Hormony fungují jako integrující prvky spojující různé regulační mechanismy a metabolické procesy v orgánech. Hrají roli chemických prostředníků, kteří zajišťují přenos signálů, které se vyskytují v různých orgánech a v centrálním nervovém systému. Buňky reagují na hormony odlišně.
Prostřednictvím systému adenylátcyklázy ovlivňují prvky rychlost biochemických procesů v cílové buňce. Zvažte tento systém podrobně.
Fyziologický účinek
Reakce buněk na působení hormonů závisí na jejich chemické struktuře a také na typu buňky, kterou ovlivňuje.
Koncentrace hormonů v krvi je poměrně nízká. Ke spuštění aktivačního mechanismu enzymu za účasti systému adenylátcyklázy je nutné je rozpoznat a následně spojit s receptory – speciálními proteiny s vysokou specificitou.
Fyziologický účinek je určen různými faktory, například koncentrací hormonu. Je to dáno rychlostíinaktivace při rozpadu, vyskytující se hlavně v játrech, a rychlost jeho vylučování spolu s metabolity. Fyziologický účinek závisí na stupni afinity hormonu k nosným proteinům. Prvky štítné žlázy a steroidy se pohybují podél krevního řečiště spolu s bílkovinami. Počet a typ receptorů na cílových buňkách jsou také určujícími faktory.
Stimulační signály
Procesy syntézy a sekrece hormonů jsou stimulovány vnitřními a vnějšími impulsy směřujícími do centrálního nervového systému. Neurony přenášejí tyto signály do hypotalamu. Zde se díky nim stimuluje syntéza statinů a liberinů (hormony uvolňující peptidy). Ty zase inhibují (potlačují) nebo stimulují syntézu a sekreci prvků v přední hypofýze. Tyto chemické složky se nazývají trojité hormony. Stimulují produkci a sekreci prvků v periferních žlázách s vnitřní sekrecí.
Příznaky hormonů
Stejně jako jiné signální molekuly sdílejí tyto prvky řadu společných rysů. Hormony:
- Vylučovány z buněk, které je produkují, do extracelulárního prostoru.
- Nepoužívá se jako zdroj energie.
- Nejsou strukturálními prvky buněk.
- Mají schopnost vytvořit specifický vztah s buňkami, které mají specifické receptory pro určitý hormon.
- Liší se vysokou biologickou aktivitou. I v malých koncentracích mohou hormony účinně ovlivnit buňky.
Cílové buňky
Jejich interakci s hormony zajišťují speciální receptorové proteiny. Nacházejí se na vnější membráně, v cytoplazmě, na jaderné membráně a dalších organelách.
V každém receptorovém proteinu jsou dvě domény (místa). Díky nim jsou implementovány funkce:
- Rozpoznávání hormonů.
- Transformace a přenos přijatého impulsu do buňky.
Vlastnosti receptorů
V jedné z proteinových domén je místo, které je komplementární (vzájemně komplementární) k některému prvku signální molekuly. Vazba receptoru na něj je podobná procesu tvorby komplexu enzym-substrát a je určena afinitní konstantou.
Většině receptorů v současné době nerozumíme. Je to způsobeno složitostí jejich izolace a čištění a také extrémně nízkým obsahem každého typu receptoru v buňkách. Je však známo, že interakce hormonů s receptory je fyzikálně-chemické povahy. mezi nimi vznikají hydrofobní a elektrostatické vazby.
Interakce hormonu a receptoru je doprovázena konformačními změnami v receptoru. V důsledku toho se aktivuje komplex signální molekuly s receptorem. V aktivním stavu je schopen vyvolat specifickou intracelulární odpověď na příchozí signál. Když je narušena syntéza nebo schopnost receptorů interagovat se signálními molekulami, objevují se nemoci - endokrinní poruchy.
Mohou souviset s:
- Nedostatek syntézy.
- Změny ve struktuře receptorových proteinů (genetické poruchy).
- Blokování receptorů protilátkami.
Typy interakcí
Liší se v závislosti na struktuře molekuly hormonu. Pokud je lipofilní, je schopen proniknout lipidovou vrstvou ve vnější membráně terčů. Příkladem jsou steroidní hormony. Pokud je velikost molekuly významná, nemůže proniknout do buňky. V souladu s tím jsou receptory pro lipofilní hormony umístěny uvnitř cílů a pro hydrofilní hormony - vně, na vnější membráně.
Druhí zprostředkovatelé
Získání odpovědi na hormonální signál z hydrofilních molekul je zajištěno intracelulárním mechanismem přenosu impulsů. Funguje přes takzvané druhé prostředníky. Naproti tomu molekuly hormonů jsou svým tvarem velmi různorodé.
Cyklické nukleotidy (cGMP a cAMP), kalmodulin (protein vázající vápník), ionty vápníku, inositoltrifosfát, enzymy podílející se na syntéze cyklických nukleotidů a fosforylaci proteinů fungují jako „druzí poslové“.
Působení hormonů prostřednictvím systému adenylátcyklázy
Existují 2 hlavní způsoby přenosu impulsu do cílových buněk ze signálních prvků:
- Adenylátceklásový (guanylátcyklázový) systém.
- Fosfoinozitidový mechanismus.
Schéma působení hormonů prostřednictvím systému adenylátcyklázy zahrnuje: G protein, proteinkinázy,receptorový protein, guanosintrifosfát, enzym adenylátceklása. Kromě těchto látek je pro normální fungování systému nezbytný také ATP.
Receptor, G protein, v jehož blízkosti se nachází GTP a adenylátcykláza, je zabudován do buněčné membrány. Tyto prvky jsou v disociovaném stavu. Po vytvoření komplexu signální molekuly a receptorového proteinu dochází ke změně konformace G proteinu. Výsledkem je, že jedna z jeho podjednotek získá schopnost interakce s GTP.
Vytvořený komplex „G protein + GTP“aktivuje adenylátcyklázu. Ta zase začne transformovat molekuly ATP na cAMP. Je schopen aktivovat specifické enzymy – proteinkinázy. Díky tomu jsou katalyzovány reakce fosforylace různých proteinových molekul za účasti ATP. Složení bílkovin zároveň obsahuje zbytky kyseliny fosforečné.
Vlivem mechanismu působení hormonů v systému adenylátcyklázy se aktivita fosforylovaného proteinu mění. V různých typech buněk jsou ovlivněny proteiny různé funkční aktivity: jaderné nebo membránové molekuly a také enzymy. V důsledku fosforylace se proteiny mohou stát funkčně aktivními nebo neaktivními.
Adenylátcyklázový systém: biochemie
Vzhledem k výše popsaným interakcím se rychlost biochemických procesů v cíli mění.
Je třeba říci o nevýznamné době trvání aktivace systému adenylátcyklázy. Stručnost je způsobena tím, že G protein se po navázání na enzymZačíná se objevovat aktivita GTPázy. Obnovuje konformaci po hydrolýze GTP a přestává působit na adenylátcyklázu. To vede k ukončení reakce tvorby cAMP.
Zábrana
Kromě přímých účastníků ve schématu systému adenylátcyklázy jsou v některých cílech receptory spojené s molekulami G, což vede k inhibici enzymu. Adenylaceteklasa je inhibována komplexem „GTP + G protein“.
Když se zastaví produkce cAMP, fosforylace se nezastaví okamžitě. Dokud budou molekuly existovat, bude aktivace proteinkináz pokračovat. K zastavení působení cAMP využívají buňky speciální enzym – fosfodiesterázu. Katalyzuje hydrolýzu 3',5'-cyklo-AMP na AMP.
Některé sloučeniny, které mají inhibiční účinek na fosfodiesterázu (například theofylin, kofein), pomáhají udržovat a zvyšovat koncentraci cyklo-AMP. Pod vlivem těchto látek se doba trvání aktivace adenylátcyklázového messengerového systému. Jinými slovy, působení hormonu je zesíleno.
Inositoltrifosfát
Kromě systému přenosu signálu adenylátcyklázy existuje další mechanismus přenosu signálu. Zahrnuje vápenaté ionty a inositoltrifosfát. Posledně jmenovaný je látka odvozená od inositol fosfatidu (komplexního lipidu).
Inositoltrifosfát se tvoří pod vlivem fosfolipázy „C“, speciálního enzymu, který se aktivuje při konformačních změnách v intracelulární doméněreceptor buněčné membrány.
Působením tohoto enzymu dochází k hydrolýze fosfoesterové vazby molekuly fosfatidyl-inositol-4,5-bisfosfátu. V důsledku toho se tvoří inositoltrifosfát a diacylglycerol. Jejich tvorba vede naopak ke zvýšení obsahu ionizovaného vápníku v buňce. To přispívá k aktivaci různých proteinových molekul závislých na vápníku, včetně proteinkináz.
V tomto případě, stejně jako při spuštění systému adenylátcyklázy, fosforylace proteinů působí jako jeden ze stupňů přenosu impulsu uvnitř buňky. Vede k fyziologické reakci buňky na účinek hormonu.
Spojovací prvek
Na fungování fosfoinositidového mechanismu se podílí speciální protein kalmodulin. Třetinu jeho složení tvoří negativně nabité aminokyseliny (Asp, Glu). V tomto ohledu je schopen aktivně vázat Ca+2.
V jedné molekule kalmodulinu jsou 4 vazebná místa. V důsledku interakce s Ca + 2 začínají v molekule kalmodulinu konformační změny. Výsledkem je, že komplex Ca + 2-kalmodulin získává schopnost regulovat aktivitu mnoha enzymů: fosfodiesterázy, adenylátcyklázy, Ca + 2, Mg + 2 - ATPázy a také různých proteinkináz.
Nuance
V různých buňkách bude pod vlivem komplexu Ca + 2-kalmodulin na izoenzymy jednoho enzymu (například na adenylátcyklázu různých typů) pozorována v jednom případě aktivace a ve druhém případě - inhibice tvorby cAMP. To je způsobeno skutečností, že alosterická centra se nacházejí v izoenzymechmůže zahrnovat různé aminokyselinové radikály. V souladu s tím bude jejich reakce na dopad komplexu odlišná.
Extra
Jak můžete vidět, „druzí poslové“jsou zapojeni do systému adenylátcyklázy a do procesů popsaných výše. Když funguje mechanismus fosfoinozitidu, jsou to:
- Cyklické nukleotidy. Stejně jako v systému adenylátcyklázy jsou to c-GMP a c-AMP.
- Ionty vápníku.
- Komplex Sa-kalmodulinu.
- Diacylglycerol.
- Inositoltrifosfát. Tento prvek se také podílí na přenosu signálu v systému adenylátcyklázy.
Mechanismy signalizace z molekul hormonů v rámci cílů zahrnujících výše uvedené mediátory mají několik společných rysů:
- Jednou z fází přenosu informací je proces fosforylace proteinů.
- Aktivace se zastaví vlivem speciálních mechanismů. Spouštějí je sami účastníci procesu (pod vlivem mechanismů negativní zpětné vazby).
Závěr
Hormony působí jako hlavní humorální regulátory fyziologických funkcí v těle. Jsou produkovány v endokrinních žlázách nebo produkovány specifickými endokrinními buňkami. Hormony se uvolňují do lymfy, krve a mají vzdálený (endokrinní) účinek na cílové buňky.
V současné době vlastnosti těchto molekuldostatečně nastudováno. Jsou známy procesy jejich biosyntézy, stejně jako hlavní mechanismy působení na tělo. Stále však existuje mnoho nevyřešených záhad souvisejících se zvláštnostmi interakce hormonů a dalších sloučenin.
