Hormoner fungerer som integrerende elementer, der forbinder forskellige reguleringsmekanismer og metaboliske processer i organer. De spiller rollen som kemiske mellemled, der sikrer overførsel af signaler, der forekommer i forskellige organer og i centralnervesystemet. Celler reagerer forskelligt på hormoner.
Gennem adenylatcyklasesystemet påvirker elementerne hastigheden af biokemiske processer i målcellen. Overvej dette system i detaljer.
Fysiologisk effekt
Cellernes reaktion på hormoners virkning afhænger af dens kemiske struktur, såvel som den celletype, den påvirker.
Koncentrationen af hormoner i blodet er ret lav. For at udløse enzymets aktiveringsmekanisme med deltagelse af adenylatcyklasesystemet skal de genkendes og derefter associeres med receptorer - specielle proteiner med høj specificitet.
Den fysiologiske effekt bestemmes af forskellige faktorer, for eksempel koncentrationen af hormonet. Det bestemmes af hastighedeninaktivering under henfald, der hovedsageligt forekommer i leveren, og hastigheden af dens udskillelse sammen med metabolitter. Den fysiologiske virkning afhænger af graden af affinitet af hormonet til bærerproteiner. Skjoldbruskkirtel og steroidelementer bevæger sig langs blodbanen sammen med proteiner. Antallet og typen af receptorer på målceller er også bestemmende faktorer.
stimulerende signaler
Processerne for syntese og sekretion af hormoner stimuleres af interne og eksterne impulser rettet mod centralnervesystemet. Neuroner bærer disse signaler til hypothalamus. Her stimuleres syntesen af statiner og liberiner (peptidfrigørende hormoner) på grund af dem. De på sin side hæmmer (undertrykker) eller stimulerer syntesen og sekretionen af elementer i den forreste hypofyse. Disse kemiske komponenter kaldes triple hormoner. De stimulerer produktionen og udskillelsen af grundstoffer i de perifere endokrine kirtler.
Tegn på hormoner
Ligesom andre signalmolekyler deler disse elementer en række fælles træk. Hormoner:
- Udskilles fra cellerne, der producerer dem, ind i det ekstracellulære rum.
- Bruges ikke som energikilde.
- De er ikke strukturelle elementer i celler.
- Har evnen til at etablere et specifikt forhold til celler, der har specifikke receptorer for et bestemt hormon.
- Afviger i høj biologisk aktivitet. Selv i små koncentrationer kan hormoner effektivt påvirke celler.
Målceller
Deres interaktion med hormoner leveres af specielle receptorproteiner. De findes på den ydre membran, i cytoplasmaet, på kernemembranen og andre organeller.
Der er to domæner (sites) i ethvert receptorprotein. På grund af dem er funktionerne implementeret:
- Hormongenkendelse.
- Transformation og transmission af den modtagne impuls til cellen.
Funktioner af receptorer
I et af proteindomænerne er der et sted, der er komplementært (gensidigt komplementært) til et eller andet element i signalmolekylet. Bindingen af receptoren til den ligner processen med dannelse af enzym-substratkomplekset og bestemmes af affinitetskonstanten.
De fleste af receptorerne er i øjeblikket ikke godt forstået. Dette skyldes kompleksiteten af deres isolering og oprensning, samt det ekstremt lave indhold af hver type receptor i cellerne. Det er dog kendt, at interaktionen mellem hormoner og receptorer er af fysisk-kemisk karakter. der dannes hydrofobe og elektrostatiske bindinger mellem dem.
Samspillet mellem et hormon og en receptor er ledsaget af konformationelle ændringer i sidstnævnte. Som et resultat aktiveres komplekset af signalmolekylet med receptoren. Da den er i en aktiv tilstand, er den i stand til at fremkalde en specifik intracellulær reaktion på det indkommende signal. Når syntesen eller evnen af receptorer til at interagere med signalmolekyler er svækket, opstår sygdomme - endokrine lidelser.
De kan være relateret til:
- Mangel på syntese.
- Ændringer i strukturen af receptorproteiner (genetiske lidelser).
- Blokerer receptorer med antistoffer.
Interaktionstyper
De adskiller sig afhængigt af strukturen af hormonmolekylet. Hvis det er lipofilt, er det i stand til at trænge ind i lipidlaget i den ydre membran af målene. Et eksempel er steroidhormoner. Hvis størrelsen af molekylet er signifikant, kan det ikke trænge ind i cellen. I overensstemmelse hermed er receptorer for lipofile hormoner placeret inde i målene og for hydrofile hormoner - udenfor, på den ydre membran.
Andre mellemmænd
At få et svar på et hormonsignal fra hydrofile molekyler leveres af den intracellulære impulstransmissionsmekanisme. Det fungerer gennem de såkaldte sekundære mellemled. I modsætning hertil er hormonmolekyler ret forskellige i deres form.
Cycliske nukleotider (cGMP og cAMP), calmodulin (calciumbindende protein), calciumioner, inositoltriphosphat, enzymer involveret i syntesen af cykliske nukleotider og proteinphosphorylering fungerer som "second messengers".
Hmoners virkning gennem adenylatcyklasesystemet
Der er 2 hovedmåder at sende en impuls til målceller fra signalelementer:
- Adenylatceclase (guanylatcyclase)-system.
- Phosphoinositide-mekanisme.
Hormoners virkningsskema gennem adenylatcyklasesystemet involverer: G-protein, proteinkinaser,receptorprotein, guanosintriphosphat, adenylatceclase-enzym. Ud over disse stoffer er ATP også nødvendigt for systemets normale funktion.
Receptor, G-protein, i nærheden af hvilket GTP og adenylatcyclase er placeret, er indbygget i cellemembranen. Disse elementer er i en dissocieret tilstand. Efter dannelsen af komplekset af signalmolekylet og receptorproteinet ændres konformationen af G-proteinet. Som et resultat opnår en af dens underenheder evnen til at interagere med GTP.
Det dannede kompleks "G-protein + GTP" aktiverer adenylatcyclase. Hun begynder til gengæld at transformere ATP-molekyler til cAMP. Det er i stand til at aktivere specifikke enzymer - proteinkinaser. På grund af dette katalyseres reaktionerne af phosphorylering af forskellige proteinmolekyler med deltagelse af ATP. Sammensætningen af proteiner inkluderer samtidig rester af fosforsyre.
På grund af hormonernes virkningsmekanisme i adenylatcyklasesystemet ændres aktiviteten af det phosphorylerede protein. I forskellige typer celler påvirkes proteiner med forskellig funktionel aktivitet: kerne- eller membranmolekyler samt enzymer. Som et resultat af phosphorylering kan proteiner blive funktionelt aktive eller inaktive.
Adenylatcyklasesystem: biokemi
På grund af interaktionerne beskrevet ovenfor ændres hastigheden af biokemiske processer i målet.
Det er nødvendigt at sige om den ubetydelige varighed af aktivering af adenylatcyklasesystemet. Kortheden skyldes, at G-proteinet efter binding til enzymetGTPase-aktivitet begynder at dukke op. Det genopretter konformationen efter GTP-hydrolyse og holder op med at virke på adenylatcyclase. Dette fører til afslutning af cAMP-dannelsesreaktionen.
Inhibition
Ud over de direkte deltagere i skemaet for adenylatcyklasesystemet er der i nogle mål receptorer forbundet med G-molekyler, hvilket fører til inhibering af enzymet. Adenylaceteklase hæmmes af "GTP + G protein"-komplekset.
Når cAMP-produktionen stopper, stopper fosforyleringen ikke med det samme. Så længe molekylerne eksisterer, vil aktiveringen af proteinkinaser fortsætte. For at stoppe virkningen af cAMP bruger celler et specielt enzym - phosphodiesterase. Det katalyserer hydrolysen af 3', 5'-cyclo-AMP til AMP.
Nogle forbindelser, der har en hæmmende effekt på phosphodiesterase (f.eks. theophyllin, koffein), hjælper med at opretholde og øge koncentrationen af cyclo-AMP. Under påvirkning af disse stoffer, varigheden af aktivering af adenylatcyclase-budbringersystemet. Med andre ord forstærkes hormonets virkning.
Inositoltrifosfat
Udover adenylatcyklase-sign altransduktionssystemet er der en anden sign altransduktionsmekanisme. Det involverer calciumioner og inositoltrifosfat. Sidstnævnte er et stof afledt af inositolphosphatid (et komplekst lipid).
Inositoltriphosphat dannes under påvirkning af phospholipase "C", et specielt enzym, der aktiveres under konformationsændringer i det intracellulære domænecellemembranreceptor.
På grund af dette enzyms virkning hydrolyseres phosphoesterbindingen af phosphatidyl-inositol-4,5-bisphosphat-molekylet. Som et resultat dannes inositoltriphosphat og diacylglycerol. Deres dannelse fører til gengæld til en stigning i indholdet af ioniseret calcium i cellen. Dette bidrager til aktiveringen af forskellige calciumafhængige proteinmolekyler, herunder proteinkinaser.
I dette tilfælde, som med lanceringen af adenylatcyclasesystemet, fungerer proteinphosphorylering som et af stadierne af impulstransmission inde i cellen. Det fører til en fysiologisk reaktion fra cellen på virkningen af hormonet.
Forbindelseselement
Et særligt protein, calmodulin, er involveret i funktionen af phosphoinositid-mekanismen. En tredjedel af dens sammensætning er dannet af negativt ladede aminosyrer (Asp, Glu). I denne henseende er den i stand til aktivt at binde Ca+2.
Der er 4 bindingssteder i ét calmodulin-molekyle. Som et resultat af interaktion med Ca + 2 begynder konformationsændringer i calmodulin-molekylet. Som et resultat opnår Ca + 2-calmodulin komplekset evnen til at regulere aktiviteten af mange enzymer: phosphodiesterase, adenylatcyclase, Ca + 2, Mg + 2 - ATPase, såvel som forskellige proteinkinaser.
Nuancer
I forskellige celler, under påvirkning af Ca + 2-calmodulin-komplekset på isoenzymer af et enzym (f.eks. på adenylatcyclase af forskellige typer), vil aktivering i det ene tilfælde blive observeret, og i det andet tilfælde - hæmning af cAMP-dannelse. Dette skyldes det faktum, at allosteriske centre i isoenzymerkan omfatte forskellige aminosyreradikaler. Derfor vil deres reaktion på kompleksets påvirkning være anderledes.
Ekstra
Som du kan se, er "second messengers" involveret i adenylatcyclasesystemet og i processerne beskrevet ovenfor. Når phosphoinositid-mekanismen fungerer, er de:
- Cycliske nukleotider. Som i adenylatcyclasesystemet er de c-GMP og c-AMP.
- Calciumioner.
- Sa-calmodulin-kompleks.
- Diacylglycerol.
- Inositoltrifosfat. Dette element er også involveret i sign altransduktion i adenylatcyklasesystemet.
Mekanismerne for signalering fra hormonmolekyler inden for mål, der involverer ovennævnte mediatorer, har flere fælles træk:
- Et af stadierne i informationsoverførsel er processen med proteinphosphorylering.
- Aktiveringen stopper under indflydelse af specielle mekanismer. De lanceres af procesdeltagerne selv (under indflydelse af negative feedback-mekanismer).
Konklusion
Hormoner fungerer som de vigtigste humorale regulatorer af fysiologiske funktioner i kroppen. De produceres i de endokrine kirtler eller produceres af specifikke endokrine celler. Hormoner frigives til lymfen, blodet og har en fjern (endokrin) effekt på målcellerne.
I øjeblikket er disse molekylers egenskabergodt nok studeret. Processerne for deres biosyntese er kendte såvel som de vigtigste mekanismer for indflydelse på kroppen. Der er dog stadig mange uløste mysterier relateret til det særlige ved interaktionen mellem hormoner og andre forbindelser.
