Hormoni djeluju kao integrirajući elementi koji povezuju različite regulatorne mehanizme i metaboličke procese u organima. Oni igraju ulogu hemijskih posrednika koji obezbeđuju prenos signala koji se javljaju u različitim organima iu centralnom nervnom sistemu. Ćelije različito reaguju na hormone.
Preko sistema adenilat ciklaze, elementi utiču na brzinu biohemijskih procesa u ciljnoj ćeliji. Razmotrite ovaj sistem detaljno.
Fiziološki efekat
Reakcija ćelija na delovanje hormona zavisi od njihove hemijske strukture, kao i od vrste ćelije na koju utiče.
Koncentracija hormona u krvi je prilično niska. Da bi se pokrenuo mehanizam aktivacije enzima uz učešće sistema adenilat ciklaze, oni moraju biti prepoznati i zatim povezani sa receptorima - posebnim proteinima visoke specifičnosti.
Fiziološki učinak određuju različiti faktori, na primjer, koncentracija hormona. Određuje se brzinominaktivacija tokom propadanja, koja se javlja uglavnom u jetri, i brzina njenog izlučivanja zajedno sa metabolitima. Fiziološki efekat zavisi od stepena afiniteta hormona za proteine nosače. Elementi štitnjače i steroidi kreću se krvotokom zajedno s proteinima. Broj i tip receptora na ciljnim ćelijama su takođe odlučujući faktori.
Stimulativni signali
Procese sinteze i lučenja hormona stimulišu unutrašnji i spoljašnji impulsi usmereni ka centralnom nervnom sistemu. Neuroni prenose ove signale u hipotalamus. Ovdje se zbog njih stimulira sinteza statina i liberina (hormona koji oslobađa peptide). Oni pak inhibiraju (suzbijaju) ili stimuliraju sintezu i lučenje elemenata u prednjoj hipofizi. Ove hemijske komponente nazivaju se trostrukim hormonima. Stimuliraju proizvodnju i lučenje elemenata u perifernim endokrinim žlijezdama.
Znakovi hormona
Poput ostalih signalnih molekula, ovi elementi dijele niz zajedničkih karakteristika. Hormoni:
- Izlučuje se iz ćelija koje ih proizvode u ekstracelularni prostor.
- Ne koristi se kao izvor energije.
- One nisu strukturni elementi ćelija.
- Imaju sposobnost uspostavljanja specifičnog odnosa sa ćelijama koje imaju specifične receptore za određeni hormon.
- Razlikuju se po visokoj biološkoj aktivnosti. Čak i u malim koncentracijama, hormoni mogu efikasno uticati na ćelije.
Ciljne ćelije
Njihovu interakciju sa hormonima obezbjeđuju posebni proteini receptora. Nalaze se na vanjskoj membrani, u citoplazmi, na nuklearnoj membrani i drugim organelama.
Postoje dva domena (mjesta) u bilo kojem receptorskom proteinu. Zahvaljujući njima implementirane su funkcije:
- Prepoznavanje hormona.
- Transformacija i prijenos primljenog impulsa u ćeliju.
Karakteristike receptora
U jednom od proteinskih domena postoji mjesto koje je komplementarno (međusobno komplementarno) nekom elementu signalnog molekula. Vezivanje receptora za njega je slično procesu formiranja kompleksa enzim-supstrat i određeno je konstantom afiniteta.
Većina receptora trenutno nije dobro shvaćena. To je zbog složenosti njihove izolacije i prečišćavanja, kao i izuzetno niskog sadržaja svakog tipa receptora u ćelijama. Međutim, poznato je da je interakcija hormona sa receptorima fizičko-hemijske prirode. hidrofobne i elektrostatičke veze se formiraju između njih.
Interakcija hormona i receptora je praćena konformacijskim promjenama u potonjem. Kao rezultat, aktivira se kompleks signalne molekule sa receptorom. Budući da je u aktivnom stanju, u stanju je da izazove specifičan intracelularni odgovor na dolazni signal. Kada je poremećena sinteza ili sposobnost receptora za interakciju sa signalnim molekulima, javljaju se bolesti - endokrini poremećaji.
Mogu biti povezani sa:
- Nedostatak sinteze.
- Promjene u strukturi receptorskih proteina (genetski poremećaji).
- Blokiranje receptora antitelima.
Vrste interakcije
Razlikuju se u zavisnosti od strukture molekula 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 ćeliju. Shodno tome, receptori za lipofilne hormone nalaze se unutar mete, a za hidrofilne hormone - spolja, na spoljnoj membrani.
Drugi posrednici
Dobijanje odgovora na hormonalni signal od hidrofilnih molekula je obezbeđeno unutarćelijskim mehanizmom prenosa impulsa. Funkcioniše preko takozvanih drugih posrednika. Nasuprot tome, molekuli hormona su prilično raznoliki u svom obliku.
Ciklični nukleotidi (cGMP i cAMP), kalmodulin (protein koji vezuje kalcijum), joni kalcijuma, inozitol trifosfat, enzimi uključeni u sintezu cikličkih nukleotida i fosforilaciju proteina deluju kao "drugi glasnici".
Dejstvo hormona kroz sistem adenilat ciklaze
Postoje 2 glavna načina za prijenos impulsa ciljnim ćelijama iz signalnih elemenata:
- Adenilat ceklaza (gvanilat ciklaza) sistem.
- fosfoinozitidni mehanizam.
Šema djelovanja hormona kroz sistem adenilat ciklaze uključuje: G protein, protein kinaze,receptor proteina, gvanozin trifosfat, enzim adenilat ceklaza. Pored ovih supstanci, za normalno funkcionisanje sistema neophodan je i ATP.
Receptor, G protein, u blizini kojeg se nalaze GTP i adenilat ciklaza, ugrađen je u ćelijsku membranu. Ovi elementi su u disociranom stanju. Nakon formiranja kompleksa signalne molekule i proteina receptora, mijenja se konformacija G proteina. Kao rezultat, jedna od njegovih podjedinica stječe sposobnost interakcije sa GTP-om.
Formirani kompleks "G protein + GTP" aktivira adenilat ciklazu. Ona, zauzvrat, počinje da transformiše ATP molekule u cAMP. U stanju je da aktivira 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.
Usled mehanizma delovanja hormona u sistemu adenilat ciklaze, aktivnost fosforilisanog proteina se menja. U različitim tipovima ćelija zahvaćeni su proteini različite funkcionalne aktivnosti: nuklearni ili membranski molekuli, kao i enzimi. Kao rezultat fosforilacije, proteini mogu postati funkcionalno aktivni ili neaktivni.
Adenilat ciklazni sistem: biohemija
Usled interakcija opisanih iznad, brzina biohemijskih procesa u ciljnoj meti se menja.
Potrebno je reći o neznatnom trajanju aktivacije sistema adenilat ciklaze. Kratkoća je zbog činjenice da G protein, nakon vezivanja za enzimAktivnost GTPase počinje da se pojavljuje. Obnavlja konformaciju nakon hidrolize GTP i prestaje djelovati na adenilat ciklazu. Ovo dovodi do prekida reakcije formiranja cAMP-a.
Inhibicija
Pored direktnih učesnika u šemi sistema adenilat ciklaze, u nekim metama postoje receptori povezani sa G molekulima, što dovodi do inhibicije enzima. Adenilaceteklazu inhibira kompleks "GTP + G protein".
Kada proizvodnja cAMP prestane, fosforilacija se ne zaustavlja odmah. Sve dok molekuli postoje, aktivacija protein kinaza će se nastaviti. Da bi zaustavile djelovanje cAMP-a, stanice koriste poseban enzim - fosfodiesterazu. Katalizuje hidrolizu 3', 5'-ciklo-AMP u AMP.
Neka jedinjenja koja imaju inhibitorni efekat na fosfodiesterazu (na primer, teofilin, kofein) pomažu u održavanju i povećanju koncentracije ciklo-AMP. Pod uticajem ovih supstanci, trajanje aktivacije adenilat ciklaze sistema glasnika. Drugim riječima, djelovanje hormona je pojačano.
Inositol trifosfat
Pored sistema za transdukciju signala adenilat ciklaze, postoji još jedan mehanizam za transdukciju signala. Uključuje jone kalcija i inozitol trifosfat. Potonji je supstanca izvedena iz inozitol fosfatida (kompleksnog lipida).
Inositol trifosfat nastaje pod uticajem fosfolipaze "C", posebnog enzima koji se aktivira tokom konformacionih promena u intracelularnom domenureceptor ćelijske membrane.
Usled delovanja ovog enzima, fosfoesterska veza molekula fosfatidil-inozitol-4,5-bisfosfata je hidrolizovana. Kao rezultat, nastaju inozitol trifosfat i diacilglicerol. Njihovo stvaranje dovodi do povećanja sadržaja ioniziranog kalcija u ćeliji. Ovo doprinosi aktivaciji različitih proteinskih molekula ovisnih o kalciju, uključujući proteinske kinaze.
U ovom slučaju, kao i kod pokretanja sistema adenilat ciklaze, fosforilacija proteina djeluje kao jedna od faza prijenosa impulsa unutar ćelije. To dovodi do fiziološkog odgovora ćelije na dejstvo hormona.
Povezni element
Poseban protein, kalmodulin, uključen je u funkcionisanje fosfoinozitidnog mehanizma. Trećinu njegovog sastava čine negativno nabijene aminokiseline (Asp, Glu). U tom smislu, on je u stanju da aktivno veže Ca+2.
U jednom molekulu kalmodulina postoje 4 mjesta vezivanja. Kao rezultat interakcije sa Ca + 2, u molekulu kalmodulina počinju konformacijske promjene. Kao rezultat toga, kompleks Ca + 2-kalmodulina stječe sposobnost regulacije aktivnosti mnogih enzima: fosfodiesteraze, adenilat ciklaze, Ca + 2, Mg + 2 - ATPaze, kao i raznih protein kinaza.
Njanse
U različitim ćelijama, pod uticajem kompleksa Ca + 2-kalmodulina na izoenzime jednog enzima (npr. na adenilat ciklazu različitih tipova), u jednom slučaju će se primetiti aktivacija, au drugom - inhibicija stvaranja cAMP-a. To je zbog činjenice da su alosterični centri u izoenzimimamogu uključivati različite radikale aminokiselina. Shodno tome, njihova reakcija na uticaj kompleksa će biti drugačija.
Extra
Kao što vidite, "drugi glasnici" su uključeni u sistem adenilat ciklaze iu procese opisane gore. Kada funkcioniše fosfoinozitidni mehanizam, oni su:
- Ciklični nukleotidi. Kao iu sistemu adenilat ciklaze, oni su c-GMP i c-AMP.
- Joni kalcijuma.
- Sa-calmodulin kompleks.
- Diacilglicerol.
- Inositol trifosfat. Ovaj element je također uključen u transdukciju signala u sistemu adenilat ciklaze.
Mehanizmi signalizacije od molekula hormona unutar ciljeva koji uključuju gore navedene medijatore imaju nekoliko zajedničkih karakteristika:
- Jedna od faza prijenosa informacija je proces fosforilacije proteina.
- Aktivacija se zaustavlja pod uticajem posebnih mehanizama. Pokreću ih sami učesnici procesa (pod uticajem 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) efekat na ciljne ćelije.
Trenutno su svojstva ovih molekuladovoljno dobro proučeno. Poznati su procesi njihove biosinteze, kao i glavni mehanizmi uticaja na organizam. Međutim, još uvijek postoje mnoge nerazjašnjene misterije vezane za posebnosti interakcije hormona i drugih jedinjenja.
