Взаимодействие гормона с клеткой-мишенью включает процесс рецепции и трансдукции.
Рецепция. Основана на существовании на поверхности или внутри клетки специальных веществ (в частности, олигопептидов), обладающих высокой избирательной чувствительностью (аффинностью) к сигнальной молекуле-лиганду.
Трансдукция. Образование комплекса гормон – рецептор инициирует активацию внутриклеточных процессов, обеспечивающих в конечном итоге ответ клетки, обусловленный ее спецификой. Это явление получило название трансдукции биологического сигнала в клеточный ответ.
В зависимости от локализации рецепторов различают два основных типа взаимодействия: мембранный (контактный, внеклеточный) и внутриклеточный, включающий, в свою очередь, два варианта: цитозольный и ядерный
(рис. 2).
1. Мембранный тип рецепции характерен для белковых и полипептидных гормонов, для которых мембрана клеток непроницаема. Последовательность взаимодействий при этом: взаимодействие гормона и рецептора → образование активного комплекса "гормон + рецептор" → активация соответствующего фермента, включающего определенную систему вторичных (вторых) посредников, которые обеспечивают формирование ответа клетки на сигнал (гормон). Известны следующие системы вторых посредников (мессенджеров).
А. Системы циклических нуклеотидов. Последовательность событий: активный комплекс "гормон + рецептор" → активация аденилатциклазы (или гуанилатциклазы) → образование из АТФ (или ГТФ) циклического АМФ (или цГМФ) → активация соответствующих протеинкиназ → фосфорилирование и активация белков клетки. Прекращение эффекта обеспечивается инактивацией циклических нуклеотидов (фермент фосфодиэстераза) и их вымыванием из клетки. Циклический АМФ является вторичным мессенджером для АКТГ, ФСГ, ЛГ, ТТГ, паратгормона, кальцитонина, цГМФ – для окситоцина, атриального натрийуретического пептида и некоторых других гормонов.
Рис. 2. Виды рецепции клеткой биологических сигналов.
Б. Фосфатидилинозитоловый цикл. Последовательность взаимодействий: активный комплекс "гормон + рецептор" → активация фосфоинозитдиэстеразы (фосфолипазы С) через комплекс с протеином G → гидролиз фосфатидилинозитола 4,5-дифосфата → образование инозитол-1,4,5-трифосфата и диацилглицерола. Дальнейшая организация активного ответа клетки реализуется следующими двумя механизмами:
Ø Инозитол-1,4,5-трифосфат → выход ионов кальция из эндоплазматического ретикулума → образование активного комплекса "кальций + кальмодулин" (рецепторный белок для кальция) → активация "кальций + кальмодулин"-зависимой протеинкиназы → фосфорилирование белков клетки.
Ø Диацилглицерол с участием ионов кальция → активация протеинкиназы С → образование эйкозаноидов и модуляция активности ионных каналов.
В. Тирозиновые протеинкиназы. Схема взаимодействий: образование комплекса "гормон + рецептор" → аллостерическая активация внутриклеточного белкового домена рецептора, обладающего протеинкиназной активностью → аутофосфорилирование тирозинкиназы → фосфорилирование клеточных белков.
2. Внутриклеточный тип рецепции.
А. Цитозольный тип внутриклеточной рецепции. Характерен для стероидных гормонов, проникающих через мембрану клеток. Схема взаимодействия: образование активного комплекса "гормон + рецептор" → транслокация комплекса в ядро клетки и связывание с хроматиновым рецептором → избирательная инициация транскрипции мРНК → изменение белкового синтеза.
Б. Ядерный тип внутриклеточной рецепции установлен для тиреоидных гормонов. Внутриклеточные рецепторы локализованы в ядре клетки и связаны с хроматином. Связывание рецепторов с тиреоидными гормонами усиливает экспрессию генетической информации с усилением синтеза специфической мРНК, кодирующей ферментные белки соответствующего биологического ответа.
Виды ответов клеток на воздействие гормонов
Выделяют следующие проявления воздействия гормонов на клетку-мишень:
1) изменение синтеза и активности ферментов внутри клетки;
2) изменение проницаемости клеточных мембран;
3) влияние на регуляторный аппарат клеток (на число и аффинность рецепторов);
4) модуляция нервных влияний на клетки-мишени.
Основные типы гормональных эффектов
1. Метаболический эффект, состоящий в характерном для каждого гормона изменении обмена веществ. Является практически универсальным.
2. Морфокинетическое действие, проявляющееся в выраженном влиянии гормона на процессы роста и развития тканей (морфогенеза). В наибольшей степени присущ тиреоидным гормонам и гормону роста.
3. Кинетическое (пусковое) действие, состоящее в активации функции, которая без этого влияния не осуществляется или резко ослабевает. Классическим примером этого типа действия служат эффекты тропных гормонов гипофиза.
4. Корригирующее действие проявляется в отношении функции, которая вполне может осуществляться без действия гормона, но им регулируется (пример: регулирующее действие адреналина на функцию сердца).
5. Пермиссивное (разрешающее, позволяющее) действие, состоящее в своей сущности в изменении уровня реактивности клетки и модуляции ее ответа на сигнальное воздействие. Проявляется при подпороговых концентрациях гормона (пример: действие кортизола в отношении адреналина).
V. Инактивация гормонов
В этом конечном этапе любой эндокринной функции принимают участие обменные процессы, протекающие при использовании гормона в реагирующих тканях (активация, реактивация, взаимопревращения), т.е. периферические превращения и катаболизм, а также специальные процессы инактивации, происходящие для многих гормонов в печени (катаболизм стероидных гормонов, дейодирование тиреоидных гормонов и образование эфиров с глюкуроновой и серной кислотой и т.д.). Некоторые гормоны (растворимые в воде), например стероидные, выделяются почками. Для нормального состояния эндокринной функции, естественно, характерно равновесие процессов продукции и инактивации гормона.
