호르몬 화학적 구조와 분류, 분비의 조절 및 작용

호르몬의 분류, 분비 조절, 작용

1. 내분비선의 특징, 호르몬의 화학적 구조와 분류

내분비계는 신경계와 더불어 각 기관의 기능을 조절하고 신체의 항상성을 유지시켜 주는 중요한 작용을 담당합니다. 성장, 발달, 생식작용, 혈압 조절, 혈중 영양 성분 농도 조절 등 주요 생리작용뿐 아니라 행동양식도 내분비계에 의해 조절됩니다.  호르몬은 신체의 생리활성을 조절해 주는 대표적인 신호물질로서, 내분비선에서 합성되어 혈액을 통해 표적세포로 이동한 후 생리작용을 나타냅니다. 외분비선에서는 눈물, 침, 효소 등의 물질을 도관을 통해 분비하는 반면, 내분비선에는 합성된 호르몬을 운반하는 도관이 존재하지 않아서 호르몬이 직접 혈액으로 분비됩니다. 인체의 내분비선은 시상하부, 뇌하수체, 갑상선, 부갑상선, 부신, 췌장, 신장, 위장관, 송과선, 흉선, 고환, 난소 등에 널리 분포합니다. 내분비계의 신호전달 방식은 호르몬을 통한 방식 외에도 한 세포에서 분비된 물질이 동일 세포에 작용하여 신호를 전달하는 자가분비물질을 통한 신호전달 방식, 한 세포에서 분비된 후 동일 조직 내의 가까운 주변 세포로 이동하여 작용하는 주변분비물질을 통한 신호전달 방식, 신경세포에서 분비되는 신경전달물질에 의해 신호를 전달해 주는 방식 등이 있습니다. 호르몬의 화학적 구조와 분류는 다음과 같습니다. 첫째, 자연계에 존재하는 상당수의 호르몬이 펩티드호르몬입니다. 호르몬 분비 세포의 핵에서 전사된 mRNA가 리보솜에서 프리프로호르몬으로 1차 번역된 후, 소포체에서 프로호르몬으로 전환되어 골지체로 이동하면 분비소포가 형성되어 이곳에서 프로호르몬이 최종 호르몬으로 합성되며 저장되어 있다가 필요할 때 분비됩니다. 펩티드 길이는 호르몬 종류에 따라 다양하며 항이뇨호르몬, 인슐린, 글루카곤, 성장호르몬, 부갑상선호르몬 등이 속합니다. 둘째, 아민호르몬은 아미노산인 티로신 유도체들이며 에피네프린, 노르에피네프린, 도파민 등의 카테콜아민과 갑상선호르몬이 대표적입니다. 셋째, 모든 스테로이드호르몬은 콜레스테롤로부터 합성되며 주로 부신피질, 고환, 난소, 황체, 태반에서 합성됩니다. 코르티솔, 알도스테론, 에스트라디올, 프로게스테론, 테스토스테론, 칼시트리올 등이 있습니다.

2. 호르몬 분비의 조절

첫째, 혈액 내 영양 성분에 의한 조절을 합니다. 혈중 영양 성분 농도에 의해서 호르몬 분비가 조절되는데, 이는 결과적으로 분비된 호르몬이 혈액 영양 성분의 항상성을 유지할 수 있도록 합니다. 혈당 농도에 의해서 분비가 조절되는 인슐린, 글루카곤과 혈청 칼슘이온 농도에 의해 조절되는 부갑상선호르몬을 예로 들 수 있습니다. 둘째, 신경세포에 의한 조절을 합니다. 신경세포의 영향으로 내분비선의 호르몬 분비가 조절될 수 있습니다. 예를 들어 인체가 스트레스를 받으면 교감신경계의 작용으로 부신수질에서 에피네프린과 노르에피네프린이 분비됩니다. 또한 뇌하수체에서 분비되는 다양한 호르몬들이 시상하부의 신경세포의 통제를 받아 분비가 조절됩니다. 셋째, 호르몬에 의한 조절을 합니다. 시상하부-뇌하수체전엽-내분비선의 축을 이루어 분비되는 호르몬들이 있습니다. 시상하부에서 분비되는 방출호르몬 또는 억제호르몬들이 뇌하수체전엽의 자극호르몬 분비를 조절하고, 이는 다시 갑상선, 부신, 생식선 등에서 분비되는 최종 호르몬의 분비를 조절하게 됩니다. 최종 호르몬이 앞 단계의 반응을 억제함으로써 최종 산물을 더 이상 분비하지 못하도록 통제하는 조절 작용을 호르몬의 음성되먹임 조절이라고 합니다. 최종 내분비선에서 분비되는 호르몬은 시상하부와 뇌하수체에 음성되먹임작용을 통해 호르몬의 분비량을 조절하는데, 예를 들면 시상하부에서 갑상선자극호르몬 방출호르몬이 분비되면 뇌하수체전엽에서 갑상선자극호르몬이 분비되어 갑상선을 자극하여 갑상선호르몬 분비를 촉진하게 됩니다. 시상하부-뇌하수체전엽-갑상선으로 연결된 자극의 축은 갑상선호르몬의 음성되먹임 조절에 의해 균형을 유지하게 되는데 갑상선자극호르몬 방출호르몬에 대한 뇌하수체전엽의 반응을 감소시킴으로써 갑상선호르몬 분비를 조절합니다.

3. 호르몬의 작용 

내분비선에서 합성된 호르몬은 혈액을 통해 표적세포로 운반되어 세포에 존재하는 수용체와 특이적으로 반응하여 호르몬-수용체 복합체를 형성하여 작용을 나타냅니다. 결합하는 호르몬에 따라 표적세포 내에서의 수용체 위치와 구조 및 작용이 다양합니다. 첫째, 펩티드호르몬과 카테콜아민 작용이 일어납니다. 친수성 호르몬들이 표적세포 내로 들어가기 위해서는 세포막에 위치한 수용체와 결합해야 합니다. 호르몬-수용체 복합체는 세포막에 위치한 G-단백질을 활성화시켜서 인접한 단백질인 Adenylyl 고리화효소 또는 인지질가수분해요소 C로 하여금 각각 c-AMP와 이노시톨트리포스페이트, 칼슘이온 등의 2차 전령을 생성하게 하고, 이들이 간접적으로 호르몬 작용을 수행합니다. 즉, 1차 전령에 해당하는 호르몬의 신호를 2차 전령인 c-AMP, 이노시톨트리포스페이트, 칼슘이온 등이 받아 세포 내 생리작용을 조절하게 됩니다. 2차 전령들은 세포 내에 존재하는 특정 단백질인산화효소를 활성화하여 여러 효소들의 활성을 조절하게 됩니다. cAMP를 2차 전령계로 이용하는 예로는 에피네프린의 b 수용체에서의 작용과 글루카곤이며, 칼슘이온을 2차 전령계로 이용하는 예로는 에피네프린의 a 수용체에서의 작용을 들 수 있습니다. 둘째, 인슐린작용이 일어납니다. 인슐린은 인슐린 수용체가 갖는 티로신인산화효소 작용을 2차 전령계로 이용하여 호르몬 작용을 수행합니다. 인슐린 수용체는 2개의 a 단위와 2개의 b 단위로 구성되었으며 세포막을 가로질러 세포외액과 세포질 내에 존재합니다. 인슐린이 수용체의 a 단위에 결합하면 b 단위가 활성화되어 자가인산화 작용에 의해서 수용체 자체가 티로신인산화효소활성을 나타내고, 이어서 이 효소는 인슐린의 생리작용에 관여하는 세포 내 여러 단백질, 효소들을 단계적으로 인산화시킵니다. 또한 인슐린은 생리적 요구에 따라서 표적세포의 수용체 합성을 감소시키고, 분해를 증가시킴으로써 스스로 작용을 억제하는 하향 조절 작용을 갖습니다. 셋째, 스테로이드호르몬과 갑상선호르몬의 작용이 일어납니다. 스테로이드호르몬 수용체는 대부분 표적세포의 세포질 내에 있고, 갑상선호르몬 수용체는 핵 안에 존재하여 호르몬-수용체 복합체가 형성된 후 핵 내에서 DNA의 특정 부위에 결합하여 전사인자로서 특정 단백질 발현을 조절합니다. 따라서 세포막 수용체와 결합하여 2차 전령을 통해 단시간 내에 작용을 나타내는 펩티드호르몬에 비해 이들의 작용은 느리게(수 시간 내) 일어납니다.