Hormoni delujejo kot povezovalni elementi, ki povezujejo različne regulativne mehanizme in presnovne procese v organih. Igrajo vlogo kemičnih posrednikov, ki zagotavljajo prenos signalov, ki se pojavljajo v različnih organih in v centralnem živčnem sistemu. Celice se različno odzivajo na hormone.
Prek sistema adenilat ciklaze elementi vplivajo na hitrost biokemičnih procesov v ciljni celici. Podrobno razmislite o tem sistemu.
Fiziološki učinek
Odziv celic na delovanje hormonov je odvisen od njihove kemične strukture, pa tudi od vrste celice, na katero vpliva.
Koncentracija hormonov v krvi je precej nizka. Da bi sprožili aktivacijski mehanizem encima s sodelovanjem sistema adenilat ciklaze, jih je treba prepoznati in nato povezati z receptorji - posebnimi proteini z visoko specifičnostjo.
Fiziološki učinek določajo različni dejavniki, na primer koncentracija hormona. Določa ga hitrostinaktivacija med razpadom, ki se pojavlja predvsem v jetrih, in hitrost njegovega izločanja skupaj s presnovki. Fiziološki učinek je odvisen od stopnje afinitete hormona za nosilne beljakovine. Ščitnični in steroidni elementi se premikajo po krvnem obtoku skupaj z beljakovinami. Število in vrsta receptorjev na ciljnih celicah sta prav tako odločilni dejavnik.
Spodbujevalni signali
Procese sinteze in izločanja hormonov spodbujajo notranji in zunanji impulzi, usmerjeni v centralni živčni sistem. Nevroni prenašajo te signale v hipotalamus. Tu se zaradi njih stimulira sinteza statinov in liberinov (hormonov, ki sproščajo peptide). Ti pa zavirajo (zavirajo) ali spodbujajo sintezo in izločanje elementov v sprednji hipofizi. Te kemične sestavine se imenujejo trojni hormoni. Spodbujajo proizvodnjo in izločanje elementov v perifernih endokrinih žlezah.
Znaki hormonov
Tako kot druge signalne molekule imajo ti elementi številne skupne značilnosti. Hormoni:
- Izločeno iz celic, ki jih proizvajajo, v zunajcelični prostor.
- Ne uporablja se kot vir energije.
- Niso strukturni elementi celic.
- Imejo sposobnost vzpostavitve specifičnega odnosa s celicami, ki imajo specifične receptorje za določen hormon.
- Razlikujejo se po visoki biološki aktivnosti. Tudi v majhnih koncentracijah lahko hormoni učinkovito vplivajo na celice.
Cilne celice
Njihovo interakcijo s hormoni zagotavljajo posebni receptorski proteini. Najdemo jih na zunanji membrani, v citoplazmi, na jedrski membrani in drugih organelah.
V vsakem receptorskem proteinu sta dve domeni (mesta). Zaradi njih se izvajajo funkcije:
- Prepoznavanje hormonov.
- Transformacija in prenos prejetega impulza v celico.
Lastnosti receptorjev
V eni od proteinskih domen je mesto, ki je komplementarno (medsebojno komplementarno) nekemu elementu signalne molekule. Vezava receptorja nanj je podobna procesu tvorbe kompleksa encim-substrat in je določena s konstanto afinitete.
Večina receptorjev trenutno ni dobro razumljena. To je posledica kompleksnosti njihove izolacije in čiščenja ter izjemno nizke vsebnosti vsake vrste receptorjev v celicah. Vendar pa je znano, da je interakcija hormonov z receptorji fizikalno-kemijske narave. med njimi nastanejo hidrofobne in elektrostatične vezi.
Interakcija hormona in receptorja spremljajo konformacijske spremembe pri slednjem. Posledično se aktivira kompleks signalne molekule z receptorjem. Ker je v aktivnem stanju, lahko izzove specifičen znotrajcelični odziv na dohodni signal. Ko je sinteza ali sposobnost receptorjev za interakcijo s signalnimi molekulami oslabljena, se pojavijo bolezni – endokrine motnje.
Lahko so povezani z:
- Pomanjkanje sinteze.
- Spremembe v strukturi receptorskih beljakovin (genetske motnje).
- Blokiranje receptorjev s protitelesi.
Vrste interakcij
Razlikujejo se glede na strukturo molekule hormona. Če je lipofilen, je sposoben prodreti v lipidno plast v zunanji membrani tarč. Primer so steroidni hormoni. Če je velikost molekule pomembna, ne more prodreti v celico. V skladu s tem se receptorji za lipofilne hormone nahajajo znotraj tarč, za hidrofilne hormone pa zunaj, na zunanji membrani.
Drugi posredniki
Pridobivanje odziva na hormonski signal iz hidrofilnih molekul zagotavlja znotrajcelični mehanizem prenosa impulzov. Deluje prek tako imenovanih drugih posrednikov. Nasprotno pa so molekule hormonov precej raznolike po svoji obliki.
Ciklični nukleotidi (cGMP in cAMP), kalmodulin (protein, ki veže kalcij), kalcijevi ioni, inozitol trifosfat, encimi, ki sodelujejo pri sintezi cikličnih nukleotidov in fosforilaciji beljakovin, delujejo kot "drugi prenašalci"
Delovanje hormonov skozi sistem adenilat ciklaze
Obstajata 2 glavna načina za prenos impulza v ciljne celice iz signalnih elementov:
- Adenilat ceklaza (gvanilat ciklaza) sistem.
- fosfoinozitidni mehanizem.
Shema delovanja hormonov skozi sistem adenilat ciklaze vključuje: G protein, protein kinaze,receptorski protein, gvanozin trifosfat, encim adenilat ceklaza. Poleg teh snovi je za normalno delovanje sistema nujen tudi ATP.
Receptor, G protein, v bližini katerega se nahajata GTP in adenilat ciklaza, je vgrajen v celično membrano. Ti elementi so v disociiranem stanju. Po tvorbi kompleksa signalne molekule in receptorskega proteina se spremeni konformacija proteina G. Kot rezultat, ena od njegovih podenot pridobi sposobnost interakcije z GTP.
Nastali kompleks "G protein + GTP" aktivira adenilat ciklazo. Ona pa začne spreminjati molekule ATP v cAMP. Sposoben je aktivirati specifične encime - protein kinaze. Zaradi tega se katalizirajo reakcije fosforilacije različnih beljakovinskih molekul s sodelovanjem ATP. Sestava beljakovin hkrati vključuje ostanke fosforne kisline.
Zaradi mehanizma delovanja hormonov v sistemu adenilat ciklaze se aktivnost fosforiliranega proteina spremeni. V različnih vrstah celic so prizadete beljakovine različnega funkcionalnega delovanja: jedrske ali membranske molekule, pa tudi encimi. Zaradi fosforilacije lahko proteini postanejo funkcionalno aktivni ali neaktivni.
Adenilat ciklazni sistem: biokemija
Zaradi interakcij, opisanih zgoraj, se hitrost biokemičnih procesov v tarči spreminja.
Treba je reči o nepomembnem trajanju aktivacije sistema adenilat ciklaze. Kratkost je posledica dejstva, da se protein G po vezavi na encimZačne se pojavljati aktivnost GTPaze. Obnavlja konformacijo po hidrolizi GTP in preneha delovati na adenilat ciklazo. To vodi do prenehanja reakcije tvorbe cAMP.
Inhibicija
Poleg neposrednih udeležencev v shemi sistema adenilat ciklaze so v nekaterih tarčah receptorji, povezani z G molekulami, kar vodi v inhibicijo encima. Adenilaceteklazo zavira kompleks "GTP + G protein".
Ko se proizvodnja cAMP ustavi, se fosforilacija ne ustavi takoj. Dokler obstajajo molekule, se bo aktivacija protein kinaz nadaljevala. Za zaustavitev delovanja cAMP celice uporabljajo poseben encim - fosfodiesterazo. Katalizira hidrolizo 3', 5'-ciklo-AMP v AMP.
Nekatere spojine, ki imajo zaviralni učinek na fosfodiesterazo (na primer teofilin, kofein), pomagajo vzdrževati in povečati koncentracijo ciklo-AMP. Pod vplivom teh snovi se trajanje aktivacije sistema sporočanja adenilat ciklaze. Z drugimi besedami, delovanje hormona je okrepljeno.
Inositol trifosfat
Poleg sistema za transdukcijo signala adenilat ciklaze obstaja še en mehanizem za prenos signala. Vključuje kalcijeve ione in inozitol trifosfat. Slednji je snov, pridobljena iz inozitol fosfatida (kompleksnega lipida).
Inositol trifosfat nastane pod vplivom fosfolipaze "C", posebnega encima, ki se aktivira med konformacijskimi spremembami v znotrajcelični domenireceptor celične membrane.
Zaradi delovanja tega encima se fosfoestrska vez molekule fosfatidil-inozitol-4,5-bisfosfata hidrolizira. Posledično nastaneta inozitol trifosfat in diacilglicerol. Njihova tvorba pa vodi do povečanja vsebnosti ioniziranega kalcija v celici. To prispeva k aktivaciji različnih od kalcija odvisnih beljakovinskih molekul, vključno s protein kinazami.
V tem primeru, tako kot pri zagonu sistema adenilat ciklaze, fosforilacija beljakovin deluje kot ena od stopenj prenosa impulza znotraj celice. Povzroča fiziološki odziv celice na učinek hormona.
Povezni element
Poseben protein, kalmodulin, je vključen v delovanje fosfoinozitidnega mehanizma. Tretjino njegove sestave tvorijo negativno nabite aminokisline (Asp, Glu). V zvezi s tem je sposoben aktivno vezati Ca+2.
V eni molekuli kalmodulina so 4 vezavna mesta. Zaradi interakcije s Ca + 2 se v molekuli kalmodulina začnejo konformacijske spremembe. Kot rezultat, kompleks Ca + 2-kalmodulina pridobi sposobnost uravnavanja aktivnosti številnih encimov: fosfodiesteraze, adenilat ciklaze, Ca + 2, Mg + 2 - ATPaze, pa tudi različnih protein kinaz.
Nianse
V različnih celicah bo pod vplivom kompleksa Ca + 2-kalmodulina na izoencime enega encima (na primer na adenilat ciklazo različnih vrst) v enem primeru opazili aktivacijo, v drugem pa - zaviranje tvorbe cAMP. To je posledica dejstva, da so alosterični centri v izoencimihlahko vključujejo različne aminokislinske radikale. V skladu s tem bo njihova reakcija na vpliv kompleksa drugačna.
dodatno
Kot lahko vidite, so "drugi glasniki" vključeni v sistem adenilat ciklaze in v zgoraj opisane procese. Ko deluje fosfoinozitidni mehanizem, so:
- Ciklični nukleotidi. Tako kot v sistemu adenilat ciklaze sta c-GMP in c-AMP.
- Kalcijevi ioni.
- Sa-calmodulin kompleks.
- diacilglicerol.
- Inositol trifosfat. Ta element je vključen tudi v transdukcijo signala v sistemu adenilat ciklaze.
Mehanizmi signalizacije iz hormonskih molekul znotraj tarč, ki vključujejo zgornje mediatorje, imajo več skupnih značilnosti:
- Ena od stopenj prenosa informacij je proces fosforilacije beljakovin.
- Aktivacija se ustavi pod vplivom posebnih mehanizmov. Zaženejo jih udeleženci procesa sami (pod vplivom mehanizmov negativnih povratnih informacij).
Sklep
Hormoni delujejo kot glavni humoralni regulatorji fizioloških funkcij v telesu. Proizvajajo jih endokrine žleze ali jih proizvajajo specifične endokrine celice. Hormoni se sproščajo v limfo, kri in imajo oddaljen (endokrini) učinek na ciljne celice.
Trenutno so lastnosti teh molekuldovolj dobro preučen. Poznani so procesi njihove biosinteze, pa tudi glavni mehanizmi vpliva na telo. Vendar pa je še vedno veliko nerazrešenih skrivnosti, povezanih s posebnostmi interakcije hormonov in drugih spojin.
