호르몬(Hormones)

1. 호르몬과 작용(Hormones and Their Actions)
호르몬은 다른 세포의 기능에 영향을 주는 세포에 의해 분비되는 물질이다. 그러한 물질은 호르몬을 분비하는 세포 주위의 세포외 공간으로 방출된다. 일부 호르몬은 짧은 거리를 이동해 주위세포에 효과를 나타낸다(paracrine 분비).

어떤 호르몬들은 혈액으로 들어가서 전신에 공급되어 보다 일반적인 효과를 나타낸다. 모든 호르몬의 생리적 작용은 호르몬 분비에 대한 특별한 수용기를 갖고 있는 세포 즉 목표 세포에 국한된다. 다른 말로 하면 호르몬의 표적세포(target cell)는 다른 세포가 없는 수용기를 가지고 있다.

2. 호르몬 화학(Chemistry of Hormones)
호르몬은 특별한 분자구조를 가진 유기물질이다. 그것은 매우 강력한 물질이며 매우 낮은 농도에서도 표적세포에 세포변화를 자극할 수 있다. 화학적으로 대부분의 호르몬은 콜레스테롤에서 합성되는 스테로이드, 스테로이드 유사물질이거나 아미노산에서 합성되는 아민(amine), 펩타이드(peptide), 단백질 또는 당단백질이다.

3. 호르몬의 작용(Actions of Hormones)
호르몬은 여러 대사과정을 변화시킴으로써 그들의 효과를 나타낸다.

1) 스테로이드 호르몬(Steroid Hormones)
스테로이드 호르몬은 탄소와 수소원자들로 구성된 복합 링을 갖고 있는 분자이다. 한 스테로이드 호르몬과 다른 스테로이드호르몬의 차이점은 이러한 링에 결합된 원자의 종류와 수 그리고 결합방식이다. 아민, 펩타이드 및 단백질과는 달리 스테로이드 호르몬은 세포막 구성 성분인 지질에 녹는다.

이런 이유로 스테로이드 분자는 확산에 의해 비교적 쉽게 표적세포 내로 들어간다. 일단 목표세포 안으로 들어가면 핵으로 들어가 특이한 핵단백질 분자, 즉 수용기와 결합한다.

이렇게 형성된 스테로이드와 단백질의 복합체는 표적세포 DNA분자의 특별한 부위에 결합해 특별한 유전자를 활성화시킨다. 이렇게 활성화 된 유전자는 특별한 mRNA의 합성을 유발한다. Messenger RNA(메신저 RNA)는 핵을 떠나 세포질 안으로 들어가서 특별한 단백질을 합성하는 기능을 나타낸다.

그러므로 스테로이드 호르몬은 효소로 작용해 세포대사 속도를 변화시키고, 막이동계의 일부분으로 작용하고, 효소의 활성을 자극 또는 억제하는 단백질을 합성함으로써 목표세포에 영향을 끼친다. 스테로이드호르몬에 의한 세포반응 정도는 생성된 호르몬과 수용기 복합물의 수에 비례한다.

2) 비스테로이드 호르몬(Nonsteroid Hormones)
아민, 펩타이드 및 단백질과 같은 비스테로이드 호르몬은 보통 표적세포 막에 위치한 특별한 수용기와 결합해 작용한다. 각 수용기는 결합부위와 활성부위를 갖고 있는 단백질이다.

어떤 호르몬은 수용기의 결합부위에 달라붙어서 세포에 전달신호를 전하게 된다. 이러한 결합은 수용기의 활성부위를 자극해 다른 막 단백질과 상호작용을 일으킨다. 결과 막 결합효소 또는 막 이동기전의 작용은 변하게 되어 다른 세포물질의 농도를 변하게 한다. 이러한 물질은 호르몬 자극 기전에서 제2의 전령자(second messenger)로써 작용한다. 왜냐하면 이런 물질이 처음의 호르몬에 반응해 생기는 세포변화를 일으키기 때문이다.

호르몬의 한 그룹으로 간주되는 제2의 전령자(second messenger)는 cyclic adenosine monophosphate (cyclic AMP 또는 cAMP)이다.

이러한 기전을 보면, 한 호르몬이 그것의 수용기에 결합해 생긴 호르몬과 수용기의 복합체는 세포막의 안쪽에 결합돼 있는 adenylate cyclase라고 불리는 효소를 활성화시킨다. 그 활성화된 효소는 세포질내의 ATP분자가 cAMP분자로 되도록 한다. 그렇게 생긴 cAMP는 protein kinase라고 불리는 일련의 효소를 활성화시킨다. protein kinase는 ATP분자로부터 인산기(phosphate)를 여러 단백질 기질 분자에 전이한다. 이러한 인산화작용은 기질분자의 형태를 변화시켜 그들 중 일부를 비활성화 형태에서 활성화 형태로 바꾸어 준다. 그때 활성화된 단백질 분자는 여러 세포대사를 변화시켜 준다. 그래서 호르몬에 대한 어떤 특정세포의 반응은 막에 존재하는 수용기의 형태뿐만 아니라 세포가 갖고 있는 단백질 기질의 종류에 따라 결정된다.

제2의 전령자의 기전에 대한 세포반응을 보면 막의 투과성을 변화시키고 여러 효소를 활성화시키며 특정 단백질 합성을 증가시키고 특정 대사 과정을 자극 또는 억제시키며 세포운동을 항진시키고 호르몬과 다른 물질의 분비를 촉발시킨다.

이러한 기전에 의해 생성된 cyclic AMP는 또 다른 효소(phosphodiesterase)에 의해 빠르게 불활성 되므로 cAMP의 활동기간은 짧다. 이러한 이유로 표적 세포 안에서 일어나는 연속적인 반응은 표적세포막에 있는 수용기와 결합한 호르몬 분자에 의해 일어나는 연속적인 신호에 달려있다.

Cyclic AMP 기전을 갖는 호르몬은 시상하부에서 나오는 TSH, ACTH, FSH, 뇌하수체 앞엽에서 나오는 LH, 뇌하수체 뒤엽에서 나오는 ADH, 또한 부갑상샘에서 나오는 PTH, 부신에서 나오는 norephinephrine과 epinephrine 갑상샘에서 나오는 calcitonin, 췌장에서 나오는 glucagon 등이 있다.

비스테로이드 호르몬의 또 다른 그룹은 cAMP보다는 다른 제2의 전령자를 이용한다. 이러한 호르몬에는 시상하부에서 나오는 GnRH와 SS, 뇌하수체 앞엽에서 나오는 GH와 PRL, 뇌하수체 뒤엽에서 나오는 OT 및 췌장에서 나오는 insulin 등이 있다.

이러한 호르몬에 의한 기전은 cAMP에 의한 기전보다 덜 알려져 있다. 이러한 기전에서 호르몬의 수용기에 대한 결합은 세포막을 통해 칼슘이온의 이동을 자극함으로써 또는 세포 저장 장소에서 칼슘방출을 자극함으로써 표적세포안의 칼슘농도를 높인다.

그러한 칼슘이 calmodulin이라는 단백질에 결합해 calmodulin분자의 구조를 변화시키고 활성화시킨다. 그렇게 활성화된 calmodulin은 여러 세포효소와 상호작용해 그 효소의 활성을 변화시키고 여러 반응을 유발시키게 한다.

또 다른 기전으로는 cyclic guanosine monophosphate (cyclic GMP 또는 cGMP)라는 물질이 있다. 그것은 cAMP와 유사하고 cAMP와 같은 방식으로 제2의 전령자 역할을 수행할 것으로 생각된다.

그러므로 호르몬과 수용기의 복합체는 cGMP의 형성에 관여하는 guanylate cyclasegyth를 활성화시켜 protein kinase에 변화를 일으키게 한다. 스테로이드 호르몬에 대한 세포반응은 일반적으로 형성된 호르몬과 수용기의 복합체 수에 비례한다. 그러나 제2 전령자를 이용한 호르몬의 반응은 크게 증폭된다.

따라서 적은 수의 호르몬과 수용기의 복합체가 생겨도 각 복합물이 막에 결합된 효소를 활성화시켜 그 영향을 크게 증폭시킨다. 이러한 효소는 많은 수의 제2 전령자(second messenger)를 생성해 내어 비교적 강한 세포반응을 나타내게 된다. 그러한 증폭의 결과로 세포는 비스테로이드 호르몬 농도의 변화에 매우 민감해진다. 비록 어떤 단백질 호르몬이 어떻게 증폭시키는지 잘 알려져 있지는 않지만 세포안으로는 들어간다. 이러한 이동의 중요성은 명확하지 않다.

수용기에 대한 호르몬 결합작용은 짧은 시간에 적절한 효과를 나타낸다. 그러나 오랜 시간 계속되는 효과는 호르몬이 수용기와 함께 세포로 들어간 후 일어나는 작용에 의해 일어난다. 세포 안으로 들어가는 단백질 호르몬 중에는 뇌하수체 앞엽에서 나오는 prolactin 및 gona- dotropin, 부갑상샘에서 나오는 PTH 및 췌장에서 나오는 insulin이 있다.

3) 호르몬 분비의 조절(Control of Hormonal Secretions)
호르몬은 매우 강력한 물질이기 때문에 내분비 세포에 의한 방출은 정교하게 조절돼 분비되는 양은 신체에서 소모되는 양과 균형을 이룬다. 호르몬 분비를 조절하는 한가지 기전으로 되먹임계(feedback system)가 있다.

(1) 음성되먹임계(Negative Feedback System)
되먹임계(feedback system)에서는 신체 각 부분이 조절할 세포 대사에 관련된 신호형태로 정보(feedback)를 계속해서 받아들인다. 조건이 변할 경우 각 부분은 정보에 대응해 작용하고 그 활성을 조절한다. 일반적으로 호르몬 분비의 조절은 음성되먹임계(negative feedback system)가 있다.

이러한 시스템에서 내분비샘은 조절할 물질의 농도에 민감하거나 조절할 대사과정 중의 산물농도에 민감하다.
농도가 적정수준에 도달하면 내분비샘은 억제 받고 분비작용은 약해진다. 따라서 호르몬의 농도가 줄어듦에 따라 조절될 물질의 농도는 감소되고 샘에 대한 억제작용은 중지된다. 샘이 더 이상 억제되지 않으면 다시 호르몬을 분비시킨다. 그러함 음성되먹임계의 결과로 일부 호르몬은 비록 적정 수준에서 미약한 변동이 있긴 하지만 농도는 비교적 안정화 돼 있다.

(2) 신경조절(Nerve Control)
호르몬 조절기전의 또 다른 형태는 신경계이다. 예를 들면 부신수질과 같은 내분비샘은 신경충격에 대한 반응으로 호르몬을 분비하며 다른 자극으로는 이러한 호르몬이 배출되지 않는 것으로 보여진다. 부신수질의 경우에는 norephinephrine과 epinephrine 같은 호르몬이 뇌의 시상하부에서 기인된 절전교감신경 충격의 자극에 대한 반응으로 분비된다. 또 다른 조절계로는 내분비샘과 시상하부 사이의 상호작용이 있다.

이러한 조절계에서는 시상하부에 있는 신경분비세포(neuro secretory cell)는 방출(또는 억제) 호르몬(또는 인자)이라 하는 물질을 분비한다. 이러한 방출 호르몬의 표적세포는 뇌하수체 앞엽이다. 뇌하수체 앞엽은 자신의 호르몬을 분비함으로써 그 물질에 반응한다. 그러므로 그 샘의 호르몬이 체액에서 적정농도에 이르면 음성 되먹임계는 시상하부를 억제하고 방출 호르몬의 분비가 줄어든다.

<다음호에 계속>