Hormoni darbojas kā integrējoši elementi, kas savieno dažādus regulējošos mehānismus un vielmaiņas procesus orgānos. Tie spēlē ķīmisko starpnieku lomu, kas nodrošina signālu pārraidi, kas rodas dažādos orgānos un centrālajā nervu sistēmā. Šūnas atšķirīgi reaģē uz hormoniem.
Caur adenilāta ciklāzes sistēmu elementi ietekmē bioķīmisko procesu ātrumu mērķa šūnā. Apsveriet šo sistēmu detalizēti.
Fizioloģiskā iedarbība
Šūnu reakcija uz hormonu darbību ir atkarīga no to ķīmiskās struktūras, kā arī no šūnas veida, ko tā ietekmē.
Hormonu koncentrācija asinīs ir diezgan zema. Lai iedarbinātu fermenta aktivācijas mehānismu, piedaloties adenilāta ciklāzes sistēmai, tie ir jāatpazīst un pēc tam jāsaista ar receptoriem – īpašiem proteīniem ar augstu specifiskumu.
Fizioloģisko efektu nosaka dažādi faktori, piemēram, hormona koncentrācija. To nosaka ātrumsinaktivācija sabrukšanas laikā, kas notiek galvenokārt aknās, un tās izdalīšanās ātrums kopā ar metabolītiem. Fizioloģiskā iedarbība ir atkarīga no hormona afinitātes pakāpes pret nesējproteīniem. Vairogdziedzera un steroīdu elementi pārvietojas pa asinsriti kopā ar olb altumvielām. Noteicošie faktori ir arī mērķa šūnu receptoru skaits un veids.
Stimulējošie signāli
Hormonu sintēzes un sekrēcijas procesus stimulē iekšējie un ārējie impulsi, kas vērsti uz centrālo nervu sistēmu. Neironi pārnes šos signālus uz hipotalāmu. Šeit, pateicoties tiem, tiek stimulēta statīnu un liberīnu (peptīdus atbrīvojošo hormonu) sintēze. Tie savukārt kavē (nomāc) vai stimulē elementu sintēzi un sekrēciju hipofīzes priekšējā daļā. Šīs ķīmiskās sastāvdaļas sauc par trīskāršiem hormoniem. Tie stimulē elementu veidošanos un sekrēciju perifērajos endokrīnos dziedzeros.
Hormonu pazīmes
Tāpat kā citām signalizācijas molekulām, šiem elementiem ir vairākas kopīgas iezīmes. Hormoni:
- Izdalās no šūnām, kas tos ražo ārpusšūnu telpā.
- Netiek izmantots kā enerģijas avots.
- Tie nav šūnu strukturālie elementi.
- Ir iespēja izveidot īpašas attiecības ar šūnām, kurām ir specifiski receptori konkrētam hormonam.
- Atšķiras ar augstu bioloģisko aktivitāti. Pat nelielā koncentrācijā hormoni var efektīvi ietekmēt šūnas.
Mērķa šūnas
To mijiedarbību ar hormoniem nodrošina īpaši receptoru proteīni. Tie atrodas uz ārējās membrānas, citoplazmā, uz kodola membrānas un citām organellām.
Jebkurā receptoru proteīnā ir divi domēni (vietas). Pateicoties tiem, tiek realizētas funkcijas:
- Hormonu atpazīšana.
- Saņemtā impulsa pārveidošana un pārraide uz šūnu.
Receptoru īpašības
Vienā no proteīna domēniem ir vieta, kas ir komplementāra (savstarpēji komplementāra) kādam signāla molekulas elementam. Receptora saistīšanās ar to ir līdzīga fermenta-substrāta kompleksa veidošanās procesam, un to nosaka afinitātes konstante.
Lielākā daļa receptoru pašlaik nav labi saprotami. Tas ir saistīts ar to izolācijas un attīrīšanas sarežģītību, kā arī ārkārtīgi zemo katra veida receptoru saturu šūnās. Tomēr ir zināms, ka hormonu mijiedarbībai ar receptoriem ir fizikāli ķīmisks raksturs. starp tām veidojas hidrofobās un elektrostatiskās saites.
Hormona un receptora mijiedarbību pavada pēdējā konformācijas izmaiņas. Tā rezultātā tiek aktivizēts signāla molekulas komplekss ar receptoru. Atrodoties aktīvā stāvoklī, tas spēj izraisīt specifisku intracelulāru reakciju uz ienākošo signālu. Ja ir traucēta receptoru sintēze vai spēja mijiedarboties ar signalizācijas molekulām, parādās slimības - endokrīnās sistēmas traucējumi.
Tie var būt saistīti ar:
- Sintēzes trūkums.
- Izmaiņas receptoru proteīnu struktūrā (ģenētiski traucējumi).
- Receptoru bloķēšana ar antivielām.
Mijiedarbības veidi
Tie atšķiras atkarībā no hormona molekulas struktūras. Ja tas ir lipofīls, tas spēj iekļūt lipīdu slānī mērķu ārējā membrānā. Piemērs ir steroīdie hormoni. Ja molekulas izmērs ir ievērojams, tā nevar iekļūt šūnā. Attiecīgi lipofīlo hormonu receptori atrodas mērķa iekšpusē, bet hidrofilo hormonu receptori - ārpusē, ārējā membrānā.
Otrie starpnieki
Reakcijas saņemšanu uz hormonālo signālu no hidrofilām molekulām nodrošina intracelulārais impulsu pārraides mehānisms. Tas darbojas, izmantojot tā sauktos otros starpniekus. Turpretim hormonu molekulas pēc formas ir diezgan dažādas.
Cikliski nukleotīdi (cGMP un cAMP), kalmodulīns (kalciju saistošais proteīns), kalcija joni, inozitola trifosfāts, fermenti, kas iesaistīti ciklisko nukleotīdu sintēzē un olb altumvielu fosforilācijā, darbojas kā "otrie vēstneši".
Hormonu darbība caur adenilāta ciklāzes sistēmu
Ir 2 galvenie veidi, kā pārraidīt impulsu uz mērķa šūnām no signāla elementiem:
- Adenilāta ceklāzes (guanilāta ciklāzes) sistēma.
- Fosfoinositīda mehānisms.
Hormonu darbības shēma caur adenilāta ciklāzes sistēmu ietver: G proteīnu, proteīnkināzes,receptoru proteīns, guanozīna trifosfāts, adenilāta ceklāzes enzīms. Papildus šīm vielām normālai sistēmas darbībai nepieciešams arī ATP.
Receptors, G proteīns, kura tuvumā atrodas GTP un adenilāta ciklaze, ir iebūvēts šūnas membrānā. Šie elementi ir disociētā stāvoklī. Pēc signālmolekulas un receptorproteīna kompleksa veidošanās mainās G proteīna konformācija. Tā rezultātā viena no tās apakšvienībām iegūst spēju mijiedarboties ar GTP.
Izveidotais komplekss "G proteīns + GTP" aktivizē adenilāta ciklāzi. Viņa savukārt sāk pārveidot ATP molekulas par cAMP. Tas spēj aktivizēt specifiskus enzīmus – proteīnkināzes. Sakarā ar to tiek katalizētas dažādu olb altumvielu molekulu fosforilēšanās reakcijas ar ATP piedalīšanos. Olb altumvielu sastāvā vienlaikus ir arī fosforskābes atliekas.
Pateicoties hormonu darbības mehānismam adenilāta ciklāzes sistēmā, mainās fosforilētā proteīna aktivitāte. Dažādu veidu šūnās tiek ietekmēti dažādas funkcionālās aktivitātes proteīni: kodola vai membrānas molekulas, kā arī fermenti. Fosforilācijas rezultātā proteīni var kļūt funkcionāli aktīvi vai neaktīvi.
Adenilāta ciklāzes sistēma: bioķīmija
Iepriekš aprakstītās mijiedarbības dēļ mainās bioķīmisko procesu ātrums mērķī.
Jāsaka par nenozīmīgo adenilāta ciklāzes sistēmas aktivācijas ilgumu. Īsums ir saistīts ar faktu, ka G proteīns pēc saistīšanās ar fermentuSāk parādīties GTPāzes aktivitāte. Tas atjauno konformāciju pēc GTP hidrolīzes un pārstāj iedarboties uz adenilāta ciklāzi. Tas noved pie cAMP veidošanās reakcijas pārtraukšanas.
Inhibīcija
Papildus tiešajiem dalībniekiem adenilāta ciklāzes sistēmas shēmā dažos mērķos ir receptori, kas saistīti ar G molekulām, kas izraisa fermenta inhibīciju. Adenilaceteklāzi inhibē "GTP + G proteīna" komplekss.
Kad cAMP ražošana tiek pārtraukta, fosforilēšana neapstājas uzreiz. Kamēr pastāv molekulas, proteīnkināžu aktivizēšana turpināsies. Lai apturētu cAMP darbību, šūnas izmanto īpašu enzīmu - fosfodiesterāzi. Tas katalizē 3', 5'-ciklo-AMP hidrolīzi par AMP.
Daži savienojumi, kam ir fosfodiesterāzes inhibējoša iedarbība (piemēram, teofilīns, kofeīns), palīdz uzturēt un palielināt ciklo-AMP koncentrāciju. Šo vielu ietekmē adenilāta ciklāzes kurjersistēmas aktivācijas ilgums. Citiem vārdiem sakot, tiek pastiprināta hormona darbība.
Inozitola trifosfāts
Papildus adenilāta ciklāzes signālu pārvades sistēmai ir vēl viens signāla pārraides mehānisms. Tas ietver kalcija jonus un inozitola trifosfātu. Pēdējā ir viela, kas iegūta no inozitola fosfatīda (salikts lipīds).
Inozitola trifosfāts veidojas fosfolipāzes "C" ietekmē - īpašs enzīms, kas tiek aktivizēts intracelulārā domēna konformācijas izmaiņu laikā.šūnu membrānas receptors.
Šī enzīma darbības dēļ fosfatidilinozitol-4,5-bisfosfāta molekulas fosfoestera saite tiek hidrolizēta. Rezultātā veidojas inozitola trifosfāts un diacilglicerīns. To veidošanās savukārt noved pie jonizētā kalcija satura palielināšanās šūnā. Tas veicina dažādu no kalcija atkarīgu olb altumvielu molekulu, tostarp proteīnkināžu, aktivizēšanu.
Šajā gadījumā, tāpat kā ar adenilāta ciklāzes sistēmas palaišanu, proteīnu fosforilēšana darbojas kā viens no impulsu pārraides posmiem šūnas iekšienē. Tas izraisa šūnas fizioloģisku reakciju uz hormona iedarbību.
Savienojošais elements
Fosfoinositīda mehānisma darbībā ir iesaistīts īpašs proteīns kalmodulīns. Trešdaļu tā sastāva veido negatīvi lādētas aminoskābes (Asp, Glu). Šajā sakarā tas spēj aktīvi saistīt Ca+2.
Vienā kalmodulīna molekulā ir 4 saistīšanās vietas. Mijiedarbības ar Ca + 2 rezultātā kalmodulīna molekulā sākas konformācijas izmaiņas. Rezultātā Ca + 2-kalmodulīna komplekss iegūst spēju regulēt daudzu enzīmu aktivitāti: fosfodiesterāzes, adenilātciklāzes, Ca + 2, Mg + 2 - ATPāzes, kā arī dažādu proteīnkināžu
Nianses
Dažādās šūnās Ca + 2-kalmodulīna kompleksa ietekmē uz viena enzīma izoenzīmiem (piemēram, uz dažāda veida adenilātciklāzi) vienā gadījumā tiks novērota aktivācija, bet otrā gadījumā. - cAMP veidošanās kavēšana. Tas ir saistīts ar faktu, ka alosteriskie centri izoenzīmosvar ietvert dažādus aminoskābju radikāļus. Attiecīgi viņu reakcija uz kompleksa ietekmi būs atšķirīga.
Papildus
Kā redzat, "otrie vēstneši" ir iesaistīti adenilāta ciklāzes sistēmā un iepriekš aprakstītajos procesos. Kad darbojas fosfoinositīda mehānisms, tie ir:
- Cikliskie nukleotīdi. Tāpat kā adenilāta ciklāzes sistēmā, tie ir c-GMP un c-AMP.
- Kalcija joni.
- Sa-kalmodulīna komplekss.
- Diacilglicerīns.
- Inozitola trifosfāts. Šis elements ir iesaistīts arī signāla pārvadē adenilāta ciklāzes sistēmā.
Signalizācijas mehānismiem no hormonu molekulām mērķos, kuros iesaistīti iepriekš minētie mediatori, ir vairākas kopīgas iezīmes:
- Viens no informācijas nodošanas posmiem ir olb altumvielu fosforilēšanās process.
- Aktivizācija apstājas īpašu mehānismu ietekmē. Tos uzsāk paši procesa dalībnieki (negatīvās atgriezeniskās saites mehānismu ietekmē).
Secinājums
Hormoni darbojas kā galvenie fizioloģisko funkciju humorālie regulatori organismā. Tos ražo endokrīnie dziedzeri vai specifiskas endokrīnās šūnas. Hormoni izdalās limfā, asinīs un tiem ir attālināta (endokrīna) ietekme uz mērķa šūnām.
Šobrīd šo molekulu īpašībaspietiekami labi mācījies. Ir zināmi to biosintēzes procesi, kā arī galvenie ietekmes uz ķermeni mehānismi. Tomēr joprojām ir daudz neatrisinātu noslēpumu, kas saistīti ar hormonu un citu savienojumu mijiedarbības īpatnībām.
