Гормоны реализуют своё биологическое действие через специфические механизмы взаимодействия с клетками-мишенями. Эти механизмы зависят от химической природы гормона, его растворимости и способности проникать через клеточные мембраны. Основные пути передачи сигнала делятся на три группы: мембранные рецепторы для гидрофильных гормонов, внутриклеточные рецепторы для липофильных гормонов и катализирующие эффекты через вторичные посредники.
Гидрофильные гормоны, такие как пептидные и белковые гормоны, не способны проникать через липидный бислой клеточной мембраны. Их действие осуществляется через связывание с поверхностными рецепторами, которые представляют собой гликопротеины или интегральные мембранные белки. Взаимодействие гормона с рецептором инициирует конформационные изменения, запускающие внутриклеточные сигнальные каскады.
Связывание с рецепторами, сопряжёнными с G-белками Активация G-белка вызывает стимуляцию ферментов мембраны, таких как аденилатциклаза или фосфолипаза C. В результате образуются вторичные посредники, например цАМФ, ион кальция (Ca²⁺) и инозитолтрифосфат (IP₃), которые регулируют активность ферментов, ионных каналов или транскрипционных факторов.
Ионные каналы как рецепторы Некоторые гормоны, например нейротрансмиттеры (ацетилхолин), действуют через ионотропные рецепторы, изменяя проницаемость мембраны для Na⁺, K⁺ или Ca²⁺. Это приводит к мгновенной электрофизиологической реакции.
Тирозинкиназные рецепторы Гормоны, такие как инсулин, активируют рецепторы с тирозинкиназной активностью, что запускает фосфорилирование белков-мишеней и модулирует метаболические процессы, включая глюкозопоглощение и синтез белка.
Липофильные гормоны (стероидные, тиреоидные) способны проникать через мембрану и связываться с цитоплазматическими или ядерными рецепторами. Образованный гормон-рецепторный комплекс перемещается в ядро, где взаимодействует с специфическими последовательностями ДНК — гормон-отзывными элементами (HRE).
Внутриклеточные механизмы характеризуются медленным началом действия, но длительным эффектом, поскольку требуют времени на синтез белков.
Мембранные рецепторы часто используют системы вторичных посредников, позволяющие усиливать и дифференцировать сигнал:
Циклические нуклеотиды (цАМФ, цГМФ) Активируют киназы, фосфорилирующие ферменты и белки мембран, модулируя метаболизм, секрецию и ионные потоки.
Ионные посредники (Ca²⁺) Усиление сигнала через кальций-зависимые протеины, включая кальмодулин-зависимые киназы и фосфолипазы.
Фосфатидилинозитоловые каскады Расщепление PIP₂ фосфолипазой C на DAG и IP₃, где DAG активирует протеинкиназу C, а IP₃ высвобождает Ca²⁺ из внутриклеточных депо.
Эти системы обеспечивают многократное усиление сигнала: один молекула гормона может вызвать образование тысяч молекул вторичного посредника, что позволяет клетке реагировать на низкие концентрации гормона.
Механизмы действия гормонов строго регулируются системами обратной связи. Примеры:
Клетки-мишени часто подвергаются воздействию нескольких гормонов одновременно. Внутриклеточные сигнальные сети интегрируют информацию через:
Эта интеграция обеспечивает тонкую настройку физиологических процессов, таких как метаболизм, рост, репродукция и стресс-ответ.
Эти механизмы демонстрируют высокую избирательность действия гормонов, обусловленную химической структурой и локализацией рецепторов, а также способность клеток адаптироваться к динамическим изменениям гормонального фона.