Main menu

Pages

عمل الهرمونات Hormones Actions - آلية عمل الهرمونات Mechanisms of Hormone Action

 


عمل الهرمونات Hormones Actions

تركيز الهرمونات

توجد الهرمونات في الدم بكميات قليلة جدا تتراوح بين 12 - 10 مول / لتر - 9 - 10 مول / لتر أي ما يعادل 10 - 10 - 7 - 10 غم/لتر. لكي نأخذ فكرة عما تعنيه هذه الأرقام فإن 9 - 10 مول/لتر تعادل تقريبا جزيء واحد من الهرمون في كل 50 بليون جزيء ماء ( أو بلازما الدم). إن هذا التركيز المنخفض يتطلب ولا شك وسائل قياس دقيقة مثل RIA، Elisa .

 

تضخيم الإشارة الهرمونية Amplification

لكي نفهم كيف تقوم الهرمونات الموجودة في الدم بهذا التركيز المنخفض بعملها فإننا يجب أن نعلم بأن عمل الهرمون يتضمن تضخيما للاشارة الهرمونية، ماذا نعني بذلك؟ إن ارتباط جزيء واحد من الهرمون مثلا إلى المستقبل الخاص به يؤدي إلى تغير هائل في وظائف الخلية. هذا التغير الكبير ينتج عن تشجيع أنزيم معين يشجع تحويل مئات الجزيئات المتفاعلة إلى مواد ناتجة تشجع كل منها بدورها تفاعلا آخر يؤدي إلى إنتاج مئات أخرى من مواد ناتجة جديدة وهكذا. فهرمون جلوكاجون مثلا يرتبط بمستقبلاته وينشط الأنزيم محلق أدنيل adenylate cyclase الذي ينتج مئات الجزيئات من cAMP اللازم لتنشيط الأنزيم كاينيز البروتين protein kinase الذي يفسفر بدوره مئات الجزيئات من أنزيم مفسفر کاينيز phosphorylase kinase الذي يشجع بدوره تفاعلات أخرى تؤدي في النهاية إلى قيام الخلية بالاستجابة. نلاحظ هنا أن كل خطوة من خطوات تحويل الإشارة الهرمونية transduction تضخم مائة مرة أو أكثر فتكون النتيجة النهائية تضخيم الإشارة الهرمونية عبر كل الخطوات الاف بل ملايين المرات.

 

 

كثافة مستقبلات الهرمونات Receptor Density

أن تركيز المستقبلات الهرمونية شديد التباين ويعتمد على عوامل عديدة. وبشكل عام يتراوح تركيز المستقبلات الهرمونية بين 5,000 مستقبلا خلية إلى 10 مستقبل / للخلية الواحدة. ويعتمد التأثير النهائي للهرمون على العوامل الآتية:

1-      تركيز الهرمون في الدم.

2-     تركيز المستقبلات الخاصة بذلك الهرمون على أو في الخلية الهدف.

3-     درجة الألفة التي يرتبط بها الهرمون بمستقبله. وبشكل عام فإنه كلما كان تركيز الهرمون في الدم مرتفعا وكان تركيز مستقبلاته على الخلايا الهدف عالية ودرجة الألفة مرتفعة كلما كان الأثر الهرموني واضحا والعكس صحيح. غير أن تركيز المستقبلات الهرمونية على الخلايا أو بداخلها لهرمون معين لا يبقى ثابتا دائما ، كما أن درجة الألفة لا تبقى ثابتة، ومما لا شك فيه كذلك أن تركيز الهرمون في الدم يخضع لتغيرات كثيرة.

 

 

تنظيم المستقبلات Receptor regulation

وجد أن تراكيز عالية (أو قليلة جدا أحيانا ) من هرمون معين يمكن أن تؤدي إلى زيادة عدد المستقبلات الهرمونية الخاصة بذلك الهرمون وتدعى هذه الظاهرة التنظيم للأعلى up - regulation كما وجد أن تعرض الخلية لتراكيز عالية ولفترات طويلة من هرمون معين يمكن أن يؤدي إلى إنقاص عدد المستقبلات الهرمونية الخاصة به ويدعي ذلك التنظيم للأسفل down - regulation .

من جانب آخر فإن تركيز الهرمون يمكن أن يؤثر على تركيز مستقبلات هرمون آخر فبروجستيرون المرتفع يؤدي إلى إنقاص عدد مستقبلات هرمون إستروجين في الرحم وهذا تنظيم نحو الأسفل بينما يؤدي إستروجين بالمقابل إلى زيادة إنتاج مستقبلات بروجستيرون على نفس الخلايا جاعلا إياها أكثر استجابة لبروجستيرون.

لا يقتصر مفهوم تنظيم المستقبلات على التغير في كثافتها زيادة أو نقصا بل يشمل أيضا التغير في كفائتها الوظيفية أو ألفتها للهرمونات، فزيادة الألفة تجعل النسيج الهدف أكثر استجابة وهو تنظيم للأعلى وقلة الألفة تجعل النسيج الهدف أقل استجابة وهو تنظيم للأسفل. يفسر بعض الباحثين قلة استجابة العضلات والنسيج الدهني في بعض الأشخاص زائدي الوزن الإنسولين بأنه نوع من التنظيم للأسفل سببه نقص في الكفاءة الوظيفية لمستقبلات إنسولين في هؤلاء الأشخاص مما يسبب لهم مرض السكري من النوع الثاني type II diabetes ( السكري غير المعتمد على إنسولين) حيث أن تركيز الهرمون في الدم يكون قريبا من الطبيعي.

 

 

آلية عمل الهرمونات Mechanisms of Hormone Action

يمكن إجمال الأفعال التي تؤديها الهرمونات في خلايا الجسم المختلفة بالاتي:

1-      إحداث تغيرات في نفاذية أغشية الخلايا وذلك بفتح أو إغلاق القنوات الأيونية المختلفة مع ما قد يصاحب ذلك من تغيرات في فرق جهد أغشية الخلايا أو انقباض في الخلايا العضلية.

2-     بناء جزئیات بروتينية أو جزيئات تنظيمية أخرى داخل الخلايا.

3-     تنشيط أو تثبيط الأنزيمات في الخلايا .

4-     حث بعض الخلايا على الإفراز.

5-     تنبيه الانقسام غير المباشر للخلايا.

 

الإنجاز هذه الأفعال تستخدم الهرمونات واحدة من آليتين معروفتين:

أ. آلية استخدام بروتينات G والرسول الثاني Mechinsms using G proteins and 2nd messengers

تستخدم هذه الآلية الهرمونات الذائبة في الماء مثل الهرمونات المشتقة من الأحماض الأمينية والببيتيدات والبروتينات. لا تتمكن هذه الهرمونات بسبب عدم ذائبيتها بالدهون من عبور غشاء الخلية، لهذا فإن مستقبلاتها توجد عادة على الغشاء البلازمي وتكون ذات طبيعة بروتينية كربوهيدراتية وتبدي قدرة صغيرة من الحركة الجانبية.

يؤدي ارتباط الهرمون بمستقبله إلى إحداث تعديل بسيط في شكل المستقبل (حسب فرضية التلاؤم المستحدث induced - fit ) وهذا بدوره يؤدي إلى تنشيط بروتين G الذي ينشط أنزيما يشجع تفاعلا تكون نتيجته إعطاء مادة تدعى الرسول الثاني second messenger ( بينما يشكل الهرمون الرسول الأول). وحيث أن الرسول الثاني ينتج داخل الخلية لذا فإنه يتولى القيام بالأعمال التي تمكن الخلية من الاستجابة للرسول الأول (شکل 14 - 5).

لقد أشرنا في الفصل الخامس إلى بعض الجزيئات التي تعمل كرسول ثان وإلى آليات إنتاج هذه الجزيئات. فأدينوسين أحادي الفوسفات الحلقي CAMP يعمل کرسول ثان لكل من كاتيكولامينات، ، ACTH، FSH ، LH TSH ، جلوكاجون، والجاردرقي، وكالسيتونين، أما اينوسيتول ثلاثي الفوسفات ,IP فيعمل کرسول ثان لبعض كاتيكولامينات،

TRH , LHRH ،ADH وأكسيتوسين.

أما كيف يقوم الرسول الثاني بإحداث الاستجابة الوظيفية في الخلية فذلك لا يختلف عما وصفنا في الفصل الخامس، إذ أن cAMP ينشط كاينيز بروتين موجود في الخلية وهذا يؤدي إلى فسفرة بروتينات داخل الخلية. بعض هذه البروتينات أنزيمات تنشط بالفسفرة والبعض الآخر مسؤول عن الإفراز ونوع ثالث مسؤول عن إحداث تغيرات في النفاذية ورابع مسؤول عن تنشيط بعض الجينات وهكذا.

 

الشكل 14 - 5: آلية عمل الهرمونات التي تستخدم CAMP کرسول ثان.

الشكل 14 - 5: آلية عمل الهرمونات التي تستخدم CAMP کرسول ثان.

 

 

أما IP ، DAG فتنشط كاينيز بروتين يدعى protein kinase C يفسفر عددا من بروتينات الخلية مما يؤدي إلى تحرر كالسيوم من مخازنه في الشبكة الإندوبلازمية وهذا بدوره قد يعمل کرسول ثالث؟ third messenger مسببا الاستجابة الوظيفية للخلية (شكل 14 - 16).

 

 

يدخل بعض الباحثين ضمن الهرمونات التي تستخدم آلية الرسول الثاني، الهرمونات التي تنشط بروتيناتG المنشطة للقنوات الأيونية المعتمدة على المستقبل receptor operated ion channels. إن فتح هذه القنوات الأيونية يدخل إلى الخلية أيونات معينة مثل كالسيوم الذي يعمل کرسول ثان يسمح للخلية بالقيام بوظائف الإفراز أو الانقباض أو الانقسام. هكذا نرى هنا أن السيوم قد يعمل کرسول ثان (شکل 14 - 6ب) في حالة تنشيط القنوات الأيونية مباشرة ببروتينات Gويمكن أن يعمل کرسول ثالث في حالة استخدام ,IP كرسول ثان.

 

 

ب - آلية التعبير عن الجينات Mechanism of Gene Expression

تستخدم هذه الآلية الهرمونات الذائبة بالدهون والكارهة للماء مثل ستيرويدات وهرمونات الدرقية. ترتبط هذه الهرمونات بمستقبلاتها، التي تكون موجودة في سيتوبلازم الخلية، مكونة معقدة من الهرمون ومستقبله.

ينتقل معقد الهرمون ومستقبله إلى داخل النواة فيرتبط إلى كروماتين وتحديدا إلى بروتين مستقبل مرتبط بدنا DNA - associated receptor protein. يؤدي هذا الارتباط بالمادة الوراثية إلى تنشيط جين معين ليستنسخ منه رنا رسول mRNA ينتقل خارجا من النواة إلى الرايبوسومات حيث يبنى عليه البروتين المناسب.

الشكل 14 - 6: آلية عمل الهرمونات المعتمدة على بروتين G : أ) يؤدي تنشيط بروتين G إلى تنشيط محلل الدهون المفسفرة وإلى إنتاج الرسول الثاني , IP الذي يحرر كالسيوم من مخازنه فيعمل کرسول ثالث، ب) يؤدي تنشيط بروتين G إلى فتح قنوات أيونية بصورة مباشرة فيتدفق كالسيوم ويعمل کرسول ثان.
الشكل 14 - 6: آلية عمل الهرمونات المعتمدة على بروتين G : أ) يؤدي تنشيط بروتين G إلى تنشيط محلل الدهون المفسفرة وإلى إنتاج الرسول الثاني , IP الذي يحرر كالسيوم من مخازنه فيعمل کرسول ثالث، ب) يؤدي تنشيط بروتين G إلى فتح قنوات أيونية بصورة مباشرة فيتدفق كالسيوم ويعمل کرسول ثان.

 

 

 

تشمل البروتينات المصنوعة بهذه الطريقة أنزيمات تنظم التفاعلات الأيضية للخلايا كما تشمل بروتينات تركيبية وأخرى إفرازية (شکل 14 - 7). لإعطاء مثال لعمل هذه الهرمونات، وجد أن إستروجين يزيد إنتاج الخلايا من زلال البيض في الطيور، كما أن ألدوستيرون يؤدي إلى بناء بروتين يعمل كقناة ناقلة للصوديوم تنغرس في خلايا أنابيب الكلية فتسهل إعادة امتصاص صوديوم من الراشح.

 

 

المجرى الزمني لعمل الهرمونات Time Course for Hormone Action

تستغرق الهرمونات الذائبة بالماء والتي تستخدم رسولا ثانيا وقتا أقل لإحداث تأثيراتها، إذ أن أثرها يمكن أن يلاحظ خلال ثوان أو دقائق على الأكثر. في الوقت نفسه لا يبقى أثرها طويلا بعد أن يعود تركيز الهرمون إلى مستواه القاعدي basal level أو مستواه أثناء الراحة resting level.

 

الشكل 14 - 7: آلية عمل الهرمونات المؤثرة على الجينات.

الشكل 14 - 7: آلية عمل الهرمونات المؤثرة على الجينات.

 

 

أما الهرمونات الكارهة للماء والتي تستخدم آلية التعبير عن الجينات فتستغرق وقتا أطول: دقائق وساعات وأحيانا أياما. كما أن أثر هذه الهرمونات يستمر فترة طويلة حتى بعد عودة تركيز الهرمون إلى مستواه القاعدي. ويبدو السبب في ذلك واضحا، إذ أن الهرمونات الأخيرة تحدث تأثيرها من خلال بناء بروتينات جديدة وعند زوال المؤثر فإن كثيرا من الجينات تكون قد استنسخت على هيئة دنا رسول وهذا سيستخدم لبناء بروتينات حتى بعد زوال المؤثر الهرموني. وهكذا، فالهرمونات بنوعيها قادرة على تنظيم عمليات الجسم على المدى القصير والطويل.

 

 

إيقاف عمل الهرمونات وتحطيمها Inactivation and Degradation of Hormones

تفرز معظم الهرمونات بصورة نشطة قادرة على إعطاء تأثيرها الفسيولوجي مباشرة. لكن بعض الهرمونات تفرز بصورة خاملة أو أقل نشاطا ثم يجرى تنشيطها خارج الخلايا المفرزة لها. أشهر الأمثلة لذلك ثيروكسين وتستوستيرون وأنجيوتنسين وفيتامين D3. فثيروکسين يحول إلى T الأكثر قوة وتستوستيرون إلى 17 - ثنائي هيدروجين تستوستيرون ويحول هذان المركبان عادة في الأنسجة الخارجية، ويحول أنجيوتنسين I إلى أنجيوتنسين II في أنسجة متعددة أشهرها الرئة. أما فيتامين D فيحول إلى 1،25 ثنائي هیدروکسي فيتامين D3 في الجلد و أنابيب الكلية.

عندما يفرز الهرمون إلى الدم ليعطي التأثير الفسيولوجي المطلوب فإنه يمكث فيه فترة قد تطول أو تقصر، ويستخدم تعبير فترة نصف العمر half- life للإشارة إلى الوقت الذي يجري فيه إزالة نصف كمية الهرمون من الدم، وهذه الفترة تتراوح لمعظم الهرمونات من جزء من الدقيقة وحتى نصف الساعة.

كيف تجرى إزالة الهرمونات من الدم؟ يتم ذلك لمعظم الهرمونات بواسطة تحطمها بأنظمة أنزيمية موجودة في الكبد والكلية. تقوم الكلية بإخراج نواتج التحطيم مع البول وفي أحيان قليلة يتم إخراجها مع البراز. كذلك، فإن بعض الهرمونات يتم تحطيمها بواسطة أنزيمات داخل الخلايا الهدف التي تعمل عليها.

تحطم الهرمونات الستيرويدية بشكل أساسي في الكبد الذي يربط هذه الهرمونات بمجموعة قطبية polar كالكبريتات أو مجموعة جلوكورونايد glucoronide، تدعى العملية الإقتران conjugation، حيث يصبح الهرمون الستيرويدي أكثر ذائبية في الماء ويصبح قابلا للخروج مع البول عن طريقه الكلية وإن كان القليل منها يمكن أن يخرج مع الصفراء.

أما كاتيكولأمينات فيتوقف عملها بفعل أنزيمات محطمة موجودة في الدم مثل COMT . MAO حيث تخرج نواتج التحطيم مع البول. وقد أمكن الاستفادة من قياس مستوى نواتج التحطيم في البول للهرمونات الستيرويدية وكاتيكولامينات كمؤشر لمعدل إفرازها وكأداة تشخيصية مهمة.

يتم إدخال الهرمونات الببتيدية والبروتينات مثل إنسولين وبرولاكتين إلى الخلية هي ومستقبلاتها بعملية إدخال خلوي معتمد على المستقبل receptor - mediated endocytosis، فبعد ارتباط الهرمون بمستقبله يدخل المعقد المكون منهما معا إلى الخلية ويحطم الهرمون بواسطة أنزيمات محللة للبروتينات ثم يعاد تدوير المستقبل لاستخدامه ثانية. لكن تجدر الإشارة إلى أن بعض الهرمونات الببتيدية يجري تحطيمها في الكلية.

 

 

 

 

الفصل الرابع عشر:

·        جهاز الغدد الصم

·        التنظيم الهرموني

·        أنواع الإفرازات الهرمونية

·        كيمياء الهرمونات

·        بناء الهرمونات

·        الهرمونات المشتقة من الأحماض الأمينية

·        الهرمونات الستيرويدية

·        الهرمونات الببتيدية والبروتينية

·        نقل الهرمونات في الدم

·        تقانات مستخدمة في علم الغدد الصماء

·        إزالة الغدة الصماء جراحية وإعادة زراعتها

·        التقنيات الكيميائية المناعية الخلوية

·        المعايرة البيولوجية

·        المعايرة المناعية الإشعاعية

·        المعايرة المناعية الادمصاصية المرتبطة بالأنزيمات

·        التقنيات العقاقيرية

·        تقنيات النضح ( التروية )

·        عمل الهرمونات

·        تركيز الهرمونات وكثافة مستقبلاتها

·        تضخيم الإشارة الهرمونية

·        كثافة مستقبلات الهرمونات

·        تنظيم المستقبلات

·        آلية عمل الهرمونات

·        آلية استخدام بروتينات G والرسول الثاني

·        آلية التعبير عن الجينات

·        المجرى الزمني لعمل الهرمونات

·        إيقاف عمل الهرمونات وتحطيمها

·        السيطرة على إفراز الهرمونات

·        عوامل أيضية

·        عوامل هرمونية

·        عوامل عصبية

·        الغدد الصماء الرئيسية

·        العلاقة التشريحية بين النخامية وتحت المهاد

·        هرمونات النخامية الأمامية

·        تأثيرات هرمون النمو

·        اضطرابات إفراز هرمون النمو

·        الغدة الدرقية

·        الموقع والتركيب

·        أثر هرمونات الدرقية

·        آلية عمل هرمونات الدرقية

·        السيطرة على إفرازات الدرقية

·        أمراض الدرقية

·        الغدد جارات الدرقية

·        عمل جاردرقي

·        الغدتان الكظريتان

·        قشرة الكظرية

·        هرمونات قشرة الكظرية

·        هرمونات قشرية سكرية

·        تأثيرات كورتيزول

·        هرمونات قشرية معدنية

·        هرمونات قشرية تناسلية

·        اضطرابات قشرة الكظرية

·        الستيرويدات المخلقة

·        نخاع الكظرية

·        هرمونات نخاع الكظرية

·        اضطرابات نخاع الكظرية

·        البنكرياس

·        جزيرات لانجرهانز

·        هرمونات البنكرياس

·        العوامل المؤثرة على إفراز إنسولين

·        تأثيرات إنسولين

·        النسبة بين إنسولين وجلوكاجون في الدم

·        اضطرابات البنكرياس

·        السكري Diabetes mellitus

·        فرط أنسولين

 


 

 

 

المصادر

  • التشريح الوظيفي وعلم وظائف الأعضاء ، الدكتور شتيوي العبدالله (2012) ، دار المسيرة عمان – الأردن.

 

  • Prosser, C. Ladd (1991). Comparative Animal Physiology, Environmental and Metabolic Animal Physiology (4th ed.). Hoboken, NJ: Wiley-Liss. pp. 1–12. ISBN 978-0-471-85767-9.
  •  Hall, John (2011). Guyton and Hall textbook of medical physiology (12th ed.). Philadelphia, Pa.: Saunders/Elsevier. p. 3. ISBN 978-1-4160-4574-8.
  •  Widmaier, Eric P.; Raff, Hershel; Strang, Kevin T. (2016). Vander's Human Physiology Mechanisms of Body Function. New York, NY: McGraw-Hill Education. pp. 14–15. ISBN 978-1-259-29409-9.
  • R. M. Brain. The Pulse of Modernism: Physiological Aesthetics in Fin-de-Siècle Europe. Seattle: University of Washington Press, 2015. 384 pp., [1].
  • Rampling, M. W. (2016). "The history of the theory of the circulation of the blood". Clinical Hemorheology and Microcirculation. 64 (4): 541–549. doi:10.3233/CH-168031. ISSN 1875-8622. PMID 27791994. S2CID 3304540.
  • Bernard, Claude (1865). An Introduction to the Study of Ex- perimental Medicine. New York: Dover Publications (published 1957).
  •  Bernard, Claude (1878). Lectures on the Phenomena of Life Common to Animals and Plants. Springfield: Thomas (published 1974).
  •  Brown Theodore M.; Fee Elizabeth (October 2002). "Walter Bradford Cannon: Pioneer Physiologist of Human Emotions". American Journal of Public Health. 92 (10): 1594–1595. doi:10.2105/ajph.92.10.1594. PMC 1447286.
  •  Heilbron, J. L. (2003). The Oxford Companion to the History of Modern Science, Oxford University Press, p. 649, link.
  •  Feder, ME; Bennett, AF; WW, Burggren; Huey, RB (1987). New directions in ecological physiology. New York: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-34938-3.
  •  Garland, Jr, Theodore; Carter, P. A. (1994). "Evolutionary physiology" (PDF). Annual Review of Physiology. 56 (1): 579–621. doi:10.1146/annurev.ph.56.030194.003051. PMID 8010752.

 




Comments

contents title