Клеточные мембраны благодаря наличию специальных рецепторов воспринимают сигналы из внешней среды (например, молекулы гормонов, называемые первичными мессенджерами, или посредниками). Первое звено действия гормона на клетку-мишень - его присоединение к рецептору, далее сигнал передается внутрь клетки. По своей химической природе рецепторы почти всех биологически активных веществ оказались гликопротеинами. Общим свойством всех рецепторов является их высокая специфичность по отношению к одному определенному гормону.
Наиболее изученной является аденилатциклазная мессенджерная система(рис. 17).В ней задействованы: 1) рецептор гормона; 2) фермент аденилатциклаза; 3) G-белок; 4) цАМФ-зависимая протеинкиназа; 5) фосфодиэстераза.
| Рис. 17. Аденилатциклазная мессенджерная система. |
Молекулы белковых гормонов(инсулин), гидрофильные молекулы (адреналин) не могут проникать через мембрану клетки. Их рецепторы расположены на мембране. Связывание гормона (первичного мессенджера) с рецептором приводит к структурным изменениям внутриклеточного домена рецептора, что обеспечивает взаимодействие рецептора с ГТФ-связывающим белком (G-белком). G-белок представляет собой смесь 2 типов белков: активного Gs(от англ. stimulatory) и ингибиторного Gi. В составе каждого из них имеется три разные субъединицы (α, β и γ). Функция G-белка - проведение гормонального сигнала на уровне плазматической мембраны. Гормонрецепторный комплекс переводит Gs-белок в активированное состояние, активный G-белок активирует аденилатциклазу.В отсутствие G-белка аденилатциклаза практически неактивна.
Аденилатциклаза- интегральный белок плазматических мембран, его активный центр ориентирован в сторону цитоплазмы. Аденилатциклаза катализирует реакцию синтеза из АТФ цАМФ (вторичного мессенджера).
Под действием цАМФ неактивная протеинкиназа переходит в активную форму. Этот фермент катализирует фосфорилирование внутриклеточных ферментов или белков-мишеней, соответственно изменяя их активность. Процесс фосфорилирования-дефосфорилирования белков при участии протеинкиназ является общим фундаментальным механизмом действия «вторичных» мессенджеров внутри клетки.
Фосфодиэстераза вызывает распад цАМФ и тем самым прекращает действие сигнала.
Стероидные и тиреоидные гормоны обладают липофильными свойствами и легко проходят через клеточные мембраны. Рецепторы этих веществ находятся в цитозоле или в ядре клетки (внутриклеточные рецепторы).
Комплекс гормона с рецептором образуется в цитозоле, а затем поступает в ядро. Комплекс гормон-рецептор проходит в ядро и взаимодействует с регуляторной нуклеотидной последовательностью в ДНК. Соответственно изменяются скорость транскрипции структурных генов и скорость трансляции. Следовательно, изменяется количество белков, которые могут влиять на метаболизм и функциональное состояние клетки (рис. 18).
| Рис. 18. Передача гормональных сигналов через внутриклеточные рецепторы. |
Комплекс «гормон – рецептор» может образоваться непосредственно в ядре. Рецепторы тиреоидных гормонов всегда связаны с ДНК.
Гормоны обеспечивают коммуникацию (обмен информацией) между разными клетками и органами. В результате действия этих механизмов достигается координация метаболизма и функций разных клеток и органов и адекватная реакция организма на изменения внешней среды.
В роли внеклеточных сигналов могут действовать не только гормоны, но и ряд других веществ — цитокины, биогенные амины, нейромедиаторы и др.