато гормони після взаємодії з рецептором активують одночасно кілька вторинних месенджерів.

Більшість гормонів, взаємодіючих з плазматичними рецепторами, що мають 7 трансмембранных фрагментів, активують вторинні месенджери через зв’язування з гуанилатнуклеотидными білками або G-білками або регуляторними білками (Р-білки), які є гетеротримерными білками, що складаються з a-, b-, g-субодиниць. Ідентифіковано понад 16 генів, що кодують a-субодиницю, кілька генів для b – і g-субодиниць. Різні види a-субодиниць надають неідентичних ефекти. Так, as-субодиниця інгібує аденілатциклазу і Са2+-канали, a-q-субодиниця – фосфоліпазу С, a-i-субодиниця інгібує аденілатциклазу і Са2+- канали і стимулює фосфоліпазу С, К+-канали і фосфодіестеразу; b-субодиниця стимулює фосфоліпазу С, аденілатциклазу і Са2+-канали, а g-субодиниця стимулює К+-канали і пригнічує фосфодіестеразу аденілатциклазу. Точна функція інших субодиниць регуляторних білків поки не встановлена.

Гормони, комплексуючі з рецептором, що має один трансмембранний фрагмент, активують внутрішньоклітинні ферменти (тирозинкиназу, гуанілатциклазу, серин-треонін кіназу, тирозинфосфатазу). Гормони, рецептори яких мають 4 трансмембранных фрагмента, здійснюють передачу гормонального сигналу через іонні канали.

Дослідженнями останніх років показано, що вторинні месенджери являють собою не якесь одне з перерахованих сполук, а багатоступеневу (каскадну) систему, кінцевим субстратом (речовиною) якої можуть бути одне або декілька біологічно активних сполук. Так, гормони, які взаємодіють з рецепторами, що мають 7 трансмембранных фрагментів і активують Р-білок, потім стимулюють аденілатциклазу, фосфоліпазу або обидва ферменту, що веде до утворення декількох вторинних месенджерів: цАМФ, інозитол трифосфату і диацилглицерина. До теперішнього часу ця група представлена найбільшою кількістю (більше 100) рецепторів, до яких відносяться пептидергические, дофамінергічні, адренергічні, холінергічні, серотонінергічні та інші рецептори. В цих рецепторах 3 позаклітинних фрагмента (петлі) відповідальні за розпізнавання і зв’язування гормону, 3 внутрішньоклітинних фрагмента (петлі) пов’язують М-білок. Трансмембранні (внутримембранные) домени гідрофобні, а поза – і внутрішньоклітинні фрагменти (петлі) – гідрофільні. С-термінальний цитоплазматичний кінець рецепторної поліпептидного ланцюга містить ділянки, де під впливом активованих Р-білків відбувається фосфорилювання, що характеризує активний стан рецептора з одночасним утворенням вторинних месенджерів: цАМФ, інозитол трифосфату і диацилглицерина.

Взаємодія гормону з рецептором, що має один трансмембранний фрагмент, призводить до активуванню ферментів (тирозинкінази, фосфаттирозинфосфатазы та ін), які здійснюють фосфорилювання тирозинових залишків на білкових молекулах.

Комплексування гормону з рецептором, що належать до третьої групи і має 4 трансмембранных фрагмента, призводить до активуванню іонних каналів і входження іонів, що в свою чергу або стимулює (активує) серин-треоніновие кінази, що опосередковують фосфорилювання певних ділянок білка, або призводить до деполяризації мембрани. Передача сигналу будь-яким з перерахованих механізмів супроводжується ефектами, характерними для дії окремих гормонів.

Історія вивчення вторинних месенджерів починається з досліджень Сатерленда та ін. (1959), які показали, що розпад глікогену печінки під впливом глюкагону і адреналіну відбувається за допомогою стимулюючого впливу цих гормонів на активність ферменту клітинної мембрани аденілатциклази, котра каталізує перетворення внутрішньоклітинного аденозинтрифосфату (АТФ) у цАМФ (схема 1).

 

Схема 1. Конверсія АТФ в цАМФ.

Власне аденилатциклаза є глікопротеїном з молекулярною масою близько 150 000 кДа. Аденилатциклаза бере участь з іонами Mg2+ в освіті цАМФ, концентрація якого в клітині становить близько 0,01-1 мкг•моль/л, тоді як вміст АТФ у клітині досягає рівня до 1 мкг•моль/л.

Освіта цАМФ відбувається з допомогою аденилатциклазной системи, яка є одним з компонентів рецептора. Взаємодія гормону з рецептором першої групи (рецептори, що мають 7 трансмембранных фрагментів) включає, принаймні, 3 наступних один за одним етапи: 1) активація рецептора, 2) передача гормонального сигналу та 3) клітинний дію.

Перший етап, або рівень, являє собою взаємодію гормону (ліганду) з рецептором, що здійснюється за допомогою іонних та водневих зв’язків і гідрофобних сполук із залученням не менше 3 мембранних молекул М-білка або регуляторного білка, що складається з a-, b – і g-субодиниць. Це у свою чергу активує мембранозв’язані ферменти (фосфоліпазу С, аденілатциклазу) з подальшим утворенням вторинних 3 мессендежров: інозитол трифосфату, диацилглицерина і цАМФ.

Аденилатциклазная система рецептора складається з 3 компонентів: власне рецептора (стимуляторная та інгібіторна його частини), регуляторного білка з його a-, b – і g-субодиницями і каталітичної субодиниці (власне аденілатциклази), які у звичайному (тобто нестимулированном) стані роз’єднані між собою (схема 2). Рецептор (обидві його частини – стимулююча та інгібуюча) розташовується на зовнішній, а регуляторна одиниця – на внутрішній поверхні плазматичної мембрани. Регуляторна одиниця, або Р-білок, відсутність гормону пов’язана гуанозиндифосфатом (ГДФ). Комплексування гормону з рецептором викликає дисоціацію комплексу М-білок – ГДФ і взаємодію Р-білка, а саме його a-субодиниці з гуанозинтрифосфатом (ГТФ) і одночасне утворення комплексу b/g-субодиниці, який здатний викликати певні біологічні ефекти. Комплекс ГТФ-a-субодиниця, як вже зазначалося, активує аденілатциклазу і подальше утворення цАМФ. Останній активує вже протеинкиназу А з відповідним фосфорилюванням різних білків, що проявляється також певною біологічною дією. Крім того, активоване комплекс ГТФ-a-субодиниця в деяких випадках регулює стимуляцію фосфоліпази С, цГМФ, фосфодіестерази, Са2+- і К+-каналів і надає гнітюче вплив на Са2+-канали і аденілатциклазу.

 

Схема 2. Механізм дії білкових гормонів шляхом активації цАМФ (пояснення в тексті).

Рс – рецептор, що зв’язує стимулюючий гормон,

Ст – стимулюючий гормон,

Ру – рецептор, що зв’язує гнітючий гормон,

Уг – гнітючий гормон,

Ац – аденилатциклаза,

Gy – гормонугнетающий білок,

Gc – гормонстимулирующий білок.

Роль гормону, таким чином, полягає у здійсненні заміни комплексу М-білок – ГДФ на комплекс М-білок – ГТФ. Останній активує каталітичну субодиницю, конвертуючи її в стан, що володіє високою аффинностью до комплексу АТФ-Mg2+, який швидко перетворюється в цАМФ. Одночасно з активацією аденілатциклази і утворенням цАМФ комплекс М-білок – ГТФ викликає дисоціацію гормонорецепторного комплексу шляхом зниження спорідненості рецептора до гормону.

Утворився цАМФ активізує у свою чергу цАМФ-залежні протеїнкінази. Вони являють собою ферменти, що здійснюють фосфорилювання відповідних білків, тобто перенесення фосфатної групи від АТФ до гідроксильної групи серину, треоніна або тирозину, що входять в молекулу білка. Фосфорильовані таким чином білки безпосередньо здійснюють біологічний ефект гормону.

В даний час встановлено, що регуляторні білки представлені більш ніж 50 різними білками, здатними комплексуватися з ГТФ, які поділяються на Р-білки з невеликою молекулярною масою (20-25 кДа) і високомолекулярні Р-білки, що складаються з 3 субодиниць (a – з мол. масою 39-46 кДа; b – 37 кДа і g-субодиниця – 8 кДа). a-Субодиниця є по суті ГТФазой, яка гідролізує ГТФ в ГДФ і вільний неорганічний фосфат. b – і g-Субодиниці беруть участь в утворенні активного комплексу після взаємодії ліганди з відповідним рецептором. Вивільняючи ГДФ у місцях його зв’язування, a-субодиниця викликає дисоціацію і деактивацію активного комплексу, так як повторна асоціація a-субодиниці – ГДФ з b – і g-субодиницями повертає аденилатциклазную систему в початковий стан. Встановлено, що a-субодиниця Р-білка в різних тканинах представлена 8, b – 4 і g – 6 формами. Дисоціація субодиниць Р-білка в мембрані клітин може призводити до одночасного утворення і взаємодії різних сигналів, які мають на кінці системи неоднакові за силою і якістю біологічні ефекти.

Власне аденилатциклаза являє собою глікопротеїн з молекулярною масою 115 – 150 кДа. У різних тканинах ідентифіковано 6 її ізоформ, які взаємодіють з a-, b – і g-субодиницями, а також з Са2+ кальмодулином. У деяких видах рецепторів крім регуляторного стимулюючого (Гс) та регуляторного інгібуючої (Гі) білка ідентифікований додатковий білок – трансдуцин.

Роль регуляторних білків у передачі гормонального сигналу велика, структуру цих білків порівнюють з “касетою”, і різноманіття відповіді пов’язано з високою мобільністю регуляторного білка. Так, деякі гормони можуть одночасно активувати різною мірою як Гс, так і Гі. Більш того, взаємодія деяких гормонів з рецепторными регуляторними білками викликає експресію відповідних білків, що регулюють рівень і ступінь гормонального відповіді. Активація, як показано вище, регуляторних білків є наслідком їх дисоціації від гормонально-рецепторного комплексу. У деяких рецепторних системах це взаємодія залучено до 20 і більше регуляторних білків, які крім стимуляції утворення цАМФ активують одночасно і кальцієві канали.

Певна кількість рецепторів, які відносяться до першої групи, мають 7 трансмембранных фрагментів, опосередкують свою дію вторинними месенджерами, що відносяться до похідних фосфатидилинозитола: инозитолтрифосфат і диацилглицерин. Инозитолтрифосфат контролює клітинні процеси за рахунок генерації внутрішньоклітинного кальцію. Ця мессенджерная система може бути придатним двома шляхами, а саме через регуляторний білок або фосфотирозиновые білки. І в тому, і в іншому випадку далі відбувається активація фосфоліпази С, яка гідролізує полифосфоинозидную систему. Ця система, як зазначено вище, включає два внутрішньоклітинних вторинних месенджера, які утворюються з мембранного полифосфоинозида, званого фосфатидилинозитол-4, 5-бифосфатом (ФИФ2). Комплексування гормону з рецептором викликає гідроліз ФИФ2 фосфорилазой, в результаті чого й утворюються зазначені месенджери – інозитол трифосфат (ІФ3) і диацилглицерин. ІФ3 сприяє підвищенню рівня внутрішньоклітинного кальцію в першу чергу за рахунок мобілізації останнього з ендоплазматичної мережі, де він локализутся в так званих кальциосомах,

а потім за рахунок надходження в клітину позаклітинного кальцію. Диацилглицерин в свою чергу активізує специфічні протеїнкінази і, зокрема, протеинкиназу С. Останні фосфорилируют певні ферменти, відповідальні за кінцевий біологічний ефект. Не виключено, що руйнування ФИФ2 поряд з виходом двох месенджерів і збільшенням вмісту внутрішньоклітинного кальцію індукує і утворення простагландинів, які є потенційними стимуляторами цАМФ.

За допомогою цієї системи опосередковується дія таких гормонів, як гістамін, серотонін, простагландини, вазопресин, холецистокінін, соматолиберин, тіроліберін, окситоцин, паратгормон, нейропептид Y, речовина Р, ангіотензин II, катехоламіни, що здійснюють дію через a1-адренорецептори, та ін.

В групу ферменту фосфоліпази С входять до 16 ізоформ, які в свою чергу поділяються на b-, g – і d-фосфоліпазу С. Показано, що b-фосфоліпаза С взаємодіє з регуляторними білками, а g-фосфоліпаза С – з тирозинкиназами.

Инозитолтрифосфат здійснює дію через власні специфічні тетрамерные рецептори, що мають молекулярну масу 4х313 кДа. Після комплексування з таким рецептором виявлені так звані “великі” инозитолтрифосфатные рецептори або рианодиновые рецептори, які також відносяться до тетрамерам і мають молекулярну масу 4х565 кДа. Не виключено, що внутрішньоклітинні кальцієві канали рианодиновых рецепторів регулюються новим вторинним месенджером – цАДФ-рибозой (L. Meszaros і співавт., 1993). Освіта цього месенджера опосередковується цГМФ і оксидом азоту (NO), який активує цитоплазматичну гуанілатциклазу. Таким чином, оксид азоту може становити собою один з елементів передачі гормонального дії за участю іонів кальцію.

Як відомо, кальцій знаходиться всередині клітини у зв’язаному з білками стані і у вільній формі у позаклітинній рідині. Ідентифіковані такі внутрішньоклітинні білки, що зв’язують кальцій, як кальретикулин і кальсеквестрин. Внутрішньоклітинний вільний кальцій, який виконує роль вторинного месенджера, надходить з позаклітинної рідини через кальцієві канали плазматичної мембрани клітини або вивільняється внутрішньоклітинно із зв’язку з білками. Внутрішньоклітинний вільний кальцій впливає на відповідні кінази фосфорилаз лише будучи пов’язаним з внутрішньоклітинним білком-кальмодулином (схема 3).

 

Схема 3. Механізм дії білкових гормонів через СА2+ (пояснення в тексті) Р – рецептор; Р – гормон; Са+білок – внутріклітинний кальцій у зв’язаній з білками формі.

Кальмодулін – рецепторний білок з високою аффинностью до кальцію – складається з 148 амінокислотних залишків і присутній у всіх містять ядро клітинах. Його молекулярна маса (мовляв.м.) – 17000 кДа, кожна молекула має 4 рецептора для зв’язування кальцію.

У стані функціонального спокою концентрація вільного кальцію в позаклітинній рідині вища, ніж всередині клітини, завдяки функціонуванню кальцієвого насоса (Атфази) та транспортування кальцію з клітини в міжклітинну рідину. У цей період кальмодулін знаходиться в неактивній формі. Комплексування гормону з рецептором призводить до підвищення внутрішньоклітинного рівня вільного кальцію, який вступає в зв’язок з кальмодулином, перетворює його в активну форму і робить вплив на кальцийчувствительные білки або ферменти, відповідальні за відповідний біологічний ефект гормону.

Підвищений рівень внутрішньоклітинного кальцію стимулює потім кальцієвий насос, який перекачує” вільний кальцій в міжклітинну рідину, знижує його рівень в клітині, внаслідок чого кальмодулін переходить в неактивну форму і в клітці відновлюється стан функціонального спокою. Кальмодулін також впливає на аденілатциклазу, гуанілатциклазу, фосфодіестеразу, фосфорилазкиназу, миозинкиназу, фосфоліпазу А2, Са2+- та Mg2+-Атфази, стимулює вивільнення нейротрансмітерів, фосфорилювання білків мембран. Змінюючи транспорт кальцію, рівень і активність циклічних нуклеотидів та опосередковано обмін глікогену, кальмодулін бере участь у секреторних та інших функціональних процесах, що протікають у клітці. Він є динамічним компонентом мітотичного апарату, регулює полімеризацію микротубулярно-війкової системи, синтез актоміозину і активацію мембран кальцієвого “насоса”. Кальмодулін – аналог м’язового білка тропонина С, який шляхом зв’язування кальцію утворює комплекс актину і міозину, а також активує міозин-Атфази, необхідну для повторного взаємодії актину і міозину.

Са2+-кальмодулиновый комплекс активує Са2+-кальмодулинзависимую протеинкиназу, яка виконує важливу роль у передачі нервового сигналу (синтез і вивільнення нейротрансмітерів), стимуляції або пригнічення фосфоліпази А2, активує специфічну серин-треонинпротеиновую фосфатазу, звану кальцинеурином, яка опосередковує дію Т-клітинного рецептора в Т-лімфоцитах.

Кальмодулинзависимые протеїнкінази поділяють на дві групи: багатофункціональні, які добре охарактеризовані, і специфічні, або “спеціального призначення”. До першої групи відносяться такі, як протеїнкіназа А, опосредующая фосфорилювання багатьох внутрішньоклітинних білків. Протеїнкінази “спеціального призначення” фосфорилируют деякі субстрати, такі, як кіназа легкого ланцюга міозину, фосфорилазкиназа та ін.

Протеїнкіназа С представлена кількома ізоформами (мовляв.м. від 67 до 83 кДа), які 10 кодуються різними генами. Класична протеїнкіназа С включає 4 різних ізоформи (a-, b1-, b2 – і g-ізоформи); 4 інших білкових ізоформи (дельта,- епсилон,- пі і омега) та 2 атипових білкових форми.

Класичні протеїнкінази активуються кальцієм і диацилглицерином, нові білкові протеїнкінази – диацилглицерином і форболовыми ефірами, а одна з атипових протеїнкіназ не відповідає ні на один з перерахованих активаторів, але для її активності потрібна наявність фосфатидилсерина.

Вище зазначалося, що гормони, рецептори яких мають 7 трансмембранных фрагментів, після утворення гормоно-рецепторного комплексу пов’язуються з G-білками, які мають невеликий молекулярний вага (20-25 кДа) і виконують різну функцію. Білки, що взаємодіють з рецепторної тирозинкиназой, називаються ras-білками, а білки, які беруть участь у транспорті бульбашки – rab-білками. Активована форма являє собою G-білок, комплексированный з ГТФ; неактивна форма ras-білка є наслідком його комплексування з ГДФ. В активуванні ras-білка бере участь гуаниннуклеотидный вивільняє білок, а процес інактивації здійснюється гідролізом ГТФ під впливом Гтфази. Активування ras-білка в свою чергу за допомогою фосфоліпази С стимулює утворення вторинних месенджерів: инозитолтрифосфата і диацилглицерина. Ras-білки вперше були описані як онкогени (A. G. Gilman, 1987), так як підвищена експресія, або мутація, цих білків виявлено при злоякісних новоутвореннях. У нормі ras-білки залучені у різні регуляторні процеси, включаючи зростання.

Деякі білкові гормони (інсулін, ІФР I та ін.) своє первісне дійство за активуванню рецептора здійснюють через гормонально-чутливу тирозинкиназу. Зв’язування гормону з рецептором призводить до конформаційних змін або дімерізаціі, які викликають активування тирозинкінази і подальше аутофосфорилирование рецептора. Після гормональнорецепторного взаємодії аутофосфорилирование посилює активність тирозинкінази в іншому димере, так і фосфорилювання внутрішньоклітинних субстратів. Рецепторна тирозинкиназа є аллостерическим ферментом, в якому позаклітинний домен є регуляторною субодиницею, а внутрішньоклітинний (цитоплазматичний) домен – каталітичної субодиницею. Активування чи фосфорилювання тирозинкінази здійснюється через зв’язування з адапторным або SH2 білком, що складається з двох SH2 доменів і одного SH3 доменів. SH2 домени зв’язують специфічні фосфотирозины рецепторної тирозиновой кінази, а SH3 пов’язують ферменти або сигнальні молекули. Фосфорильовані білки (фосфотирозины) коротшають на 4 амінокислоти, що і обумовлює їх специфічне высокоаффинное зв’язування з SH2 доменами.

Комплекси (фосфотирозиновые пептиди – SH2 домени) визначають селективність передачі гормонального сигналу. Кінцевий ефект передачі гормонального сигналу залежить від двох реакцій фосфорилювання та дефосфорилювання. Перша реакція знаходиться під контролем різних тирозинкіназ, друга – фосфотирозиновых фосфатаз. До теперішнього часу ідентифіковано більше 10 трансмембранных фосфотирозиновых фосфатаз, які поділяються на 2 групи: а) великі трансмембранні білки/тендемные домени і б) невеликі внутрішньоклітинні ферменти з одним каталітичним доменом.

Внутрішньоклітинні фрагменти фосфотирозиновых фосфатаз відрізняються великою різноманітністю. Вважається, що функція SH2 доменовых фосфотирозиновых фосфатаз (I і II типу) полягає у зменшенні сигналу за допомогою дефосфорилювання фосфорилирующих ділянок на рецепторної тирозинкиназе або посилення сигналу через зв’язування тирозинфосфорилирующих сигнальних білків на одному або обох доменах SH2, а також передачі сигналу за допомогою взаємодії одного білка SH2 з іншим його білком або инактивирование процесом дефосфорилювання тирозинфосфорилированных вторинних мессенджерных молекул, таких, як фосфоліпаза С-g або src-тирозинкиназа.

У деяких гормонів передача гормонального сигналу здійснюється шляхом фосфорилювання залишків амінокислоти тирозину, а також серину або треоніна. Характерним у цьому плані є рецептор до інсуліну, в якому може відбуватися фосфорилювання як тирозину, так і серину, причому фосфорилювання серину супроводжується зниженням біологічного ефекту інсуліну. Функціональна значимість одночасного фосфорилювання декількох амінокислотних залишків рецепторної тирозинкінази не зовсім зрозуміла. Однак цим досягається модулювання гормонального сигналу, який схематично відносять до другого рівня рецепторних сигнальних механізмів. Цей рівень характеризується активуванням декількох білкових кіназ і фосфатаз (таких, як протеїнкіназа С, цАМФ-залежна протеїнкіназа, цГМФ-залежна протеїнкіназа, кальмодулинзависимая протеїнкіназа та ін), які здійснюють фосфорилювання або дефосфорилирование серинових, тирозинових або треонінових залишків, що викликає відповідні конформаційні зміни, необхідні для прояву біологічної активності.

Слід зазначити, що такі ферменти, як фосфорілаза, кіназа, казеїнова кіназа II, ацетил-СоА карбоксилазная кіназа, триглицеридная ліпаза, гликогенфосфорилаза, білкова фосфатаза I, АТФ цітратліаза активуються шляхом процесу фосфорилювання, а гликогенсинтаза, пируватдегидрогеназа і пируваткиназа активуються процесом дефосфорилювання.

Третій рівень регуляторних сигнальних механізмів дії гормонів характеризується відповідним відповіддю на клітинному рівні проявляється зміною метаболізму, біосинтезу, секреції, зростання або диференціювання. Це включає процеси транспорту речовин через клітинну мембрану, синтез білків, стимуляцію рибосомальною трансляції, активування микроворсинчатой тубулярної системи і транслокації секреторних гранул до мембрани клітини. Так, активування транспорту амінокислот, глюкози через клітинну мембрану здійснюється відповідними білками-транспортерами через 5-15 хвилин після початку дії таких гормонів, як СТГ та інсулін. Розрізняють 5 білків-транспортерів для амінокислот і 7 – для глюкози, з яких 2 відносяться до натрийглюкозным симпортерам або котранспортерам.

Вторинні месенджери гормонів впливають на експресію генів, модифікуючи процеси транскрипції. Так, цАМФ регулює швидкість транскрипції ряду генів, відповідальних за синтез гормонів. Це дія опосередковується цАМФ-відповідним елементом активуючого білка (CREB). Останній білок (CREB) комплексируется зі специфічними ділянками ДНК, будучи загальним фактором транскрипції.

Багато гормони, які взаємодіють з рецепторами, розташованими на плазматичній мембрані, після утворення гормоно-рецепторного комплексу піддаються процесу інтерналізації, або ендоцитозу, тобто транслокації, або перенесення гормоно-рецепторного комплексу всередину клітини. Цей процес відбувається в структурах, званих “покриті ямки”, розташованих на внутрішній поверхні клітинної мембрани, яка вистелена білком клатрином. Агреговані таким чином гормоно-рецепторні комплекси, які локалізуються в “покритих ямках”, потім интернализируются шляхом інвагінації мембрани клітини (механізм дуже нагадує процес фагоцитозу), перетворюючись в пухирці (эндосомы або рецептосомы), а останні транслоцируются всередину клітини.

Під час транслокації эндосома піддається процесу ацидофикации (подібно до того, що відбувається в лізосомах), результатом чого може бути деградація ліганди (гормону) або дисоціація гормоно-рецепторного комплексу. В останньому випадку вивільнився рецептор повертається на клітинну мембрану, де він повторно взаємодіє з гормоном. Процес занурення рецептора разом з гормоном всередину клітини і повернення рецептора на мембрану клітини називається процесом повторної переробки рецептора.

У період функціонування рецептора (період напіврозпаду рецептора становить від кількох до 24 годин і більше) він встигає здійснити від 50 до 150 таких “човникових” циклів. Процес эндоцитоза є складовою або додатковою частиною рецепторного сигнального механізму дії гормонів.

Крім цього, з допомогою процесу інтерналізації здійснюється деградація білкових гормонів (в лізосомах) і клітинна десенситизация (зниження клітинної чутливості до гормону) шляхом зменшення кількості рецепторів на клітинній мембрані. Встановлено, що доля гормоно-рецепторного комплексу після процесу эндоцитоза різна. У більшості гормонів (ФСГ, ЛГ, хоріонічний гонадотропін, інсуліну, ІФР 1 і 2, глюкагон, соматостатин, еритропоетин, ВІП, ліпопротеїди низької щільності) эндосомы всередині клітини піддаються дисоціації. Звільнився рецептор повертається на мембрану клітини, а гормон піддається процесу деградації в лизосомальном апараті клітини.

В інших гормонів (СТГ, інтерлейкін-2, епідермальний, нервовий і тромбоцитарний фактори росту) після дисоціації эндосом рецептор і відповідний гормон піддаються процесу деградації в лізосомах.

Деякі гормони (трансферин, маннозо-6-фосфат, що містять білки, і незначна частина інсуліну, СТГ в деяких тканинах-мішенях) після дисоціації эндосом повертаються, як і їх рецептори, на клітинну мембрану. Незважаючи на те, що у перерахованих гормонів має місце процес інтерналізації, немає єдиної думки про безпосередній внутрішньоклітинному дії білкового гормону або його гормоно-рецепторного комплексу.

Рецептори до гормонів кори надниркових залоз, статевих гормонів, кальцитриолу, ретиноивой кислоті, тироїдних гормонів локалізована внутрішньоклітинно. Перераховані гормони липофильны, транспортуються білками крові, мають тривалий період напіврозпаду і їх дія опосередковується гормоно-рецепторним комплексом, який, зв’язуючись зі специфічними ділянками ДНК, активує або інактивує специфічні гени.

Зв’язування гормону з рецептором призводить до змін фізико-хімічних властивостей останнього, і цей процес називається активацією або трансформацією рецептора. Вивчення трансформації рецепторів in vitro показало, що температурний режим, наявність гепарину, АТФ та інших компонентів в інкубаційному середовищі змінюють швидкість цього процесу.

Нетрансформовані рецептори є білком з молекулярною масою 90 кДа, який ідентичний стресової або білку температурного шоку з тієї ж молекулярною масою (M. Catell і співавт., 1985). Останній білок зустрічається в a – і b-изоформах, які кодуються різними генами. Аналогічна ситуація спостерігається і щодо стероїдних гормонів.

Крім стресового білка з мол. м. 90 кДа, в нетрансформированном рецепторі виявлений білок з мол. м. 59 кДа (M. Lebean і співавт., 1992), названий иммунофилином, який безпосередньо не пов’язаний з рецептором стероїдних гормонів, але утворює комплекси з білком мовляв. м. 90 кДа. Функція білка иммунофилина недостатньо зрозуміла, хоча його роль в регуляції функції рецептора стероїдних гормонів доведена, так як він пов’язує імуносупресивні речовини (наприклад, рапамицин і FK-506).

Стероїдні гормони транспортуються в крові у зв’язаному з білками стані і лише незначна їх частина знаходиться у вільній формі. Гормон, що знаходиться у вільній формі, здатний взаємодіяти з мембраною клітини і проходити через неї в цитоплазму, де зв’язується з цитоплазматичних рецептором, який відрізняється високою специфічністю. Наприклад, з гепатоцитів виділені рецепторні білки, що зв’язують тільки глюкокортикоїдні гормони або естрогени. В даний час ідентифіковано рецептори до эстрадиолу, андрогенів, прогестерону, глюкокортикоїдів, минералокортикоидам, вітаміну Д, тироїдних гормонів, а також до ретиноивой кислоти і деяких інших сполук (эдиксоновый рецептор, діоксиновий рецептор, пероксисомный проліферативний активаторный рецептор і додатковий рецептор Х до ретиноивой кислоті). Концентрація рецепторів у відповідних тканинах-мішенях становить 103 до 5•104 на клітку.

Рецептори стероїдних гормонів мають 4 домену: аминотерминальный домен, який має значні відмінності у рецепторів до перерахованих гормонів і складається з 100-600 амінокислотних залишків; ДНК-зв’язуючий домен, що складається приблизно з 70 амінокислотних залишків; гормоносвязывающий домен, який включає близько 250 амінокислот, і карбоксилтерминальный домен. Як зазначено, аминотерминальный домен має найбільші відмінності як за формою, так і за амінокислотною послідовності. Він складається з 100-600 амінокислот і найменші його розміри виявлені в рецепторі тироїдних гормонів, а найбільші – у рецепторі глюкокортикоїдних гормонів. Цей домен визначає особливості рецепторного відповіді і у більшості видів він характеризується високим ступенем фосфорилювання, хоча немає прямої кореляції між ступенем фосфорилювання і біологічною відповіддю.

ДНК-зв’язуючий домен характеризується 3 интронами, два з яких мають так звані “цинкові пальці”, або структури з вмістом іонів цинку з 4 цистеїновими містками.”Цинкові пальці” беруть участь у специфічному зв’язування гормону з ДНК. На ДНК-зв’язує домені є невелика область для специфічного зв’язування ядерних рецепторів і звана “гормоноотвечающие елементи”, яка модулює початок транскрипції. Ця область локалізується всередині іншого фрагмента, що складається з 250 нуклеотидів, відповідального за ініціацію транскрипції. ДНК-зв’язуючий домен володіє найбільшою сталістю структури серед всіх внутрішньоклітинних рецепторів.

Гормоносвязывающий домен бере участь у зв’язуванні гормону, а також у процесах дімерізаціі і регуляції функції інших доменів. Він безпосередньо примикає до ДНК-зв’язуючого домену.

Карбоксилтерминальный домен також бере участь у процесах гетеродимеризации, взаємодіє з різними транскриптационными факторами, включаючи проксимальні промотори білків.

Поряд з цим є дані, що стероїди спочатку зв’язуються специфічними білками мембрани клітини, які транспортують їх до цитоплазматическому рецептора або, минаючи його, безпосередньо до рецепторів ядра. Цитоплазматичний рецептор складається з двох субодиниць. В ядрі клітини субодиниця А, взаємодіючи з ДНК, триггирует (запускає) процес транскрипції, а субодиниця B пов’язується з негистоновыми білками. Ефект дії стероїдних гормонів проявляється не відразу, а через певний час, який необхідно для утворення РНК і подальшого синтезу специфічного білка.

Тироїдні гормони (тироксин-Т4 і трийодтиронін-Т3), як і стероїдні, легко дифундують через ліпідну клітинну мембрану і зв’язуються внутрішньоклітинними білками. За іншими даними, тироїдні гормони взаємодіють спочатку з рецептором на плазматичній мембрані, де комплексируются з білками, утворюючи так званий внутрішньоклітинний пул тироїдних гормонів. Біологічна дія в основному здійснюється Т3, в той час як Т4 дейодируется, перетворюючись у Т3, який зв’язується з цитоплазматичних рецептором. Якщо стероидцитоплазматический комплекс транслоцируется в ядро клітини, то тироидцитоплазматический комплекс спочатку дисоціює і Т3 безпосередньо пов’язується рецепторами ядра, що мають до нього високої аффинностью. Крім того, високоафінні рецептори до Т3 виявляються і в мітохондріях. Вважається, що калоригенное дія тиреоїдних гормонів здійснюється в мітохондріях допомогою нової генерації АТФ, для утворення якого використовується аденозиндифосфат (АДФ).

Тироїдні гормони регулюють синтез білка на рівні транскрипції і це їх дію, що виявляється через 12-24 години, може бути блоковане введенням інгібіторів синтезу РНК. Крім внутрішньоклітинного дії, тироїдні гормони стимулюють транспорт глюкози та амінокислот через клітинну мембрану, безпосередньо впливаючи на активність деяких локалізованих у ній ферментів.

Таким чином, специфічна дія гормону проявляється лише після його комплексування з відповідним рецептором. В результаті процесів по розпізнаванню, комплексированию і активуванню рецептора останній генерує ряд вторинних месенджерів, які викликають послідовну ланцюг пострецепторных взаємодій, що закінчуються проявом специфічного біологічного ефекту гормону.

Звідси випливає, що біологічна дія гормону залежить не тільки від його вмісту в крові, але й від кількості та функціонального стану рецепторів, а також від рівня функціонування пострецепторного механізму.

Кількість клітинних рецепторів, як і інших компонентів клітини, постійно змінюється, відображаючи процеси їх синтезу і деградації. Основна роль в регуляції кількості рецепторів належить гормонам. Є зворотна залежність між рівнем гормонів в міжклітинної рідини і кількістю рецепторів. Так, наприклад, концентрація гормону в крові і міжклітинної рідини дуже низька і становить 1014-109 М, що значно нижче, ніж концентрація амінокислот і інших різних пептидів (105-103 М). Кількість рецепторів вище і складає 1010-108 М, причому на плазматичній мембрані їх близько 1014-1010 М, а внутрішньоклітинний рівень вторинних месенджерів трохи вище – 108-106 М. Абсолютна кількість рецепторних місць на мембрані клітини складає від декількох сотень до 100 000.

Численні дослідження показали, що рецептори мають характерною властивістю посилювати дію гормону не тільки описаними механізмами, але і за допомогою так званого “нелінійного зв’язування”. Характерна ще одна особливість, яка полягає в тому, що найбільший гормональний ефект не означає найбільшого зв’язування гормону рецепторами. Так, наприклад, максимальна стимуляція інсуліном транспорту глюкози в адипоцити спостерігається при зв’язуванні гормоном лише 2% інсулінових рецепторів (J. Gliemann і співавт., 1975). Такі ж взаємини встановлені для АКТГ, гонадотропінів і інших гормонів (M. L. Dufau і співавт., 1988). Це пояснюється двома феноменами: “нелінійним зв’язуванням” та наявністю так званих “резервних рецепторів”. Так чи інакше, але ампліфікація, або посилення дії гормону, що є наслідком цих двох феноменів, виконує важливу фізіологічну роль в процесах біологічного дії гормону в нормі і при різних патологічних станах. Так, наприклад, при гиперинсулинизме і ожирінні на 50-60% знижується кількість інсулінових рецепторів, локалізованих на гепатоцитах, адипоцитах, тимоцитах, моноцитах, і, навпаки, инсулиндефицитные стану у тварин супроводжуються збільшенням кількості рецепторів до інсуліну. Поряд з кількістю рецепторів до інсуліну змінюється і їх спорідненість, тобто здатність комплексуватися з інсуліном, а також змінюється трансдукція (передача) гормонального сигналу всередині рецептора. Таким чином, зміна чутливості органів і тканин до гормонів здійснюється за допомогою механізмів зворотного зв’язку (down regulation). Для станів, що супроводжуються високою концентрацією гормону в крові, характерне зменшення кількості рецепторів, що клінічно проявляється у вигляді резистентності до даного гормону.

Деякі гормони можуть впливати на кількість не тільки “власних” рецепторів, але і рецепторів до іншого гормону. Так, прогестерон зменшує, а естрогени збільшують кількість рецепторів одночасно і до естрогенів, і до прогестерону.

Зниження чутливості до гормону може бути обумовлено наступними механізмами: 1) зменшенням афінності рецептора внаслідок впливу інших гормонів і гормонорецепторных комплексів; 2) зниженням кількості функціонуючих рецепторів в результаті їх інтерналізації або вивільнення з мембрани в позаклітинний простір; 3) інактивацією рецептора внаслідок конформаційних змін; 4) руйнуванням рецепторів шляхом підвищення активності протеаз або деградацією гормоно-рецепторного комплексу під впливом ферментів лізосом; 5) пригніченням синтезу нових рецепторів.

Для кожного виду гормонів є агоністи та антагоністи. Останні являють собою речовини, які здатні конкурентно пов’язувати рецептор до гормону, знижуючи або повністю блокуючи його біологічний ефект. Агоністи, навпаки, комплексируясь з відповідним рецептором, підсилюють дію гормону або повністю імітують його присутність, причому іноді період напіврозпаду агоніста в сотні і більше разів перевищує час деградації природного гормону, а, відтак, протягом цього часу проявляється біологічний ефект, що звичайно використовується в клінічних цілях. Так, наприклад, агоністами глюкокортикоїдів є дексаметазон, кортикостерон, альдостерон, а частковими агоністами – 11b-гидроксипрогестерон, 17a-гидроксипрогестерон, прогестерон, 21-деоксикортизол, а їх антагоністами – тестостерон, 19-нортестостерон, 17-естрадіол. До неактивним стероїдів відносно рецепторів до глюкокортикоїдів відносяться 11a-гидроксипрогестерон, тетрагидрокортизол, андростендіон, 11a-, 17a-метилтестостерон. Ці стосунки враховують не тільки в експерименті при уточненні дії гормонів, але і в клінічній практиці.