37.2 : Comment fonctionnent les hormones

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Compétences à développer

Expliquer comment fonctionnent les hormones
Discutez du rôle des différents types de récepteurs hormonaux

Les hormones médient les changements dans les cellules cibles en se liant à des récepteurs hormonaux spécifiques. Ainsi, même si les hormones circulent dans tout le corps et entrent en contact avec de nombreux types de cellules différents, elles n'affectent que les cellules qui possèdent les récepteurs nécessaires. Les récepteurs d'une hormone spécifique peuvent se trouver sur de nombreuses cellules différentes ou peuvent être limités à un petit nombre de cellules spécialisées. Par exemple, les hormones thyroïdiennes agissent sur de nombreux types de tissus différents, stimulant ainsi l'activité métabolique dans tout le corps. Les cellules peuvent avoir de nombreux récepteurs pour la même hormone, mais elles possèdent souvent des récepteurs pour différents types d'hormones. Le nombre de récepteurs qui répondent à une hormone détermine la sensibilité de la cellule à cette hormone et la réponse cellulaire qui en résulte. De plus, le nombre de récepteurs qui répondent à une hormone peut changer au fil du temps, ce qui entraîne une augmentation ou une diminution de la sensibilité cellulaire. Lors de la régulation positive, le nombre de récepteurs augmente en réponse à l'augmentation du taux d'hormones, ce qui rend la cellule plus sensible à l'hormone et permet une activité cellulaire accrue. Lorsque le nombre de récepteurs diminue en réponse à l'augmentation des taux d'hormones, ce que l'on appelle la régulation négative, l'activité cellulaire diminue.

La liaison aux récepteurs modifie l'activité cellulaire et entraîne une augmentation ou une diminution des processus corporels normaux. Selon la localisation du récepteur protéique sur la cellule cible et la structure chimique de l'hormone, les hormones peuvent médier les changements directement en se liant aux récepteurs hormonaux intracellulaires et en modulant la transcription des gènes, ou indirectement en se liant aux récepteurs de surface cellulaire et en stimulant voies de signalisation.

Récepteurs hormonaux intracellulaires

Les hormones dérivées des lipides (solubles), telles que les hormones stéroïdiennes, se diffusent à travers les membranes de la cellule endocrinienne. Une fois hors de la cellule, elles se lient aux protéines de transport qui les maintiennent solubles dans le sang. Au niveau de la cellule cible, les hormones sont libérées par la protéine porteuse et se diffusent à travers la bicouche lipidique de la membrane plasmique des cellules. Les hormones stéroïdiennes traversent la membrane plasmique d'une cellule cible et adhèrent aux récepteurs intracellulaires résidant dans le cytoplasme ou dans le noyau. Les voies de signalisation cellulaire induites par les hormones stéroïdiennes régulent des gènes spécifiques de l'ADN de la cellule. Les hormones et le complexe récepteur agissent comme des régulateurs de transcription en augmentant ou en diminuant la synthèse des molécules d'ARNm de gènes spécifiques. Ceci, à son tour, détermine la quantité de protéine correspondante synthétisée en modifiant l'expression génique. Cette protéine peut être utilisée soit pour modifier la structure de la cellule, soit pour produire des enzymes qui catalysent les réactions chimiques. De cette manière, l'hormone stéroïdienne régule des processus cellulaires spécifiques, comme illustré dans la figure\(\PageIndex{1}\).

L'illustration montre une hormone traversant la membrane cellulaire et se fixant au complexe NR/HSP. Le complexe se dissocie, libérant la protéine de choc thermique et un complexe NR/hormone. Le complexe se dimérise, pénètre dans le noyau et se fixe à un élément HRE de l'ADN, déclenchant ainsi la transcription de certains gènes. — Figure\(\PageIndex{1}\) : Un récepteur nucléaire intracellulaire (NR) est situé dans le cytoplasme lié à une protéine de choc thermique (HSP). Lors de la liaison hormonale, le récepteur se dissocie de la protéine de choc thermique et se transloque vers le noyau. Dans le noyau, le complexe hormono-récepteur se lie à une séquence d'ADN appelée élément de réponse hormonale (HRE), qui déclenche la transcription et la traduction des gènes. Le produit protéique correspondant peut ensuite induire des modifications de la fonction cellulaire.

Exercice\(\PageIndex{1}\)

Les protéines de choc thermique (HSP) sont appelées ainsi parce qu'elles aident à replier les protéines mal repliées. En réponse à une augmentation de la température (un « choc thermique »), les protéines du choc thermique sont activées par libération par le complexe NR/HSP. Dans le même temps, la transcription des gènes HSP est activée. À votre avis, pourquoi la cellule réagit-elle à un choc thermique en augmentant l'activité des protéines qui aident à replier les protéines mal repliées ?

Réponse: Les protéines se déplient, ou se dénaturent, à des températures plus élevées.

D'autres hormones liposolubles qui ne sont pas des hormones stéroïdiennes, comme la vitamine D et la thyroxine, ont des récepteurs situés dans le noyau. Les hormones diffusent à la fois à travers la membrane plasmique et l'enveloppe nucléaire, puis se lient aux récepteurs du noyau. Le complexe hormono-récepteur stimule la transcription de gènes spécifiques.

Récepteurs hormonaux de la membrane

Les hormones dérivées des acides aminés et les hormones polypeptidiques ne sont pas d'origine lipidique (liposolubles) et ne peuvent donc pas diffuser à travers la membrane plasmique des cellules Les hormones insolubles dans les lipides se lient aux récepteurs situés sur la surface externe de la membrane plasmique, via les récepteurs hormonaux de la membrane plasmique. Contrairement aux hormones stéroïdiennes, les hormones insolubles dans les lipides n'affectent pas directement la cellule cible car elles ne peuvent pas pénétrer dans la cellule et agir directement sur l'ADN. La liaison de ces hormones à un récepteur de surface cellulaire entraîne l'activation d'une voie de signalisation ; cela déclenche l'activité intracellulaire et produit les effets spécifiques associés à l'hormone. Ainsi, rien ne passe à travers la membrane cellulaire ; l'hormone qui se lie à la surface reste à la surface de la cellule tandis que le produit intracellulaire reste à l'intérieur de la cellule. L'hormone qui initie la voie de signalisation est appelée premier messager, qui active un second messager dans le cytoplasme, comme illustré à la Figure\(\PageIndex{2}\).

L'illustration montre l'épinéphrine liée à la surface extracellulaire d'un récepteur bêta-adrénergique. Une protéine G associée à la surface intracellulaire du récepteur est activée lorsque le GDP qui lui est associé est remplacé par du GTP. La protéine G active l'enzyme adénylyl cyclase, qui convertit l'ATP en AMPc, déclenchant ainsi une réponse cellulaire. — Figure\(\PageIndex{2}\) : Les hormones dérivées des acides aminés, l'épinéphrine et la norépinéphrine, se lient aux récepteurs bêta-adrénergiques de la membrane plasmique des cellules. La liaison hormonale au récepteur active une protéine G, qui active à son tour l'adénylyl cyclase, convertissant l'ATP en AMPc. L'AMPc est un second messager qui médie une réponse spécifique à la cellule. Une enzyme appelée phosphodiestérase décompose l'AMPc, interrompant ainsi le signal.

L'AMP cyclique (AMP) est un second messager très important. Lorsqu'une hormone se lie à son récepteur membranaire, une protéine G associée au récepteur est activée ; les protéines G sont des protéines distinctes des récepteurs présents dans la membrane cellulaire. Lorsqu'une hormone n'est pas liée au récepteur, la protéine G est inactive et est liée à la guanosine diphosphate, ou GDP. Lorsqu'une hormone se lie au récepteur, la protéine G est activée en liant la guanosine triphosphate, ou GTP, à la place du GDP. Après liaison, le GTP est hydrolysé par la protéine G en GDP et devient inactif.

La protéine G activée active à son tour une enzyme liée à la membrane appelée adénylyl cyclase. L'adénylyl cyclase catalyse la conversion de l'ATP en AMPc, qui active à son tour un groupe de protéines appelées protéines kinases, qui transfèrent un groupe phosphate de l'ATP à une molécule substrat dans le cadre d'un processus appelé phosphorylation. La phosphorylation d'une molécule de substrat modifie son orientation structurale, l'activant ainsi. Ces molécules activées peuvent ensuite induire des changements dans les processus cellulaires.

L'effet d'une hormone est amplifié au fur et à mesure que la voie de signalisation progresse. La liaison d'une hormone à un seul récepteur provoque l'activation de nombreuses protéines G, qui activent l'adénylyl cyclase. Chaque molécule d'adénylyl cyclase déclenche alors la formation de nombreuses molécules d'AMPc. L'amplification se poursuit car les protéines kinases, une fois activées par l'AMPc, peuvent catalyser de nombreuses réactions. De cette manière, une petite quantité d'hormone peut déclencher la formation d'une grande quantité de produit cellulaire. Pour arrêter l'activité hormonale, l'AMPc est désactivée par l'enzyme cytoplasmique phosphodiestérase, ou PDE. La PDE est toujours présente dans la cellule et décompose l'AMPc pour contrôler l'activité hormonale, empêchant ainsi la surproduction de produits cellulaires.

La réponse spécifique d'une cellule à une hormone insoluble dans les lipides dépend du type de récepteurs présents sur la membrane cellulaire et des molécules de substrat présentes dans le cytoplasme cellulaire. Les réponses cellulaires à la liaison hormonale d'un récepteur incluent la modification de la perméabilité membranaire et des voies métaboliques, la stimulation de la synthèse de protéines et d'enzymes et l'activation de la libération d'hormones.

Résumé

Les hormones provoquent des modifications cellulaires en se liant aux récepteurs des cellules cibles. Le nombre de récepteurs d'une cellule cible peut augmenter ou diminuer en réponse à l'activité hormonale. Les hormones peuvent affecter les cellules directement par l'intermédiaire des récepteurs hormonaux intracellulaires ou indirectement par les récepteurs hormonaux de la membrane plasmique.

Les hormones dérivées des lipides (solubles) peuvent pénétrer dans la cellule en se diffusant à travers la membrane plasmique et en se liant à l'ADN afin de réguler la transcription des gènes et de modifier les activités de la cellule en induisant la production de protéines qui affectent, en général, la structure et le fonctionnement à long terme de la cellule. Les hormones insolubles dans les lipides se lient aux récepteurs situés à la surface de la membrane plasmique et déclenchent une voie de signalisation qui modifie les activités de la cellule en induisant la production de divers produits cellulaires qui affectent la cellule à court terme. L'hormone est appelée premier messager et le composant cellulaire est appelé second messager. Les protéines G activent le second messager (AMP cyclique), déclenchant ainsi la réponse cellulaire. La réponse à la liaison hormonale est amplifiée à mesure que la voie de signalisation progresse. Les réponses cellulaires aux hormones incluent la production de protéines et d'enzymes et l'altération de la perméabilité des membranes.

Lexique

adénylate cyclase: une enzyme qui catalyse la conversion de l'ATP en AMP cyclique

régulation à la baisse: une diminution du nombre de récepteurs hormonaux en réponse à une augmentation des taux d'hormones

premier messager: l'hormone qui se lie à un récepteur hormonal de la membrane plasmique pour déclencher une voie de transduction du signal

Protéine G: une protéine membranaire activée par l'hormone premier messager pour activer la formation d'AMP cyclique

récepteur hormonal: la protéine cellulaire qui se lie à une hormone

récepteur hormonal intracellulaire: un récepteur hormonal dans le cytoplasme ou le noyau d'une cellule

phosphodiestérase (PDE): enzyme qui désactive l'AMPc, arrête l'activité hormonale

récepteur hormonal de la membrane plasmique: un récepteur hormonal situé à la surface de la membrane plasmique d'une cellule

régulation à la hausse: une augmentation du nombre de récepteurs hormonaux en réponse à une augmentation des taux d'hormones