Mekanisme kerja hormon hipofisis dan hipotalamus

Pengaturan hormon dimulai dengan proses sintesis dan sekresi hormon di kelenjar endokrin. Mereka saling berhubungan secara fungsional dan merupakan satu kesatuan. Proses biosintesis hormon, yang dilakukan dalam sel-sel khusus, terjadi secara spontan dan ditetapkan secara genetik. Kontrol genetik terhadap biosintesis sebagian besar hormon protein-peptida, khususnya hormon adenohipofisotropik, paling sering dilakukan secara langsung dalam polisom hormon prekursor atau pada tingkat pembentukan mRNA hormon itu sendiri, sedangkan biosintesis hormon hipotalamus dilakukan dengan membentuk mRNA enzim protein yang mengatur berbagai tahap pembentukan hormon, yaitu, terjadi sintesis ekstraribosomal. Pembentukan struktur primer hormon protein-peptida adalah hasil dari translasi langsung urutan nukleotida dari mRNA yang sesuai yang disintesis di situs aktif genom sel penghasil hormon. Struktur sebagian besar hormon protein atau prekursornya terbentuk dalam polisom menurut skema umum biosintesis protein. Perlu dicatat bahwa kemampuan untuk mensintesis dan menerjemahkan mRNA hormon ini atau prekursornya bersifat khusus untuk aparatus nukleus dan polisom dari jenis sel tertentu. Dengan demikian, STH disintesis dalam eosinofil kecil adenohypophysis, prolaktin - dalam eosinofilik besar, dan gonadotropin - dalam sel basofilik khusus. Biosintesis TRH dan LH-RH dalam sel hipotalamus terjadi agak berbeda. Peptida ini terbentuk bukan dalam polisom pada matriks mRNA, tetapi di bagian sitoplasma yang larut di bawah pengaruh sistem sintetase yang sesuai.

Translasi langsung materi genetik dalam kasus sekresi sebagian besar hormon polipeptida sering kali mengarah pada pembentukan prekursor yang kurang aktif - preprohormon polipeptida (prehormon). Biosintesis hormon polipeptida terdiri dari dua tahap yang berbeda: sintesis ribosomal dari prekursor yang tidak aktif pada matriks mRNA dan pembentukan pascatranslasi dari hormon yang aktif. Tahap pertama tentu saja terjadi di dalam sel-sel adenohypophysis, sedangkan tahap kedua juga dapat terjadi di luarnya.

Aktivasi prekursor hormonal pasca-translasi dimungkinkan dengan dua cara: melalui degradasi enzimatik multi-tahap dari molekul prekursor molekuler besar yang diterjemahkan dengan penurunan ukuran molekul hormon yang diaktifkan, dan melalui asosiasi non-enzimatik dari subunit pro-hormonal dengan peningkatan ukuran molekul hormon yang diaktifkan.

Dalam kasus pertama, aktivasi pasca-translasi merupakan karakteristik AKTU, beta-lipotropin, dan yang kedua - untuk hormon glikoprotein, khususnya gonadotropin dan TSH.

Aktivasi hormon protein-peptida secara berurutan memiliki makna biologis langsung. Pertama, ia membatasi efek hormonal di tempat pembentukannya; kedua, ia menyediakan kondisi optimal untuk manifestasi efek regulasi polifungsional dengan penggunaan minimal bahan genetik dan pembangun, dan juga memfasilitasi transportasi hormon secara seluler.

Sekresi hormon terjadi, sebagai suatu peraturan, secara spontan, dan tidak terus-menerus dan seragam, tetapi secara impulsif, dalam bagian-bagian terpisah yang terpisah. Hal ini tampaknya disebabkan oleh sifat siklus dari proses biosintesis, pengendapan intraseluler, dan pengangkutan hormon. Dalam kondisi norma fisiologis, proses sekresi harus menyediakan kadar hormon basal tertentu dalam cairan yang bersirkulasi. Proses ini, seperti biosintesis, berada di bawah kendali faktor-faktor tertentu. Sekresi hormon hipofisis terutama ditentukan oleh hormon pelepas hipotalamus yang sesuai dan kadar hormon yang bersirkulasi dalam darah. Pembentukan hormon pelepas hipotalamus sendiri bergantung pada pengaruh neurotransmiter yang bersifat adrenergik atau kolinergik, serta konsentrasi hormon kelenjar target dalam darah.

Biosintesis dan sekresi saling terkait erat. Sifat kimia hormon dan ciri-ciri mekanisme sekresinya menentukan tingkat konjugasi proses-proses ini. Dengan demikian, indikator ini maksimum dalam kasus sekresi hormon steroid, yang berdifusi relatif bebas melalui membran sel. Besarnya konjugasi biosintesis dan sekresi hormon protein-peptida dan katekolamin minimal. Hormon-hormon ini dilepaskan dari granula sekretori seluler. Posisi perantara dalam indikator ini ditempati oleh hormon tiroid, yang disekresikan dengan melepaskannya dari bentuk yang terikat protein.

Dengan demikian, perlu ditegaskan bahwa sintesis dan sekresi hormon kelenjar pituitari dan hipotalamus dilakukan sampai batas tertentu secara terpisah.

Elemen struktural dan fungsional utama dari proses sekresi hormon protein-peptida adalah butiran atau vesikel sekretori. Ini adalah formasi morfologi khusus berbentuk oval dengan berbagai ukuran (100-600 nm), dikelilingi oleh membran lipoprotein tipis. Butiran sekretori sel penghasil hormon muncul dari kompleks Golgi. Elemen-elemennya mengelilingi prohormon atau hormon, secara bertahap membentuk butiran yang melakukan sejumlah fungsi yang saling terkait dalam sistem proses yang menyebabkan sekresi hormon. Mereka dapat menjadi tempat aktivasi prohormon peptida. Fungsi kedua yang dilakukan oleh butiran adalah penyimpanan hormon di dalam sel sampai saat aksi stimulus sekresi tertentu. Membran butiran membatasi pelepasan hormon ke dalam sitoplasma dan melindungi hormon dari aksi enzim sitoplasma yang dapat menonaktifkannya. Zat dan ion khusus yang terkandung di dalam butiran memiliki signifikansi tertentu dalam mekanisme pengendapan. Ini termasuk protein, nukleotida, ion, yang tujuan utamanya adalah untuk membentuk kompleks non-kovalen dengan hormon dan mencegah penetrasi mereka melalui membran. Granula sekretori memiliki kualitas lain yang sangat penting - kemampuan untuk bergerak ke pinggiran sel dan mengangkut hormon yang disimpan di dalamnya ke membran plasma. Pergerakan granula dilakukan di dalam sel dengan partisipasi organel sel - mikrofilamen (diameternya 5 nm), dibangun dari protein aktin, dan mikrotube berongga (diameter 25 nm), yang terdiri dari kompleks protein kontraktil tubulin dan dynein. Jika perlu untuk memblokir proses sekretori, obat yang menghancurkan mikrofilamen atau memisahkan mikrotube (cytochalasin B, colchicine, vinblastine) biasanya digunakan. Pengangkutan granula intraseluler membutuhkan biaya energi dan keberadaan ion kalsium. Membran granula dan membran plasma, dengan partisipasi kalsium, saling bersentuhan, dan sekresi dilepaskan ke ruang ekstraseluler melalui "pori-pori" yang terbentuk di membran sel. Proses ini disebut eksositosis. Granula yang kosong dalam beberapa kasus dapat direkonstruksi dan kembali ke sitoplasma.

Titik pemicu dalam proses sekresi hormon protein-peptida adalah peningkatan pembentukan AMP (cAMP) dan peningkatan konsentrasi ion kalsium intraseluler, yang menembus membran plasma dan merangsang transisi butiran hormon ke membran sel. Proses yang dijelaskan di atas diatur baik secara intraseluler maupun ekstraseluler. Jika regulasi intraseluler dan regulasi diri fungsi penghasil hormon kelenjar pituitari dan sel hipotalamus dibatasi secara signifikan, maka mekanisme kontrol sistemik memastikan aktivitas fungsional kelenjar pituitari dan hipotalamus sesuai dengan keadaan fisiologis tubuh. Pelanggaran proses regulasi dapat menyebabkan patologi serius pada fungsi kelenjar dan, akibatnya, seluruh tubuh.

Pengaruh regulasi dapat dibagi menjadi stimulasi dan penghambat. Semua proses regulasi didasarkan pada prinsip umpan balik. Tempat utama dalam regulasi fungsi hormonal kelenjar pituitari adalah milik struktur sistem saraf pusat, dan terutama hipotalamus. Dengan demikian, mekanisme fisiologis kontrol kelenjar pituitari dapat dibagi menjadi saraf dan hormonal.

Ketika mempertimbangkan proses pengaturan sintesis dan sekresi hormon hipofisis, pertama-tama perlu diperhatikan hipotalamus dengan kemampuannya untuk mensintesis dan mengeluarkan hormon saraf - hormon pelepas. Seperti yang ditunjukkan, pengaturan hormon adenohipofisis dilakukan dengan bantuan hormon pelepas yang disintesis dalam nukleus tertentu di hipotalamus. Elemen sel kecil dari struktur hipotalamus ini memiliki jalur konduksi yang menghubungi pembuluh jaringan kapiler primer, tempat hormon pelepas masuk, mencapai sel adenohipofisis.

Dengan mempertimbangkan hipotalamus sebagai pusat neuroendokrin, yaitu sebagai tempat transformasi impuls saraf menjadi sinyal hormonal tertentu, yang pembawanya adalah hormon pelepas, para ilmuwan mempelajari kemungkinan pengaruh berbagai sistem mediator secara langsung pada proses sintesis dan sekresi hormon adenohipofisis. Dengan menggunakan teknik metodologi yang lebih baik, para peneliti telah mengidentifikasi, misalnya, peran dopamin dalam mengatur sekresi sejumlah hormon tropik adenohipofisis. Dalam hal ini, dopamin bertindak tidak hanya sebagai neurotransmitter yang mengatur fungsi hipotalamus, tetapi juga sebagai hormon pelepas yang berpartisipasi dalam pengaturan fungsi adenohipofisis. Data serupa telah diperoleh sehubungan dengan norepinefrin, yang berpartisipasi dalam pengendalian sekresi ACTH. Fakta kontrol ganda sintesis dan sekresi hormon adenohipofisiotropik kini telah ditetapkan. Titik utama penerapan berbagai neurotransmitter dalam sistem pengaturan hormon pelepas hipotalamus adalah struktur hipotalamus tempat mereka disintesis. Saat ini, spektrum zat aktif fisiologis yang terlibat dalam pengaturan neurohormon hipotalamus cukup luas. Ini adalah neurotransmitter klasik yang bersifat adrenergik dan kolinergik, sejumlah asam amino, zat dengan efek seperti morfin - endorfin dan enkefalin. Zat-zat ini adalah penghubung utama antara sistem saraf pusat dan sistem endokrin, yang pada akhirnya memastikan kesatuan mereka dalam tubuh. Aktivitas fungsional sel neuroendokrin hipotalamus dapat dikontrol secara langsung oleh berbagai bagian otak menggunakan impuls saraf yang datang melalui berbagai jalur aferen.

Baru-baru ini, muncul masalah lain dalam neuroendokrinologi - studi tentang peran fungsional hormon pelepas yang terlokalisasi dalam struktur lain sistem saraf pusat, di luar hipotalamus dan tidak terkait langsung dengan regulasi hormonal fungsi adenohypophyseal. Telah dikonfirmasi secara eksperimental bahwa hormon-hormon tersebut dapat dianggap sebagai neurotransmitter dan neuromodulator dari sejumlah proses sistemik.

Di hipotalamus, hormon pelepas terlokalisasi di area atau nukleus tertentu. Misalnya, LH-RH terlokalisasi di hipotalamus anterior dan mediobasal, TRH di hipotalamus tengah, dan CRH terutama di bagian posteriornya. Hal ini tidak mengesampingkan distribusi neurohormon yang tersebar di kelenjar.

Fungsi utama hormon adenohypophyseal adalah untuk mengaktifkan sejumlah kelenjar endokrin perifer (korteks adrenal, kelenjar tiroid, gonad). Hormon tropik hipofisis - ACTH, TSH, LH dan FSH, STH - menyebabkan respons spesifik. Dengan demikian, yang pertama menyebabkan proliferasi (hipertrofi dan hiperplasia) zona fasikular korteks adrenal dan peningkatan sintesis glukokortikoid dalam sel-selnya; yang kedua adalah pengatur utama morfogenesis aparatus folikel kelenjar tiroid, berbagai tahap sintesis dan sekresi hormon tiroid; LH adalah stimulator utama ovulasi dan pembentukan korpus luteum di ovarium, pertumbuhan sel interstisial di testis, sintesis estrogen, progestin dan androgen gonad; FSH mempercepat pertumbuhan folikel ovarium, membuatnya peka terhadap aksi LH, dan juga mengaktifkan spermatogenesis; STH, bertindak sebagai stimulator pada sekresi somatomedin oleh hati, menentukan pertumbuhan linear tubuh dan proses anabolik; LTH meningkatkan manifestasi aksi gonadotropin.

Perlu dicatat pula bahwa hormon tropik hipofisis, yang bertindak sebagai pengatur fungsi kelenjar endokrin perifer, sering kali mampu memberikan efek langsung. Misalnya, ACTH sebagai pengatur utama sintesis glukokortikoid menghasilkan sejumlah efek ekstra-adrenal, khususnya lipolitik dan stimulasi melanosit.

Hormon yang berasal dari hipotalamus-hipofisis, yaitu protein-peptida, menghilang dari darah dengan sangat cepat. Waktu paruhnya tidak lebih dari 20 menit dan dalam kebanyakan kasus berlangsung 1-3 menit. Hormon protein-peptida dengan cepat terakumulasi di hati, di mana mereka mengalami degradasi dan inaktivasi intensif di bawah aksi peptidase tertentu. Proses ini juga dapat diamati di jaringan lain, serta dalam darah. Metabolit hormon protein-peptida tampaknya diekskresikan terutama dalam bentuk asam amino bebas, garamnya, dan peptida kecil. Mereka diekskresikan terutama dengan urin dan empedu.

Hormon paling sering memiliki tropisme tindakan fisiologis yang cukup jelas. Misalnya, ACTH bekerja pada sel-sel korteks adrenal, jaringan adiposa, jaringan saraf; gonadotropin - pada sel-sel gonad, hipotalamus dan sejumlah struktur lainnya, yaitu pada organ, jaringan, sel target. Hormon kelenjar pituitari dan hipotalamus memiliki berbagai macam tindakan fisiologis pada sel-sel dari berbagai jenis dan pada berbagai reaksi metabolisme dalam sel yang sama. Struktur tubuh, menurut tingkat ketergantungan fungsinya pada aksi hormon tertentu, dibagi menjadi tergantung hormon dan peka hormon. Jika yang pertama sepenuhnya dikondisikan oleh keberadaan hormon dalam proses diferensiasi dan fungsi penuh, maka sel-sel peka hormon dengan jelas menunjukkan karakteristik fenotipiknya bahkan tanpa hormon yang sesuai, tingkat manifestasinya dimodulasi olehnya dalam rentang yang berbeda dan ditentukan oleh keberadaan reseptor khusus di dalam sel.

Interaksi hormon dengan protein reseptor yang sesuai direduksi menjadi pengikatan molekul hormon dan reseptor yang non-kovalen dan reversibel, yang menghasilkan pembentukan kompleks protein-ligan spesifik yang mampu mencakup berbagai efek hormon dalam sel. Jika protein reseptor tidak ada di dalamnya, maka ia resisten terhadap aksi konsentrasi fisiologis hormon. Reseptor merupakan perwakilan perifer yang diperlukan dari fungsi endokrin yang sesuai, yang menentukan sensitivitas fisiologis awal sel yang bereaksi terhadap hormon, yaitu kemungkinan dan intensitas penerimaan, konduksi, dan implementasi sintesis hormon dalam sel.

Efektivitas pengaturan hormonal metabolisme seluler ditentukan oleh jumlah hormon aktif yang masuk ke sel target dan tingkat reseptor di dalamnya.