Hormoner fungerar som integrerande element som länkar samman olika regleringsmekanismer och metaboliska processer i organ. De spelar rollen som kemiska mellanhänder som säkerställer överföringen av signaler som sker i olika organ och i centrala nervsystemet. Celler svarar olika på hormoner.
Genom adenylatcyklassystemet påverkar elementen hastigheten för biokemiska processer i målcellen. Överväg detta system i detalj.
Fysiologisk effekt
Cellens svar på hormonernas verkan beror på dess kemiska struktur, såväl som vilken typ av cell den påverkar.
Koncentrationen av hormoner i blodet är ganska låg. För att utlösa enzymets aktiveringsmekanism med deltagande av adenylatcyklassystemet måste de kännas igen och sedan associeras med receptorer - speciella proteiner med hög specificitet.
Den fysiologiska effekten bestäms av olika faktorer, till exempel koncentrationen av hormonet. Det bestäms av hastigheteninaktivering under sönderfall, som huvudsakligen sker i levern, och hastigheten för dess utsöndring tillsammans med metaboliter. Den fysiologiska effekten beror på graden av affinitet hos hormonet för bärarproteiner. Sköldkörtel- och steroidelement rör sig längs blodomloppet tillsammans med proteiner. Antalet och typen av receptorer på målceller är också avgörande faktorer.
stimulerande signaler
Processerna för syntes och utsöndring av hormoner stimuleras av interna och externa impulser riktade till det centrala nervsystemet. Neuroner bär dessa signaler till hypotalamus. Här, på grund av dem, stimuleras syntesen av statiner och liberiner (peptidfrisättande hormoner). De i sin tur hämmar (undertrycker) eller stimulerar syntesen och utsöndringen av element i den främre hypofysen. Dessa kemiska komponenter kallas trippelhormoner. De stimulerar produktionen och utsöndringen av element i de perifera endokrina körtlarna.
Tecken på hormoner
Liksom andra signalmolekyler delar dessa element ett antal gemensamma egenskaper. Hormoner:
- Utsöndras från cellerna som producerar dem till det extracellulära rummet.
- Används inte som energikälla.
- De är inte strukturella element i celler.
- Ha förmågan att etablera ett specifikt förhållande med celler som har specifika receptorer för ett visst hormon.
- Skiljer sig i hög biologisk aktivitet. Även i små koncentrationer kan hormoner effektivt påverka celler.
Målceller
Deras interaktion med hormoner tillhandahålls av speciella receptorproteiner. De finns på det yttre membranet, i cytoplasman, på kärnmembranet och andra organeller.
Det finns två domäner (webbplatser) i vilket receptorprotein som helst. På grund av dem är funktionerna implementerade:
- Hormonigenkänning.
- Transformation och överföring av den mottagna impulsen till cellen.
Receptors funktioner
I en av proteindomänerna finns en plats som är komplementär (ömsesidigt komplementär) till något element i signalmolekylen. Bindningen av receptorn till den liknar processen för bildning av enzym-substratkomplexet och bestäms av affinitetskonstanten.
De flesta av receptorerna är för närvarande inte väl förstådda. Detta beror på komplexiteten i deras isolering och rening, såväl som det extremt låga innehållet av varje typ av receptor i cellerna. Det är dock känt att interaktionen mellan hormoner och receptorer är av fysikalisk-kemisk natur. hydrofoba och elektrostatiska bindningar bildas mellan dem.
Samspelet mellan ett hormon och en receptor åtföljs av konformationsförändringar i den senare. Som ett resultat aktiveras komplexet av signalmolekylen med receptorn. Att vara i ett aktivt tillstånd kan provocera fram ett specifikt intracellulärt svar på den inkommande signalen. När syntesen eller förmågan hos receptorer att interagera med signalmolekyler försämras uppstår sjukdomar - endokrina störningar.
De kan vara relaterade till:
- Brist på syntes.
- Förändringar i strukturen hos receptorproteiner (genetiska störningar).
- Blockerar receptorer med antikroppar.
Interaktionstyper
De skiljer sig beroende på hormonmolekylens struktur. Om det är lipofilt kan det penetrera lipidskiktet i målens yttre membran. Ett exempel är steroidhormoner. Om storleken på molekylen är betydande kan den inte tränga in i cellen. Följaktligen finns receptorer för lipofila hormoner inuti målen och för hydrofila hormoner - utanför, på det yttre membranet.
Andra mellanhänder
Att få ett svar på en hormonell signal från hydrofila molekyler tillhandahålls av den intracellulära mekanismen för impulsöverföring. Det fungerar genom de så kallade andra mellanhänderna. Däremot är hormonmolekyler ganska olika till sin form.
Cykliska nukleotider (cGMP och cAMP), kalmodulin (kalciumbindande protein), kalciumjoner, inositoltrifosfat, enzymer involverade i syntesen av cykliska nukleotider och proteinfosforylering fungerar som "second messengers".
hormoners verkan genom adenylatcyklassystemet
Det finns två huvudsakliga sätt att överföra en impuls till målceller från signalelement:
- Adenylatceclase (guanylatcyklas)-system.
- Fosfoinositidmekanism.
Hormonernas verkningsschema genom adenylatcyklassystemet innefattar: G-protein, proteinkinaser,receptorprotein, guanosintrifosfat, adenylatceclaseenzym. Förutom dessa ämnen är ATP också nödvändigt för systemets normala funktion.
Receptor, G-protein, nära vilket GTP och adenylatcyklas finns, byggs in i cellmembranet. Dessa element är i ett dissocierat tillstånd. Efter bildandet av komplexet av signalmolekylen och receptorproteinet ändras konformationen av G-proteinet. Som ett resultat får en av dess underenheter förmågan att interagera med GTP.
Det bildade komplexet "G-protein + GTP" aktiverar adenylatcyklas. Hon börjar i sin tur att omvandla ATP-molekyler till cAMP. Det kan aktivera specifika enzymer - proteinkinaser. På grund av detta katalyseras reaktionerna av fosforylering av olika proteinmolekyler med deltagande av ATP. Sammansättningen av proteiner inkluderar samtidigt rester av fosforsyra.
På grund av hormonernas verkningsmekanism i adenylatcyklassystemet förändras aktiviteten hos det fosforylerade proteinet. I olika typer av celler påverkas proteiner med olika funktionell aktivitet: kärn- eller membranmolekyler, såväl som enzymer. Som ett resultat av fosforylering kan proteiner bli funktionellt aktiva eller inaktiva.
Adenylatcyklassystem: biokemi
På grund av de interaktioner som beskrivs ovan ändras hastigheten för biokemiska processer i målet.
Det är nödvändigt att säga om den obetydliga varaktigheten av aktiveringen av adenylatcyklassystemet. Kortheten beror på att G-proteinet efter bindning till enzymetGTPase-aktivitet börjar dyka upp. Det återställer konformationen efter GTP-hydrolys och upphör att verka på adenylatcyklas. Detta leder till att cAMP-bildningsreaktionen avbryts.
Hämning
Förutom de direkta deltagarna i schemat för adenylatcyklassystemet, finns det i vissa mål receptorer associerade med G-molekyler, vilket leder till hämning av enzymet. Adenylaceteklas hämmas av "GTP + G protein"-komplexet.
När cAMP-produktionen upphör, stoppas inte fosforyleringen omedelbart. Så länge som molekylerna existerar kommer aktiveringen av proteinkinaser att fortsätta. För att stoppa verkan av cAMP använder celler ett speciellt enzym - fosfodiesteras. Det katalyserar hydrolysen av 3', 5'-cyklo-AMP till AMP.
Vissa föreningar som har en hämmande effekt på fosfodiesteras (till exempel teofyllin, koffein) hjälper till att bibehålla och öka koncentrationen av cyklo-AMP. Under påverkan av dessa ämnen, varaktigheten av aktiveringen av adenylatcyklas-budbärarsystemet. Med andra ord förstärks hormonets verkan.
Inositoltrifosfat
Förutom sign altransduktionssystemet för adenylatcyklas finns det en annan sign altransduktionsmekanism. Det involverar kalciumjoner och inositoltrifosfat. Det senare är ett ämne som härrör från inositolfosfatid (en komplex lipid).
Inositoltrifosfat bildas under påverkan av fosfolipas "C", ett speciellt enzym som aktiveras under konformationsförändringar i den intracellulära domänencellmembranreceptor.
På grund av detta enzyms verkan hydrolyseras fosfoesterbindningen i fosfatidyl-inositol-4,5-bisfosfatmolekylen. Som ett resultat bildas inositoltrifosfat och diacylglycerol. Deras bildning leder i sin tur till en ökning av innehållet av joniserat kalcium i cellen. Detta bidrar till aktiveringen av olika kalciumberoende proteinmolekyler, inklusive proteinkinaser.
I det här fallet, som med lanseringen av adenylatcyklassystemet, fungerar proteinfosforylering som ett av stadierna av impulsöverföring inuti cellen. Det leder till ett fysiologiskt svar från cellen på effekten av hormonet.
Anslutningselement
Ett speciellt protein, kalmodulin, är involverat i fosfoinositidmekanismens funktion. En tredjedel av dess sammansättning bildas av negativt laddade aminosyror (Asp, Glu). I detta avseende kan den aktivt binda Ca+2.
Det finns 4 bindningsställen i en kalmodulinmolekyl. Som ett resultat av interaktion med Ca + 2 börjar konformationsförändringar i calmodulinmolekylen. Som ett resultat får Ca + 2-calmodulin-komplexet förmågan att reglera aktiviteten hos många enzymer: fosfodiesteras, adenylatcyklas, Ca + 2, Mg + 2 - ATPas, såväl som olika proteinkinaser.
Nyanser
I olika celler, under påverkan av Ca + 2-calmodulin-komplexet på isoenzymer av ett enzym (till exempel på adenylatcyklas av olika typer), kommer i ett fall aktivering att observeras, och i det andra - hämning av cAMP-bildning. Detta beror på det faktum att allosteriska centra i isoenzymerkan innefatta olika aminosyraradikaler. Följaktligen kommer deras reaktion på inverkan av komplexet att vara annorlunda.
Extra
Som du kan se är "andra budbärare" involverade i adenylatcyklassystemet och i de processer som beskrivs ovan. När fosfoinositidmekanismen fungerar är de:
- Cykliska nukleotider. Liksom i adenylatcyklassystemet är de c-GMP och c-AMP.
- kalciumjoner.
- Sa-calmodulin-komplex.
- Diacylglycerol.
- Inositoltrifosfat. Detta element är också involverat i sign altransduktion i adenylatcyklassystemet.
Mekanismerna för signalering från hormonmolekyler inom mål som involverar ovanstående mediatorer har flera gemensamma egenskaper:
- Ett av stegen i informationsöverföring är processen för proteinfosforylering.
- Aktiveringen avbryts under påverkan av speciella mekanismer. De lanseras av processdeltagarna själva (under påverkan av negativa återkopplingsmekanismer).
Slutsats
Hormoner fungerar som de huvudsakliga humorala regulatorerna av fysiologiska funktioner i kroppen. De produceras i de endokrina körtlarna eller produceras av specifika endokrina celler. Hormoner frigörs till lymfan, blodet och har en avlägsen (endokrin) effekt på målcellerna.
För närvarande, egenskaperna hos dessa molekylertillräckligt väl studerat. Processerna för deras biosyntes är kända, liksom de viktigaste mekanismerna för påverkan på kroppen. Men det finns fortfarande många olösta mysterier relaterade till särdragen i interaktionen mellan hormoner och andra föreningar.
