Hormonii acționează ca elemente integratoare care leagă diferite mecanisme de reglare și procese metabolice din organe. Aceștia joacă rolul de intermediari chimici care asigură transferul semnalelor care apar în diferite organe și în sistemul nervos central. Celulele răspund diferit la hormoni.
Prin sistemul de adenil-ciclază, elementele afectează rata proceselor biochimice din celula țintă. Luați în considerare acest sistem în detaliu.
Efect fiziologic
Răspunsul celulelor la acțiunea hormonilor depinde de structura sa chimică, precum și de tipul de celulă pe care o afectează.
Concentrația de hormoni în sânge este destul de scăzută. Pentru a declanșa mecanismul de activare a enzimei cu participarea sistemului de adenil-ciclază, acestea trebuie recunoscute și apoi asociate cu receptori - proteine speciale cu specificitate ridicată.
Efectul fiziologic este determinat de diverși factori, de exemplu, concentrația hormonului. Este determinat de vitezainactivarea în timpul degradarii, care are loc în principal în ficat, și rata excreției sale împreună cu metaboliții. Efectul fiziologic depinde de gradul de afinitate al hormonului pentru proteinele purtătoare. Elementele tiroidiene și steroizi se mișcă de-a lungul fluxului sanguin împreună cu proteinele. Numărul și tipul de receptori de pe celulele țintă sunt, de asemenea, factori determinanți.
Semnale de stimulare
Procesele de sinteză și secreție de hormoni sunt stimulate de impulsuri interne și externe direcționate către sistemul nervos central. Neuronii transportă aceste semnale către hipotalamus. Aici, datorită acestora, este stimulată sinteza statinelor și liberinelor (hormoni de eliberare a peptidelor). Ele, la rândul lor, inhibă (suprimă) sau stimulează sinteza și secreția de elemente în glanda pituitară anterioară. Aceste componente chimice se numesc hormoni tripli. Ele stimulează producția și secreția de elemente în glandele endocrine periferice.
Semne de hormoni
Ca și alte molecule de semnalizare, aceste elemente au o serie de caracteristici comune. Hormoni:
- Excretat din celulele care le produc în spațiul extracelular.
- Nu este folosit ca sursă de energie.
- Nu sunt elemente structurale ale celulelor.
- Aveți capacitatea de a stabili o relație specifică cu celulele care au receptori specifici pentru un anumit hormon.
- Diferă în activitatea biologică ridicată. Chiar și în concentrații mici, hormonii pot afecta în mod eficient celulele.
Celele țintă
Interacțiunea lor cu hormonii este asigurată de proteine speciale ale receptorilor. Se găsesc pe membrana exterioară, în citoplasmă, pe membrana nucleară și alte organite.
Există două domenii (site-uri) în orice proteină receptor. Datorită acestora sunt implementate funcțiile:
- Recunoașterea hormonilor.
- Transformarea și transmiterea impulsului primit către celulă.
Caracteristici ale receptorilor
Într-unul dintre domeniile proteice există un situs care este complementar (complementar reciproc) cu un element al moleculei semnal. Legarea receptorului de acesta este similară cu procesul de formare a complexului enzimă-substrat și este determinată de constanta de afinitate.
Majoritatea receptorilor nu sunt în prezent bine înțeleși. Acest lucru se datorează complexității izolării și purificării lor, precum și conținutului extrem de scăzut al fiecărui tip de receptor din celule. Cu toate acestea, se știe că interacțiunea hormonilor cu receptorii este de natură fizico-chimică. Între ele se formează legături hidrofobe și electrostatice.
Interacțiunea dintre un hormon și un receptor este însoțită de modificări conformaționale ale acestuia din urmă. Ca rezultat, complexul moleculei semnal cu receptorul este activat. Fiind într-o stare activă, este capabil să provoace un răspuns intracelular specific la semnalul de intrare. Când sinteza sau capacitatea receptorilor de a interacționa cu moleculele de semnalizare este afectată, apar boli - tulburări endocrine.
Acestea pot fi legate de:
- Lipsa sintezei.
- Modificări în structura proteinelor receptorului (tulburări genetice).
- Blocarea receptorilor cu anticorpi.
Tipuri de interacțiune
Ele diferă în funcție de structura moleculei hormonale. Dacă este lipofil, este capabil să pătrundă în stratul lipidic din membrana exterioară a țintelor. Un exemplu sunt hormonii steroizi. Dacă dimensiunea moleculei este semnificativă, aceasta nu poate pătrunde în celulă. În consecință, receptorii pentru hormonii lipofili sunt localizați în interiorul țintelor, iar pentru hormonii hidrofili - în exterior, pe membrana exterioară.
„Al doilea intermediar”
Obținerea unui răspuns la un semnal hormonal de la moleculele hidrofile este asigurată de mecanismul intracelular de transmitere a impulsurilor. Funcționează prin așa-numiții intermediari secundi. În schimb, moleculele de hormoni sunt destul de diverse în formă.
Nucleotidele ciclice (cGMP și cAMP), calmodulina (proteina care leagă calciul), ionii de calciu, inozitol trifosfat, enzimele implicate în sinteza nucleotidelor ciclice și fosforilarea proteinelor acționează ca „mesageri secundi”.
Acțiunea hormonilor prin sistemul de adenil-ciclază
Există 2 moduri principale de a transmite un impuls către celulele țintă de la elementele de semnal:
- Sistem de adenilat ceclază (guanilat ciclază).
- Mecanism fosfoinozitid.
Schema de actiune a hormonilor prin sistemul adenil-ciclazei implica: proteina G, protein kinaze,proteină receptor, guanozin trifosfat, enzimă adenilat ceclază. Pe lângă aceste substanțe, ATP este și necesar pentru funcționarea normală a sistemului.
Receptorul, proteina G, lângă care se află GTP și adenilat ciclaza, sunt încorporați în membrana celulară. Aceste elemente sunt într-o stare disociată. După formarea complexului moleculei semnal și proteinei receptor, conformația proteinei G se modifică. Drept urmare, una dintre subunitățile sale dobândește capacitatea de a interacționa cu GTP.
Complexul format „proteina G + GTP” activează adenilat ciclaza. Ea, la rândul său, începe să transforme moleculele de ATP în cAMP. Este capabil să activeze enzime specifice - protein kinaze. Din acest motiv, reacțiile de fosforilare a diferitelor molecule de proteine cu participarea ATP sunt catalizate. Compoziția proteinelor include în același timp resturile de acid fosforic.
Datorită mecanismului de acțiune al hormonilor din sistemul adenil-ciclazei, activitatea proteinei fosforilate se modifică. În diferite tipuri de celule sunt afectate proteine cu activitate funcțională diferită: molecule nucleare sau membranare, precum și enzime. Ca rezultat al fosforilării, proteinele pot deveni active sau inactive din punct de vedere funcțional.
Sistem de adenil-ciclază: biochimie
Datorită interacțiunilor descrise mai sus, rata proceselor biochimice din țintă se modifică.
Este necesar să spunem despre durata nesemnificativă de activare a sistemului de adenil-ciclază. Concizia se datorează faptului că proteina G, după legarea de enzimăActivitatea GTPase începe să apară. Reface conformația după hidroliza GTP și încetează să acționeze asupra adenilatciclazei. Acest lucru duce la terminarea reacției de formare a cAMP.
Inhibiție
Pe lângă participanții direcți în schema sistemului de adenilat ciclază, în unele ținte există receptori asociați cu moleculele G, ceea ce duce la inhibarea enzimei. Adenilaceteclaza este inhibată de complexul „GTP + proteina G”.
Când producția de cAMP se oprește, fosforilarea nu se oprește imediat. Atâta timp cât moleculele există, activarea protein kinazelor va continua. Pentru a opri acțiunea cAMP, celulele folosesc o enzimă specială - fosfodiesteraza. Catalizează hidroliza 3’, 5’-ciclo-AMP la AMP.
Unii compuși care au un efect inhibitor asupra fosfodiesterazei (de exemplu, teofilina, cofeina) ajută la menținerea și creșterea concentrației de ciclo-AMP. Sub influența acestor substanțe, durata activării sistemului mesager de adenil-ciclază. Cu alte cuvinte, acțiunea hormonului este îmbunătățită.
Inozitol trifosfat
Pe lângă sistemul de transducție a semnalului de adenil-ciclază, există un alt mecanism de transducție a semnalului. Acesta implică ioni de calciu și inozitol trifosfat. Acesta din urmă este o substanță derivată din inozitol fosfatid (o lipidă complexă).
Inozitol trifosfat se formează sub influența fosfolipazei „C”, o enzimă specială care este activată în timpul modificărilor conformaționale în domeniul intracelularreceptor al membranei celulare.
Datorita actiunii acestei enzime, legatura fosfoesterica a moleculei de fosfatidil-inozitol-4,5-bisfosfat este hidrolizata. Ca rezultat, se formează inozitol trifosfat și diacilglicerol. Formarea lor duce, la rândul său, la o creștere a conținutului de calciu ionizat din celulă. Aceasta contribuie la activarea diferitelor molecule de proteine dependente de calciu, inclusiv proteine kinaze.
În acest caz, ca și în cazul lansării sistemului de adenilat ciclază, fosforilarea proteinelor acționează ca una dintre etapele transmiterii impulsurilor în interiorul celulei. Aceasta duce la un răspuns fiziologic al celulei la efectul hormonului.
Element de conectare
O proteină specială, calmodulina, este implicată în funcționarea mecanismului fosfoinozitid. O treime din compoziția sa este formată din aminoacizi încărcați negativ (Asp, Glu). În acest sens, este capabil să lege activ Ca+2.
Există 4 locuri de legare într-o moleculă de calmodulină. Ca rezultat al interacțiunii cu Ca + 2, în molecula de calmodulină încep modificări conformaționale. Ca urmare, complexul Ca + 2-calmodulină dobândește capacitatea de a regla activitatea multor enzime: fosfodiesteraza, adenilat ciclază, Ca + 2, Mg + 2 - ATPază, precum și diferite proteine kinaze.
Nuances
În diferite celule, sub influența complexului Ca + 2-calmodulină asupra izoenzimelor unei enzime (de exemplu, asupra adenilat-ciclazei de diferite tipuri), într-un caz se va observa activarea, iar în celăl alt - inhibarea formării cAMP. Acest lucru se datorează faptului că centrii alosterici în izoenzimepoate include diferiți radicali de aminoacizi. În consecință, reacția lor la impactul complexului va fi diferită.
Extra
După cum puteți vedea, „secunzi mesageri” sunt implicați în sistemul adenilat-ciclazei și în procesele descrise mai sus. Când funcționează mecanismul fosfoinozitidelor, acestea sunt:
- Nucleotide ciclice. Ca și în sistemul de adenil ciclază, acestea sunt c-GMP și c-AMP.
- Ioni de calciu.
- Sa-calmodulină complex.
- Diacilglicerol.
- Inozitol trifosfat. Acest element este, de asemenea, implicat în transducția semnalului în sistemul de adenil-ciclază.
Mecanismele de semnalizare de la moleculele hormonale din cadrul țintelor care implică mediatorii de mai sus au câteva caracteristici comune:
- Una dintre etapele transferului de informații este procesul de fosforilare a proteinelor.
- Activarea se oprește sub influența unor mecanisme speciale. Acestea sunt lansate chiar de participanții la proces (sub influența mecanismelor de feedback negativ).
Concluzie
Homonii acționează ca principalii regulatori umorali ai funcțiilor fiziologice din organism. Sunt produse în glandele endocrine sau produse de anumite celule endocrine. Hormonii sunt eliberați în limfă, sânge și au un efect la distanță (endocrin) asupra celulelor țintă.
În prezent, proprietățile acestor moleculesuficient de bine studiat. Sunt cunoscute procesele de biosinteză a acestora, precum și principalele mecanisme de influență asupra organismului. Cu toate acestea, există încă multe mistere nerezolvate legate de particularitățile interacțiunii hormonilor și a altor compuși.
