Хормоните действат като интегриращи елементи, свързващи различни регулаторни механизми и метаболитни процеси в органите. Те играят ролята на химически посредници, които осигуряват предаването на сигнали, които възникват в различни органи и в централната нервна система. Клетките реагират различно на хормоните.
Чрез системата на аденилат циклазата елементите влияят върху скоростта на биохимичните процеси в целевата клетка. Разгледайте тази система в детайли.
Физиологичен ефект
Отговорът на клетките към действието на хормоните зависи от тяхната химическа структура, както и от типа клетка, която засяга.
Концентрацията на хормони в кръвта е доста ниска. За да задейства механизма на активиране на ензима с участието на аденилатциклазната система, те трябва да бъдат разпознати и след това свързани с рецептори - специални протеини с висока специфичност.
Физиологичният ефект се определя от различни фактори, например концентрацията на хормона. Определя се от скоросттаинактивиране по време на разпад, настъпващ главно в черния дроб, и скоростта на екскрецията му заедно с метаболитите. Физиологичният ефект зависи от степента на афинитет на хормона към протеините носители. Щитовидните и стероидните елементи се движат по кръвния поток заедно с протеините. Броят и видът на рецепторите на целевите клетки също са определящи фактори.
Стимулиращи сигнали
Процесите на синтез и секреция на хормони се стимулират от вътрешни и външни импулси, насочени към централната нервна система. Невроните пренасят тези сигнали към хипоталамуса. Тук благодарение на тях се стимулира синтеза на статини и либерини (пептиди освобождаващи хормони). Те от своя страна инхибират (потискат) или стимулират синтеза и секрецията на елементи в предната хипофизна жлеза. Тези химични компоненти се наричат тройни хормони. Те стимулират производството и секрецията на елементи в периферните ендокринни жлези.
Признаци на хормони
Подобно на други сигнални молекули, тези елементи споделят редица общи характеристики. Хормони:
- Извежда се от клетките, които ги произвеждат в извънклетъчното пространство.
- Не се използва като източник на енергия.
- Те не са структурни елементи на клетки.
- Имате способността да установявате специфична връзка с клетки, които имат специфични рецептори за определен хормон.
- Различават се с висока биологична активност. Дори в малки концентрации, хормоните могат ефективно да повлияят на клетките.
Целеви клетки
Взаимодействието им с хормоните се осигурява от специални рецепторни протеини. Те се намират на външната мембрана, в цитоплазмата, върху ядрената мембрана и други органели.
Има два домена (места) във всеки рецепторен протеин. Благодарение на тях се изпълняват функциите:
- Разпознаване на хормони.
- Трансформация и предаване на получения импулс към клетката.
Характеристики на рецепторите
В един от протеиновите домейни има място, което е комплементарно (взаимно допълващо се) на някакъв елемент от сигналната молекула. Свързването на рецептора с него е подобно на процеса на образуване на комплекса ензим-субстрат и се определя от афинитетната константа.
Понастоящем повечето рецептори не са добре разбрани. Това се дължи на сложността на тяхното изолиране и пречистване, както и на изключително ниското съдържание на всеки тип рецептори в клетките. Известно е обаче, че взаимодействието на хормоните с рецепторите е от физикохимичен характер. между тях се образуват хидрофобни и електростатични връзки.
Взаимодействието на хормон и рецептор е придружено от конформационни промени в последния. В резултат на това се активира комплексът на сигналната молекула с рецептора. Намирайки се в активно състояние, той е в състояние да провокира специфичен вътреклетъчен отговор към входящия сигнал. Когато синтезът или способността на рецепторите да взаимодействат със сигналните молекули е нарушена, се появяват заболявания - ендокринни нарушения.
Може да са свързани с:
- Липса на синтез.
- Промени в структурата на рецепторните протеини (генетични нарушения).
- Блокиране на рецептори с антитела.
Видове взаимодействия
Те се различават в зависимост от структурата на хормоналната молекула. Ако е липофилен, той е в състояние да проникне в липидния слой във външната мембрана на мишените. Пример за това са стероидните хормони. Ако размерът на молекулата е значителен, тя не може да проникне в клетката. Съответно рецепторите за липофилните хормони са разположени вътре в мишените, а за хидрофилните хормони - отвън, върху външната мембрана.
Втори посредници
Получаването на отговор на хормонален сигнал от хидрофилни молекули се осигурява от вътреклетъчния механизъм на импулсно предаване. Той функционира чрез така наречените втори посредници. За разлика от тях, хормоналните молекули са доста разнообразни по своята форма.
Цикличните нуклеотиди (cGMP и cAMP), калмодулин (калций-свързващ протеин), калциеви йони, инозитол трифосфат, ензими, участващи в синтеза на циклични нуклеотиди и протеиновото фосфорилиране, действат като "втори носители".
Действието на хормоните чрез аденилатциклазната система
Има 2 основни начина за предаване на импулс към целевите клетки от сигнални елементи:
- Система аденилат цеклаза (гуанилат циклаза).
- Фосфоинозитиден механизъм.
Схемата на действие на хормоните чрез аденилатциклазната система включва: G протеин, протеин кинази,рецепторен протеин, гуанозин трифосфат, ензим аденилат цеклаза. В допълнение към тези вещества, АТФ също е необходим за нормалното функциониране на системата.
Рецептор, G протеин, близо до който се намират GTP и аденилатциклаза, са вградени в клетъчната мембрана. Тези елементи са в дисоциирано състояние. След образуването на комплекса от сигналната молекула и рецепторния протеин, конформацията на G протеина се променя. В резултат на това една от неговите подединици придобива способността да взаимодейства с GTP.
Образуваният комплекс "G протеин + GTP" активира аденилатциклазата. Тя от своя страна започва да трансформира молекулите на АТФ в cAMP. Той е в състояние да активира специфични ензими - протеин кинази. Поради това се катализират реакциите на фосфорилиране на различни протеинови молекули с участието на АТФ. Съставът на протеините в същото време включва остатъците от фосфорна киселина.
Поради механизма на действие на хормоните в аденилатциклазната система, активността на фосфорилирания протеин се променя. В различни видове клетки се засягат протеини с различна функционална активност: ядрени или мембранни молекули, както и ензими. В резултат на фосфорилирането, протеините могат да станат функционално активни или неактивни.
Аденилатна циклазна система: биохимия
Поради описаните по-горе взаимодействия скоростта на биохимичните процеси в целта се променя.
Необходимо е да се каже за незначителната продължителност на активиране на аденилатциклазната система. Краткостта се дължи на факта, че G протеинът, след свързване с ензимаЗапочва да се проявява GTPase активност. Възстановява конформацията след хидролиза на GTP и престава да действа върху аденилатциклазата. Това води до прекратяване на реакцията на образуване на cAMP.
Инхибиция
Освен преките участници в схемата на аденилатциклазната система, в някои мишени има рецептори, свързани с G молекули, водещи до инхибиране на ензима. Аденилацеклазата се инхибира от комплекса "GTP + G протеин".
Когато производството на cAMP спре, фосфорилирането не спира незабавно. Докато съществуват молекулите, активирането на протеин киназите ще продължи. За да спрат действието на cAMP, клетките използват специален ензим - фосфодиестераза. Той катализира хидролизата на 3', 5'-цикло-AMP до AMP.
Някои съединения, които имат инхибиторен ефект върху фосфодиестеразата (например теофилин, кофеин) помагат за поддържане и повишаване на концентрацията на цикло-АМФ. Под въздействието на тези вещества, продължителността на активиране на аденилатциклазната система за изпращане. С други думи, действието на хормона се засилва.
Инозитол трифосфат
Освен системата за трансдукция на сигнала на аденилат циклазата, има друг механизъм за предаване на сигнала. Той включва калциеви йони и инозитол трифосфат. Последното е вещество, извлечено от инозитол фосфатид (сложен липид).
Инозитол трифосфат се образува под влиянието на фосфолипаза "С", специален ензим, който се активира по време на конформационни промени във вътреклетъчния доменрецептор на клетъчната мембрана.
Поради действието на този ензим, фосфоестерната връзка на молекулата фосфатидил-инозитол-4,5-бифосфат се хидролизира. В резултат на това се образуват инозитол трифосфат и диацилглицерол. Образуването им от своя страна води до увеличаване на съдържанието на йонизиран калций в клетката. Това допринася за активирането на различни калций-зависими протеинови молекули, включително протеин кинази.
В този случай, както при стартирането на аденилатциклазната система, протеиновото фосфорилиране действа като един от етапите на предаване на импулс вътре в клетката. Това води до физиологичен отговор на клетката към ефекта на хормона.
Свързващ елемент
Специален протеин, калмодулин, участва във функционирането на фосфоинозитидния механизъм. Една трета от състава му се формира от отрицателно заредени аминокиселини (Asp, Glu). В това отношение той е в състояние активно да свързва Ca+2.
Има 4 места на свързване в една молекула на калмодулин. В резултат на взаимодействие с Ca + 2 започват конформационни промени в молекулата на калмодулин. В резултат на това комплексът Ca + 2-калмодулин придобива способността да регулира активността на много ензими: фосфодиестераза, аденилат циклаза, Ca + 2, Mg + 2 - АТФаза, както и различни протеин кинази.
Нюанси
В различни клетки, под въздействието на Ca + 2-калмодулин комплекса върху изоензимите на един ензим (например върху аденилат циклаза от различни видове), в единия случай ще се наблюдава активиране, а в другия - инхибиране на образуването на сАМР. Това се дължи на факта, че алостеричните центрове в изоензимитеможе да включва различни аминокиселинни радикали. Съответно реакцията им на въздействието на комплекса ще бъде различна.
Екстра
Както можете да видите, "вторите пратеници" участват в аденилатциклазната система и в процесите, описани по-горе. Когато фосфоинозитидният механизъм функционира, те са:
- Циклични нуклеотиди. Както в аденилатциклазната система, те са c-GMP и c-AMP.
- Калциеви йони.
- Sa-calmodulin комплекс.
- Диацилглицерол.
- Инозитол трифосфат. Този елемент също участва в сигналната трансдукция в аденилатциклазната система.
Механизмите на сигнализиране от хормонални молекули в мишените, включващи горните медиатори, имат няколко общи характеристики:
- Един от етапите на трансфер на информация е процесът на протеиново фосфорилиране.
- Активирането спира под въздействието на специални механизми. Те се стартират от самите участници в процеса (под влияние на механизмите за отрицателна обратна връзка).
Заключение
Хормоните действат като основни хуморални регулатори на физиологичните функции в организма. Те се произвеждат в жлезите с вътрешна секреция или се произвеждат от специфични ендокринни клетки. Хормоните се отделят в лимфата, кръвта и имат отдалечен (ендокринен) ефект върху целевите клетки.
В момента свойствата на тези молекулидостатъчно добре проучен. Известни са процесите на техния биосинтез, както и основните механизми на въздействие върху организма. Все още обаче има много неразгадани мистерии, свързани с особеностите на взаимодействието на хормоните и други съединения.
