A hormonok olyan integráló elemekként működnek, amelyek összekapcsolják a különböző szabályozó mechanizmusokat és anyagcsere-folyamatokat a szervekben. Kémiai közvetítők szerepét töltik be, amelyek biztosítják a különböző szervekben és a központi idegrendszerben előforduló jelek átvitelét. A sejtek eltérően reagálnak a hormonokra.
Az adenilát cikláz rendszeren keresztül az elemek befolyásolják a biokémiai folyamatok sebességét a célsejtben. Fontolja meg ezt a rendszert részletesen.
Fiziológiai hatás
A sejtek válasza a hormonok hatására a kémiai szerkezetétől, valamint az érintett sejt típusától függ.
A hormonok koncentrációja a vérben meglehetősen alacsony. Ahhoz, hogy az enzim aktiválási mechanizmusát az adenilát-cikláz rendszer részvételével kiváltsák, fel kell ismerni őket, majd receptorokhoz kell kapcsolni - speciális, nagy specifitású fehérjékhez.
Az élettani hatást különböző tényezők határozzák meg, például a hormon koncentrációja. A sebesség határozza mega bomlás során bekövetkező inaktiváció, amely főleg a májban fordul elő, és kiválasztódásának sebessége a metabolitokkal együtt. A fiziológiai hatás a hormon hordozófehérjékhez való affinitásának mértékétől függ. A pajzsmirigy és a szteroid elemek a fehérjékkel együtt mozognak a véráramban. A célsejteken lévő receptorok száma és típusa szintén meghatározó tényező.
Stimuláló jelek
A hormonok szintézisének és szekréciójának folyamatait a központi idegrendszer felé irányuló belső és külső impulzusok serkentik. A neuronok ezeket a jeleket a hipotalamuszba viszik. Itt ezeknek köszönhetően a sztatinok és liberinek (peptid-felszabadító hormonok) szintézise serkentődik. Ezek viszont gátolják (elnyomják) vagy serkentik az agyalapi mirigy elülső részében lévő elemek szintézisét és szekrécióját. Ezeket a kémiai összetevőket hármas hormonoknak nevezzük. Serkentik az elemek termelését és kiválasztását a perifériás endokrin mirigyekben.
A hormonok jelei
A többi jelzőmolekulához hasonlóan ezek az elemek is számos közös tulajdonsággal rendelkeznek. Hormonok:
- Az azokat termelő sejtekből kiválasztódik az extracelluláris térbe.
- Nem használják energiaforrásként.
- Nem sejtek szerkezeti elemei.
- Legyen képes arra, hogy specifikus kapcsolatot létesítsen olyan sejtekkel, amelyek egy adott hormonhoz specifikus receptorokkal rendelkeznek.
- Magas biológiai aktivitásban különböznek. A hormonok még kis koncentrációban is hatékonyan befolyásolhatják a sejteket.
Célcellák
A hormonokkal való kölcsönhatásukat speciális receptorfehérjék biztosítják. A külső membránon, a citoplazmában, a nukleáris membránon és más organellumokban találhatók.
Minden receptorfehérjében két domén (hely) található. Ezeknek köszönhetően a következő funkciók valósulnak meg:
- Hormonfelismerés.
- A vett impulzus átalakítása és továbbítása a cellába.
A receptorok jellemzői
Az egyik fehérjedoménben van egy hely, amely komplementer (kölcsönösen komplementer) a szignálmolekula valamely elemével. A receptor kötődése ehhez hasonló az enzim-szubsztrát komplex képződési folyamatához, és az affinitási állandó határozza meg.
A legtöbb receptor jelenleg nem teljesen ismert. Ennek oka az izolálásuk és tisztításuk bonyolultsága, valamint az egyes receptortípusok rendkívül alacsony tartalma a sejtekben. Ismeretes azonban, hogy a hormonok és a receptorok kölcsönhatása fizikai-kémiai természetű. hidrofób és elektrosztatikus kötések jönnek létre közöttük.
Egy hormon és egy receptor kölcsönhatását az utóbbi konformációs változásai kísérik. Ennek eredményeként a szignálmolekula és a receptor komplexe aktiválódik. Aktív állapotban képes specifikus intracelluláris választ kiváltani a bejövő jelre. Ha a receptorok szintézise vagy képessége a jelátviteli molekulákkal való kölcsönhatásra károsodik, betegségek jelennek meg - endokrin rendellenességek.
Kapcsolódásuk lehet:
- A szintézis hiánya.
- Változások a receptorfehérjék szerkezetében (genetikai rendellenességek).
- A receptorok blokkolása antitestekkel.
Interakciótípusok
A hormonmolekula szerkezetétől függően eltérőek. Ha lipofil, akkor képes áthatolni a célpontok külső membránjában lévő lipidrétegen. Ilyen például a szteroid hormonok. Ha a molekula mérete jelentős, nem tud behatolni a sejtbe. Ennek megfelelően a lipofil hormonok receptorai a célpontokon belül, a hidrofil hormonoké pedig kívül, a külső membránon találhatók.
Második közvetítő
A hidrofil molekuláktól származó hormonális jelre adott választ az impulzusátvitel intracelluláris mechanizmusa biztosítja. Az úgynevezett második közvetítőkön keresztül működik. Ezzel szemben a hormonmolekulák alakjuk meglehetősen változatos.
Ciklikus nukleotidok (cGMP és cAMP), kalmodulin (kalciumkötő fehérje), kalciumionok, inozit-trifoszfát, a ciklikus nukleotidok szintézisében és a fehérjefoszforilációban részt vevő enzimek "második hírvivőként" működnek.
A hormonok hatása az adenilát-cikláz rendszeren keresztül
Két fő módja van annak, hogy impulzust továbbítsunk a jelelemekből a célsejtekhez:
- Adenilát-cekláz (guanilát-cikláz) rendszer.
- Foszfoinozitid mechanizmus.
A hormonok hatásrendszere az adenilát-cikláz rendszeren keresztül a következőket tartalmazza: G-fehérje, protein-kinázok,receptor fehérje, guanozin-trifoszfát, adenilát-cecláz enzim. Ezen anyagokon kívül az ATP is szükséges a rendszer normál működéséhez.
Receptor, G-fehérje, amelynek közelében a GTP és az adenilát-cikláz található, beépül a sejtmembránba. Ezek az elemek disszociált állapotban vannak. A szignálmolekula és a receptorfehérje komplexének kialakulása után a G fehérje konformációja megváltozik. Ennek eredményeként az egyik alegysége képessé válik a GTP-vel való interakcióra.
A képződött "G protein + GTP" komplex aktiválja az adenilát-ciklázt. Ő viszont elkezdi az ATP-molekulákat cAMP-vé alakítani. Képes specifikus enzimeket - protein-kinázokat - aktiválni. Emiatt különböző fehérjemolekulák foszforilációs reakciói katalizálódnak ATP részvételével. A fehérjék összetétele ugyanakkor tartalmazza a foszforsav maradványait is.
Az adenilát-cikláz rendszerben lévő hormonok hatásmechanizmusa miatt a foszforilált fehérje aktivitása megváltozik. A különböző típusú sejtekben különböző funkcionális aktivitású fehérjék érintettek: nukleáris vagy membránmolekulák, valamint enzimek. A foszforiláció eredményeként a fehérjék funkcionálisan aktívakká vagy inaktívvá válhatnak.
Adenilát-cikláz rendszer: biokémia
A fent leírt kölcsönhatások miatt a célpontban a biokémiai folyamatok sebessége megváltozik.
Szólni kell az adenilát-cikláz rendszer aktiválódásának jelentéktelen időtartamáról. A rövidség annak a ténynek köszönhető, hogy a G-fehérje, miután kötődött az enzimhezGTPáz aktivitás kezd megjelenni. A GTP hidrolízise után helyreállítja a konformációt, és megszűnik az adenilát-ciklázra gyakorolt hatás. Ez a cAMP képződési reakció leállásához vezet.
gátlás
Az adenilát-cikláz rendszer rendszerének közvetlen résztvevői mellett egyes célpontokban G-molekulákkal kapcsolatos receptorok is találhatók, amelyek az enzim gátlásához vezetnek. Az adenilaceteklázt a "GTP + G protein" komplex gátolja.
Amikor a cAMP termelés leáll, a foszforiláció nem áll le azonnal. Amíg a molekulák léteznek, a protein-kinázok aktiválása folytatódik. A cAMP hatásának leállítására a sejtek speciális enzimet - foszfodiészterázt - használnak. Katalizálja a 3', 5'-ciklo-AMP hidrolízisét AMP-vé.
A foszfodiészterázt gátló hatású egyes vegyületek (például teofillin, koffein) segítenek fenntartani és növelni a ciklo-AMP koncentrációját. Ezen anyagok hatására az adenilát-cikláz hírvivő rendszer aktiválásának időtartama. Más szavakkal, a hormon hatása fokozódik.
Inozitol-trifoszfát
Az adenilát-cikláz jelátviteli rendszeren kívül van egy másik jelátviteli mechanizmus is. Kalciumionokat és inozitol-trifoszfátot tartalmaz. Ez utóbbi egy inozitol-foszfatidból (egy komplex lipidből) származó anyag.
Az inozitol-trifoszfát a "C" foszfolipáz, egy speciális enzim hatására képződik, amely az intracelluláris domén konformációs változásai során aktiválódiksejtmembrán receptor.
Ennek az enzimnek a hatására a foszfatidil-inozitol-4,5-biszfoszfát molekula foszfoészter kötése hidrolizál. Ennek eredményeként inozitol-trifoszfát és diacil-glicerin képződik. Képződésük viszont az ionizált kalcium tartalmának növekedéséhez vezet a sejtben. Ez hozzájárul a különböző kalciumfüggő fehérjemolekulák, köztük a protein kinázok aktiválásához.
Ebben az esetben, akárcsak az adenilát-cikláz rendszer elindításakor, a fehérje foszforilációja a sejten belüli impulzusátvitel egyik szakaszaként működik. Ez a sejt fiziológiás reakciójához vezet a hormon hatására.
Csatlakozó elem
A foszfoinozitid mechanizmus működésében egy speciális fehérje, a kalmodulin vesz részt. Összetételének egyharmadát negatív töltésű aminosavak (Asp, Glu) alkotják. Ebben a tekintetben képes aktívan megkötni a Ca+2-t.
Egy kalmodulin molekulában 4 kötőhely található. A Ca + 2-vel való kölcsönhatás következtében a kalmodulin molekulában konformációs változások indulnak meg. Ennek eredményeként a Ca + 2-kalmodulin komplex képessé válik számos enzim működésének szabályozására: foszfodiészteráz, adenilát-cikláz, Ca + 2, Mg + 2 -ATPáz, valamint különféle protein kinázok.
Nüanszok
Különböző sejtekben a Ca + 2-kalmodulin komplex hatása alatt az egyik enzim izoenzimjein (például a különböző típusú adenilát-ciklázon) az egyik esetben aktiváció figyelhető meg, a másikban pedig - a cAMP képződés gátlása. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az allosztérikus központok izoenzimekben találhatókkülönböző aminosav gyököket tartalmazhat. Ennek megfelelően eltérő lesz a reakciójuk a komplex hatására.
Extra
Amint láthatja, a "második hírvivők" részt vesznek az adenilát-cikláz rendszerben és a fent leírt folyamatokban. Amikor a foszfoinozitid mechanizmus működik, ezek a következők:
- Ciklikus nukleotidok. Az adenilát-cikláz rendszerhez hasonlóan ezek c-GMP és c-AMP.
- Kalciumionok.
- Sa-kalmodulin komplex.
- Diacilglicerin.
- Inozitol-trifoszfát. Ez az elem az adenilát-cikláz rendszerben a jelátvitelben is részt vesz.
A célpontokon belül a hormonmolekulákból a fenti közvetítőket bevonó jelátviteli mechanizmusok számos közös jellemzővel rendelkeznek:
- Az információátvitel egyik szakasza a fehérje foszforilációs folyamata.
- Az aktiválás leáll speciális mechanizmusok hatására. Ezeket maguk a folyamat résztvevői indítják el (negatív visszacsatolási mechanizmusok hatására).
Következtetés
A hormonok a szervezet élettani funkcióinak fő humorális szabályozóiként működnek. Az endokrin mirigyekben vagy specifikus endokrin sejtek termelik. Hormonok szabadulnak fel a nyirokba, a vérbe, és távoli (endokrin) hatást fejtenek ki a célsejtekre.
Jelenleg ezeknek a molekuláknak a tulajdonságaielég jól tanult. Ismeretesek bioszintézisük folyamatai, valamint a szervezetre gyakorolt fő hatásmechanizmusok. A hormonok és más vegyületek kölcsönhatásának sajátosságaival kapcsolatban azonban még mindig sok megfejtetlen rejtély van.
