تنظیم دمای بدن و مقدمه غدد درون‌ریز

ویژگی‌های ساختاری و شیمیایی هورمون‌ها

هورمون‌ها پیام‌آورهای شیمیایی هستند که توسط غدد درون‌ریز ترشح شده و فعالیت‌های فیزیولوژیک بدن را تنظیم می‌کنند. این ترکیبات بر اساس ساختار شیمیایی خود به سه گروه اصلی پپتیدی/پروتئینی، استروئیدی و مشتقات آمینی تقسیم می‌شوند. تفاوت در ساختار شیمیایی، تعیین‌کننده نحوه سنتز، ذخیره‌سازی و نحوه تعامل آن‌ها با سلول‌های هدف است. برای مثال، هورمون اکسی‌توسین یک نانوپپتید متشکل از ۹ اسید آمینه است، در حالی که هورمون‌هایی مانند پرولاکتین یا گلوکاگون ساختار پلی‌پپتیدی بسیار بزرگ‌تری دارند. هورمون‌های تیروئیدی نیز مشتق از اسید آمینه تیروزین هستند و ویژگی‌های خاص خود را دارند.

مکانیسم‌های سنتز و ذخیره‌سازی

هورمون‌های پپتیدی و پروتئینی پس از سنتز، در وزیکول‌های ترشحی درون سلول ذخیره می‌شوند تا در زمان نیاز آزاد گردند. این هورمون‌ها در دستگاه گلژی بسته‌بندی شده و منتظر پیام رهاسازی می‌مانند. در مقابل، هورمون‌های استروئیدی (مانند تستوسترون و آلدوسترون) که از کلسترول مشتق می‌شوند، به علت ماهیت چربی‌دوست خود اندوخته نمی‌شوند و در صورت نیاز سنتز می‌گردند؛ زیرا ساختار چربی‌دوست آن‌ها اجازه نگهداری درون وزیکول‌های غشایی را نمی‌دهد و بلافاصله پس از سنتز از غشا عبور کرده و خارج می‌شوند. هورمون‌های تیروئیدی نیز پس از ساخت در غده تیروئید، درون ساختار پروتئین بزرگ تیروگلوبولین گنجانده شده و در مجرای فولیکول‌های غده تیروئید ذخیره می‌شوند.

جایگاه گیرنده‌ها و شروع عملکرد هورمونی

اثرات تمامی هورمون‌ها بدون هیچ استثنایی با اتصال اختصاصی آن‌ها به گیرنده خود و تشکیل کمپلکس هورمون - گیرنده آغاز می‌شود. محل قرارگیری این گیرنده‌ها به ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی هورمون بستگی دارد. هورمون‌های پروتئینی، پپتیدی و کاتکولامین‌ها که محلول در آب هستند و نمی‌توانند از غشای سلول عبور کنند، گیرنده‌هایشان روی سطح غشای سلول‌های هدف قرار دارد. در مقابل، هورمون‌های استروئیدی به دلیل ماهیت لیپوفیل (چربی‌دوست) خود به راحتی از غشا عبور کرده و به گیرنده‌های سیتوپلاسمی متصل می‌شوند. گیرنده‌های هورمون‌های تیروئیدی نیز در هسته سلول مستقر هستند. در بین انواع گیرنده‌ها، گیرنده‌های متصل به کانال‌های یونی برای هورمون‌ها بسیار کم‌کاربرد هستند و تنها تعداد کمی از هورمون‌ها از آن‌ها استفاده می‌کنند، در حالی که اکثر هورمون‌ها از گیرنده‌های جفت‌شونده با پروتئین G یا متصل به آنزیم بهره می‌برند.

نحوه انتقال هورمون‌ها در جریان خون

پس از ترشح هورمون‌ها به مایع میان‌بافتی و ورود آن‌ها به جریان خون، روش انتقال آن‌ها بستگی به حلالیت آن‌ها در آب دارد. هورمون‌های پپتیدی و کاتکولامینی (مانند اپی‌نفرین) محلول در آب هستند؛ به همین دلیل این هورمون‌ها به‌صورت آزاد و حل‌شده در پلاسما گردش می‌کنند و برای انتقال نیازی به پروتئین‌های ناقل ندارند. در مقابل، هورمون‌های استروئیدی و تیروئیدی به شدت چربی‌دوست و کم‌محلول در آب هستند. این هورمون‌ها برای انتقال در خون به پروتئین‌های پلاسمایی متصل می‌شوند. برای مثال، تیروکسین (T_۴) به پروتئین‌های ناقل مخصوص خود در پلاسما متصل می‌گردد.

نقش پروتئین‌های ناقل در فعالیت زیستی و نیمه‌عمر

اتصال هورمون‌ها به پروتئین‌های پلاسمایی تأثیر عمیقی بر فعالیت بیولوژیک و سرعت دفع آن‌ها دارد. هورمون‌هایی که به پروتئین‌های پلاسما متصل هستند، از نظر بیولوژیکی غیرفعال به شمار می‌روند. در واقع، تنها فرم آزاد هورمون (مانند فرم آزاد تیروکسین) فرم فعال بیولوژیک است که می‌تواند به سلول هدف وارد شده و اعمال متابولیسمی را هدایت کند. اتصال به پروتئین به عنوان یک مخزن هورمونی عمل کرده و با جلوگیری از فیلتراسیون و دفع هورمون در کلیه‌ها یا تجزیه آن در کبد، باعث کاهش کلیرانس (کاهش دفع) و افزایش ذخیره هورمونی در پلاسما می‌شود. این فرآیند مستقیماً نیمه‌عمر پلاسمایی هورمون را افزایش می‌دهد.

مقایسه نیمه‌عمر و کلیرانس هورمون‌ها

تفاوت در میزان اتصال به پروتئین‌های ناقل منجر به تفاوت‌های آشکار در نیمه‌عمر و کلیرانس هورمون‌ها می‌شود. هورمون تیروکسین (T_۴) به دلیل اتصال بسیار قوی به پروتئین‌های پلاسما، نیمه‌عمر بسیار طولانی در حدود ۶ تا ۷ روز دارد. در مقابل, هورمون استروئیدی کورتیزول پیوند سست‌تری داشته و نیمه‌عمر پلاسمایی آن بسیار کوتاه‌تر و حدود ۱۰۰ دقیقه است. از طرف دیگر، هورمون‌های کاتکولامینی مانند اپی‌نفرین به دلیل محلول بودن در آب، اصلاً به پروتئین‌های پلاسمایی متصل نمی‌شوند؛ بنابراین به‌سرعت توسط کلیه‌ها و کبد دفع شده و کلیرانس بسیار بالاتری نسبت به هورمون‌های استروئیدی و تیروئیدی دارند که این امر نیمه‌عمر آن‌ها را به چند ثانیه تا چند دقیقه کاهش می‌دهد.

گیرنده‌های متصل به آنزیم و مسیرهای پیام‌رسانی آن‌ها

بسیاری از هورمون‌های مهم بدن اثرات خود را از طریق گیرنده‌های متصل به آنزیم اعمال می‌کنند. این گیرنده‌ها پروتئین‌های عبورکننده از غشا هستند که یا خود فعالیت آنزیمی دارند و یا مستقیماً به آنزیم‌ها جفت می‌شوند. هورمون‌های انسولین، لپتین، هورمون رشد (GH) و پرولاکتین از این دسته گیرنده‌ها استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، گیرنده انسولین دارای فعالیت آنزیمی ذاتی تیروزین کیناز است. این ساختار کاملاً با هورمونی مانند گلوکاگون متفاوت است؛ چرا که گلوکاگون برای انتقال پیام خود از گیرنده‌های جفت‌شونده با پروتئین G (GPCR) استفاده می‌کند و فاقد کیناز متصل به آنزیم است.

مسیر پیام‌رسانی JAK-STAT

سیتوکاین‌ها و هورمون‌هایی مانند هورمون رشد و پرولاکتین از مسیر اختصاصی JAK-STAT برای هدایت پیام خود بهره می‌برند. پس از اتصال هورمون به گیرنده، آنزیمی به نام جک (JAK) که نوعی تیروزین کیناز است فعال می‌شود. فسفوریلاسیون و فعال شدن کیناز خانواده جک (JAK) به فسفوریله شدن و فعال‌سازی پروتئین‌های STAT منجر می‌شود که در نهایت نسخه‌برداری از ژن‌های هدف را افزایش می‌دهند. فعال‌سازی این سیستم کینازی ارتباطی با فعال‌سازی آدنیلیل سیکلاز و افزایش سطح cAMP سیتوپلاسمی ندارد. علاوه بر این، فعال شدن JAK می‌تواند مسیرهای آنزیمی مهم دیگری نظیر MAPK و PI۳K را نیز تحریک کند که در رشد و متابولیسم سلولی نقش حیاتی دارند.

گیرنده‌های هسته‌ای و پیام‌رسانی دیررس هورمون‌های تیروئید

در مقابل گیرنده‌های غشایی که اثرات سریع دارند، هورمون‌های تیروئیدی به گیرنده‌های هسته‌ای خود متصل می‌شوند. از آنجا که این گیرنده‌ها مستقیماً در هسته قرار دارند و با راه‌اندازی فرآیندهای رونویسی ژن و ترجمه (ساخت پروتئین‌های جدید) عمل می‌کنند، سرعت ظاهر شدن تأثیر تیروکسین بر سلول هدف بسیار کندتر و دیررس‌تر از هورمون‌هایی مانند انسولین و GnRH است که با گیرنده‌های غشایی کار می‌کنند. با این حال، به دلیل دخالت در ژنتیک سلول، هورمون‌های تیروئید پس از اتصال به گیرنده‌های خود می‌توانند وظایف تنظیم‌کنندگی خود را تا چند روز یا حتی چند هفته ادامه دهند.

گیرنده‌های جفت‌شونده با پروتئین G (GPCR)

بخش عمده‌ای از هورمون‌های بدن اثرات خود را از طریق گیرنده‌های جفت‌شونده با پروتئین G (GPCR) اعمال می‌کنند. این گیرنده‌ها با اتصال هورمون، پروتئین‌های G درون‌سلولی را فعال می‌کنند که آن‌ها نیز به نوبه خود آنزیم‌های غشایی خاصی را تحریک یا مهار می‌نمایند. برای مثال، هورمون اپی‌نفرین که یک هورمون آمینی مشتق از تیروزین است، گیرنده اصلی آن از نوع GPCR می‌باشد. این گیرنده‌ها پیام خود را از طریق فعال‌سازی مسیرهای پیک ثانویه مانند آدنیلیل سیکلاز - cAMP یا فسفولیپاز C پیش می‌برند.

مسیر آدنیلیل سیکلاز - cAMP

در مسیر آدنیلیل سیکلاز، فعال شدن پروتئین G منجر به فعال‌سازی آنزیم آدنیلیل سیکلاز و افزایش غلظت cAMP (آدنوزین مونوفسفات حلقوی) درون سیتوپلاسم می‌شود. این پیک ثانویه مستقیماً آنزیم پروتئین کیناز A را فعال می‌کند تا فسفوریلاسیون پروتئین‌های هدف را انجام دهد. هورمون‌هایی مانند سوماتواستاتین اثر خود را از طریق این مسیر اعمال می‌کنند. همچنین، هورمون وازوپرسین در سلول‌های اپی‌تلیال کلیوی از طریق گیرنده‌های V_۲ خود از مسیر cAMP استفاده می‌کند تا بازجذب آب را افزایش دهد. کاتکولامین‌ها نیز در صورت اتصال به گیرنده‌های بتای خود، این مسیر را فعال می‌کنند.

مسیر فسفولیپاز C و آزادسازی کلسیم

در مسیر فسفولیپاز C، فعال شدن این آنزیم غشایی منجر به تجزیه فسفولیپید غشایی (PIP_۲) به دو پیک ثانویه یعنی IP_۳ (اینوزیتول تری‌فسفات) و DAG (دی‌اسیل‌گلیسرول) می‌گردد. نقش IP_۳، فراخوانی و آزاد کردن یون کلسیم از شبکه اندوپلاسمی و میتوکندری‌ها به درون سیتوپلاسم است. پیک ثانویه DAG نیز مستقیماً آنزیم پروتئین کیناز C را فعال می‌کند. هورمون اکسی‌توسین پیام خود را از طریق فعال‌سازی سیستم فسفولیپاز C منتقل می‌کند.

جالب اینجاست که برخی هورمون‌ها بسته به نوع سلول یا نوع گیرنده، از هر دو مسیر استفاده می‌کنند؛ برای مثال، آنژیوتانسین II در سلول‌های اپی‌تلیال از مسیر آدنیلیل سیکلاز - cAMP بهره می‌برد، اما در عضلات صاف عروقی مسیر فسفولیپاز C را فعال می‌کند. وازوپرسین نیز در سلول‌های اپی‌تلیال از مسیر cAMP (گیرنده V_۲) و در عضلات صاف عروقی از مسیر فسفولیپاز C (گیرنده V_۱) استفاده می‌نماید. کاتکولامین‌ها نیز از طریق گیرنده‌های بتای خود مسیر cAMP و از طریق گیرنده‌های آلفای خود مسیر فسفولیپاز C را به کار می‌گیرند.