Hormóny pôsobia ako integrujúce prvky spájajúce rôzne regulačné mechanizmy a metabolické procesy v orgánoch. Zohrávajú úlohu chemických sprostredkovateľov, ktorí zabezpečujú prenos signálov, ktoré sa vyskytujú v rôznych orgánoch a v centrálnom nervovom systéme. Bunky reagujú na hormóny odlišne.
Prostredníctvom systému adenylátcyklázy ovplyvňujú prvky rýchlosť biochemických procesov v cieľovej bunke. Zvážte tento systém podrobne.
Fyziologický účinok
Reakcia buniek na pôsobenie hormónov závisí od ich chemickej štruktúry, ako aj od typu bunky, ktorú ovplyvňuje.
Koncentrácia hormónov v krvi je dosť nízka. Na spustenie aktivačného mechanizmu enzýmu za účasti adenylátcyklázového systému musia byť tieto enzýmy rozpoznané a následne spojené s receptormi - špeciálnymi proteínmi s vysokou špecifickosťou.
Fyziologický účinok je určený rôznymi faktormi, napríklad koncentráciou hormónu. Je určená rýchlosťouinaktivácia počas rozpadu, vyskytujúca sa hlavne v pečeni, a rýchlosť jeho vylučovania spolu s metabolitmi. Fyziologický účinok závisí od stupňa afinity hormónu k nosným proteínom. Prvky štítnej žľazy a steroidov sa pohybujú pozdĺž krvného obehu spolu s proteínmi. Počet a typ receptorov na cieľových bunkách sú tiež určujúcimi faktormi.
Stimulačné signály
Procesy syntézy a sekrécie hormónov sú stimulované vnútornými a vonkajšími impulzmi smerujúcimi do centrálneho nervového systému. Neuróny prenášajú tieto signály do hypotalamu. Tu sa vďaka nim stimuluje syntéza statínov a liberínov (hormóny uvoľňujúce peptidy). Tie zase inhibujú (potláčajú) alebo stimulujú syntézu a sekréciu prvkov v prednej hypofýze. Tieto chemické zložky sa nazývajú trojité hormóny. Stimulujú produkciu a sekréciu prvkov v periférnych endokrinných žľazách.
Znaky hormónov
Rovnako ako iné signálne molekuly, aj tieto prvky zdieľajú množstvo spoločných znakov. Hormóny:
- Vylučované z buniek, ktoré ich produkujú, do extracelulárneho priestoru.
- Nepoužíva sa ako zdroj energie.
- Nie sú to štrukturálne prvky buniek.
- Majú schopnosť nadviazať špecifický vzťah s bunkami, ktoré majú špecifické receptory pre konkrétny hormón.
- Líšia sa vysokou biologickou aktivitou. Aj v malých koncentráciách môžu hormóny účinne ovplyvňovať bunky.
Cieľové bunky
Ich interakciu s hormónmi zabezpečujú špeciálne receptorové proteíny. Nachádzajú sa na vonkajšej membráne, v cytoplazme, na jadrovej membráne a iných organelách.
V každom receptorovom proteíne sú dve domény (miesta). Vďaka nim sú implementované funkcie:
- Rozpoznávanie hormónov.
- Transformácia a prenos prijatého impulzu do bunky.
Vlastnosti receptorov
V jednej z proteínových domén je miesto, ktoré je komplementárne (vzájomne komplementárne) k niektorému prvku signálnej molekuly. Väzba receptora naň je podobná procesu tvorby komplexu enzým-substrát a je určená konštantou afinity.
Väčšina receptorov v súčasnosti nie je dobre pochopená. Je to spôsobené zložitosťou ich izolácie a čistenia, ako aj extrémne nízkym obsahom každého typu receptora v bunkách. Je však známe, že interakcia hormónov s receptormi je fyzikálno-chemickej povahy. medzi nimi vznikajú hydrofóbne a elektrostatické väzby.
Interakcia hormónu a receptora je sprevádzaná konformačnými zmenami v receptore. V dôsledku toho sa aktivuje komplex signálnej molekuly s receptorom. V aktívnom stave je schopný vyvolať špecifickú intracelulárnu odpoveď na prichádzajúci signál. Keď je narušená syntéza alebo schopnosť receptorov interagovať so signálnymi molekulami, objavujú sa choroby - endokrinné poruchy.
Môžu súvisieť s:
- Nedostatok syntézy.
- Zmeny v štruktúre receptorových proteínov (genetické poruchy).
- Blokovanie receptorov protilátkami.
Typy interakcie
Odlišujú sa v závislosti od štruktúry molekuly hormónu. Ak je lipofilný, je schopný preniknúť do lipidovej vrstvy vo vonkajšej membráne terčov. Príkladom sú steroidné hormóny. Ak je veľkosť molekuly významná, nemôže preniknúť do bunky. V súlade s tým sú receptory pre lipofilné hormóny umiestnené vo vnútri cieľov a pre hydrofilné hormóny - vonku, na vonkajšej membráne.
Druhí sprostredkovatelia
Získanie odpovede na hormonálny signál z hydrofilných molekúl zabezpečuje vnútrobunkový mechanizmus prenosu impulzov. Funguje cez takzvaných druhých sprostredkovateľov. Naproti tomu molekuly hormónov sú svojím tvarom dosť rôznorodé.
Cyklické nukleotidy (cGMP a cAMP), kalmodulín (proteín viažuci vápnik), ióny vápnika, inozitoltrifosfát, enzýmy zapojené do syntézy cyklických nukleotidov a fosforylácie proteínov pôsobia ako „druhí poslovia“.
Pôsobenie hormónov prostredníctvom systému adenylátcyklázy
Existujú 2 hlavné spôsoby prenosu impulzu do cieľových buniek zo signálnych prvkov:
- Adenylátceklázový (guanylátcyklázový) systém.
- Fosfoinozitidový mechanizmus.
Schéma pôsobenia hormónov prostredníctvom systému adenylátcyklázy zahŕňa: G proteín, proteínkinázy,receptorový proteín, guanozíntrifosfát, enzým adenylátceláza. Okrem týchto látok je pre normálne fungovanie systému nevyhnutný aj ATP.
Receptor, G proteín, v blízkosti ktorého sa nachádzajú GTP a adenylátcykláza, sú zabudované do bunkovej membrány. Tieto prvky sú v disociovanom stave. Po vytvorení komplexu signálnej molekuly a receptorového proteínu sa mení konformácia G proteínu. Výsledkom je, že jedna z jej podjednotiek získa schopnosť interagovať s GTP.
Vytvorený komplex „G proteín + GTP“aktivuje adenylátcyklázu. Tá zase začne premieňať molekuly ATP na cAMP. Je schopný aktivovať špecifické enzýmy – proteínkinázy. Vďaka tomu sú katalyzované reakcie fosforylácie rôznych proteínových molekúl za účasti ATP. Zloženie bielkovín zároveň obsahuje zvyšky kyseliny fosforečnej.
Vplyvom mechanizmu účinku hormónov v systéme adenylátcyklázy sa mení aktivita fosforylovaného proteínu. V rôznych typoch buniek sú ovplyvnené proteíny rôznej funkčnej aktivity: jadrové alebo membránové molekuly, ako aj enzýmy. V dôsledku fosforylácie sa proteíny môžu stať funkčne aktívnymi alebo neaktívnymi.
Adenylátcyklázový systém: biochémia
V dôsledku interakcií opísaných vyššie sa rýchlosť biochemických procesov v cieli mení.
Je potrebné povedať o nevýznamnom trvaní aktivácie adenylátcyklázového systému. Stručnost je spôsobená tým, že G proteín sa po naviazaní na enzýmZačína sa objavovať aktivita GTPázy. Obnovuje konformáciu po hydrolýze GTP a prestáva pôsobiť na adenylátcyklázu. To vedie k ukončeniu reakcie tvorby cAMP.
Inhibícia
Okrem priamych účastníkov v schéme systému adenylátcyklázy sú v niektorých cieľoch receptory spojené s molekulami G, čo vedie k inhibícii enzýmu. Adenylaceteklas je inhibovaný komplexom „GTP + G proteín“.
Keď sa zastaví produkcia cAMP, fosforylácia sa nezastaví okamžite. Pokiaľ budú molekuly existovať, aktivácia proteínkináz bude pokračovať. Na zastavenie pôsobenia cAMP bunky využívajú špeciálny enzým – fosfodiesterázu. Katalyzuje hydrolýzu 3',5'-cyklo-AMP na AMP.
Niektoré zlúčeniny, ktoré majú inhibičný účinok na fosfodiesterázu (napríklad teofylín, kofeín), pomáhajú udržiavať a zvyšovať koncentráciu cyklo-AMP. Pod vplyvom týchto látok sa trvanie aktivácie adenylátcyklázového messengerového systému. Inými slovami, účinok hormónu je posilnený.
Inositoltrifosfát
Okrem systému prenosu signálu adenylátcyklázy existuje ďalší mechanizmus prenosu signálu. Zahŕňa ióny vápnika a inozitoltrifosfát. Posledne menovaný je látkou odvodenou od inozitolfosfatidu (komplexný lipid).
Inositoltrifosfát sa tvorí pod vplyvom fosfolipázy „C“, špeciálneho enzýmu, ktorý sa aktivuje pri konformačných zmenách v intracelulárnej doménereceptor bunkovej membrány.
Pôsobením tohto enzýmu sa hydrolyzuje fosfoesterová väzba molekuly fosfatidyl-inozitol-4,5-bisfosfátu. Výsledkom je tvorba inozitoltrifosfátu a diacylglycerolu. Ich tvorba vedie zase k zvýšeniu obsahu ionizovaného vápnika v bunke. To prispieva k aktivácii rôznych proteínových molekúl závislých od vápnika, vrátane proteínkináz.
V tomto prípade, rovnako ako pri spustení systému adenylátcyklázy, fosforylácia proteínov pôsobí ako jeden zo štádií prenosu impulzov vo vnútri bunky. Vedie k fyziologickej reakcii bunky na účinok hormónu.
Spojovací prvok
Na fungovaní fosfoinozitidového mechanizmu sa podieľa špeciálny proteín kalmodulín. Tretinu jeho zloženia tvoria negatívne nabité aminokyseliny (Asp, Glu). V tomto smere je schopný aktívne viazať Ca+2.
V jednej molekule kalmodulínu sú 4 väzbové miesta. V dôsledku interakcie s Ca + 2 začínajú v molekule kalmodulínu konformačné zmeny. Výsledkom je, že komplex Ca + 2-kalmodulínu získava schopnosť regulovať aktivitu mnohých enzýmov: fosfodiesterázy, adenylátcyklázy, Ca + 2, Mg + 2 - ATPázy, ako aj rôznych proteínkináz.
Nuance
V rôznych bunkách pod vplyvom komplexu Ca + 2-kalmodulínu na izoenzýmy jedného enzýmu (napríklad na adenylátcyklázu rôznych typov) bude v jednom prípade pozorovaná aktivácia a v druhom prípade - inhibícia tvorby cAMP. Je to spôsobené tým, že alosterické centrá sa nachádzajú v izoenzýmochmôže zahŕňať rôzne aminokyselinové radikály. V súlade s tým bude ich reakcia na vplyv komplexu odlišná.
Extra
Ako môžete vidieť, „druhí poslovia“sú zapojení do systému adenylátcyklázy a do procesov opísaných vyššie. Keď funguje mechanizmus fosfoinozitidu, sú:
- Cyklické nukleotidy. Rovnako ako v systéme adenylátcyklázy sú to c-GMP a c-AMP.
- Ióny vápnika.
- Komplex Sa-kalmodulínu.
- Diacylglycerol.
- Inositoltrifosfát. Tento prvok sa tiež podieľa na prenose signálu v systéme adenylátcyklázy.
Mechanizmy signalizácie z molekúl hormónov v rámci cieľov zahŕňajúce vyššie uvedené mediátory majú niekoľko spoločných znakov:
- Jednou z fáz prenosu informácií je proces fosforylácie bielkovín.
- Aktivácia sa zastaví pod vplyvom špeciálnych mechanizmov. Spúšťajú ich samotní účastníci procesu (pod vplyvom mechanizmov negatívnej spätnej väzby).
Záver
Hormóny pôsobia ako hlavné humorálne regulátory fyziologických funkcií v tele. Sú produkované v žľazách s vnútornou sekréciou alebo produkované špecifickými endokrinnými bunkami. Hormóny sa uvoľňujú do lymfy, krvi a majú vzdialený (endokrinný) účinok na cieľové bunky.
V súčasnosti vlastnosti týchto molekúldosť dobre naštudované. Sú známe procesy ich biosyntézy, ako aj hlavné mechanizmy vplyvu na telo. Stále však existuje veľa nevyriešených záhad súvisiacich so zvláštnosťami interakcie hormónov a iných zlúčenín.
