

Hormony

Hormony

– to substancje regulacyjne, produkowane przez

wyspecjalizowany narząd gruczołowy lub przez komórki rozproszone
w różnych tkankach. Są transportowane przez krew do komórek
docelowych albo też działają w miejscu uwalniania.



Komórki docelowe

Komórki docelowe

to takie, które posiadają receptor wiążący

dany hormon.



Receptory

Receptory

dla hormonów mogą być zlokalizowane:



na powierzchni komórki (w błonie komórkowej),



w cytoplazmie komórki,



w jądrze komórkowym.



Związanie hormonu przez receptor uruchamia ciąg reakcji

pobudzających lub hamujących określone procesy biochemiczne.



Hormony klasyfikowane są w oparciu o:



budowę chemiczną,



lokalizację receptorów dla hormonów,



miejsce wytwarzania i zakres działania.

Rola hormonów:

Rola hormonów:



Regulacja reakcji biochemicznych:



pobudzają

albo

hamują

prędkość

reakcji

enzymatycznych,



modulują aktywność procesów dostarczających

energię,



regulują stężenie krążących we krwi substratów

energetycznych (glukoza, kwasy
tłuszczowe),



nie zapoczątkowują reakcji komórkowych de novo.



Regulacja procesów życiowych:



regulują

wzrost,

dojrzewanie,

reprodukcję,

różnicowanie, regenerację, pigmentację, zachowanie,
metabolizm, homeostazę chemiczną i in.

 Podwzgórze:

liberyny (np. kortykoliberyna, CRH; tyreoliberyna, TRH) i

statyny (np. melanostatyna, prolaktostatyna)

 Tylny płat przysadki:

oksytocyna, wazopresyna

 Przedni płat przysadki:

hormony tropowe, pobudzające wydzielanie

hormonów przez zależne gruczoły (np. adrenokortykotropina, ACTH;
tyreotropina, TSH)

 Szyszynka

: melatonina

 Tarczyca:

tyroksyna, trijodotyronina, kalcytonina

 Przytarczyce:

parathormon

 Nadnercza:

adrenalina, noradrenalina (rdzeń nadnerczy),

glikokortykoidy, mineralokortykoidy, androgeny (kora nadnerczy)

 Jajniki i jądra:

hormony płciowe

 Trzustka:

insulina, glukagon, somatostatyna

 Nieklasyczne gruczoły wydzielania wewnętrznego:
 nerki:

renina, erytropoetyna

 tkanka tłuszczowa:

leptyna, rezystyna

 serce:

peptydy natriuretyczne

Wydzielanie hormonów jest regulowane
przez:



sygnały dostarczane przez układ

nerwowy



bodźce środowiskowe



(inne) hormony

podwzgórz
e

przysadka

gruczoł

docelowy

narząd

docelowy

efekt

sygnał z OUN

liberyna

hormon tropowy

hormon

-

-

TRH

TRH

TSH

TSH

tyroksyna

tyroksyna

CRH

CRH

ACTH

ACTH

kortyzol

kortyzol

Klasyfikacja hormonów w zależności od budowy

Klasyfikacja hormonów w zależności od budowy

chemicznej:

chemicznej:



hormony białkowe i aminokwasowe

 hormony aminokwasowe

(aminy

katecholowe,

melatonina,

tyroksyna – T

4

, trijodotyronina – T

3

)

 hormony polipeptydowe

(np. insulina, glukagon, parathormon,

kalcytonina)

 hormony białkowe

(np. somatotropina, prolaktyna)

 hormony glikoproteinowe

(np. tyreotropina, folitropina)



hormony steroidowe

 pochodne cholesterolu

(hormony płciowe i kory nadnerczy,

witamina D

3

- kalcytriol)



pochodne

kwasów

tłuszczowych

(witamina

A,

prostaglandyny)

Klasyfikacja hormonów w zależności od miejsca

Klasyfikacja hormonów w zależności od miejsca

wytwarzania:

wytwarzania:



hormony

gruczołów

dokrewnych

-

powstają

w

wyspecjalizowanych narządach, czyli gruczołach dokrewnych i
działają wyłącznie za pośrednictwem układu krążenia krwi (np.
insulina, tyroksyna);



hormony tkankowe

- produkowane są w wyspecjalizowanych

komórkach rozrzuconych w tkankach różnych narządów i
działają albo w miejscu uwalniania, albo za pośrednictwem
układu krążenia (np. gastryna, cholecystokinina, renina,
neurohormony);



hormony miejscowe

- wytwarzane przez komórki rozsiane w

tkankach i narządach wewnętrznych, wydzielane do płynu
zewnątrzkomórkowego i działające w najbliższym sąsiedztwie
miejsca uwalniania (np. histamina, serotonina, acetylocholina,
prostaglandyny).



hormony endokrynne

- uwalniane bezpośrednio do krwi

i działające na odległe komórki i tkanki;



hormony parakrynne

- wydzielane pośrednio do krwi a

bezpośrednio do tkanek (hormony tkankowe);



hormony autokrynne

- wydzielane przez i działające na

tę samą komórkę;



hormony intrakrynne

- produkowane i działające w tej

samej komórce.

Klasyfikacja hormonów w oparciu o zakres działania:

Klasyfikacja hormonów w oparciu o zakres działania:

Klasyfikacja hormonów oparta na mechanizmie ich działania:

Grupa I – Hormony wiążące się z receptorami

Grupa I – Hormony wiążące się z receptorami

wewnątrzkomórkowymi

wewnątrzkomórkowymi



Do grupy I należą:



hormony

steroidowe

(estrogeny,

glukokortykosteroidy,

mineralokortykosteroidy, progestyny, androgeny),



hormony tarczycy

o budowie aminokwasowej (T

3

i T

4

)



kalcytriol

.



Mają one właściwości lipofilne i są – z wyjątkiem T

3

i T

4

– pochodnymi

cholesterolu.



Po wydzieleniu do krwi zostają one związane przez białka nośnikowe

(transportowe), przez co zwiększa się ich rozpuszczalność w osoczu.



W pobliżu błony plazmatycznej komórki docelowej hormony te są

uwalniane i przenikają do wnętrza komórki, gdzie wiążą się ze
specyficznymi receptorami śródkomórkowymi.



Kompleks złożony z hormonu i jego receptora odgrywa rolę

wewnątrzkomórkowego przekaźnika dla tej grupy hormonów.

Grupa II – Hormony wiążące się z receptorami

Grupa II – Hormony wiążące się z receptorami

powierzchni komórki

powierzchni komórki



Do grupy II należą:



hormony białkowe

i aminokwasowe

(z

wyjątkiem T

3

i T

4

)



Mają one właściwości hydrofilne i nie wymagają transporterów.



Wiążą się z receptorami błony plazmatycznej komórki docelowej.



Regulacja wewnątrzkomórkowych procesów metabolicznych odbywa
się za pomocą cząsteczek określanych jako

drugie (wtórne) przekaźniki

,

które powstają w wyniku interakcji hormonu z receptorem.



Hormony grupy II podzielone są na podgrupy A - D w zależności od
rodzaju drugiego przekaźnika:

A.

Drugim przekaźnikiem jest cAMP

B.

Drugim przekaźnikiem jest cGMP

C.

Drugim przekaźnikiem są jony wapniowe lub/i fosfatydyloinozytydy

D.

Drugim przekaźnikiem jest kinaza lub kaskada fosfatazowa



Kilka hormonów grupy II można zaliczyć do więcej niż jednej podgrupy.



Hydrofobowy charakter steroidów oraz aromatyczny pierścień tyroksyny i

trijodotyroniny sprawia, że łatwo przenikają one przez podwójną warstwę lipidową
błony komórkowej.



Receptory dla tych hormonów znajdują się we wnętrzu komórki – najczęściej w

cytozolu, albo też (rzadziej) – w jądrze komórkowym (np. hormony tarczycy).



Nie korzystają one z drugich przekaźników.



Nie powodują modyfikacji białek wewnątrzkomórkowych, lecz indukują lub

hamują ich biosyntezę poprzez oddziaływanie na proces transkrypcji odpowiednich
genów.



Wewnątrzkomórkowe receptory związane z hormonem pełnią funkcję czynników

transkrypcyjnych.



Hormon po związaniu się z receptorem cytozolowym przemieszcza się do jądra

komórkowego, gdzie wiąże się ze swoistymi sekwencjami DNA, określanymi jako

elementy odpowiedzi hormonalnej (

HRE

HRE – hormone response element).



Sekwencje HRE są zlokalizowane w pobliżu genów regulowanych przez dany

hormon.



Związanie się kompleksu hormon-receptor z odpowiednią sekwencją HRE

przyspiesza lub hamuje transkrypcję określonych genów.



Efekty

wywierane

przez

hormony

działające

poprzez

receptory

wewnątrzkomórkowe nie są natychmiastowe (godziny lub dni).

H

R

E

białk

białk

o

o

hormon

hormon

steroido

steroido

wy

wy

receptor
cytosolowy

gen
nieaktyw
ny

gen
aktywn
y

sekwencja

wzmacniająca

HRE

promoto
r

miejsce
startu
transkrypcji

promoto
r

synteza mRNA

kompleks

kompleks

hormon-receptor

hormon-receptor

zaktywowana sekwencja

wzmacniająca HRE

Wszystkie receptory wewnątrzkomórkowe mają podobną budowę, w
której wyróżnia się domeny:



A/B

A/B

– najbardziej zmienna domena zlokalizowana w N-końcu łańcucha

polipeptydowego receptora,



C

– konserwatywna domena wiążąca DNA,



D

– region zawiasowy,



E

– domena wiążąca ligand (hormon).

Hormon/efektor

Hormon/efektor

HRE

HRE

Glukokortykoidy

GRE

Progestyny

PRE

Mineralokortykoidy

MRE

Androgeny

ARE

Estrogeny

ERE

Hormony tarczycy

TRE

Witamina D

VDRE

cAMP

CRE



Hormony tarczycy mają budowę aminokwasową – są pochodnymi

tyrozyny.



Zawierają 3 (trijodotyronina) lub 4 (tyroksyna) atomy jodu.



Wnikają do wnętrza komórki i są wiązane przez receptor białkowy

zlokalizowany w jądrze komórkowym.



T

3

ma 10-krotnie większe powinowactwo do receptora jądrowego niż

T

4

.



Kompleks hormonu tarczycy z receptorem wiąże się z elementem TRE

DNA i pobudza lub hamuje ekspresję określonych genów.

trijodotyronina
(T

3

)

tyroksyna
(T

4

)

Ogólny schemat przekazywania (transdukcji) sygnału

Ogólny schemat przekazywania (transdukcji) sygnału

za pośrednictwem receptorów błonowych.

za pośrednictwem receptorów błonowych.

CYTOSOL

PŁYN

ZEWNĄTRZKOMÓRKO

WY

błona

komórkowa

2.

Transdukcja

cząsteczk

a

sygnałow

a

receptor

3.

Odpowiedź

1.

Rozpoznanie

Aktywacja

odpowiedzi

komórkowe

j

Szlak transdukcji

sygnału

Ze względu na budowę i mechanizm przenoszenia
sygnału przez błonę plazmatyczną wyróżnia się trzy
klasy receptorów błonowych:



receptory

siedmiodomenowe

receptory

siedmiodomenowe

(metabotropowe)

(metabotropowe)

– których sygnał pobudzenia

przekazywany jest w głąb komórki za pośrednictwem
białek G;



receptory jonotropowe

receptory jonotropowe

- tworzące kanały

jonowe;



receptory katalityczne

receptory katalityczne

- zawierające po stronie

cytoplazmatycznej centrum katalityczne (zwykle
kinazy białkowej).



Receptor metabotropowy

zbudowany jest z:



części zewnątrzkomórkowej, która jest właściwym

receptorem dla

liganda

zewnętrznego – hormonu;



części transbłonowej, która zbudowana jest z siedmiu helis;



części wewnątrzkomórkowej, która jest aktywatorem białka

G.



Po przyłączeniu hormonu zmienia się konformacja części

wewnątrzkomórkowej receptora, do której może przyłączyć się
podjednostka α białka G. W efekcie białko G zostaje
zaktywowane i może dalej przekazywać sygnał danego szlaku
fizjologicznego.



Do tej grupy receptorów należą m.in.:



receptory muskarynowe (wiążące acetylocholinę)



receptory histaminowe



receptory adrenergiczne

AC –cyklaza adenylanowa, PLC – fosfolipaza C



Białko G

Białko G

pełni funkcję pośrednika między błonowym kompleksem

receptor-hormon a enzymami generującymi wtórne przekaźniki.



Jego nazwa wywodzi się stąd, że wiąże nukleotydy guaninowe – GDP

lub GTP.



Biało G zbudowane jest z trzech podjednostek: α, β i γ.



W stanie spoczynkowym podjednostka α zawiera GDP. Związanie

hormonu z receptorem sprawia, że białko G tworzy kompleks z
receptorem, a podjednostka α wymienia GDP na

GTP

.



Podjednostka α zostaje uwolniona i wiąże się z

cyklazą adenylanową

,

powodując jej aktywację (w przypadku białek oznaczanych jako G

s

) lub

dezaktywację (w przypadku białek G

i

).



Aktywna cyklaza adenylanowa przekształca ATP

w cAMP

.



cAMP aktywuje

kinazę białkową A

(PKA).



Aktywna kinaza białkowa A fosforyluje białka enzymatyczne,

modyfikując ich aktywność katalityczną – aktywuje je lub hamuje.

cyklaza

adenylano

wa

fosfodie-

steraza

cAMP

adenin

a

adenin

a

adenin

a

cykliczny

AMP (cAMP)

ATP

AMP

-

kofeina, teofilina

Poprzez cykliczny AMP

cykliczny AMP

(3’,5’-adenozynomonofosforan) działają

m.in.:



Adrenalina



Noradrenalina



Glukagon



Kalcytonina



Parathormon



Wazopresyna



TSH



ACTH



LH



FSH

Białka, które mogą być fosforylowane przez kinazę białkową
A:



kinaza fosforylazy glikogenowej



syntaza glikogenowa



lipaza triacyloglicerolowa



reduktaza HMG-CoA



karboksylaza acetylo-CoA



białka kanałów jonowych



białka związane z regulacją transkrypcji i translacji



białka cytoszkieletu komórki



enzymy związane z syntezą neuroprzekaźników (m. in.

hydroksylaza tyrozynowa) i metabolizmem cyklicznych
nukleotydów



receptory neuroprzekaźników i innych substancji regulatorowych



Niektóre hormony działają poprzez aktywację

fosfolipazy C

z udziałem

białka G

q

.



Są to m.in. hormony: wazopresyna, angiotensyna, TSH.



Kompleks hormon-receptor wiąże się z białkiem G i aktywuje je.



Uaktywnione białko G aktywuje fosfolipazę C.



Fosfolipaza C hydrolizuje znajdujący się w błonie

fosfatydyloinozytolo-

4,5,-bisfosforan

(PIP

2

) na 2 produkty:

diacyloglicerol

(DAG) oraz

inozytolo-

1,4,5-trisfosforan

(IP

3

).



Każdy z produktów powstałych pod działaniem fosfolipazy C ma

właściwości wtórnego przekaźnika:



IP

3

wiąże się z receptorem IP

3

w błonach siateczki

endoplazmatycznej, co powoduje uwolnienie jonów wapnia ze
zbiorników tej siateczki i wzrost ich stężenia w cytozolu. Jony

Ca

2+

są

niezbędne do aktywacji kinazy białkowej C.



DAG

wiąże się z

kinazą białkową C

(PKC) w błonie komórkowej,

aktywując ją. Uaktywniona kinaza białkowa C fosforyluje swoiste
białka modyfikując ich funkcje.

fosfolipaza
C

fosfatydyloinozyt
olo-4,5-
bisfosforan (PIP

2

)

diacyloglicero

l (DAG)

inozytolo-
1,4,5-
trisfosforan
(IP

3

)

BŁONA

KOMÓRKOWA

CYTOSOL



Receptor jonotropowy

Receptor jonotropowy

(kanał jonowy bramkowany

przekaźnikiem) - rodzaj receptora błonowego hormonalnego
sprzężonego z kanałem jonowym działającym na zasadzie

transportu biernego

.



W części zewnątrzkomórkowej receptora znajduje się miejsce

wiążące ligand.



W efekcie związania hormonu dochodzi do zmiany

konformacji białek tworzących kanał jonowy.



Przez otwarty kanał przenikają jony zgodnie z gradientem

stężeń.



Do tej grupy receptorów należą m.in.:



receptory glutaminianergiczne



receptory glicynowe



receptory GABAergiczne

ligan

ligan

d

d

Ca

Ca

2+

2+

kanał jonowy

kanał jonowy

bramkowany

bramkowany

ligandem

ligandem

Ca

Ca

2+

2+

układ

układ

nieaktywny

nieaktywny

układ aktywny

układ aktywny



Receptory

katalityczne

Receptory

katalityczne

-

posiadają

domeny

cytoplazmatyczne o aktywności enzymatycznej lub też tworzą
kompleksy z innymi białkami posiadającymi taką aktywność.



Najczęściej

domeny

cytoplazmatyczne

działają

jako

tyrozynowe kinazy białkowe

, a więc takie, które powodują

fosforylację

bocznych

łańcuchów

tyrozyny

w

białkach

wewnątrzkomórkowych. Dlatego receptory te określane są
inaczej

receptorowymi kinazami tyrozynowymi.



Poza kinazami tyrozynowymi występować mogą również, choć

rzadziej,

kinazy serynowo-treoninowe

.



Do tej grupy receptorów należą m.in.:



receptor insulinowy



receptor hormonu wzrostu

układ nieaktywny

układ aktywny

miejsce

wiązania

liganda

ligandy

element

transbłono

wy

błona

plazmatycz

na

nieaktywne monomery

receptora

aktywny receptor

(ufosforylowany dimer)

nieaktywne

białka

przekaźnikowe

aktywne

białka

przekaźniko

we

odpowiedź
komórkow
a

odpowiedź
komórkow
a



Związanie

insuliny

przez

podjednostki

α

receptora

insulinowego

wywołuje

zmiany

konformacyjne w podjednostkach β,
nadając

im

aktywność

kinazy

tyrozynowej.



Następuje

szybka

autofosforylacja

reszt tyrozylowych

podjednostek β.



Receptorowa kinaza tyrozynowa

katalizuje

fosforylację

reszt

tyrozyny w białku określanym jako

substrat receptora insulinowego

(

IRS

– insulin receptor substrate).



Ufosforylowane

białko

IRS

reaguje

z

wieloma

białkami

wewnątrz-komórkowymi,
uruchamiając kaskadę reakcji.

związanie insuliny

przez receptor

insulinowy

podjednostk

i α

podjednostk

i β

receptor

insulinow

y

cytosol

przestrzeń

zewnątrzkomórko

wa

kaskada działania

wtórnych

przekaźników

IRS



cGMP

cGMP

ma bardziej ograniczony zakres działania niż cAMP -

funkcjonuje głównie jako przekaźnik zaangażowany w relaksację mięśni
gładkich, agregację płytek krwi i przetwarzanie bodźców wzrokowych.



Poprzez cykliczny guanozynomonofosforan działają:



NO – tlenek azotu



peptydy natriuretyczne (np. ANP – przedsionkowy peptyd

natriuretyczny)



cGMP aktywuje swoistą kinazę białkową zwaną

kinazą białkową G

cyklaza

guanylanowa

fosfodiestera

za cGMP

guanin

a

guanin

a

guanin

a

cykliczny

GMP (cGMP)

GT

P

GMP

cytrulin

a

arginin

a

tlenek

azotu NO

syntaza tlenku

syntaza tlenku

azotu

azotu



Ca

2+

w komórce są magazynowane głównie w siateczce

endoplazmatycznej, występują też w mitochondrium i jądrze
komórkowym.



W wyniku otwarcia kanałów wapniowych następuje szybki wzrost

stężenia

wapnia

w

komórce

będący

impulsem

procesów

biochemicznych.



Prawidłowa homeostaza wapnia w komórce jest wynikiem

współdziałania kanałów transportujących Ca

2+

, ATP-az wapniowych i

białek wiążących wapń.



Jony wapnia, pełniąc rolę wewnątrzkomórkowego sygnalizatora,

regulują różnorodne procesy, tj.:



syntezę i uwalnianie hormonów i neuroprzekaźników;



skurcze mięśni - kinaza łańcuchów lekkich miozyny jest zależna od

Ca

2+

i kalmoduliny



apoptozę - aktywacja proteaz, endonukleaz i transglutaminaz



cykl komórkowy



ekspresję genów



Jony wapnia mogą bezpośrednio wiązać się i aktywować enzymy

komórkowe lub pośrednio – poprzez białka wiążące wapń zmieniać
aktywność białek enzymatycznych i strukturalnych.



Uniwersalnym przekaźnikiem sygnału wapniowego w komórce jest

kalmodulina

kalmodulina

.



Wiąże ona 4 jony Ca

2+

, co prowadzi do zmiany konformacji tego

białka.



Zmiany takie umożliwiają interakcję kalmoduliny z innymi białkami,

które są przez nią aktywowane.



Kalmodulina oddziałuje w komórce m. in. z:



fosfodiesterazą cAMP



cyklazą adenylanową



syntazą NO