HỆ NỘI TIẾT Ở ÐỘNG VẬT
HỮU NHŨ – Phần 3
III. PHƯƠNG THỨC TÁC ÐỘNG CỦA CÁC HORMONE
Các hormone đi vào trong các tế bào đích theo nhiều cách khác
nhau. Một số hormone như các hormone steroid trực tiếp xuyên qua màng
tế bào hoặc gắn vào một thụ thể (Hình 11A). Sau đó phức hệ thụ thể-
hormone gắn vào ADN và hormone biểu hiện tác dụng. Một số hormone có
thể đi vào trong tế bào qua các kênh chuyên biệt và một số khác đi vào tế
bào nhờ sự vận chuyển tích cực. Cuối cùng, phần lớn các hormone không đi
vào trong tế bào mà gắn vào các thụ thể bên ngoài tế bào. Sự gắn nầy gây ra
một hiệu quả bên trong tế bào, dẫn đến sự mở một kênh ion trên màng (Hình
11B) hoặc hoạt hóa một enzim hay một chất truyền tin thứ hai trong tế bào
(Hình 11C).
Bên trong tế bào phương thức kiểm soát của hormone cũng khác
nhau. Một số hormone như testosterone gắn vào ADN và trực tiếp ảnh
hưởng đến sự biểu hiện của gen. Kết quả là sự sản sinh ra một enzim chuyên
biệt. Một số khác như adrenalin kiểm soát hoạt tính của các enzim đã được
tổng hợp hoặc biểu hiện tác dụng của chúng bằng sự biến đổi các protein cấu
trúc.
1. Phương thức tác động của các hormone non-steroid Hình 11. Mô hình
cách thức hormone đi vào tế bào đích
Những năn 1960 đã chứng kiến những tiến bộ đáng phấn khởi trong
việc tìm hiểu cơ chế tác động của các hormone đến các tế bào đích. Một
đóng góp chính là của E.W. Sutherland và T.W. Rall. Họ nghiên cứu cơ chế
mà nhờ đó glucagon và adrenalin kích thích tế bào gan phóng thích nhiều
glucose vào máu. Họ phát hiện rằng những hormone nầy kích thích sự gia
tăng nồng độ của AMP vòng (cAMP) trong tế bào (Hình 12).
Hình 12. AMP vòng
Họ thấy rằng hợp chất nầy dẫn đến sự hoạt hóa một enzim cần thiết để phân
giải glycogen thành glucose. Những nghiên cứu tiếp theo đã chứng minh
rằng một lượng lớn của các hormone khác tác động đến các tế bào đích cũng
làm tăng hoặc giảm nồng độ của cAMP.
cAMP là một hợp chất có quan hệ với ATP. Chúng được phân bố
rộng rãi trong tự nhiên và được tìm thấy trong hầu hết các mô động vật.
cAMP được tổng hợp từ ATP trong tế bào nhờ một phản ứng được xúc tác
bởi một enzim gọi là adenylate cyclase (là một thành phần của màng tế
bào).
Khi có nhiều bằng chứng cho thấy các hormone protein hoặc dẫn xuất
của protein (trong đó có glucagon và adrenalin) không thực sự đi vào các tế
bào đích mà thường tạo các liên kết yếu với một vị trí tiếp nhận trên màng tế
bào, một mô hình chất truyền tin thứ hai (second-messenger model) đã được
đưa ra. Theo mô hình nầy, chính hormone tác động như chất truyền tin thứ
nhất, đi từ tuyến nội tiết đến tế bào đích và gắn vào thụ thể trên màng tế bào.
Sau đó sự gắn hormone vào thụ thể đã kích thích bên trong tế bào sản sinh ra
một chất truyền tin thứ hai, thường là cAMP. Ðặc biệt, sự gắn của hormone
với một thụ thể chuyên biệt trên màng tế bào đích đã hoạt hóa một protein
thứ hai trên màng tế bào gọi là G-protein. Từ đó G-protein ảnh hưởng đến
hoạt tính của enzim adenylate cyclase, xúc tác sự tạo thành cAMP từ ATP
trên mặt trong của màng (Hình 13). Sau đó cAMP hoạt hóa các enzim
chuyên biệt bên trong tế bào và từ đó khởi động các đặc tính của tế bào đáp
ứng với kích thích của hormone. Như vậy, tín hiệu khởi đầu ngoài tế bào
(hormone = chất truyền tin thứ nhất) được biến đổi thành một tín hiệu nội
bào (cAMP = chất truyền tin thứ hai) mà bộ máy hóa học của tế bào có thể
hiểu được.
Hình 13. Mô hình phương thức tác động của hormone
qua hệ thống adenylate cyclase
Như chúng ta sẽ thấy, nhiều hormone khác nhau (glucagon, adrenalin,
PTH, calcitonin, các hormone của thùy trước tuyến yên) được cho rằng tác
động thông qua hệ thống adenylate cyclase. Những hormone nầy đều là dẫn
xuất của axit amin, các peptid ngắn, các protein và đều ưa nước. Nếu tất cả
những hormone nầy đều tác động để điều hòa hệ thống adenylate cyclase
của tế bào đích thì cơ sở cho tính đặc thù của hormone là gì? Ðó là nhờ sự
có mặt hoặc vắng mặt của các thụ thể đặc thù trên màng tế bào, nhờ đó xác
định được một loại tế bào có chịu ảnh hưởng của 1 có chịu ảnh hưởng của
một hormone hay không (nghĩa là nó có phải là tế bào đích của hormone đó
hay không). Những loại tế bào khác nhau sẽ có các thụ thể chuyên biệt khác
nhau.
Mặc dù phần lớn các hormone protein hoặc dẫn xuất của protein đều
dùng cAMP như chất truyền tin thứ hai, nhưng vẫn có ngoại lệ. Chẳng hạn
Insulin trực tiếp tác động đến các enzim trong tế bào. Một số hóa chất kiểm
soát khác tác động làm biến đổi GTP thành cGMP nhưng chi tiết về hệ thống
cGMP là chất truyền tin thứ hai vẫn chưa được hiểu rõ.
Trong khi một số hormone non-steroid biểu hiện tác dụng của chúng
trên sự biến dưỡng của tế bào nhờ hoạt động của chất truyền tin thứ hai là
cAMP, một số khác mở một kênh ion chuyên biệt và các ion tác động như
một chất truyền tin thứ hai trong tế bào.
Ion Ca++ có thể giữ vai trò này vì nồng độ của chúng trong tế bào
thường được duy trì thấp nhờ các bơm vận chuyển tích cực đẩy chúng ra
ngoài tế bào hoặc vào mạng nội chất. Kết quả là khi một hormone gắn vào
thụ thể chuyên biệt của nó, làm mở một kênh ion Ca++ trong màng, gradient
điện hóa sẽ làm cho ion Ca đi vào phía trong. Những ion nầy sau đó sẽ liên
kết và hoạt hóa các enzim đặc biệt trong tế bào (Hình 14).
Hình 14. Ion Ca++ là chất truyền tin thứ hai trong tế bào
2. Phương thức tác động của các hormone steroid
Các hormone kỵ nước như các hormone của tuyến giáp, các hormone
steroid của vỏ thượng thận và tuyến sinh dục có phương thức tác động
không bao gồm chất truyền tin thứ hai. Thay vì tác động với một thụ thể trên
mặt ngoài của màng tế bào đích, các hormone steroid có thể dễ dàng đi qua
màng tế bào vào tế bào chất. Ở đây, các steroid (S) gắn vào một phân tử tiếp
nhận chuyên biệt thường có bản chất là protein. Phức hệ S-R di chuyển vào
trong nhân, gắn với một vị trí đặc biệt trên ADN và điều hòa hoạt động của
các gen chuyên biệt (Hình 15). Nói cách khác, bằng việc tương tác với vật
liệu di truyền của các tế bào đích, các hormone steroid giúp xác định những
yếu tố nào cần cho sự tổng hợp protein (đặc biệt là sự tổng hợp các enzim)
được gởi từ nhân ra tế bào chất. Một tế bào có đáp ứng với một loại
hormone hay không tùy thuộc vào chúng có thụ thể chuyên biệt cho
hormone đó hay không.
Hình 15. Mô hình phương thức hoạt động của hormone steroid
Bảng tóm tắt một số hormone chính và vai trò của chúng
Nguồn Hormone Các tế bào đích và các tác động chính
Thùy trước GH Sự tăng trưởng của xương và cơ; phát
động sự tổng hợp protein; ảnh hưởng Tuyến yên
đến sự chuyển hóa lipid và
carbohydrate
ACTH Kích thích sự tiết các hormone vỏ
thượng thận
TSH Kích thích tuyến giáp tổng hợp và
phóng thích hormone
LH Ở buồng trứng: sự thành lập thể vàng,
sự tiết progesterone
Ở dịch hoàn: kích thích các tế bào
Leydig tiết androgen
FSH Ở buồng trứng: sự tăng trưởng của
noãn nang; phối hợp với LH gây ra sự
tiết estrogen và sự rụng trứng.
Ở dịch hoàn: có vai trò trong sự sinh
tinh
Prolactin Phát dộng sự tiết sữa của tuyến vú
Thùy sau Vasopressin Tăng huyết áp; phát động sự tái hấp
thu nước của niệu quản Tuyến yên
Oxytocin Gây ra sự tiết sữa, sự co tử cung, sự đẻ
Vùng dưới đồi TRH Kích thích sự phóng thích TSH
CRH Kích thích sự phóng thích ACTH
GnRH Kích thích sự phóng thích LH,FSH và
prolactin
PIF Ức chế sự phóng thích prolactin
Somatostatin Ưïc chế sự phóng thích GH
Tuyến giáp Thyroxin Aính hưởng đến sự tăng trưởng và tốc
độ chuyển hóa
Tuyến tụy Insulin Phát động sự tổng hợp glycogen và sự
sử dụng glucose
Glucagon Phát động sự phân giải glycogen và
tăng nồng độ đường huyết
Vỏ thượng Cortisol Phát động sự tổng hợp carbohydrate;
thận phân hủy protein; kháng viêm Corticosterone
Aldosterone Giữ Na và thải K qua thận
Tủy thượng Epinephrine Sự huy động glycogen; tăng dòng máu
thận qua cơ vân, tăng sự tiêu thụ oxy; tăng
nhịp đập của tim
Norepinephrine Tăng huyết áp; co động mạch và tĩnh
mạch nhỏ
Dịch hoàn Androgens Các đặc tính sinh dục đực
Buồng trứng Estrogen Các đặc tính sinh dục cái
Thể vàng Progesterone Duy trì sự mang thai
