Hormonen fungeren als integrerende elementen die verschillende regulerende mechanismen en metabolische processen in organen met elkaar verbinden. Ze spelen de rol van chemische tussenpersonen die zorgen voor de overdracht van signalen die optreden in verschillende organen en in het centrale zenuwstelsel. Cellen reageren anders op hormonen.
Via het adenylaatcyclasesysteem beïnvloeden de elementen de snelheid van biochemische processen in de doelcel. Overweeg dit systeem in detail.
Fysiologisch effect
De reactie van cellen op de werking van hormonen hangt af van de chemische structuur en het type cel dat het beïnvloedt.
De concentratie van hormonen in het bloed is vrij laag. Om het activeringsmechanisme van het enzym te activeren met de deelname van het adenylaatcyclasesysteem, moeten ze worden herkend en vervolgens worden geassocieerd met receptoren - speciale eiwitten met een hoge specificiteit.
Het fysiologische effect wordt bepaald door verschillende factoren, bijvoorbeeld de concentratie van het hormoon. Het wordt bepaald door de snelheidinactivatie tijdens verval, voornamelijk in de lever, en de snelheid van uitscheiding samen met metabolieten. Het fysiologische effect hangt af van de mate van affiniteit van het hormoon voor dragereiwitten. Schildklier- en steroïde-elementen bewegen samen met eiwitten langs de bloedbaan. Het aantal en type receptoren op doelcellen zijn ook bepalende factoren.
Stimulerende signalen
De processen van synthese en afscheiding van hormonen worden gestimuleerd door interne en externe impulsen die naar het centrale zenuwstelsel worden gestuurd. Neuronen dragen deze signalen naar de hypothalamus. Hier wordt, dankzij hen, de synthese van statines en liberines (peptide-afgevende hormonen) gestimuleerd. Ze remmen (onderdrukken) of stimuleren op hun beurt de synthese en secretie van elementen in de hypofysevoorkwab. Deze chemische componenten worden drievoudige hormonen genoemd. Ze stimuleren de productie en afscheiding van elementen in de perifere endocriene klieren.
Tekenen van hormonen
Net als andere signaalmoleculen hebben deze elementen een aantal gemeenschappelijke kenmerken. Hormonen:
- Uitgescheiden uit de cellen die ze produceren in de extracellulaire ruimte.
- Niet gebruikt als energiebron.
- Het zijn geen structurele elementen van cellen.
- Het vermogen hebben om een specifieke relatie aan te gaan met cellen die specifieke receptoren hebben voor een bepaald hormoon.
- Verschillen in hoge biologische activiteit. Zelfs in kleine concentraties kunnen hormonen cellen effectief aantasten.
Doelcellen
Hun interactie met hormonen wordt verzorgd door speciale receptoreiwitten. Ze worden gevonden op het buitenmembraan, in het cytoplasma, op het kernmembraan en andere organellen.
Er zijn twee domeinen (sites) in elk receptoreiwit. Dankzij hen zijn de functies geïmplementeerd:
- Hormoonherkenning.
- Transformatie en transmissie van de ontvangen impuls naar de cel.
Kenmerken van receptoren
In een van de eiwitdomeinen bevindt zich een plaats die complementair is (onderling complementair) aan een bepaald element van het signaalmolecuul. De binding van de receptor eraan is vergelijkbaar met het proces van vorming van het enzym-substraatcomplex en wordt bepaald door de affiniteitsconstante.
De meeste receptoren worden momenteel niet goed begrepen. Dit komt door de complexiteit van hun isolatie en zuivering, evenals het extreem lage geh alte van elk type receptor in de cellen. Het is echter bekend dat de interactie van hormonen met receptoren van fysisch-chemische aard is. Daartussen worden hydrofobe en elektrostatische bindingen gevormd.
De interactie van een hormoon en een receptor gaat gepaard met conformationele veranderingen in de laatste. Hierdoor wordt het complex van het signaalmolecuul met de receptor geactiveerd. Omdat het in een actieve staat is, is het in staat om een specifieke intracellulaire reactie op het binnenkomende signaal uit te lokken. Wanneer de synthese of het vermogen van receptoren om te interageren met signaalmoleculen wordt aangetast, verschijnen ziekten - endocriene stoornissen.
Ze kunnen gerelateerd zijn aan:
- Gebrek aan synthese.
- Veranderingen in de structuur van receptoreiwitten (genetische aandoeningen).
- Receptoren blokkeren met antilichamen.
Interactietypes
Ze verschillen afhankelijk van de structuur van het hormoonmolecuul. Als het lipofiel is, kan het de lipidelaag in het buitenmembraan van de doelen penetreren. Een voorbeeld zijn steroïde hormonen. Als de grootte van het molecuul significant is, kan het niet in de cel doordringen. Dienovereenkomstig bevinden receptoren voor lipofiele hormonen zich binnen de doelen en voor hydrofiele hormonen - buiten, op het buitenmembraan.
Tweede tussenpersonen
Een reactie krijgen op een hormonaal signaal van hydrofiele moleculen wordt geleverd door het intracellulaire mechanisme van impulsoverdracht. Het functioneert via de zogenaamde tweede tussenpersonen. Daarentegen zijn hormoonmoleculen behoorlijk divers in hun vorm.
Cyclische nucleotiden (cGMP en cAMP), calmoduline (calciumbindend eiwit), calciumionen, inositoltrifosfaat, enzymen die betrokken zijn bij de synthese van cyclische nucleotiden en eiwitfosforylering werken als "tweede boodschappers".
De werking van hormonen via het adenylaatcyclasesysteem
Er zijn 2 manieren om een impuls van signaalelementen naar doelcellen te sturen:
- Adenylaat ceclase (guanylaatcyclase) systeem.
- Phosphoinositide-mechanisme.
Het werkingsschema van hormonen via het adenylaatcyclasesysteem omvat: G-eiwit, eiwitkinasen,receptoreiwit, guanosinetrifosfaat, adenylaatceclase-enzym. Naast deze stoffen is ook ATP nodig voor de normale werking van het systeem.
Receptor, G-eiwit, in de buurt waar GTP en adenylaatcyclase zich bevinden, zijn ingebouwd in het celmembraan. Deze elementen bevinden zich in een gedissocieerde staat. Na de vorming van het complex van het signaalmolecuul en het receptoreiwit verandert de conformatie van het G-eiwit. Als gevolg hiervan verwerft een van zijn subeenheden het vermogen om te communiceren met GTP.
Het gevormde complex "G-eiwit + GTP" activeert adenylaatcyclase. Zij begint op haar beurt ATP-moleculen om te zetten in cAMP. Het is in staat om specifieke enzymen te activeren - proteïnekinasen. Hierdoor worden de reacties van fosforylering van verschillende eiwitmoleculen met de deelname van ATP gekatalyseerd. De samenstelling van eiwitten omvat tegelijkertijd de overblijfselen van fosforzuur.
Door het werkingsmechanisme van hormonen in het adenylaatcyclasesysteem verandert de activiteit van het gefosforyleerde eiwit. In verschillende soorten cellen worden eiwitten met verschillende functionele activiteit aangetast: nucleaire of membraanmoleculen, evenals enzymen. Als gevolg van fosforylering kunnen eiwitten functioneel actief of inactief worden.
Adenylaatcyclasesysteem: biochemie
Door de hierboven beschreven interacties verandert de snelheid van biochemische processen in het doelwit.
Het is noodzakelijk iets te zeggen over de onbeduidende duur van activering van het adenylaatcyclasesysteem. De beknoptheid is te wijten aan het feit dat het G-eiwit, na binding aan het enzymGTPase-activiteit begint te verschijnen. Het herstelt de conformatie na GTP-hydrolyse en stopt met werken op adenylaatcyclase. Dit leidt tot de beëindiging van de cAMP-vormingsreactie.
Remming
Naast de directe deelnemers aan het schema van het adenylaatcyclasesysteem, zijn er in sommige doelwitten receptoren die geassocieerd zijn met G-moleculen, wat leidt tot remming van het enzym. Adenylaceteclase wordt geremd door het "GTP + G-eiwit"-complex.
Als de cAMP-productie stopt, stopt de fosforylering niet onmiddellijk. Zolang de moleculen bestaan, zal de activering van proteïnekinasen doorgaan. Om de werking van cAMP te stoppen, gebruiken cellen een speciaal enzym - fosfodiësterase. Het katalyseert de hydrolyse van 3', 5'-cyclo-AMP tot AMP.
Sommige verbindingen die een remmend effect hebben op fosfodiësterase (bijvoorbeeld theofylline, cafeïne) helpen de concentratie van cyclo-AMP op peil te houden en te verhogen. Onder invloed van deze stoffen duurt de activatie van het adenylaatcyclase-boodschappersysteem. Met andere woorden, de werking van het hormoon wordt versterkt.
Inositoltrifosfaat
Naast het adenylaatcyclase-signa altransductiesysteem is er nog een ander signa altransductiemechanisme. Het gaat om calciumionen en inositoltrifosfaat. Dit laatste is een stof die is afgeleid van inositolfosfatide (een complexe lipide).
Inositoltrifosfaat wordt gevormd onder invloed van fosfolipase "C", een speciaal enzym dat wordt geactiveerd tijdens conformationele veranderingen in het intracellulaire domeincelmembraan receptor.
Door de werking van dit enzym wordt de fosfo-esterbinding van het fosfatidyl-inositol-4,5-bisfosfaatmolecuul gehydrolyseerd. Als resultaat worden inositoltrifosfaat en diacylglycerol gevormd. Hun vorming leidt op zijn beurt tot een toename van het geh alte aan geïoniseerd calcium in de cel. Dit draagt bij aan de activering van verschillende calciumafhankelijke eiwitmoleculen, waaronder eiwitkinasen.
In dit geval, net als bij de lancering van het adenylaatcyclasesysteem, fungeert eiwitfosforylering als een van de stadia van impulsoverdracht in de cel. Het leidt tot een fysiologische reactie van de cel op het effect van het hormoon.
Verbindingselement
Een speciaal eiwit, calmoduline, is betrokken bij de werking van het fosfoinositide-mechanisme. Een derde van de samenstelling wordt gevormd door negatief geladen aminozuren (Asp, Glu). In dit opzicht is het in staat om Ca+2 actief te binden.
Er zijn 4 bindingsplaatsen in één calmodulinemolecuul. Als gevolg van interactie met Ca + 2 beginnen conformationele veranderingen in het calmodulinemolecuul. Als gevolg hiervan verwerft het Ca + 2-calmoduline-complex het vermogen om de activiteit van vele enzymen te reguleren: fosfodiësterase, adenylaatcyclase, Ca + 2, Mg + 2 - ATPase, evenals verschillende eiwitkinasen.
Nuances
In verschillende cellen zal onder invloed van het Ca + 2-calmoduline-complex op de iso-enzymen van één enzym (bijvoorbeeld op adenylaatcyclase van verschillende typen), in het ene geval activering worden waargenomen en in het andere geval - remming van cAMP-vorming. Dit komt door het feit dat allosterische centra in iso-enzymenkan verschillende aminozuurradicalen bevatten. Dienovereenkomstig zal hun reactie op de impact van het complex anders zijn.
Extra
Zoals je kunt zien, zijn "tweede boodschappers" betrokken bij het adenylaatcyclasesysteem en bij de hierboven beschreven processen. Wanneer het fosfoinositide-mechanisme functioneert, zijn ze:
- Cyclische nucleotiden. Net als in het adenylaatcyclasesysteem zijn ze c-GMP en c-AMP.
- Calciumionen.
- Sa-calmodulin complex.
- Diacylglycerol.
- Inositoltrifosfaat. Dit element is ook betrokken bij signa altransductie in het adenylaatcyclasesysteem.
De mechanismen van signalering van hormoonmoleculen binnen doelen waarbij de bovengenoemde mediatoren betrokken zijn, hebben verschillende gemeenschappelijke kenmerken:
- Een van de stadia van informatieoverdracht is het proces van eiwitfosforylering.
- Activering stopt onder invloed van speciale mechanismen. Ze worden gelanceerd door de procesdeelnemers zelf (onder invloed van negatieve feedbackmechanismen).
Conclusie
Hormonen fungeren als de belangrijkste humorale regulatoren van fysiologische functies in het lichaam. Ze worden geproduceerd in de endocriene klieren of geproduceerd door specifieke endocriene cellen. Hormonen komen vrij in de lymfe, het bloed en hebben een verre (endocrien) effect op doelcellen.
Momenteel zijn de eigenschappen van deze moleculengoed genoeg gestudeerd. De processen van hun biosynthese zijn bekend, evenals de belangrijkste mechanismen van invloed op het lichaam. Er zijn echter nog veel onopgeloste mysteries met betrekking tot de eigenaardigheden van de interactie van hormonen en andere verbindingen.
