הורמונים פועלים כאלמנטים משלבים המקשרים בין מנגנוני ויסות שונים ותהליכים מטבוליים באיברים. הם ממלאים את התפקיד של מתווכים כימיים המבטיחים העברת אותות המתרחשים באיברים שונים ובמערכת העצבים המרכזית. תאים מגיבים אחרת להורמונים.
דרך מערכת האדנילאט ציקלאז, היסודות משפיעים על קצב התהליכים הביוכימיים בתא המטרה. שקול מערכת זו בפירוט.
אפקט פיזיולוגי
תגובת התאים לפעולת ההורמונים תלויה במבנה הכימי שלו, כמו גם בסוג התא שהוא משפיע.
ריכוז ההורמונים בדם נמוך למדי. כדי להפעיל את מנגנון ההפעלה של האנזים בהשתתפות מערכת ה-adenylate cyclase, יש לזהות אותם ולאחר מכן לשייך אותם לקולטנים - חלבונים מיוחדים בעלי סגוליות גבוהה.
ההשפעה הפיזיולוגית נקבעת על ידי גורמים שונים, למשל, ריכוז ההורמון. זה נקבע לפי המהירותחוסר פעילות במהלך ריקבון, המתרחש בעיקר בכבד, וקצב הפרשתו יחד עם מטבוליטים. ההשפעה הפיזיולוגית תלויה במידת הזיקה של ההורמון לחלבוני נשא. אלמנטים של בלוטת התריס וסטרואידים נעים לאורך זרם הדם יחד עם חלבונים. מספר וסוג הקולטנים בתאי המטרה הם גם גורמים קובעים.
אותות מעוררים
תהליכי הסינתזה וההפרשה של הורמונים מעוררים על ידי דחפים פנימיים וחיצוניים המופנים למערכת העצבים המרכזית. נוירונים נושאים אותות אלה אל ההיפותלמוס. כאן, בזכותם, מעוררת סינתזה של סטטינים וליברינים (הורמונים משחררי פפטיד). הם, בתורם, מעכבים (מדכאים) או מגרים את הסינתזה וההפרשה של אלמנטים בבלוטת יותרת המוח הקדמית. רכיבים כימיים אלו נקראים הורמונים משולשים. הם ממריצים את הייצור וההפרשה של יסודות בבלוטות האנדוקריניות ההיקפיות.
סימנים של הורמונים
כמו מולקולות איתות אחרות, אלמנטים אלה חולקים מספר תכונות משותפות. הורמונים:
- מופרש מהתאים שמייצרים אותם לתוך המרחב החוץ-תאי.
- לא משמש כמקור אנרגיה.
- הם אינם אלמנטים מבניים של תאים.
- יש את היכולת ליצור קשר ספציפי עם תאים שיש להם קולטנים ספציפיים להורמון מסוים.
- שונים בפעילות ביולוגית גבוהה. אפילו בריכוזים קטנים, הורמונים יכולים להשפיע ביעילות על התאים.
תאי יעד
האינטראקציה שלהם עם הורמונים מסופקת על ידי חלבוני קולטן מיוחדים. הם נמצאים על הממברנה החיצונית, בציטופלזמה, על הממברנה הגרעינית ואברונים אחרים.
יש שני תחומים (אתרים) בכל חלבון קולטן. בזכותם, הפונקציות מיושמות:
- זיהוי הורמונים.
- טרנספורמציה ושידור של הדחף המתקבל לתא.
תכונות של קולטנים
באחד מתחומי החלבון יש אתר שהוא משלים (משלים הדדי) לאלמנט כלשהו של מולקולת האות. הקישור של הקולטן אליו דומה לתהליך היווצרות קומפלקס האנזים-סובסטרט והוא נקבע על פי קבוע הזיקה.
רוב הקולטנים כרגע אינם מובנים היטב. הסיבה לכך היא מורכבות הבידוד והטיהור שלהם, כמו גם התכולה הנמוכה ביותר של כל סוג של קולטן בתאים. עם זאת, ידוע כי האינטראקציה של הורמונים עם קולטנים היא בעלת אופי פיזיקוכימי. נוצרים ביניהם קשרים הידרופוביים ואלקטרוסטטיים.
האינטראקציה של הורמון וקולטן מלווה בשינויים קונפורמטיביים אצל האחרון. כתוצאה מכך, הקומפלקס של מולקולת האות עם הקולטן מופעל. בהיותו במצב פעיל, הוא מסוגל לעורר תגובה תוך תאית ספציפית לאות הנכנס. כאשר הסינתזה או היכולת של קולטנים ליצור אינטראקציה עם מולקולות איתות נפגעות, מופיעות מחלות - הפרעות אנדוקריניות.
ייתכן שהם קשורים ל:
- חוסר סינתזה.
- שינויים במבנה של חלבוני קולטן (הפרעות גנטיות).
- חסימת קולטנים עם נוגדנים.
סוגי אינטראקציה
הם שונים בהתאם למבנה של מולקולת ההורמון. אם הוא ליפופילי, הוא מסוגל לחדור לשכבת השומנים בקרום החיצוני של המטרות. דוגמה לכך היא הורמונים סטרואידים. אם גודל המולקולה משמעותי, היא לא יכולה לחדור לתוך התא. בהתאם לכך, קולטנים להורמונים ליפופיליים ממוקמים בתוך המטרות, ולהורמונים הידרופיליים - בחוץ, על הממברנה החיצונית.
מתווכים שניים
קבלת תגובה לאות הורמונלי ממולקולות הידרופיליות מסופקת על ידי המנגנון התוך תאי של העברת דחפים. זה פועל באמצעות מה שנקרא מתווכים שניים. לעומת זאת, מולקולות ההורמונים מגוונות למדי בצורתן.
נוקלאוטידים מחזוריים (cGMP ו-cAMP), קלמודולין (חלבון קושר סידן), יוני סידן, אינוזיטול טריפוספט, אנזימים המעורבים בסינתזה של נוקלאוטידים מחזוריים וזרחון חלבון פועלים כ"שליחים שניים".
פעולת ההורמונים דרך מערכת האדנילאט ציקלאז
ישנן 2 דרכים עיקריות לשדר דחף לתאי מטרה ממרכיבי אות:
- Adenylate ceclase (guanylate cyclase) system.
- מנגנון Phosphoinositeide.
סכימת הפעולה של הורמונים דרך מערכת ה-adenylate cyclase כוללת: חלבון G, חלבון קינאז,חלבון קולטן, גואנוזין טריפוספט, אנזים אדנילט צקלאז. בנוסף לחומרים אלו, ATP נחוץ גם לתפקוד תקין של המערכת.
רצפטור, חלבון G, שלידו נמצאים GTP ו-adenylate cyclase, מובנים בקרום התא. אלמנטים אלה נמצאים במצב מנותק. לאחר היווצרות הקומפלקס של מולקולת האות וחלבון הקולטן, הקונפורמציה של חלבון G משתנה. כתוצאה מכך, אחת מיחידות המשנה שלה רוכשת את היכולת ליצור אינטראקציה עם GTP.
הקומפלקס שנוצר "G protein + GTP" מפעיל את adenylate cyclase. היא, בתורה, מתחילה להפוך מולקולות ATP ל-cAMP. הוא מסוגל להפעיל אנזימים ספציפיים - חלבון קינאז. בשל כך, התגובות של זרחון של מולקולות חלבון שונות בהשתתפות ATP מזורזות. הרכב החלבונים בו זמנית כולל שאריות של חומצה זרחתית.
עקב מנגנון הפעולה של ההורמונים במערכת האדנילט ציקלאז, פעילות החלבון הפוספוריל משתנה. בסוגים שונים של תאים מושפעים חלבונים בעלי פעילות תפקודית שונה: מולקולות גרעיניות או ממברנות, וכן אנזימים. כתוצאה מזרחון, חלבונים יכולים להיות פעילים או בלתי פעילים מבחינה תפקודית.
Adenylate cyclase system: biochemistry
עקב האינטראקציות שתוארו לעיל, קצב התהליכים הביוכימיים ביעד משתנה.
יש צורך לומר על משך הזמן הלא משמעותי של ההפעלה של מערכת האדנילט ציקלאז. הקיצור נובע מכך שחלבון ה-G, לאחר התקשרות לאנזיםפעילות GTPase מתחילה להופיע. זה משחזר את הקונפורמציה לאחר הידרוליזה של GTP ומפסיק לפעול על אדנילט ציקלאז. זה מוביל להפסקת תגובת היווצרות cAMP.
Inhibition
בנוסף למשתתפים הישירים בסכימה של מערכת ה-adenylate cyclase, בחלק מהמטרות ישנם קולטנים הקשורים למולקולות G, מה שמוביל לעיכוב של האנזים. Adenylaceteclase מעוכב על ידי קומפלקס "GTP + G protein".
כאשר ייצור cAMP נפסק, הזרחון אינו מפסיק מיד. כל עוד המולקולות קיימות, ההפעלה של קינאזות חלבון תימשך. כדי לעצור את פעולת cAMP, תאים משתמשים באנזים מיוחד - פוספודיאסטראז. זה מזרז את ההידרוליזה של 3', 5'-cyclo-AMP ל-AMP.
כמה תרכובות בעלות השפעה מעכבת על פוספודיאסטראז (לדוגמה, תיאופילין, קפאין) עוזרות לשמור ולהגביר את הריכוז של cyclo-AMP. בהשפעת חומרים אלה, משך ההפעלה של מערכת השליחים אדנילט ציקלאז. במילים אחרות, פעולת ההורמון מוגברת.
Inositol triphosphate
מלבד מערכת העברת האותות של אדנילאט ציקלאז, קיים מנגנון נוסף להעברת אותות. זה כולל יוני סידן ואינוזיטול טריפוספט. האחרון הוא חומר המופק מאינוזיטול פוספטיד (ליפיד מורכב).
אינוזיטול טריפוספט נוצר בהשפעת פוספוליפאז "C", אנזים מיוחד המופעל במהלך שינויים קונפורמטיביים בתחום התוך-תאיקולטן קרום התא.
עקב פעולתו של אנזים זה, הקשר הפוספואסטר של מולקולת הפוספטידיל-אינוזיטול-4,5-ביספוספט עובר הידרוליזה. כתוצאה מכך, אינוזיטול טריפוספט ודיאצילגליצרול נוצרים. היווצרותם מובילה, בתורה, לעלייה בתכולת הסידן המיונן בתא. זה תורם להפעלה של מולקולות חלבון שונות תלויות סידן, כולל קינאזות חלבון.
במקרה זה, כמו עם השקת מערכת האדנילאט ציקלאז, זרחון חלבון פועל כאחד משלבי העברת הדחפים בתוך התא. זה מוביל לתגובה פיזיולוגית של התא להשפעת ההורמון.
רכיב מקשר
חלבון מיוחד, קלמודולין, מעורב בתפקודו של מנגנון הפוספואינוזיטיד. שליש מהרכבו נוצר על ידי חומצות אמינו טעונות שלילי (Asp, Glu). בהקשר זה, הוא מסוגל לקשור באופן פעיל את Ca+2.
יש 4 אתרי קישור במולקולת קלמודולין אחת. כתוצאה מאינטראקציה עם Ca + 2, מתחילים שינויים קונפורמטיביים במולקולת הקלמודולין. כתוצאה מכך, הקומפלקס Ca + 2-calmodulin רוכש את היכולת לווסת את פעילותם של אנזימים רבים: פוספודיאסטראז, adenylate cyclase, Ca + 2, Mg + 2 - ATPase, וכן קינאזות חלבון שונות.
ניואנסים
בתאים שונים, בהשפעת קומפלקס Ca + 2-calmodulin על האיזואנזימים של אנזים אחד (למשל, על אדנילט ציקלאז מסוגים שונים), במקרה אחד תיבחן הפעלה, ובמקרה השני. - עיכוב יצירת cAMP. זאת בשל העובדה כי אלוסטרי מרכזים איזואנזימיםעשוי לכלול רדיקלים שונים של חומצות אמינו. בהתאם, תגובתם להשפעת המתחם תהיה שונה.
Extra
כפי שאתה יכול לראות, "שליחים שניים" מעורבים במערכת האדנילאט cyclase ובתהליכים שתוארו לעיל. כאשר מנגנון הפוספואינוזיטיד פועל, הם:
- נוקלאוטידים מחזוריים. כמו במערכת האדנילאט ציקלאז, הם c-GMP ו-c-AMP.
- יוני סידן.
- Sa-calmodulin complex.
- דיאצילגליצרול.
- אינוזיטול טריפוספט. אלמנט זה מעורב גם בהעברת אותות במערכת האדנילט ציקלאז.
למנגנוני האיתות ממולקולות הורמונים בתוך מטרות הכוללות את המתווכים לעיל יש כמה תכונות משותפות:
- אחד משלבי העברת המידע הוא תהליך זרחון חלבון.
- ההפעלה נעצרת בהשפעת מנגנונים מיוחדים. הם מושקים על ידי משתתפי התהליך עצמם (בהשפעת מנגנוני משוב שלילי).
מסקנה
הורמונים פועלים כמווסתי ההומור העיקריים של תפקודים פיזיולוגיים בגוף. הם מיוצרים בבלוטות האנדוקריניות או מיוצרים על ידי תאים אנדוקריניים ספציפיים. הורמונים משתחררים אל הלימפה, הדם ויש להם השפעה מרוחקת (אנדוקרינית) על תאי המטרה.
כיום, המאפיינים של מולקולות אלהלמד מספיק טוב. תהליכי הביוסינתזה שלהם ידועים, כמו גם מנגנוני ההשפעה העיקריים על הגוף. עם זאת, יש עדיין הרבה תעלומות בלתי פתורות הקשורות למוזרויות של האינטראקציה של הורמונים ותרכובות אחרות.