Hormoni djeluju kao integrirajući elementi koji povezuju različite regulatorne mehanizme i metaboličke procese u organima. Oni igraju ulogu kemijskih posrednika koji osiguravaju prijenos signala koji se javljaju u različitim organima iu središnjem živčanom sustavu. Stanice različito reagiraju na hormone.
Kroz sustav adenilat ciklaze, elementi utječu na brzinu biokemijskih procesa u ciljnoj stanici. Razmotrite ovaj sustav detaljno.
Fiziološki učinak
Odgovor stanica na djelovanje hormona ovisi o njihovoj kemijskoj strukturi, kao i o vrsti stanice na koju utječe.
Koncentracija hormona u krvi je prilično niska. Da bi se pokrenuo mehanizam aktivacije enzima uz sudjelovanje sustava adenilat ciklaze, oni se moraju prepoznati i zatim povezati s receptorima - posebnim proteinima visoke specifičnosti.
Fiziološki učinak određuju različiti čimbenici, na primjer, koncentracija hormona. Određuje se brzinominaktivacija tijekom propadanja, koja se javlja uglavnom u jetri, i brzina njegovog izlučivanja zajedno s metabolitima. Fiziološki učinak ovisi o stupnju afiniteta hormona za proteine nosače. Elementi štitnjače i steroidi kreću se krvotokom zajedno s proteinima. Broj i vrsta receptora na ciljnim stanicama također su odlučujući čimbenici.
Stimulirajući signali
Procese sinteze i lučenja hormona potiču unutarnji i vanjski impulsi usmjereni na središnji živčani sustav. Neuroni prenose te signale u hipotalamus. Ovdje se zbog njih stimulira sinteza statina i liberina (hormona koji oslobađa peptide). Oni pak inhibiraju (suzbijaju) ili potiču sintezu i lučenje elemenata u prednjoj hipofizi. Ove kemijske komponente nazivaju se trostrukim hormonima. Oni potiču proizvodnju i lučenje elemenata u perifernim endokrinim žlijezdama.
Znakovi hormona
Poput ostalih signalnih molekula, ovi elementi dijele niz zajedničkih značajki. Hormoni:
- Izlučuje se iz stanica koje ih proizvode u izvanstanični prostor.
- Ne koristi se kao izvor energije.
- One nisu strukturni elementi stanica.
- Imaju sposobnost uspostavljanja specifičnog odnosa sa stanicama koje imaju specifične receptore za određeni hormon.
- Razlikuju se po visokoj biološkoj aktivnosti. Čak i u malim koncentracijama, hormoni mogu učinkovito utjecati na stanice.
Ciljne ćelije
Njihovu interakciju s hormonima osiguravaju posebni receptorski proteini. Nalaze se na vanjskoj membrani, u citoplazmi, na nuklearnoj membrani i drugim organelama.
Postoje dvije domene (mjesta) u bilo kojem receptorskom proteinu. Zbog njih se implementiraju funkcije:
- Prepoznavanje hormona.
- Transformacija i prijenos primljenog impulsa u ćeliju.
Obilježja receptora
U jednoj od proteinskih domena nalazi se mjesto koje je komplementarno (međusobno komplementarno) nekom elementu signalne molekule. Vezanje receptora na njega slično je procesu stvaranja kompleksa enzim-supstrat i određeno je konstantom afiniteta.
Većina receptora trenutno nije dobro shvaćena. To je zbog složenosti njihove izolacije i pročišćavanja, kao i iznimno niskog sadržaja svake vrste receptora u stanicama. Međutim, poznato je da je interakcija hormona s receptorima fizikalno-kemijske prirode. hidrofobne i elektrostatičke veze nastaju između njih.
Interakcija hormona i receptora popraćena je konformacijskim promjenama u potonjem. Kao rezultat, aktivira se kompleks signalne molekule s receptorom. Budući da je u aktivnom stanju, može izazvati specifičan intracelularni odgovor na dolazni signal. Kada je poremećena sinteza ili sposobnost receptora za interakciju sa signalnim molekulama, pojavljuju se bolesti – endokrini poremećaji.
Mogu biti povezani s:
- Nedostatak sinteze.
- Promjene u strukturi receptorskih proteina (genetski poremećaji).
- Blokiranje receptora antitijelima.
Vrste interakcije
Razlikuju se ovisno o strukturi molekule hormona. Ako je lipofilan, sposoban je prodrijeti u lipidni sloj u vanjskoj membrani mete. Primjer su steroidni hormoni. Ako je veličina molekule značajna, ona ne može prodrijeti u stanicu. Sukladno tome, receptori za lipofilne hormone nalaze se unutar mete, a za hidrofilne hormone - izvana, na vanjskoj membrani.
Drugi posrednici
Dobivanje odgovora na hormonalni signal od hidrofilnih molekula osigurava unutarstanični mehanizam prijenosa impulsa. Djeluje preko takozvanih drugih posrednika. Nasuprot tome, molekule hormona prilično su raznolike u svom obliku.
Ciklički nukleotidi (cGMP i cAMP), kalmodulin (protein koji veže kalcij), ioni kalcija, inozitol trifosfat, enzimi uključeni u sintezu cikličkih nukleotida i fosforilaciju proteina djeluju kao drugi glasnici
".
Djelovanje hormona kroz sustav adenilat ciklaze
Postoje 2 glavna načina za prijenos impulsa ciljnim stanicama iz signalnih elemenata:
- Adenilat ceklaza (gvanilat ciklaza) sustav.
- fosfoinozitidni mehanizam.
Shema djelovanja hormona kroz sustav adenilat ciklaze uključuje: G protein, protein kinaze,receptorski protein, gvanozin trifosfat, enzim adenilat ceklaza. Osim ovih tvari, za normalno funkcioniranje sustava neophodan je i ATP.
Receptor, G protein, u blizini kojeg se nalaze GTP i adenilat ciklaza, ugrađen je u staničnu membranu. Ovi elementi su u disociranom stanju. Nakon formiranja kompleksa signalne molekule i receptorskog proteina, mijenja se konformacija G proteina. Kao rezultat toga, jedna od njegovih podjedinica stječe sposobnost interakcije s GTP-om.
Formirani kompleks "G protein + GTP" aktivira adenilat ciklazu. Ona pak počinje pretvarati ATP molekule u cAMP. U stanju je aktivirati specifične enzime – protein kinaze. Zbog toga se kataliziraju reakcije fosforilacije različitih proteinskih molekula uz sudjelovanje ATP-a. Sastav proteina istovremeno uključuje i ostatke fosforne kiseline.
Zbog mehanizma djelovanja hormona u sustavu adenilat ciklaze mijenja se aktivnost fosforiliranog proteina. U različitim tipovima stanica zahvaćeni su proteini različite funkcionalne aktivnosti: nuklearne ili membranske molekule, kao i enzimi. Kao rezultat fosforilacije, proteini mogu postati funkcionalno aktivni ili neaktivni.
Adenilat ciklazni sustav: biokemija
Zbog gore opisanih interakcija, brzina biokemijskih procesa u ciljanoj se mijenja.
Potrebno je reći o neznatnom trajanju aktivacije sustava adenilat ciklaze. Kratkoća je zbog činjenice da G protein, nakon vezanja za enzimPočinje se pojavljivati aktivnost GTPaze. Obnavlja konformaciju nakon hidrolize GTP i prestaje djelovati na adenilat ciklazu. To dovodi do prekida reakcije stvaranja cAMP-a.
Inhibicija
Pored izravnih sudionika u shemi sustava adenilat ciklaze, u nekim metama postoje receptori povezani s G molekulama, što dovodi do inhibicije enzima. Adenilaceteklazu inhibira kompleks "GTP + G protein".
Kada prestane proizvodnja cAMP-a, fosforilacija ne prestaje odmah. Sve dok molekule postoje, aktivacija protein kinaza će se nastaviti. Kako bi zaustavile djelovanje cAMP-a, stanice koriste poseban enzim - fosfodiesterazu. Katalizira hidrolizu 3', 5'-ciklo-AMP u AMP.
Neki spojevi koji imaju inhibitorni učinak na fosfodiesterazu (na primjer, teofilin, kofein) pomažu u održavanju i povećanju koncentracije ciklo-AMP. Pod utjecajem ovih tvari, trajanje aktivacije sustava glasnika adenilat ciklaze. Drugim riječima, djelovanje hormona je pojačano.
Inositol trifosfat
Osim sustava za transdukciju signala adenilat ciklaze, postoji još jedan mehanizam za prijenos signala. Uključuje kalcijeve ione i inozitol trifosfat. Potonji je tvar izvedena iz inozitol fosfatida (kompleksnog lipida).
Inositol trifosfat nastaje pod utjecajem fosfolipaze "C", posebnog enzima koji se aktivira tijekom konformacijskih promjena u unutarstaničnoj domenireceptor stanične membrane.
Usljed djelovanja ovog enzima, fosfoesterska veza molekule fosfatidil-inozitol-4,5-bisfosfata je hidrolizirana. Kao rezultat, nastaju inozitol trifosfat i diacilglicerol. Njihovo stvaranje dovodi, pak, do povećanja sadržaja ioniziranog kalcija u stanici. To doprinosi aktivaciji različitih proteinskih molekula ovisnih o kalciju, uključujući proteinske kinaze.
U ovom slučaju, kao i kod pokretanja sustava adenilat ciklaze, fosforilacija proteina djeluje kao jedna od faza prijenosa impulsa unutar stanice. To dovodi do fiziološkog odgovora stanice na djelovanje hormona.
Vezni element
Poseban protein, kalmodulin, uključen je u funkcioniranje fosfoinozitidnog mehanizma. Trećinu njegovog sastava čine negativno nabijene aminokiseline (Asp, Glu). U tom smislu, sposoban je aktivno vezati Ca+2.
U jednoj molekuli kalmodulina postoje 4 vezna mjesta. Kao rezultat interakcije s Ca + 2, u molekuli kalmodulina počinju konformacijske promjene. Kao rezultat toga, Ca + 2-kalmodulinski kompleks stječe sposobnost regulacije aktivnosti mnogih enzima: fosfodiesteraze, adenilat ciklaze, Ca + 2, Mg + 2 - ATPaze, kao i raznih proteinskih kinaza.
Njanse
U različitim stanicama, pod utjecajem Ca + 2-kalmodulinskog kompleksa na izoenzime jednog enzima (npr. na adenilat ciklazu različitih vrsta), u jednom slučaju će se uočiti aktivacija, au drugom - inhibicija stvaranja cAMP-a. To je zbog činjenice da su alosterični centri u izoenzimimamogu uključivati različite radikale aminokiselina. Sukladno tome, njihova će reakcija na utjecaj kompleksa biti drugačija.
Extra
Kao što možete vidjeti, "drugi glasnici" su uključeni u sustav adenilat ciklaze i u gore opisane procese. Kada funkcionira fosfoinozitidni mehanizam, oni su:
- Ciklični nukleotidi. Kao i u sustavu adenilat ciklaze, oni su c-GMP i c-AMP.
- Kalcijevi joni.
- Sa-calmodulin kompleks.
- Diacilglicerol.
- Inositol trifosfat. Ovaj element također je uključen u prijenos signala u sustavu adenilat ciklaze.
Mehanizmi signalizacije od molekula hormona unutar ciljeva koji uključuju gore navedene medijatore imaju nekoliko zajedničkih značajki:
- Jedna od faza prijenosa informacija je proces fosforilacije proteina.
- Aktivacija se zaustavlja pod utjecajem posebnih mehanizama. Pokreću ih sami sudionici procesa (pod utjecajem mehanizama negativnih povratnih informacija).
Zaključak
Hormoni djeluju kao glavni humoralni regulatori fizioloških funkcija u tijelu. Proizvode se u endokrinim žlijezdama ili ih proizvode specifične endokrine stanice. Hormoni se oslobađaju u limfu, krv i imaju udaljeni (endokrini) učinak na ciljne stanice.
Trenutno su svojstva ovih molekuladovoljno dobro proučeno. Poznati su procesi njihove biosinteze, kao i glavni mehanizmi utjecaja na tijelo. Međutim, još uvijek postoje mnoge nerazjašnjene misterije vezane uz osobitosti interakcije hormona i drugih spojeva.
