Каждый из вторых посредников активирует специфическую протеинкиназу. Протеинкиназы фосфорилируют ферменты, и это изменяет активность ферментов.
Главным вторым посредником является цАМФ (рис. 1). Большинство гормонов действует через него. Другие посредники, действуя через свои протеинкиназы, могут изменять содержание цАМФ в клетке путём повышения или снижения активности ферментов, синтезирующих или разрушающих цАМФ.
Циклический АМФ образуется в клетке из АТФ под действием аденилатциклазной системы (рис. 2). В состав аденилатциклазной системы входят: рецептор, G-белок и фермент аденилатциклаза. G- белок называется так потому, что он способен связывать гуаниловые нуклеотиды (ГТФ или ГДФ). Существует 2 разновидности G-белка: Gs – стимулирует аденилатциклазу и увеличивает образование цАМФ и Gi – ингибирует аденилатциклазу и уменьшает образование цАМФ.
Белки Gs и Gi оказывают своё активирующее или ингибирующее действие только когда находятся в! активном состоянии. G-белок активен, когда он связан с ГТФ, и наоборот, связанный с ГДФ, G- белок неактивен.
Пока гормон не действует на клетку, аденилатциклазная система неактивна; все её компоненты разобщены и с G-белком связан ГДФ. Однако после связывания гормона с рецептором происходит последовательное изменение конформации всех компонентов аденилатциклазной системы, G-белок обменивает ГДФ на ГТФ, переходит в активное состояние и активирует аденилатциклазу, которая из АТФ синтезирует цАМФ. Циклический АМФ, в свою очередь, активирует специфическую цАМФ-зависимую протеинкиназу (протеинкиназу А), которая фосфорилирует внутриклеточные ферменты, в результате чего изменяется активность ферментов.
Протеинкиназа состоит из 4 субъединиц (тетрамер), две из которых являются регуляторными, а две – каталитическими (рис. 3. . В таком виде протеинкиназа неактивна. При связывании протеинкиназой 4 молекул цАМФ происходит отсоединение (диссоциация) каталитических субъединиц, которые фосфорилируют белки (ферменты), изменяя их активность.
Разрушается цАМФ фосфодиэстеразой.
Циклический ГМФ образуется из ГТФ под действием гуанилатциклазы по аналогии с синтезом цАМФ. Циклический ГМФ активирует специфическую цГМФ-зависимую протеинкиназу или протеинкиназу G, которая фосфорилирует ферменты, что сопровождается изменением их активности. Разрушается цГМФ, как и цАМФ, фосфодиэстеразой.
Кальций
Концентрация Са2+ во внеклеточной жидкости в 10 000 раз больше, чем в цитоплазме. Такая концентрация кальция оказалась бы потенциально летальной для клетки. Клетка борется с избытком Са2+ в цитоплазме путём откачивания его наружу с помощью Са2+- АТФазы, расположенной в плазматической мембране.
Под действием гормонального сигнала концентрация Са2+ в клетке возрастает в 10 и более раз за счет притока Са2+ из внеклеточной жидкости, а также выхода Са2+ из ЭПР и митохондрий. В клетке Са2+ связывается с белком кальмодулином и активирует специфическую Са2+-кальмодулин-зависимую протеинкиназу. В ГЛ 2+ ответ на гормональный сигнал и повышение концентрации Са в клетке специфическая протеинкиназа катализирует фосфорилирование множества внутриклеточных ферментов, регулируя, тем самым, их активность.
Инозитолтрифосфат и диглицерид
Эти вторые посредники являются производными фосфолипида мембран, фосфатидилинозитола. Указанный фосфолипид фосфорилируется в мембране под действием фермента фосфатидилинозитолкиназы при участии 2 молекул АТФ (рис. 4. .
Образующийся фосфатидилинозитолдифосфат расщепляется под действием специфического мембраносвязянного фермента фосфолипазы С, в результате чего образуются два вторых посредника: диглицерид (диацилглицерол, ДАГ) и инозитолтрифосфат (ИФ3.)
Биологические эффекты этих двух вторых посредников реализуются по-разному. ДАГ активирует Са2+-зависимую протеинкиназу С, которая катализирует фосфорилирование внутриклеточных ферментов, изменяя их активность. ИФ3 связывается со специфическим рецептором на ЭПР, способствуя выходу из него Са2+ в цитоплазму. Далее Са2+ связывается с кальмодулином и активирует Са2+-кальмодулин-зависимую протеинкиназу, которая катализирует фосфорилирование ферментов, изменяя их активность (рис. 5.)
Механизм действия стероидных гормонов и тироксина
Рецепторы к этим гормонам находятся внутри клетки, в цитоплазме. Гормон легко и быстро проникает через мембрану внутрь клетки, взаимодействует с рецептором с образованием гормон-рецепторного комплекса. Этот комплекс переносится в ядро, где связывается с ядерным хроматином в определенном участке ДНК. С этого участка ДНК начинается синтез специфических мРНК, которые затем выходят в цитоплазму и служат матрицей для синтеза ферментов или других белков, необходимых клетке и обеспечивающих ответ клетки на действие гормона (рис. 6. .
Таким образом, под действием пептидных гормонов и адреналина в клетке изменяется активность ферментов; стероидные гормоны и тироксин приводят к изменению количества ферментов.
Гормоны щитовидной железы
В щитовидной железе синтезируются тиреоидные гормоны – тироксин (Т4. и трииодтиронин (Т3. . Для синтеза этих гормонов необходим иод, который активно захватывается из крови клетками фолликулов щитовидной железы. Тироксин и трииодтиронин являются производными аминокислоты тирозина. Тироксин содержит в своей молекуле 4 атома иода, в состав трииодтиронина входит 3 атома иода.
В клетках эпителия фолликулов щитовидной железы находится белок тиреоглобулин. Это гликопротеин, содержащий много остатков аминокислоты тирозина (около 3 % от массы белка). Синтез тиреоидных гормонов идет из тирозина и атомов иода именно в составе молекулы тиреоглобулина и включает 2 стадии. На апикальных мембранах клеток фолликулов сначала происходит иодирование тирозина с образованием моноиодтирозина (МИТ) и дииодтирозина (ДИТ). Следующим этапом является конденсация МИТ и ДИТ с образованием Т3 и Т4 (рис. 7. .
Такая иодированная молекула тиреоглобулина секретируется в просвет фолликула, в коллоид. Когда в щитовидную железу приходит сигнал в виде ТТГ (тиреотропного гормона), клетки фолликула захватывают капельки коллоида вместе с тиреоглобулином, ферменты лизосом протеазы гидролизуют белок до аминокислот, и готовые Т3 и Т4 поступают в кровь.
В крови тиреоидные гормоны связываются с белком- переносчиком и в таком виде транспортируются в ткани-мишени. Концентрация Т4 в крови в 10 раз больше, чем Т3, поэтому Т4 называют главной формой тиреоидных гормонов в крови. Но Т3 в 10 раз активнее, чем Т4.
Ткани-мишени для тиреоидных гормонов – это все ткани, кроме селезёнки и семенников.
В тканях-мишенях тиреоидные гормоны освобождаются от белка и поступают в клетку. В клетках 90 % Т4 теряет 1 атом иода и превращается в Т3. Таким образом, главной внутриклеточной формой гормона является Т3.
Действие тиреоидных гормонов на организм зависит от концентрации этих гормонов в крови: в физиологических дозах они оказывают анаболическое действие, в больших дозах – катаболическое.
Действие физиологических (нормальных) концентраций Т4
Главное действие физиологических концентраций тиреоидных гормонов направлено на синтез белка и на энергетический обмен.
Действие Т4 на синтез белка. Через рецепторы цитоплазмы гормон действует на хроматин ядра, в результате чего увеличивается синтез нуклеиновых кислот (ДНК, мРНК) и белка. Наработка новых молекул белка ускоряет рост, деление и дифференцировку клеток, что особенно важно для растущего организма.
Тиреоидные гормоны абсолютно необходимы для структурного, биохимического и функционального созревания мозга. Считают, что в ЦНС клетки продолжают делиться в течение 1–1,5 лет после рождения. Поэтому если в этот период или еще до рождения возникает дефицит тиреоидных гормонов (гипотиреоз), это приводит к снижению синтеза белка во всем организме и, в частности, в мозговой ткани, нарушается процесс дифференцировки коры больших полушарий и мозжечка, и развивается умственная и физическая отсталость. Гипотиреоз у детей называется кретинизм. Чем раньше возникает дефицит тиреоидных гормонов, тем сильнее это сказывается на задержке развития ЦНС. Поэтому, чрезвычайно важна ранняя диагностика гипотиреоза, чтобы своевременно назначить адекватное лечение и избежать умственной отсталости.