Hormoner fungerer som integrerende elementer som forbinder ulike reguleringsmekanismer og metabolske prosesser i organer. De spiller rollen som kjemiske mellomledd som sikrer overføring av signaler som oppstår i forskjellige organer og i sentralnervesystemet. Celler reagerer forskjellig på hormoner.
Gjennom adenylatcyklasesystemet påvirker elementene hastigheten på biokjemiske prosesser i målcellen. Vurder dette systemet i detalj.
Fysiologisk effekt
Reaksjonen til cellene på virkningen av hormoner avhenger av dens kjemiske struktur, samt hvilken type celle den påvirker.
Konsentrasjonen av hormoner i blodet er ganske lav. For å utløse aktiveringsmekanismen til enzymet med deltakelse av adenylatcyklasesystemet, må de gjenkjennes og deretter assosieres med reseptorer - spesielle proteiner med høy spesifisitet.
Den fysiologiske effekten bestemmes av ulike faktorer, for eksempel konsentrasjonen av hormonet. Det bestemmes av hastigheteninaktivering under forfall, som hovedsakelig forekommer i leveren, og utskillelseshastigheten sammen med metabolitter. Den fysiologiske effekten avhenger av graden av affinitet til hormonet for bærerproteiner. Skjoldbruskkjertel- og steroidelementer beveger seg langs blodet sammen med proteiner. Antall og type reseptorer på målceller er også bestemmende faktorer.
stimulerende signaler
Prosessene for syntese og sekresjon av hormoner stimuleres av indre og ytre impulser rettet mot sentralnervesystemet. Nevroner bærer disse signalene til hypothalamus. Her, på grunn av dem, stimuleres syntesen av statiner og liberiner (peptidfrigjørende hormoner). De på sin side hemmer (undertrykker) eller stimulerer syntesen og sekresjonen av elementer i den fremre hypofysen. Disse kjemiske komponentene kalles trippelhormoner. De stimulerer produksjonen og utskillelsen av elementer i de perifere endokrine kjertlene.
Tegn på hormoner
Som andre signalmolekyler deler disse elementene en rekke fellestrekk. Hormoner:
- Utskilles fra cellene som produserer dem til det ekstracellulære rommet.
- Ikke brukt som energikilde.
- De er ikke strukturelle elementer i celler.
- Ha evnen til å etablere et spesifikt forhold til celler som har spesifikke reseptorer for et bestemt hormon.
- Forskjellig i høy biologisk aktivitet. Selv i små konsentrasjoner kan hormoner effektivt påvirke cellene.
Målceller
Samspillet deres med hormoner er gitt av spesielle reseptorproteiner. De finnes på den ytre membranen, i cytoplasmaet, på kjernemembranen og andre organeller.
Det er to domener (nettsteder) i ethvert reseptorprotein. På grunn av dem er funksjonene implementert:
- Hormongjenkjenning.
- Transformasjon og overføring av den mottatte impulsen til cellen.
Funksjoner av reseptorer
I et av proteindomenene er det et nettsted som er komplementært (gjensidig komplementært) til et eller annet element i signalmolekylet. Bindingen av reseptoren til den ligner prosessen med dannelse av enzym-substratkomplekset og bestemmes av affinitetskonstanten.
De fleste av reseptorene er foreløpig ikke godt forstått. Dette skyldes kompleksiteten av deres isolasjon og rensing, samt det ekstremt lave innholdet av hver type reseptor i cellene. Imidlertid er det kjent at interaksjonen mellom hormoner og reseptorer er av fysisk-kjemisk karakter. hydrofobe og elektrostatiske bindinger dannes mellom dem.
Samspillet mellom et hormon og en reseptor er ledsaget av konformasjonsendringer i sistnevnte. Som et resultat aktiveres komplekset til signalmolekylet med reseptoren. Å være i en aktiv tilstand, er det i stand til å provosere en spesifikk intracellulær respons på det innkommende signalet. Når syntesen eller evnen til reseptorer til å samhandle med signalmolekyler er svekket, oppstår sykdommer - endokrine forstyrrelser.
De kan være relatert til:
- Mangel på syntese.
- Endringer i strukturen til reseptorproteiner (genetiske lidelser).
- Blokker reseptorer med antistoffer.
Interaksjonstyper
De er forskjellige avhengig av strukturen til hormonmolekylet. Hvis det er lipofilt, er det i stand til å trenge gjennom lipidlaget i den ytre membranen til målene. Et eksempel er steroidhormoner. Hvis størrelsen på molekylet er betydelig, kan det ikke trenge inn i cellen. Følgelig er reseptorer for lipofile hormoner plassert inne i målene, og for hydrofile hormoner - utenfor, på den ytre membranen.
Andre mellommenn
Å få en respons på et hormonelt signal fra hydrofile molekyler er gitt av den intracellulære mekanismen for impulsoverføring. Den fungerer gjennom de såk alte andre mellomleddene. Derimot er hormonmolekylene ganske forskjellige i form.
Sykliske nukleotider (cGMP og cAMP), kalmodulin (kalsiumbindende protein), kalsiumioner, inositoltrifosfat, enzymer involvert i syntesen av sykliske nukleotider og proteinfosforylering fungerer som "second messengers".
Hormoners virkning gjennom adenylatcyklasesystemet
Det er 2 hovedmåter å overføre en impuls til målceller fra signalelementer:
- Adenylate ceclase (guanylate cyclase) system.
- Fosfoinositidmekanisme.
Virkningsskjemaet til hormoner gjennom adenylatcyklasesystemet involverer: G-protein, proteinkinaser,reseptorprotein, guanosintrifosfat, adenylatceclase-enzym. I tillegg til disse stoffene er ATP også nødvendig for normal funksjon av systemet.
Reseptor, G-protein, nær som GTP og adenylatcyklase er lokalisert, er bygget inn i cellemembranen. Disse elementene er i en dissosiert tilstand. Etter dannelsen av komplekset til signalmolekylet og reseptorproteinet, endres konformasjonen av G-proteinet. Som et resultat får en av underenhetene muligheten til å samhandle med GTP.
Det dannede komplekset "G protein + GTP" aktiverer adenylatcyklase. Hun begynner på sin side å transformere ATP-molekyler til cAMP. Den er i stand til å aktivere spesifikke enzymer - proteinkinaser. På grunn av dette blir reaksjonene av fosforylering av forskjellige proteinmolekyler med deltakelse av ATP katalysert. Sammensetningen av proteiner inkluderer samtidig restene av fosforsyre.
På grunn av virkningsmekanismen til hormoner i adenylatcyklasesystemet endres aktiviteten til det fosforylerte proteinet. I forskjellige typer celler påvirkes proteiner med ulik funksjonell aktivitet: kjerne- eller membranmolekyler, så vel som enzymer. Som et resultat av fosforylering kan proteiner bli funksjonelt aktive eller inaktive.
Adenylatcyklasesystem: biokjemi
På grunn av interaksjonene beskrevet ovenfor, endres hastigheten av biokjemiske prosesser i målet.
Det er nødvendig å si om den ubetydelige varigheten av aktivering av adenylatcyklasesystemet. Kortheten skyldes det faktum at G-proteinet, etter binding til enzymetGTPase-aktivitet begynner å vises. Det gjenoppretter konformasjonen etter GTP-hydrolyse og slutter å virke på adenylatcyklase. Dette fører til avslutning av cAMP-formasjonsreaksjonen.
Inhibition
I tillegg til de direkte deltakerne i ordningen med adenylatcyklasesystemet, er det i noen mål reseptorer assosiert med G-molekyler, noe som fører til hemming av enzymet. Adenylaceteklase hemmes av "GTP + G protein"-komplekset.
Når cAMP-produksjonen stopper, stopper ikke fosforyleringen umiddelbart. Så lenge molekylene eksisterer, vil aktiveringen av proteinkinaser fortsette. For å stoppe virkningen av cAMP bruker cellene et spesielt enzym - fosfodiesterase. Den katalyserer hydrolysen av 3', 5'-cyklo-AMP til AMP.
Noen forbindelser som har en hemmende effekt på fosfodiesterase (for eksempel teofyllin, koffein) bidrar til å opprettholde og øke konsentrasjonen av cyclo-AMP. Under påvirkning av disse stoffene, varigheten av aktivering av adenylat cyclase messenger system. Med andre ord, virkningen av hormonet forsterkes.
Inositoltrifosfat
I tillegg til adenylatcyklase-sign altransduksjonssystemet, er det en annen sign altransduksjonsmekanisme. Det involverer kalsiumioner og inositoltrifosfat. Sistnevnte er et stoff avledet fra inositolfosfatid (et kompleks lipid).
Inositoltrifosfat dannes under påvirkning av fosfolipase "C", et spesielt enzym som aktiveres under konformasjonsendringer i det intracellulære domenetcellemembranreseptor.
På grunn av virkningen av dette enzymet hydrolyseres fosfoesterbindingen til fosfatidyl-inositol-4,5-bisfosfatmolekylet. Som et resultat dannes inositoltrifosfat og diacylglycerol. Dannelsen deres fører i sin tur til en økning i innholdet av ionisert kalsium i cellen. Dette bidrar til aktivering av ulike kalsiumavhengige proteinmolekyler, inkludert proteinkinaser.
I dette tilfellet, som med lanseringen av adenylatcyklasesystemet, fungerer proteinfosforylering som et av stadiene av impulsoverføring inne i cellen. Det fører til en fysiologisk respons fra cellen på effekten av hormonet.
Tilkoblingselement
Et spesielt protein, calmodulin, er involvert i funksjonen til fosfoinositid-mekanismen. En tredjedel av sammensetningen er dannet av negativt ladede aminosyrer (Asp, Glu). I denne forbindelse er den i stand til aktivt å binde Ca+2.
Det er 4 bindingssteder i ett calmodulin-molekyl. Som et resultat av interaksjon med Ca + 2 begynner konformasjonsendringer i calmodulin-molekylet. Som et resultat får Ca + 2-calmodulin-komplekset evnen til å regulere aktiviteten til mange enzymer: fosfodiesterase, adenylatcyklase, Ca + 2, Mg + 2 - ATPase, samt forskjellige proteinkinaser
Nyances
I forskjellige celler, under påvirkning av Ca + 2-calmodulin-komplekset på isoenzymene til ett enzym (for eksempel på adenylatcyklase av forskjellige typer), vil aktivering i ett tilfelle bli observert, og i det andre - hemming av cAMP-dannelse. Dette skyldes det faktum at allosteriske sentre i isoenzymerkan inneholde forskjellige aminosyreradikaler. Følgelig vil deres reaksjon på virkningen av komplekset være annerledes.
Extra
Som du kan se, er "second messengers" involvert i adenylatcyklasesystemet og i prosessene beskrevet ovenfor. Når fosfoinositid-mekanismen fungerer, er de:
- Sykliske nukleotider. Som i adenylatcyklasesystemet er de c-GMP og c-AMP.
- kalsiumioner.
- Sa-calmodulin-kompleks.
- Diacylglycerol.
- Inositoltrifosfat. Dette elementet er også involvert i sign altransduksjon i adenylatcyklasesystemet.
Mekanismene for signalering fra hormonmolekyler innenfor mål som involverer mediatorene ovenfor, har flere fellestrekk:
- Et av stadiene i informasjonsoverføring er prosessen med proteinfosforylering.
- Aktiveringen stopper under påvirkning av spesielle mekanismer. De lanseres av prosessdeltakerne selv (under påvirkning av negative tilbakemeldingsmekanismer).
Konklusjon
Hormoner fungerer som de viktigste humorale regulatorene av fysiologiske funksjoner i kroppen. De produseres i de endokrine kjertlene eller produseres av spesifikke endokrine celler. Hormoner frigjøres til lymfen, blodet og har en fjern (endokrin) effekt på målcellene.
For øyeblikket er egenskapene til disse molekylenegodt nok studert. Prosessene for deres biosyntese er kjent, så vel som hovedmekanismene for innflytelse på kroppen. Imidlertid er det fortsatt mange uløste mysterier knyttet til særegenhetene ved interaksjonen mellom hormoner og andre forbindelser.
