Hormones aminées

Les hormones dérivées de la modification d'acides aminés sont appelées hormones aminées. Généralement, la structure originale de l'acide aminé est modifiée de telle sorte qu'un groupe –COOH, ou carboxyle, est retiré, tandis que le groupe $-{\text{NH}}_3^{+}$, ou amine, reste.

Les hormones aminées sont synthétisées à partir des acides aminés tryptophane ou tyrosine. Un exemple d'hormone dérivée du tryptophane est la mélatonine, qui est sécrétée par la glande pinéale et aide à réguler le rythme circadien. Les dérivés de la tyrosine comprennent les hormones thyroïdiennes régulatrices du métabolisme, ainsi que les catécholamines, telles que l'épinéphrine, la noradrénaline et la dopamine. L'épinéphrine et la noradrénaline sont sécrétées par la médulla surrénale et jouent un rôle dans la réponse de lutte ou de fuite, tandis que la dopamine est sécrétée par l'hypothalamus et inhibe la libération de certaines hormones hypophysaires antérieures.

Hormones peptidiques et protéiques

Alors que les hormones aminées sont dérivées d'un seul acide aminé, les hormones peptidiques et protéiques sont constituées de plusieurs acides aminés qui se lient pour former une chaîne d'acides aminés. Les hormones peptidiques sont constituées de courtes chaînes d'acides aminés, tandis que les hormones protéiques sont des polypeptides plus longs. Les deux types sont synthétisés comme les autres protéines corporelles : l'ADN est transcrit en ARNm, qui est traduit en une chaîne d'acides aminés.

Des exemples d'hormones peptidiques incluent l'hormone antidiurétique (ADH), une hormone hypophysaire importante dans l'équilibre hydrique, et le peptide natriurétique auriculaire, qui est produit par le cœur et aide à diminuer la pression artérielle. Certains exemples d'hormones protéiques incluent l'hormone de croissance, qui est produite par l'hypophyse, et l'hormone folliculo-stimulante (FSH), qui possède un groupe glucidique attaché et est donc classée comme une glycoprotéine. La FSH aide à stimuler la maturation des ovules dans les ovaires et des spermatozoïdes dans les testicules.

Hormones stéroïdes

Les principales hormones dérivées des lipides sont les stéroïdes. Les hormones stéroïdes sont dérivées du cholestérol lipidique. Par exemple, les hormones reproductrices testostérone et les œstrogènes — qui sont produites par les gonades (testicules et ovaires) — sont des hormones stéroïdes. Les glandes surrénales produisent l'hormone stéroïde aldostérone, qui est impliquée dans l'osmorégulation, et le cortisol, qui joue un rôle dans le métabolisme.

Comme le cholestérol, les hormones stéroïdes ne sont pas solubles dans l'eau (elles sont hydrophobes). Comme le sang est à base d'eau, les hormones dérivées des lipides doivent voyager vers leur cellule cible liées à une protéine de transport. Cette structure plus complexe prolonge la demi-vie des hormones stéroïdes beaucoup plus longtemps que celle des hormones dérivées des acides aminés. La demi-vie d'une hormone est le temps nécessaire pour que la moitié de la concentration de l'hormone soit dégradée. Par exemple, le cortisol, une hormone dérivée des lipides, a une demi-vie d'environ 60 à 90 minutes. En revanche, l'épinéphrine, une hormone dérivée des acides aminés, a une demi-vie d'environ une minute.

Voies impliquant les récepteurs hormonaux intracellulaires

Les récepteurs hormonaux intracellulaires sont situés à l'intérieur de la cellule. Les hormones qui se lient à ce type de récepteur doivent pouvoir traverser la membrane cellulaire. Les hormones stéroïdes sont dérivées du cholestérol et peuvent donc facilement diffuser à travers la bicouche lipidique de la membrane cellulaire pour atteindre le récepteur intracellulaire (Figure 17.4). Les hormones thyroïdiennes traversent la membrane cellulaire par un mécanisme spécifique médiatisé par un transporteur, dépendant de l'énergie et du Na⁺.

L'emplacement de la liaison des hormones stéroïdes et thyroïdiennes diffère légèrement : une hormone stéroïde peut se lier à son récepteur dans le cytosol ou dans le noyau. Dans les deux cas, cette liaison génère un complexe hormone-récepteur qui se déplace vers la chromatine dans le noyau cellulaire et se lie à un segment particulier de l'ADN de la cellule. En revanche, les hormones thyroïdiennes se lient à des récepteurs déjà liés à l'ADN. Pour les hormones stéroïdes et thyroïdiennes, la liaison du complexe hormone-récepteur à l'ADN déclenche la transcription d'un gène cible en ARNm, qui se déplace vers le cytosol et dirige la synthèse protéique par les ribosomes.

Figure 17.4 Liaison des hormones liposolubles Une hormone stéroïde initie directement la production de protéines au sein d'une cellule cible. Les hormones stéroïdes diffusent facilement à travers la membrane cellulaire. L'hormone se lie à son récepteur dans le cytosol, formant un complexe récepteur-hormone. Le complexe récepteur-hormone entre ensuite dans le noyau et se lie au gène cible sur l'ADN. La transcription du gène crée un ARN messager qui est traduit en la protéine désirée dans le cytoplasme.

Voies impliquant les récepteurs hormonaux de la membrane cellulaire

Les hormones hydrophiles, ou hydrosolubles, sont incapables de diffuser à travers la bicouche lipidique de la membrane cellulaire et doivent donc transmettre leur message à un récepteur situé à la surface de la cellule. À l'exception des hormones thyroïdiennes, qui sont liposolubles, toutes les hormones dérivées d'acides aminés se lient à des récepteurs de la membrane cellulaire qui sont situés, au moins en partie, sur la surface extracellulaire de la membrane cellulaire. Par conséquent, elles n'affectent pas directement la transcription des gènes cibles, mais initient plutôt une cascade de signalisation qui est réalisée par une molécule appelée second messager. Dans ce cas, l'hormone est appelée premier messager.

Le second messager utilisé par la plupart des hormones est l'adénosine monophosphate cyclique. Dans le système de second messager de l'AMPc, une hormone hydrosoluble se lie à son récepteur dans la membrane cellulaire (Étape 1 de la Figure 17.5). Ce récepteur est associé à un composant intracellulaire appelé protéine G, et la liaison de l'hormone active le composant protéine G (Étape 2). La protéine G activée active à son tour une enzyme appelée adénylyl cyclase, également connue sous le nom d'adénylate cyclase (Étape 3), qui convertit l'adénosine triphosphate (ATP) en AMPc (Étape 4). En tant que second messager, l'AMPc active un type d'enzyme appelé protéine kinase qui est présente dans le cytosol (Étape 5). Les protéines kinases activées initient une cascade de phosphorylation, dans laquelle plusieurs protéines kinases phosphorylent (ajoutent un groupe phosphate à) de nombreuses et diverses protéines cellulaires, y compris d'autres enzymes (Étape 6).

Figure 17.5 Liaison des hormones hydrosolubles Les hormones hydrosolubles ne peuvent pas diffuser à travers la membrane cellulaire. Ces hormones doivent se lier à un récepteur de la membrane cellulaire de surface. Le récepteur initie ensuite une voie de signalisation cellulaire au sein de la cellule impliquant les protéines G, l'adénylyl cyclase, le second messager adénosine monophosphate cyclique (AMPc) et les protéines kinases. Dans la dernière étape, ces protéines kinases phosphorylent les protéines dans le cytoplasme. Cela active les protéines dans la cellule qui réalisent les changements spécifiés par l'hormone.

La phosphorylation des protéines cellulaires peut déclencher une grande variété d'effets, du métabolisme des nutriments à la synthèse de différentes hormones et d'autres produits. Les effets varient selon le type de cellule cible, les protéines G et les kinases impliquées, et la phosphorylation des protéines. Des exemples d'hormones qui utilisent l'AMPc comme second messager incluent la calcitonine, qui est importante pour la construction osseuse et la régulation des niveaux de calcium sanguin ; le glucagon, qui joue un rôle dans les niveaux de glucose sanguin ; et l'hormone thyréostimulante, qui provoque la libération de T₃ et T₄ par la glande thyroïde.

Globalement, la cascade de phosphorylation augmente considérablement l'efficacité, la vitesse et la spécificité de la réponse hormonale, car des milliers d'événements de signalisation peuvent être initiés simultanément en réponse à une très faible concentration d'hormone dans la circulation sanguine. Cependant, la durée du signal hormonal est courte, car l'AMPc est rapidement désactivé par l'enzyme phosphodiestérase, qui est située dans le cytosol. L'action de la PDE contribue à garantir que la réponse d'une cellule cible cesse rapidement à moins que de nouvelles hormones n'arrivent à la membrane cellulaire.

Il est important de noter qu'il existe également des protéines G qui diminuent les niveaux d'AMPc dans la cellule en réponse à la liaison hormonale. Par exemple, lorsque l'hormone inhibitrice de l'hormone de croissance (GHIH), également connue sous le nom de somatostatine, se lie à ses récepteurs dans l'hypophyse, le niveau d'AMPc diminue, inhibant ainsi la sécrétion d'hormone de croissance humaine.

Toutes les hormones hydrosolubles n'initient pas le système de second messager de l'AMPc. Un système alternatif courant utilise les ions calcium comme second messager. Dans ce système, les protéines G activent l'enzyme phospholipase C (PLC), qui fonctionne de manière similaire à l'adénylyl cyclase. Une fois activée, la PLC clive un phospholipide lié à la membrane en deux molécules : le diacylglycérol et l'inositol triphosphate (IP₃) (inositol triphosphate (IP₃)). Comme l'AMPc, le DAG active les protéines kinases qui initient une cascade de phosphorylation. En même temps, l'IP₃ provoque la libération d'ions calcium à partir des sites de stockage dans le cytosol, tels que le réticulum endoplasmique lisse. Les ions calcium agissent alors comme seconds messagers de deux manières : ils peuvent influencer directement les activités enzymatiques et autres activités cellulaires, ou ils peuvent se lier à des protéines de liaison au calcium, dont la plus courante est la calmoduline. Lors de la liaison au calcium, la calmoduline est capable de moduler la protéine kinase au sein de la cellule. Des exemples d'hormones qui utilisent les ions calcium comme système de second messager incluent l'angiotensine II, qui aide à réguler la pression artérielle par la vasoconstriction, et l'hormone de libération de l'hormone de croissance (GHRH), qui provoque la libération d'hormones de croissance par l'hypophyse.

Rôle des boucles de rétroaction

La contribution des boucles de rétroaction à l'homéostasie ne sera que brièvement examinée ici. Les boucles de rétroaction positive sont caractérisées par la libération d'hormones supplémentaires en réponse à une libération hormonale initiale. La libération d'ocytocine pendant l'accouchement est une boucle de rétroaction positive. La libération initiale d'ocytocine commence à signaler aux muscles utérins de se contracter, ce qui pousse le fœtus vers le col, le faisant s'étirer. Cela, à son tour, signale à l'hypophyse de libérer plus d'ocytocine, ce qui intensifie les contractions de travail. La libération d'ocytocine diminue après la naissance de l'enfant.

La méthode la plus courante de régulation hormonale est la boucle de rétroaction négative. La rétroaction négative est caractérisée par l'inhibition de la sécrétion ultérieure d'une hormone en réponse à des niveaux adéquats de cette hormone. Cela permet de réguler les niveaux sanguins de l'hormone dans une plage étroite. Un exemple de boucle de rétroaction négative est la libération d'hormones glucocorticoïdes par les glandes surrénales, sous la direction de l'hypothalamus et de l'hypophyse. À mesure que les concentrations de glucocorticoïdes dans le sang augmentent, l'hypothalamus et l'hypophyse réduisent leur signalisation aux glandes surrénales pour empêcher une sécrétion supplémentaire de glucocorticoïdes (Figure 17.6).

Figure 17.6 Boucle de rétroaction négative La libération de glucocorticoïdes surrénaux est stimulée par la libération d'hormones de l'hypothalamus et de l'hypophyse. Cette signalisation est inhibée lorsque les niveaux de glucocorticoïdes deviennent élevés en provoquant des signaux négatifs vers l'hypophyse et l'hypothalamus.

Rôle des stimuli des glandes endocrines

Les réflexes déclenchés par des stimuli chimiques et neuronaux contrôlent l'activité endocrine. Ces réflexes peuvent être simples, impliquant une seule réponse hormonale, ou ils peuvent être plus complexes et impliquer de nombreuses hormones, comme c'est le cas avec le contrôle hypothalamique de diverses hormones contrôlées par l'hypophyse antérieure.

Les stimuli humoraux sont des changements dans les niveaux sanguins de substances chimiques non hormonales, telles que les nutriments ou les ions, qui provoquent la libération ou l'inhibition d'une hormone afin de maintenir l'homéostasie. Par exemple, les osmorécepteurs de l'hypothalamus détectent les changements d'osmolarité sanguine (la concentration de solutés dans le plasma sanguin). Si l'osmolarité sanguine est trop élevée, ce qui signifie que le sang n'est pas assez dilué, les osmorécepteurs signalent à l'hypothalamus de libérer de l'ADH. L'hormone provoque la réabsorption de plus d'eau par les reins et réduit le volume d'urine produite. Cette réabsorption entraîne une réduction de l'osmolarité du sang, diluant le sang au niveau approprié. La régulation de la glycémie est un autre exemple. Des niveaux élevés de glucose dans le sang provoquent la libération d'insuline par le pancréas, ce qui augmente l'absorption de glucose par les cellules et le stockage du glucose sous forme de glycogène par le foie.

Une glande endocrine peut également sécréter une hormone en réponse à la présence d'une autre hormone produite par une glande endocrine différente. De tels stimuli hormonaux impliquent souvent l'hypothalamus, qui produit des hormones de libération et d'inhibition qui contrôlent la sécrétion d'une variété d'hormones hypophysaires.

En plus de ces signaux chimiques, les hormones peuvent également être libérées en réponse à des stimuli neuronaux. Un exemple courant de stimuli neuronaux est l'activation de la réponse de lutte ou de fuite par le système nerveux sympathique. Lorsqu'un individu perçoit un danger, les neurones sympathiques signalent aux glandes surrénales de sécréter de la noradrénaline et de l'épinéphrine. Les deux hormones dilatent les vaisseaux sanguins, augmentent la fréquence cardiaque et respiratoire, et suppriment les systèmes digestif et immunitaire. Ces réponses augmentent le transport de l'oxygène vers le cerveau et les muscles du corps, améliorant ainsi la capacité du corps à lutter ou à fuir.