Hormoonid toimivad integreerivate elementidena, mis ühendavad organites erinevaid regulatoorseid mehhanisme ja ainevahetusprotsesse. Nad täidavad keemiliste vahendajate rolli, mis tagavad erinevates organites ja kesknärvisüsteemis esinevate signaalide edastamise. Rakud reageerivad hormoonidele erinev alt.
Adenülaattsüklaasi süsteemi kaudu mõjutavad elemendid sihtrakus toimuvate biokeemiliste protsesside kiirust. Mõelge sellele süsteemile üksikasjalikult.
Füsioloogiline mõju
Rakkude reaktsioon hormoonide toimele sõltub nende keemilisest struktuurist ja ka rakutüübist, mida see mõjutab.
Hormoonide kontsentratsioon veres on üsna madal. Ensüümi aktiveerimismehhanismi käivitamiseks adenülaattsüklaasi süsteemi osalusel tuleb need ära tunda ja seejärel seostada retseptoritega - spetsiaalsete kõrge spetsiifilisusega valkudega.
Füsoloogilise toime määravad erinevad tegurid, näiteks hormooni kontsentratsioon. Selle määrab kiirusinaktiveerimine lagunemise ajal, mis esineb peamiselt maksas, ja selle eritumise kiirus koos metaboliitidega. Füsioloogiline toime sõltub hormooni afiinsuse astmest kandevalkude suhtes. Kilpnäärme- ja steroidelemendid liiguvad mööda vereringet koos valkudega. Määravateks teguriteks on ka sihtrakkude retseptorite arv ja tüüp.
Stimuleerivad signaalid
Hormoonide sünteesi ja sekretsiooni protsesse stimuleerivad kesknärvisüsteemi suunatud sisemised ja välised impulsid. Neuronid kannavad neid signaale hüpotalamusele. Siin stimuleeritakse tänu neile statiinide ja liberiinide (peptiide vabastavate hormoonide) süntees. Need omakorda pärsivad (surutavad) või stimuleerivad elementide sünteesi ja sekretsiooni hüpofüüsi eesmises osas. Neid keemilisi komponente nimetatakse kolmekordseteks hormoonideks. Nad stimuleerivad elementide tootmist ja sekretsiooni perifeersetes endokriinsetes näärmetes.
Hormoonide tunnused
Nagu teistelgi signaalimolekulidel, on neil elementidel mitmeid ühiseid jooni. Hormoonid:
- Eritub neid tootvatest rakkudest rakuvälisesse ruumi.
- Ei kasutata energiaallikana.
- Need ei ole rakkude struktuurielemendid.
- Võimalus luua spetsiifiline suhe rakkudega, millel on konkreetse hormooni jaoks spetsiifilised retseptorid.
- Erineb kõrge bioloogilise aktiivsuse poolest. Isegi väikestes kontsentratsioonides võivad hormoonid rakke tõhus alt mõjutada.
Sihtlahtrid
Nende interaktsiooni hormoonidega tagavad spetsiaalsed retseptorvalgud. Neid leidub välismembraanil, tsütoplasmas, tuumamembraanil ja muudel organellidel.
Igas retseptorvalgus on kaks domeeni (saiti). Tänu neile rakendatakse funktsioone:
- Hormoonide tuvastamine.
- Vastuvõetud impulsi teisendamine ja edastamine rakku.
Retseptorite omadused
Ühes valgudomeenis on sait, mis on komplementaarne (vastastikku komplementaarne) signaalmolekuli mõne elemendiga. Retseptori seondumine sellega sarnaneb ensüümi-substraadi kompleksi moodustumise protsessiga ja määratakse afiinsuskonstandiga.
Enamik retseptoreid ei ole praegu hästi mõistetav. See on tingitud nende eraldamise ja puhastamise keerukusest, samuti igat tüüpi retseptorite äärmiselt madalast sisaldusest rakkudes. Siiski on teada, et hormoonide koostoime retseptoritega on füüsikalis-keemilise iseloomuga. nende vahel tekivad hüdrofoobsed ja elektrostaatilised sidemed.
Hormooni ja retseptori koostoimega kaasnevad viimase konformatsioonilised muutused. Selle tulemusena aktiveerub signaalmolekuli kompleks retseptoriga. Olles aktiivses olekus, on see võimeline esile kutsuma spetsiifilise rakusisese vastuse sissetulevale signaalile. Kui retseptorite süntees või võime suhelda signaalimolekulidega on häiritud, tekivad haigused – endokriinsed häired.
Need võivad olla seotud:
- Sünteesi puudumine.
- Muutused retseptorvalkude struktuuris (geneetilised häired).
- Retseptoride blokeerimine antikehadega.
Interaktsioonitüübid
Need erinevad sõltuv alt hormoonmolekuli struktuurist. Kui see on lipofiilne, suudab see tungida läbi sihtmärkide välismembraani lipiidikihi. Näiteks on steroidhormoonid. Kui molekuli suurus on märkimisväärne, ei saa see rakku tungida. Vastav alt sellele paiknevad lipofiilsete hormoonide retseptorid sihtmärkide sees ja hüdrofiilsete hormoonide retseptorid väljaspool, välismembraanil.
Teised vahendajad
Hüdrofiilsete molekulide hormonaalsele signaalile vastuse saamine toimub impulsside ülekande rakusise mehhanismi abil. See toimib nn teiste vahendajate kaudu. Seevastu hormoonmolekulid on oma kuju poolest üsna mitmekesised.
Tsüklilised nukleotiidid (cGMP ja cAMP), kalmoduliin (k altsiumi siduv valk), k altsiumiioonid, inositooltrifosfaat, tsükliliste nukleotiidide sünteesis ja valkude fosforüülimises osalevad ensüümid toimivad "teise sõnumitoojana".
Hormoonide toime adenülaattsüklaasi süsteemi kaudu
Signaalielementidelt impulssi edastamiseks sihtrakkudesse on kaks peamist viisi:
- Adenülaattseklaasi (guanülaattsüklaasi) süsteem.
- Fosfoinositiidi mehhanism.
Hormoonide toimeskeem adenülaattsüklaasi süsteemi kaudu hõlmab: G-valku, proteiinkinaase,retseptorvalk, guanosiintrifosfaat, adenülaattseklaasi ensüüm. Lisaks nendele ainetele on süsteemi normaalseks toimimiseks vajalik ka ATP.
Retseptor, G-valk, mille lähedal asuvad GTP ja adenülaattsüklaas, on ehitatud rakumembraani. Need elemendid on dissotsieerunud olekus. Pärast signaalmolekuli ja retseptorvalgu kompleksi moodustumist G-valgu konformatsioon muutub. Selle tulemusena omandab üks selle allüksustest võime suhelda GTP-ga.
Moodustunud kompleks "G valk + GTP" aktiveerib adenülaattsüklaasi. Ta omakorda hakkab muutma ATP molekule cAMP-ks. See on võimeline aktiveerima spetsiifilisi ensüüme - proteiinkinaase. Tänu sellele katalüüsitakse erinevate valgumolekulide fosforüülimise reaktsioone ATP osalusel. Valkude koostis sisaldab samal ajal ka fosforhappe jääke.
Adenülaattsüklaasi süsteemi hormoonide toimemehhanismi tõttu muutub fosforüülitud valgu aktiivsus. Erinevat tüüpi rakkudes on mõjutatud erineva funktsionaalse aktiivsusega valgud: tuuma- või membraanimolekulid, samuti ensüümid. Fosforüülimise tulemusena võivad valgud muutuda funktsionaalselt aktiivseks või mitteaktiivseks.
Adenülaattsüklaasi süsteem: biokeemia
Eespool kirjeldatud koostoimete tõttu muutub sihtmärgis toimuvate biokeemiliste protsesside kiirus.
Tuleb öelda adenülaattsüklaasi süsteemi aktiveerimise ebaolulise kestuse kohta. Lühikus on tingitud asjaolust, et G-valk pärast seondumist ensüümigaGTPaasi aktiivsus hakkab ilmnema. See taastab konformatsiooni pärast GTP hüdrolüüsi ja lakkab toimimast adenülaattsüklaasile. See viib cAMP moodustumise reaktsiooni lõppemiseni.
Inhibeerimine
Lisaks adenülaattsüklaasi süsteemi otsestele osalejatele on mõnes sihtmärgis G-molekulidega seotud retseptoreid, mis põhjustavad ensüümi inhibeerimist. Adenüülatseteklaasi inhibeerib kompleks "GTP + G valk".
Kui cAMP tootmine peatub, ei peatu fosforüülimine kohe. Kuni molekulid eksisteerivad, jätkub proteiinkinaaside aktiveerimine. CAMP-i toime peatamiseks kasutavad rakud spetsiaalset ensüümi - fosfodiesteraasi. See katalüüsib 3', 5'-tsüklo-AMP hüdrolüüsi AMP-ks.
Mõned ühendid, millel on fosfodiesteraasi pärssiv toime (nt teofülliin, kofeiin), aitavad säilitada ja tõsta tsüklo-AMP kontsentratsiooni. Nende ainete mõjul adenülaattsüklaasi sõnumisüsteemi aktiveerimise kestus. Teisisõnu suureneb hormooni toime.
Inositooltrifosfaat
Peale adenülaattsüklaasi signaaliülekandesüsteemi on veel üks signaali ülekandemehhanism. See hõlmab k altsiumiioone ja inositooltrifosfaati. Viimane on aine, mis on saadud inositoolfosfatiidist (komplekslipiid).
Inositooltrifosfaat moodustub fosfolipaasi "C" mõjul, mis on spetsiaalne ensüüm, mis aktiveerub rakusisese domeeni konformatsiooniliste muutuste käigus.rakumembraani retseptor.
Selle ensüümi toimel hüdrolüüsitakse fosfatidüülinositool-4,5-bisfosfaadi molekuli fosfoesterside. Selle tulemusena moodustuvad inositooltrifosfaat ja diatsüülglütserool. Nende moodustumine toob omakorda kaasa ioniseeritud k altsiumi sisalduse suurenemise rakus. See aitab kaasa erinevate k altsiumist sõltuvate valgumolekulide, sealhulgas proteiinkinaaside aktiveerimisele.
Sel juhul, nagu ka adenülaattsüklaasi süsteemi käivitamisel, toimib valkude fosforüülimine rakusise impulsi edastamise ühe etapina. See viib raku füsioloogilise reaktsioonini hormooni toimele.
Ühendav element
Fosfoinositiidi mehhanismi toimimises osaleb spetsiaalne valk kalmoduliin. Kolmandiku selle koostisest moodustavad negatiivselt laetud aminohapped (Asp, Glu). Sellega seoses on see võimeline aktiivselt siduma Ca+2.
Ühes kalmoduliini molekulis on 4 seondumiskohta. Ca + 2-ga interaktsiooni tulemusena algavad kalmoduliini molekulis konformatsioonilised muutused. Selle tulemusena omandab Ca + 2-kalmoduliini kompleks võime reguleerida paljude ensüümide aktiivsust: fosfodiesteraas, adenülaattsüklaas, Ca + 2, Mg + 2 -ATPaas, aga ka erinevad proteiinkinaasid.
Nüansid
Erinevates rakkudes täheldatakse Ca + 2-kalmoduliini kompleksi mõjul ühe ensüümi isoensüümidele (näiteks erinevat tüüpi adenülaattsüklaasil) ühel juhul aktiveerimist ja teisel juhul - cAMP moodustumise pärssimine. See on tingitud asjaolust, et allosteerilised keskused paiknevad isoensüümidesvõivad sisaldada erinevaid aminohapperadikaale. Sellest lähtuv alt on nende reaktsioon kompleksi mõjule erinev.
Extra
Nagu näete, osalevad "teised sõnumitoojad" adenülaattsüklaasi süsteemis ja ülalkirjeldatud protsessides. Kui fosfoinositiidi mehhanism toimib, on need järgmised:
- Tsüklilised nukleotiidid. Nagu adenülaattsüklaasi süsteemis, on need c-GMP ja c-AMP.
- K altsiumioonid.
- Sa-kalmoduliini kompleks.
- Diatsüülglütserool.
- Inositooltrifosfaat. See element osaleb ka signaaliülekandes adenülaattsüklaasi süsteemis.
Eespool nimetatud vahendajaid hõlmavate sihtmärkide hormoonmolekulide signaaliülekande mehhanismidel on mitu ühist tunnust:
- Üks teabeedastuse etappidest on valkude fosforüülimise protsess.
- Aktiveerimine peatub spetsiaalsete mehhanismide mõjul. Neid käivitavad protsessis osalejad ise (negatiivse tagasiside mehhanismide mõjul).
Järeldus
Hormoonid toimivad kehas füsioloogiliste funktsioonide peamiste humoraalsete regulaatoritena. Neid toodavad endokriinsed näärmed või spetsiifilised endokriinsed rakud. Hormoonid vabanevad lümfi, verre ja avaldavad sihtrakkudele kauget (endokriinset) toimet.
Praegu on nende molekulide omadusedpiisav alt hästi uuritud. Teada on nii nende biosünteesi protsessid kui ka peamised organismile avalduva mõju mehhanismid. Siiski on veel palju lahendamata mõistatusi, mis on seotud hormoonide ja teiste ühendite koostoime iseärasustega.
