Οι ορμόνες δρουν ως ενοποιητικά στοιχεία που συνδέουν διάφορους ρυθμιστικούς μηχανισμούς και μεταβολικές διεργασίες στα όργανα. Παίζουν το ρόλο των χημικών ενδιάμεσων που εξασφαλίζουν τη μεταφορά σημάτων που συμβαίνουν σε διαφορετικά όργανα και στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Τα κύτταρα ανταποκρίνονται διαφορετικά στις ορμόνες.
Μέσω του συστήματος αδενυλικής κυκλάσης, τα στοιχεία επηρεάζουν τον ρυθμό των βιοχημικών διεργασιών στο κύτταρο στόχο. Εξετάστε αυτό το σύστημα λεπτομερώς.
Φυσιολογική επίδραση
Η απόκριση των κυττάρων στη δράση των ορμονών εξαρτάται από τη χημική τους δομή, καθώς και από τον τύπο του κυττάρου που επηρεάζει.
Η συγκέντρωση των ορμονών στο αίμα είναι αρκετά χαμηλή. Για να ενεργοποιηθεί ο μηχανισμός ενεργοποίησης του ενζύμου με τη συμμετοχή του συστήματος αδενυλικής κυκλάσης, πρέπει να αναγνωριστούν και στη συνέχεια να συσχετιστούν με υποδοχείς - ειδικές πρωτεΐνες με υψηλή ειδικότητα.
Η φυσιολογική επίδραση καθορίζεται από διάφορους παράγοντες, για παράδειγμα, τη συγκέντρωση της ορμόνης. Καθορίζεται από την ταχύτητααδρανοποίηση κατά την αποσύνθεση, που συμβαίνει κυρίως στο ήπαρ, και ο ρυθμός απέκκρισής του μαζί με τους μεταβολίτες. Η φυσιολογική επίδραση εξαρτάται από το βαθμό συγγένειας της ορμόνης για τις πρωτεΐνες-φορείς. Τα στοιχεία του θυρεοειδούς και των στεροειδών κινούνται κατά μήκος της κυκλοφορίας του αίματος μαζί με τις πρωτεΐνες. Ο αριθμός και ο τύπος των υποδοχέων στα κύτταρα-στόχους είναι επίσης καθοριστικοί παράγοντες.
Σήματα διέγερσης
Οι διαδικασίες σύνθεσης και έκκρισης ορμονών διεγείρονται από εσωτερικές και εξωτερικές παρορμήσεις που κατευθύνονται στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Οι νευρώνες μεταφέρουν αυτά τα σήματα στον υποθάλαμο. Εδώ, λόγω αυτών, διεγείρεται η σύνθεση στατινών και λιβερινών (ορμόνες απελευθέρωσης πεπτιδίων). Αυτά με τη σειρά τους αναστέλλουν (καταστέλλουν) ή διεγείρουν τη σύνθεση και έκκριση στοιχείων στην πρόσθια υπόφυση. Αυτά τα χημικά συστατικά ονομάζονται τριπλές ορμόνες. Διεγείρουν την παραγωγή και έκκριση στοιχείων στους περιφερικούς ενδοκρινείς αδένες.
Σημεία ορμονών
Όπως και άλλα μόρια σηματοδότησης, αυτά τα στοιχεία έχουν ορισμένα κοινά χαρακτηριστικά. Ορμόνες:
- Αποβάλλεται από τα κύτταρα που τα παράγουν στον εξωκυτταρικό χώρο.
- Δεν χρησιμοποιείται ως πηγή ενέργειας.
- Δεν είναι δομικά στοιχεία των κυττάρων.
- Έχουν την ικανότητα να δημιουργήσουν μια συγκεκριμένη σχέση με κύτταρα που έχουν συγκεκριμένους υποδοχείς για μια συγκεκριμένη ορμόνη.
- Διαφέρουν σε υψηλή βιολογική δραστηριότητα. Ακόμη και σε μικρές συγκεντρώσεις, οι ορμόνες μπορούν να επηρεάσουν αποτελεσματικά τα κύτταρα.
Κελιά-στόχοι
Η αλληλεπίδρασή τους με τις ορμόνες παρέχεται από ειδικές πρωτεΐνες υποδοχέα. Βρίσκονται στην εξωτερική μεμβράνη, στο κυτταρόπλασμα, στην πυρηνική μεμβράνη και σε άλλα οργανίδια.
Υπάρχουν δύο τομείς (θέσεις) σε οποιαδήποτε πρωτεΐνη υποδοχέα. Λόγω αυτών, υλοποιούνται οι συναρτήσεις:
- Αναγνώριση ορμονών.
- Μετασχηματισμός και μετάδοση της λαμβανόμενης ώθησης στο κύτταρο.
Χαρακτηριστικά των υποδοχέων
Σε έναν από τους τομείς πρωτεΐνης υπάρχει μια θέση που είναι συμπληρωματική (αμοιβαία συμπληρωματική) σε κάποιο στοιχείο του μορίου σήματος. Η δέσμευση του υποδοχέα σε αυτόν είναι παρόμοια με τη διαδικασία σχηματισμού του συμπλόκου ενζύμου-υποστρώματος και καθορίζεται από τη σταθερά συγγένειας.
Οι περισσότεροι από τους υποδοχείς δεν είναι προς το παρόν καλά κατανοητοί. Αυτό οφείλεται στην πολυπλοκότητα της απομόνωσης και του καθαρισμού τους, καθώς και στην εξαιρετικά χαμηλή περιεκτικότητα κάθε τύπου υποδοχέα στα κύτταρα. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι η αλληλεπίδραση των ορμονών με τους υποδοχείς είναι φυσικοχημικής φύσης. μεταξύ τους σχηματίζονται υδρόφοβοι και ηλεκτροστατικοί δεσμοί.
Η αλληλεπίδραση μιας ορμόνης και ενός υποδοχέα συνοδεύεται από διαμορφωτικές αλλαγές στον τελευταίο. Ως αποτέλεσμα, ενεργοποιείται το σύμπλεγμα του μορίου του σήματος με τον υποδοχέα. Όντας σε ενεργή κατάσταση, είναι σε θέση να προκαλέσει μια συγκεκριμένη ενδοκυτταρική απόκριση στο εισερχόμενο σήμα. Όταν η σύνθεση ή η ικανότητα των υποδοχέων να αλληλεπιδρούν με μόρια σηματοδότησης είναι μειωμένη, εμφανίζονται ασθένειες - ενδοκρινικές διαταραχές.
Μπορεί να σχετίζονται με:
- Έλλειψη σύνθεσης.
- Αλλαγές στη δομή των πρωτεϊνών υποδοχέων (γενετικές διαταραχές).
- Αποκλεισμός υποδοχέων με αντισώματα.
Τύποι αλληλεπίδρασης
Διαφέρουν ανάλογα με τη δομή του μορίου της ορμόνης. Εάν είναι λιπόφιλο, είναι σε θέση να διεισδύσει στο λιπιδικό στρώμα στην εξωτερική μεμβράνη των στόχων. Ένα παράδειγμα είναι οι στεροειδείς ορμόνες. Εάν το μέγεθος του μορίου είναι σημαντικό, δεν μπορεί να διεισδύσει στο κύτταρο. Αντίστοιχα, οι υποδοχείς για τις λιπόφιλες ορμόνες βρίσκονται μέσα στους στόχους και για τις υδρόφιλες ορμόνες - έξω, στην εξωτερική μεμβράνη.
Δεύτεροι μεσάζοντες
Η απόκριση σε ορμονικό σήμα από υδρόφιλα μόρια παρέχεται από τον ενδοκυτταρικό μηχανισμό μετάδοσης παλμών. Λειτουργεί μέσω των λεγόμενων δεύτερων ενδιάμεσων. Αντίθετα, τα μόρια της ορμόνης είναι αρκετά διαφορετικά στο σχήμα τους.
Κυκλικά νουκλεοτίδια (cGMP και cAMP), καλμοδουλίνη (πρωτεΐνη που δεσμεύει ασβέστιο), ιόντα ασβεστίου, τριφωσφορική ινοσιτόλη, ένζυμα που εμπλέκονται στη σύνθεση κυκλικών νουκλεοτιδίων και φωσφορυλίωση πρωτεϊνών δρουν ως «δεύτεροι αγγελιοφόροι»..
Η δράση των ορμονών μέσω του συστήματος αδενυλικής κυκλάσης
Υπάρχουν 2 κύριοι τρόποι μετάδοσης μιας ώθησης στα κύτταρα-στόχους από στοιχεία σήματος:
- Σύστημα αδενυλικής κεκλάσης (γουανυλική κυκλάση).
- Μηχανισμός φωσφοϊνοσιτίδης.
Το σχήμα δράσης των ορμονών μέσω του συστήματος αδενυλικής κυκλάσης περιλαμβάνει: πρωτεΐνη G, πρωτεϊνικές κινάσες,πρωτεΐνη υποδοχέα, τριφωσφορική γουανοσίνη, ένζυμο αδενυλικής κεκλάσης. Εκτός από αυτές τις ουσίες, το ATP είναι επίσης απαραίτητο για την κανονική λειτουργία του συστήματος.
Ο υποδοχέας, η πρωτεΐνη G, κοντά στην οποία βρίσκονται το GTP και η αδενυλική κυκλάση, είναι ενσωματωμένοι στην κυτταρική μεμβράνη. Αυτά τα στοιχεία βρίσκονται σε διασπασμένη κατάσταση. Μετά το σχηματισμό του συμπλέγματος του μορίου σήματος και της πρωτεΐνης υποδοχέα, η διαμόρφωση της πρωτεΐνης G αλλάζει. Ως αποτέλεσμα, μια από τις υπομονάδες της αποκτά την ικανότητα να αλληλεπιδρά με το GTP.
Το σχηματιζόμενο σύμπλοκο "G protein + GTP" ενεργοποιεί την αδενυλική κυκλάση. Αυτή, με τη σειρά της, αρχίζει να μετατρέπει τα μόρια ATP σε cAMP. Είναι σε θέση να ενεργοποιεί συγκεκριμένα ένζυμα - πρωτεϊνικές κινάσες. Εξαιτίας αυτού καταλύονται οι αντιδράσεις φωσφορυλίωσης διαφόρων πρωτεϊνικών μορίων με τη συμμετοχή του ΑΤΡ. Η σύνθεση των πρωτεϊνών ταυτόχρονα περιλαμβάνει τα υπολείμματα φωσφορικού οξέος.
Λόγω του μηχανισμού δράσης των ορμονών στο σύστημα αδενυλικής κυκλάσης, η δραστηριότητα της φωσφορυλιωμένης πρωτεΐνης αλλάζει. Σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων, επηρεάζονται πρωτεΐνες διαφορετικής λειτουργικής δραστηριότητας: πυρηνικά ή μεμβρανικά μόρια, καθώς και ένζυμα. Ως αποτέλεσμα της φωσφορυλίωσης, οι πρωτεΐνες μπορεί να γίνουν λειτουργικά ενεργές ή ανενεργές.
Σύστημα αδενυλικής κυκλάσης: βιοχημεία
Λόγω των αλληλεπιδράσεων που περιγράφονται παραπάνω, ο ρυθμός των βιοχημικών διεργασιών στον στόχο αλλάζει.
Είναι απαραίτητο να πούμε για την ασήμαντη διάρκεια ενεργοποίησης του συστήματος αδενυλικής κυκλάσης. Η συντομία οφείλεται στο γεγονός ότι η πρωτεΐνη G, αφού δεσμευτεί στο ένζυμοΗ δραστηριότητα GTPase αρχίζει να εμφανίζεται. Αποκαθιστά τη διαμόρφωση μετά την υδρόλυση GTP και παύει να δρα στην αδενυλική κυκλάση. Αυτό οδηγεί στον τερματισμό της αντίδρασης σχηματισμού cAMP.
Αναστολή
Εκτός από τους άμεσους συμμετέχοντες στο σχήμα του συστήματος αδενυλικής κυκλάσης, σε ορισμένους στόχους υπάρχουν υποδοχείς που σχετίζονται με μόρια G, οδηγώντας σε αναστολή του ενζύμου. Η αδενυλακετάση αναστέλλεται από το σύμπλεγμα "GTP + G protein".
Όταν σταματά η παραγωγή cAMP, η φωσφορυλίωση δεν σταματά αμέσως. Όσο υπάρχουν τα μόρια, η ενεργοποίηση των πρωτεϊνικών κινασών θα συνεχίζεται. Για να σταματήσουν τη δράση του cAMP, τα κύτταρα χρησιμοποιούν ένα ειδικό ένζυμο - φωσφοδιεστεράση. Καταλύει την υδρόλυση του 3', 5'-κυκλο-AMP σε AMP.
Ορισμένες ενώσεις που έχουν ανασταλτική δράση στη φωσφοδιεστεράση (για παράδειγμα, θεοφυλλίνη, καφεΐνη) βοηθούν στη διατήρηση και αύξηση της συγκέντρωσης του κυκλο-ΑΜΡ. Υπό την επίδραση αυτών των ουσιών, η διάρκεια της ενεργοποίησης του συστήματος αγγελιαφόρου αδενυλικής κυκλάσης. Με άλλα λόγια, η δράση της ορμόνης ενισχύεται.
τριφωσφορική ινοσιτόλη
Εκτός από το σύστημα μεταγωγής σήματος αδενυλικής κυκλάσης, υπάρχει ένας άλλος μηχανισμός μεταγωγής σήματος. Περιλαμβάνει ιόντα ασβεστίου και τριφωσφορική ινοσιτόλη. Το τελευταίο είναι μια ουσία που προέρχεται από φωσφατίδιο ινοσιτόλης (ένα σύνθετο λιπίδιο).
Η τριφωσφορική ινοσιτόλη σχηματίζεται υπό την επίδραση της φωσφολιπάσης "C", ενός ειδικού ενζύμου που ενεργοποιείται κατά τη διάρκεια διαμορφωτικών αλλαγών στην ενδοκυτταρική περιοχήυποδοχέας κυτταρικής μεμβράνης.
Λόγω της δράσης αυτού του ενζύμου, ο φωσφοεστερικός δεσμός του μορίου φωσφατιδυλ-ινοσιτόλη-4,5-διφωσφορικής υδρολύεται. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται τριφωσφορική ινοσιτόλη και διακυλογλυκερόλη. Ο σχηματισμός τους οδηγεί, με τη σειρά του, σε αύξηση της περιεκτικότητας σε ιονισμένο ασβέστιο στο κύτταρο. Αυτό συμβάλλει στην ενεργοποίηση διαφόρων μορίων πρωτεΐνης που εξαρτώνται από το ασβέστιο, συμπεριλαμβανομένων των πρωτεϊνικών κινασών.
Σε αυτή την περίπτωση, όπως και με την εκτόξευση του συστήματος αδενυλικής κυκλάσης, η φωσφορυλίωση της πρωτεΐνης δρα ως ένα από τα στάδια της μετάδοσης παλμών μέσα στο κύτταρο. Οδηγεί σε μια φυσιολογική απόκριση του κυττάρου στην επίδραση της ορμόνης.
Στοιχείο σύνδεσης
Μια ειδική πρωτεΐνη, η καλμοδουλίνη, εμπλέκεται στη λειτουργία του μηχανισμού των φωσφοϊνοσιτιδίων. Το ένα τρίτο της σύνθεσής του σχηματίζεται από αρνητικά φορτισμένα αμινοξέα (Asp, Glu). Από αυτή την άποψη, είναι σε θέση να δεσμεύει ενεργά το Ca+2.
Υπάρχουν 4 θέσεις δέσμευσης σε ένα μόριο καλμοδουλίνης. Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης με το Ca + 2, αρχίζουν οι διαμορφωτικές αλλαγές στο μόριο της καλμοδουλίνης. Ως αποτέλεσμα, το σύμπλεγμα Ca + 2-καλμοδουλίνη αποκτά την ικανότητα να ρυθμίζει τη δραστηριότητα πολλών ενζύμων: φωσφοδιεστεράση, αδενυλική κυκλάση, Ca + 2, Mg + 2 - ATPase, καθώς και διάφορες πρωτεϊνικές κινάσες.
Nuances
Σε διαφορετικά κύτταρα, υπό την επίδραση του συμπλόκου Ca + 2-καλμοδουλίνης στα ισοένζυμα ενός ενζύμου (για παράδειγμα, στην αδενυλική κυκλάση διαφόρων τύπων), στη μία περίπτωση θα παρατηρηθεί ενεργοποίηση και στην άλλη - αναστολή σχηματισμού cAMP. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα αλλοστερικά κέντρα βρίσκονται σε ισοένζυμαμπορεί να περιλαμβάνει διαφορετικές ρίζες αμινοξέων. Συνεπώς, η αντίδρασή τους στην επίδραση του συμπλέγματος θα είναι διαφορετική.
Extra
Όπως μπορείτε να δείτε, οι «δεύτεροι αγγελιοφόροι» εμπλέκονται στο σύστημα αδενυλικής κυκλάσης και στις διαδικασίες που περιγράφονται παραπάνω. Όταν λειτουργεί ο μηχανισμός φωσφοϊνοσιτιδίων, είναι:
- Κυκλικά νουκλεοτίδια. Όπως και στο σύστημα αδενυλικής κυκλάσης, είναι c-GMP και c-AMP.
- Ιόντα ασβεστίου.
- Σύμπλεγμα Sa-calmodulin.
- Διακυλογλυκερόλη.
- Τριφωσφορική ινοσιτόλη. Αυτό το στοιχείο εμπλέκεται επίσης στη μεταγωγή σήματος στο σύστημα αδενυλικής κυκλάσης.
Οι μηχανισμοί σηματοδότησης από μόρια ορμονών εντός στόχων που περιλαμβάνουν τους παραπάνω μεσολαβητές έχουν πολλά κοινά χαρακτηριστικά:
- Ένα από τα στάδια μεταφοράς πληροφοριών είναι η διαδικασία της φωσφορυλίωσης πρωτεΐνης.
- Η ενεργοποίηση σταματά υπό την επίδραση ειδικών μηχανισμών. Ξεκινούν από τους ίδιους τους συμμετέχοντες στη διαδικασία (υπό την επίδραση μηχανισμών αρνητικής ανάδρασης).
Συμπέρασμα
Οι ορμόνες δρουν ως οι κύριοι χυμικοί ρυθμιστές των φυσιολογικών λειτουργιών στο σώμα. Παράγονται στους ενδοκρινείς αδένες ή παράγονται από συγκεκριμένα ενδοκρινικά κύτταρα. Οι ορμόνες απελευθερώνονται στη λέμφο, το αίμα και έχουν μια μακρινή (ενδοκρινική) επίδραση στα κύτταρα-στόχους.
Επί του παρόντος, οι ιδιότητες αυτών των μορίωναρκετά καλά μελετημένο. Οι διαδικασίες της βιοσύνθεσής τους είναι γνωστές, καθώς και οι κύριοι μηχανισμοί επιρροής στον οργανισμό. Ωστόσο, υπάρχουν ακόμη πολλά άλυτα μυστήρια που σχετίζονται με τις ιδιαιτερότητες της αλληλεπίδρασης ορμονών και άλλων ενώσεων.
