Skip to main content
Global

37.2: كيف تعمل الهرمونات

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    196145

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    المهارات اللازمة للتطوير

    • شرح كيفية عمل الهرمونات
    • ناقش دور الأنواع المختلفة من مستقبلات الهرمونات

    تتوسط الهرمونات التغيرات في الخلايا المستهدفة عن طريق الارتباط بمستقبلات هرمونية معينة. بهذه الطريقة، على الرغم من أن الهرمونات تنتشر في جميع أنحاء الجسم وتتلامس مع العديد من أنواع الخلايا المختلفة، إلا أنها تؤثر فقط على الخلايا التي تمتلك المستقبلات الضرورية. يمكن العثور على مستقبلات هرمون معين في العديد من الخلايا المختلفة أو قد تقتصر على عدد صغير من الخلايا المتخصصة. على سبيل المثال، تعمل هرمونات الغدة الدرقية على العديد من أنواع الأنسجة المختلفة، مما يحفز نشاط التمثيل الغذائي في جميع أنحاء الجسم. يمكن أن تحتوي الخلايا على العديد من المستقبلات لنفس الهرمون ولكنها غالبًا ما تمتلك أيضًا مستقبلات لأنواع مختلفة من الهرمونات. يحدد عدد المستقبلات التي تستجيب للهرمون حساسية الخلية لهذا الهرمون والاستجابة الخلوية الناتجة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يتغير عدد المستقبلات التي تستجيب للهرمون بمرور الوقت، مما يؤدي إلى زيادة أو انخفاض حساسية الخلايا. في التنظيم العالي، يزداد عدد المستقبلات استجابة لارتفاع مستويات الهرمون، مما يجعل الخلية أكثر حساسية للهرمون ويسمح بمزيد من النشاط الخلوي. عندما ينخفض عدد المستقبلات استجابة لارتفاع مستويات الهرمون، والذي يسمى التنظيم التنازلي، ينخفض النشاط الخلوي.

    يؤدي ارتباط المستقبلات إلى تغيير النشاط الخلوي ويؤدي إلى زيادة أو نقصان في عمليات الجسم الطبيعية. اعتمادًا على موقع مستقبل البروتين في الخلية المستهدفة والتركيب الكيميائي للهرمون، يمكن للهرمونات التوسط في التغييرات مباشرة عن طريق الارتباط بمستقبلات الهرمون داخل الخلايا وتعديل النسخ الجيني، أو بشكل غير مباشر عن طريق الارتباط بمستقبلات سطح الخلية والتحفيز مسارات إرسال الإشارات.

    مستقبلات الهرمون داخل الخلايا

    الهرمونات المشتقة من الدهون (القابلة للذوبان) مثل هرمونات الستيرويد المنتشرة عبر أغشية خلية الغدد الصماء. بمجرد خروجها من الخلية، فإنها ترتبط بنقل البروتينات التي تحافظ على ذوبانها في مجرى الدم. في الخلية المستهدفة، يتم إطلاق الهرمونات من البروتين الناقل وتنتشر عبر الطبقة الدهنية ثنائية الغشاء البلازمي للخلايا. تمر هرمونات الستيرويد عبر الغشاء البلازمي للخلية المستهدفة وتلتصق بالمستقبلات داخل الخلايا الموجودة في السيتوبلازم أو في النواة. تنظم مسارات إشارات الخلية التي تحدثها هرمونات الستيرويد جينات معينة على الحمض النووي للخلية. تعمل الهرمونات ومركب المستقبلات كمنظمات للنسخ عن طريق زيادة أو تقليل تخليق جزيئات mRNA لجينات معينة. وهذا بدوره يحدد كمية البروتين المقابل الذي يتم تصنيعه عن طريق تغيير التعبير الجيني. يمكن استخدام هذا البروتين إما لتغيير بنية الخلية أو لإنتاج إنزيمات تحفز التفاعلات الكيميائية. بهذه الطريقة، ينظم هرمون الستيرويد عمليات خلايا محددة كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{1}\).

    يُظهر الرسم التوضيحي هرمونًا يعبر الغشاء الخلوي ويتصل بمركب NR/HSP. يتفكك المركب ويطلق بروتين الصدمة الحرارية ومركب NR/hormone. يتضاءل المركب ويدخل النواة ويلتصق بعنصر HRE على الحمض النووي، مما يؤدي إلى نسخ جينات معينة.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): يوجد مستقبل نووي داخل الخلايا (NR) في السيتوبلازم المرتبط ببروتين الصدمة الحرارية (HSP). عند الارتباط الهرموني، ينفصل المستقبل عن بروتين الصدمة الحرارية وينتقل إلى النواة. في النواة، يرتبط مركب مستقبلات الهرمونات بتسلسل الحمض النووي المسمى عنصر الاستجابة الهرمونية (HRE)، والذي يؤدي إلى نسخ الجينات وترجمتها. يمكن لمنتج البروتين المقابل بعد ذلك التوسط في التغييرات في وظيفة الخلية.

    التمارين\(\PageIndex{1}\)

    سميت بروتينات الصدمة الحرارية (HSP) بهذا الاسم لأنها تساعد في إعادة تعبئة البروتينات غير المطوية. استجابة لزيادة درجة الحرارة («صدمة حرارية»)، يتم تنشيط بروتينات الصدمة الحرارية عن طريق إطلاقها من مجمع NR/HSP. في نفس الوقت، يتم تنشيط نسخ جينات HSP. لماذا تعتقد أن الخلية تستجيب لصدمة حرارية عن طريق زيادة نشاط البروتينات التي تساعد على إعادة تعبئة البروتينات غير المطوية؟

    إجابة

    تتكشف البروتينات، أو تتغير طبيعتها، في درجات حرارة أعلى.

    تحتوي الهرمونات الأخرى القابلة للذوبان في الدهون والتي ليست هرمونات الستيرويد، مثل فيتامين D وهرمون الغدة الدرقية، على مستقبلات موجودة في النواة. تنتشر الهرمونات عبر كل من غشاء البلازما والغلاف النووي، ثم ترتبط بالمستقبلات في النواة. يحفز مجمع مستقبلات الهرمونات نسخ جينات معينة.

    مستقبلات هرمون غشاء البلازما

    الهرمونات المشتقة من الأحماض الأمينية وهرمونات البولي ببتيد ليست مشتقة من الدهون (قابلة للذوبان في الدهون) وبالتالي لا يمكن أن تنتشر من خلال غشاء البلازما للخلايا. ترتبط الهرمونات غير القابلة للذوبان في الدهون بالمستقبلات الموجودة على السطح الخارجي لغشاء البلازما، عبر مستقبلات هرمون غشاء البلازما. على عكس هرمونات الستيرويد، لا تؤثر هرمونات الدهون غير القابلة للذوبان بشكل مباشر على الخلية المستهدفة لأنها لا تستطيع دخول الخلية والعمل مباشرة على الحمض النووي. يؤدي ربط هذه الهرمونات بمستقبلات سطح الخلية إلى تنشيط مسار الإشارة؛ هذا يحفز النشاط داخل الخلايا وينفذ التأثيرات المحددة المرتبطة بالهرمون. بهذه الطريقة، لا يمر أي شيء عبر غشاء الخلية؛ يبقى الهرمون الذي يرتبط على السطح على سطح الخلية بينما يبقى المنتج داخل الخلية. يُطلق على الهرمون الذي يبدأ مسار الإشارة اسم المرسول الأول، الذي ينشط مرسلًا ثانيًا في السيتوبلازم، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{2}\).

    يُظهر الرسم التوضيحي أن الإيبينيفرين مرتبط بالسطح خارج الخلية لمستقبلات بيتا الأدرينالية. يتم تنشيط بروتين G المرتبط بالسطح داخل الخلايا للمستقبلات عندما يتم استبدال الناتج المحلي الإجمالي المرتبط به بـ GTP. ينشط بروتين G إنزيم أدينيل سيكلاز، الذي يحول ATP إلى CamP، مما يؤدي إلى استجابة خلوية.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): ترتبط هرمونات الإيبينيفرين والنورادرينالين المشتقة من الأحماض الأمينية بمستقبلات بيتا الأدرينالية على الغشاء البلازمي للخلايا. يعمل الارتباط الهرموني بالمستقبلات على تنشيط بروتين G، والذي بدوره ينشط أدينيل سيكلاز، ويحول ATP إلى CamP. CamP هو برنامج المراسلة الثاني الذي يتوسط استجابة خاصة بالخلية. يقوم إنزيم يسمى فوسفوديستراز بتفكيك CamP، مما يؤدي إلى إنهاء الإشارة.

    أحد برامج المراسلة الثانية المهمة جدًا هو AMP الدوري (CamP). عندما يرتبط الهرمون بمستقبلات الغشاء، يتم تنشيط بروتين G المرتبط بالمستقبل؛ بروتينات G هي بروتينات منفصلة عن المستقبلات الموجودة في غشاء الخلية. عندما لا يكون الهرمون مرتبطًا بالمستقبل، يكون بروتين G غير نشط ويرتبط بثنائي فسفات الغوانوسين أو الناتج المحلي الإجمالي. عندما يرتبط الهرمون بالمستقبل، يتم تنشيط بروتين G عن طريق ربط غوانوزين ثلاثي الفوسفات، أو GTP، بدلاً من الناتج المحلي الإجمالي. بعد الربط، يتم تحلل GTP بواسطة بروتين G إلى الناتج المحلي الإجمالي ويصبح غير نشط.

    يقوم بروتين G المنشط بدوره بتنشيط إنزيم مرتبط بالغشاء يسمى أدينيل سيكلاز. يحفز أدينيل سيكلاز تحويل ATP إلى CaMP، ويقوم CamP بدوره بتنشيط مجموعة من البروتينات تسمى كينازات البروتين، والتي تنقل مجموعة الفوسفات من ATP إلى جزيء الركيزة في عملية تسمى الفسفرة. تؤدي فسفرة جزيء الركيزة إلى تغيير اتجاهه الهيكلي، وبالتالي تنشيطه. يمكن لهذه الجزيئات المنشطة بعد ذلك التوسط في التغييرات في العمليات الخلوية.

    يتم تضخيم تأثير الهرمون مع تقدم مسار الإشارة. يؤدي ارتباط الهرمون في مستقبل واحد إلى تنشيط العديد من بروتينات G، التي تنشط أدينيل سيكلاز. ثم يؤدي كل جزيء من أدينيل سيكلاز إلى تكوين العديد من جزيئات CaMP. يحدث المزيد من التضخيم لأن كينازات البروتين، بمجرد تنشيطها بواسطة CamP، يمكن أن تحفز العديد من التفاعلات. بهذه الطريقة، يمكن أن تؤدي كمية صغيرة من الهرمون إلى تكوين كمية كبيرة من المنتج الخلوي. لإيقاف نشاط الهرمون، يتم إلغاء تنشيط CamP بواسطة الإنزيم السيتوبلازمي فوسفوديستراس، أو PDE. يتواجد PDE دائمًا في الخلية ويقوم بتفكيك CamP للتحكم في نشاط الهرمونات، مما يمنع الإفراط في إنتاج المنتجات الخلوية.

    تعتمد الاستجابة المحددة للخلية لهرمون الدهون غير القابل للذوبان على نوع المستقبلات الموجودة على غشاء الخلية وجزيئات الركيزة الموجودة في السيتوبلازم الخلوي. تشمل الاستجابات الخلوية للربط الهرموني للمستقبلات تغيير نفاذية الغشاء ومسارات التمثيل الغذائي، وتحفيز تخليق البروتينات والإنزيمات، وتنشيط إطلاق الهرمونات.

    ملخص

    تسبب الهرمونات تغيرات خلوية من خلال الارتباط بالمستقبلات على الخلايا المستهدفة. يمكن أن يزيد عدد المستقبلات في الخلية المستهدفة أو ينقص استجابة لنشاط الهرمون. يمكن أن تؤثر الهرمونات على الخلايا مباشرة من خلال مستقبلات الهرمون داخل الخلايا أو بشكل غير مباشر من خلال مستقبلات هرمون غشاء البلازما.

    يمكن للهرمونات المشتقة من الدهون (القابلة للذوبان) أن تدخل الخلية عن طريق الانتشار عبر غشاء البلازما والارتباط بالحمض النووي لتنظيم النسخ الجيني وتغيير أنشطة الخلية عن طريق تحفيز إنتاج البروتينات التي تؤثر بشكل عام على بنية ووظيفة الخلية على المدى الطويل. ترتبط الهرمونات غير القابلة للذوبان في الدهون بالمستقبلات الموجودة على سطح غشاء البلازما وتؤدي إلى مسار إشارة لتغيير أنشطة الخلية عن طريق تحفيز إنتاج منتجات الخلايا المختلفة التي تؤثر على الخلية على المدى القصير. يُطلق على الهرمون اسم الرسول الأول ويسمى المكون الخلوي بالرسول الثاني. تقوم بروتينات G بتنشيط برنامج المراسلة الثاني (AMP الدوري)، مما يؤدي إلى الاستجابة الخلوية. يتم تضخيم الاستجابة للربط الهرموني مع تقدم مسار الإشارة. تشمل الاستجابات الخلوية للهرمونات إنتاج البروتينات والإنزيمات ونفاذية الأغشية المتغيرة.

    مسرد المصطلحات

    أدينيلات سيكلاز
    إنزيم يحفز تحويل ATP إلى AMP الدوري
    التنظيم السفلي
    انخفاض في عدد مستقبلات الهرمونات استجابة لزيادة مستويات الهرمون
    أول رسول
    الهرمون الذي يرتبط بمستقبلات هرمون غشاء البلازما لتحريك مسار نقل الإشارة
    بروتين جي
    بروتين غشائي يتم تنشيطه بواسطة هرمون المراسلة الأول لتنشيط تكوين AMP الدوري
    مستقبلات هرمون
    البروتين الخلوي الذي يرتبط بهرمون
    مستقبلات الهرمون داخل الخلايا
    مستقبل هرمون في السيتوبلازم أو نواة الخلية
    فوسفوديستراس (PDE)
    الإنزيم الذي يعطل CamP، ويوقف نشاط الهرمون
    مستقبلات هرمون غشاء البلازما
    مستقبل هرمون على سطح الغشاء البلازمي للخلية
    التنظيم التصاعدي
    زيادة في عدد مستقبلات الهرمونات استجابة لزيادة مستويات الهرمون