Hormonit toimivat integroivina elementteinä, jotka yhdistävät erilaisia säätelymekanismeja ja aineenvaihduntaprosesseja elimissä. Niillä on kemiallisten välittäjien rooli, jotka varmistavat eri elimissä ja keskushermostossa esiintyvien signaalien siirron. Solut reagoivat hormoneihin eri tavalla.
Adenylaattisyklaasijärjestelmän kautta alkuaineet vaikuttavat biokemiallisten prosessien nopeuteen kohdesolussa. Harkitse tätä järjestelmää yksityiskohtaisesti.
Fysiologinen vaikutus
Solujen vaste hormonien toimintaan riippuu sen kemiallisesta rakenteesta sekä solutyypistä, johon se vaikuttaa.
Veren hormonipitoisuus on melko alhainen. Entsyymin aktivointimekanismin laukaisemiseksi adenylaattisyklaasijärjestelmän kanssa ne on tunnistettava ja yhdistettävä reseptoreihin - erityisiin proteiineihin, joilla on korkea spesifisyys.
Fysiologisen vaikutuksen määräävät useat tekijät, esimerkiksi hormonin pitoisuus. Se määräytyy nopeuden mukaaninaktivoituminen hajoamisen aikana, jota esiintyy pääasiassa maksassa, ja sen erittymisnopeus metaboliittien kanssa. Fysiologinen vaikutus riippuu hormonin affiniteettiasteesta kantajaproteiineja kohtaan. Kilpirauhas- ja steroidielementit liikkuvat verenkierrossa yhdessä proteiinien kanssa. Kohdesolujen reseptorien määrä ja tyyppi ovat myös määrääviä tekijöitä.
Stimulointisignaalit
Hormonien synteesi- ja eritysprosesseja stimuloivat keskushermostoon suuntautuvat sisäiset ja ulkoiset impulssit. Neuronit kuljettavat nämä signaalit hypotalamukseen. Täällä niiden ansiosta statiinien ja liberiinien (peptidejä vapauttavien hormonien) synteesi stimuloidaan. Ne puolestaan estävät (suppressoivat) tai stimuloivat elementtien synteesiä ja erittymistä aivolisäkkeen etuosassa. Näitä kemiallisia komponentteja kutsutaan kolmoishormoneiksi. Ne stimuloivat elementtien tuotantoa ja eritystä perifeerisissä endokriinisissä rauhasissa.
hormonien merkit
Muiden signaalimolekyylien tapaan näillä elementeillä on useita yhteisiä piirteitä. Hormonit:
- Erityttyy niitä tuottavista soluista solunulkoiseen tilaan.
- Ei käytetä energialähteenä.
- Ne eivät ole solujen rakenneosia.
- Kyllä luoda tietty suhde soluihin, joilla on tietylle hormonille erityiset reseptorit.
- Eroavat korkeassa biologisessa aktiivisuudessa. Jo pieninä pitoisuuksina hormonit voivat vaikuttaa soluihin tehokkaasti.
Kohdesolut
Heidän vuorovaikutuksen hormonien kanssa tarjoavat erityiset reseptoriproteiinit. Niitä löytyy ulkokalvolta, sytoplasmasta, tumakalvosta ja muista organelleista.
Jokaisessa reseptoriproteiinissa on kaksi domeenia (kohtaa). Niiden ansiosta toiminnot toteutuvat:
- Hormonitunnistus.
- Vastaanotetun impulssin muuntaminen ja siirtäminen soluun.
Reseptorien ominaisuudet
Yhdessä proteiinidomeeneista on kohta, joka on komplementaarinen (toisinaan komplementaarinen) signaalimolekyylin jollekin elementille. Reseptorin sitoutuminen siihen on samanlainen kuin entsyymi-substraattikompleksin muodostumisprosessi, ja sen määrää affiniteettivakio.
Useinta osaa reseptoreista ei tällä hetkellä tunneta hyvin. Tämä johtuu niiden eristämisen ja puhdistamisen monimutkaisuudesta sekä kunkin reseptorityypin erittäin alhaisesta pitoisuudesta soluissa. Tiedetään kuitenkin, että hormonien vuorovaikutus reseptorien kanssa on luonteeltaan fysikaalis-kemiallista. niiden välille muodostuu hydrofobisia ja sähköstaattisia sidoksia.
Hormonin ja reseptorin vuorovaikutukseen liittyy viimeksi mainitun konformaatiomuutoksia. Tämän seurauksena signaalimolekyylin kompleksi reseptorin kanssa aktivoituu. Aktiivisessa tilassa se pystyy provosoimaan spesifisen solunsisäisen vasteen tulevaan signaaliin. Kun reseptorien synteesi tai kyky olla vuorovaikutuksessa signaalimolekyylien kanssa on heikentynyt, ilmaantuu sairauksia - hormonaalisia häiriöitä.
Ne voivat liittyä:
- Synteesin puute.
- Muutokset reseptoriproteiinien rakenteessa (geneettiset häiriöt).
- Reseptorien estäminen vasta-aineilla.
Vuorovaikutustyypit
Ne vaihtelevat hormonimolekyylin rakenteen mukaan. Jos se on lipofiilinen, se pystyy tunkeutumaan kohteiden ulkokalvon lipidikerroksen. Esimerkkinä ovat steroidihormonit. Jos molekyylin koko on merkittävä, se ei voi tunkeutua soluun. Vastaavasti lipofiilisten hormonien reseptorit sijaitsevat kohteiden sisällä ja hydrofiilisten hormonien reseptorit - ulkopuolella, ulkokalvolla.
Toiset välittäjät
Hommonaalisen signaalin saaminen hydrofiilisistä molekyyleistä saadaan aikaan impulssinvälityksen solunsisäisellä mekanismilla. Se toimii niin kutsuttujen toisten välittäjien kautta. Sitä vastoin hormonimolekyylit ovat muodoltaan melko erilaisia.
Sykliset nukleotidit (cGMP ja cAMP), kalmoduliini (kalsiumia sitova proteiini), kalsiumionit, inositolitrifosfaatti, entsyymit, jotka osallistuvat syklisten nukleotidien synteesiin ja proteiinien fosforylaatioon, toimivat "toisina lähettiläinä".
Hormonien toiminta adenylaattisyklaasijärjestelmän kautta
On kaksi päätapaa lähettää impulssi kohdesoluihin signaalielementeistä:
- Adenylaattiseklaasi (guanylaattisyklaasi) -järjestelmä.
- Fosfoinositidemekanismi.
Hormonien toimintasuunnitelma adenylaattisyklaasijärjestelmän kautta sisältää: G-proteiinin, proteiinikinaasit,reseptoriproteiini, guanosiinitrifosfaatti, adenylaattiseklaasientsyymi. Näiden aineiden lisäksi ATP on välttämätön järjestelmän normaalille toiminnalle.
Reseptori, G-proteiini, jonka lähellä GTP ja adenylaattisyklaasi sijaitsevat, on rakennettu solukalvoon. Nämä elementit ovat dissosioituneessa tilassa. Signaalimolekyylin ja reseptoriproteiinin kompleksin muodostumisen jälkeen G-proteiinin konformaatio muuttuu. Tämän seurauksena yksi sen alayksiköistä saa kyvyn olla vuorovaikutuksessa GTP:n kanssa.
Muodostunut kompleksi "G-proteiini + GTP" aktivoi adenylaattisyklaasin. Hän puolestaan alkaa muuttaa ATP-molekyylejä cAMP:ksi. Se pystyy aktivoimaan tiettyjä entsyymejä - proteiinikinaaseja. Tästä johtuen erilaisten proteiinimolekyylien fosforylaatioreaktiot ATP:n osallistuessa katalysoituvat. Proteiinien koostumus sisältää samalla fosforihapon jäännökset.
Adenylaattisyklaasijärjestelmän hormonien toimintamekanismin vuoksi fosforyloituneen proteiinin aktiivisuus muuttuu. Erityyppisissä soluissa vaikutus tapahtuu proteiineihin, joilla on erilainen toiminnallinen aktiivisuus: ydin- tai kalvomolekyylejä sekä entsyymejä. Fosforylaation seurauksena proteiinit voivat muuttua toiminnallisesti aktiivisiksi tai inaktiivisiksi.
Adenylaattisyklaasijärjestelmä: biokemia
Yllä kuvatuista vuorovaikutuksista johtuen kohteen biokemiallisten prosessien nopeus muuttuu.
On tarpeen sanoa adenylaattisyklaasijärjestelmän aktivaation merkityksettömästä kestosta. Lyhyys johtuu siitä, että G-proteiini sitoutumisen jälkeen entsyymiinGTPaasi-aktiivisuus alkaa näkyä. Se palauttaa konformaation GTP-hydrolyysin jälkeen ja lakkaa vaikuttamasta adenylaattisyklaasiin. Tämä johtaa cAMP-muodostusreaktion päättymiseen.
Esto
Adenylaattisyklaasijärjestelmän suorien osallistujien lisäksi joissakin kohteissa on G-molekyyleihin liittyviä reseptoreita, jotka johtavat entsyymin estoon. "GTP + G-proteiini" -kompleksi estää adenyyliaseteklaasia.
Kun cAMP-tuotanto loppuu, fosforylaatio ei lopu heti. Niin kauan kuin molekyylit ovat olemassa, proteiinikinaasien aktivointi jatkuu. CAMP:n toiminnan pysäyttämiseksi solut käyttävät erityistä entsyymiä - fosfodiesteraasia. Se katalysoi 3',5'-syklo-AMP:n hydrolyysiä AMP:ksi.
Jotkin yhdisteet, joilla on fosfodiesteraasia estävä vaikutus (esim. teofylliini, kofeiini), auttavat ylläpitämään ja lisäämään syklo-AMP:n pitoisuutta. Näiden aineiden vaikutuksen alaisena adenylaattisyklaasin lähettijärjestelmän aktivoitumisen kesto. Toisin sanoen hormonin toiminta tehostuu.
Inositolitrifosfaatti
Adenylaattisyklaasin signaalinsiirtojärjestelmän lisäksi on olemassa toinen signaalinsiirtomekanismi. Se sisältää kalsiumioneja ja inositolitrifosfaattia. Jälkimmäinen on inositolifosfatidista (monimutkainen lipidi) johdettu aine.
Inositolitrifosfaatti muodostuu fosfolipaasin "C" vaikutuksesta. Tämä on erityinen entsyymi, joka aktivoituu konformaatiomuutosten aikana solunsisäisessä domeenissasolukalvoreseptori.
Tämän entsyymin vaikutuksesta fosfatidyyli-inositoli-4,5-bisfosfaattimolekyylin fosfoesterisidos hydrolysoituu. Tämän seurauksena muodostuu inositolitrifosfaattia ja diasyyliglyserolia. Niiden muodostuminen johtaa puolestaan ionisoidun kalsiumin pitoisuuden kasvuun solussa. Tämä edistää useiden kalsiumista riippuvien proteiinimolekyylien, mukaan lukien proteiinikinaasien, aktivoitumista.
Tässä tapauksessa, kuten adenylaattisyklaasijärjestelmän käynnistämisen yhteydessä, proteiinin fosforylaatio toimii yhtenä impulssinvälityksen vaiheista solun sisällä. Se johtaa solun fysiologiseen vasteeseen hormonin vaikutukselle.
Liitäntäelementti
Erityinen proteiini, kalmoduliini, osallistuu fosfoinositidimekanismin toimintaan. Kolmannes sen koostumuksesta muodostuu negatiivisesti varautuneista aminohapoista (Asp, Glu). Tässä suhteessa se pystyy sitomaan aktiivisesti Ca+2.
Yhdessä kalmoduliinimolekyylissä on 4 sitoutumiskohtaa. Vuorovaikutuksen seurauksena Ca + 2:n kanssa konformaatiomuutokset alkavat kalmoduliinimolekyylissä. Tämän seurauksena Ca + 2-kalmoduliinikompleksi saa kyvyn säädellä monien entsyymien toimintaa: fosfodiesteraasi, adenylaattisyklaasi, Ca + 2, Mg + 2 -ATPaasi sekä erilaiset proteiinikinaasit.
Vuanssit
Eri soluissa Ca + 2-kalmoduliinikompleksin vaikutuksesta yhden entsyymin isoentsyymeihin (esimerkiksi erityyppisiin adenylaattisyklaaseihin) havaitaan yhdessä tapauksessa aktivaatiota ja toisessa - cAMP:n muodostumisen estäminen. Tämä johtuu siitä, että allosteeriset keskukset ovat isoentsyymeissävoivat sisältää erilaisia aminohapporadikaaleja. Vastaavasti heidän reaktionsa kompleksin vaikutukseen on erilainen.
Extra
Kuten näet, "toiset sanansaattajat" ovat mukana adenylaattisyklaasijärjestelmässä ja edellä kuvatuissa prosesseissa. Kun fosfoinositidimekanismi toimii, ne ovat:
- Sykliset nukleotidit. Kuten adenylaattisyklaasijärjestelmässä, ne ovat c-GMP ja c-AMP.
- Kalsiumionit.
- Sa-kalmoduliinikompleksi.
- Diasyyliglyseroli.
- Inositolitrifosfaatti. Tämä elementti osallistuu myös signaalin siirtoon adenylaattisyklaasijärjestelmässä.
Mekanismeissa, jotka välittävät signaalin hormonimolekyyleistä kohteissa, joissa on mukana yllä mainitut välittäjät, on useita yhteisiä piirteitä:
- Yksi tiedonsiirron vaiheista on proteiinien fosforylaatioprosessi.
- Aktivointi pysähtyy erityisten mekanismien vaikutuksesta. Ne ovat prosessin osallistujien itsensä käynnistämiä (negatiivisten palautemekanismien vaikutuksesta).
Johtopäätös
Hormonit toimivat kehon fysiologisten toimintojen pääasiallisina humoraalisina säätelijöinä. Niitä tuotetaan endokriinisissä rauhasissa tai tietyissä endokriinisissä soluissa. Hormonit vapautuvat imusolmukkeisiin, vereen ja niillä on etäinen (endokriininen) vaikutus kohdesoluihin.
Tällä hetkellä näiden molekyylien ominaisuudettarpeeksi hyvin opiskellut. Niiden biosynteesiprosessit tunnetaan, samoin kuin tärkeimmät vaikutusmekanismit kehoon. Hormonien ja muiden yhdisteiden vuorovaikutuksen erityispiirteisiin liittyy kuitenkin vielä monia ratkaisemattomia mysteereitä.