Hormone wirken als integrierende Elemente, die verschiedene Regulationsmechanismen und Stoffwechselvorgänge in Organen verbinden. Sie spielen die Rolle von chemischen Vermittlern, die die Übertragung von Signalen sicherstellen, die in verschiedenen Organen und im zentralen Nervensystem auftreten. Zellen reagieren unterschiedlich auf Hormone.
Durch das Adenylatcyclase-System beeinflussen die Elemente die Geschwindigkeit biochemischer Prozesse in der Zielzelle. Betrachten Sie dieses System im Detail.
Physiologische Wirkung
Die Reaktion von Zellen auf die Wirkung von Hormonen hängt von ihrer chemischen Struktur sowie von der Art der Zelle ab, auf die sie wirkt.
Die Hormonkonzentration im Blut ist ziemlich niedrig. Um den Aktivierungsmechanismus des Enzyms unter Beteiligung des Adenylatcyclase-Systems auszulösen, müssen sie erkannt und dann mit Rezeptoren – speziellen Proteinen mit hoher Spezifität – assoziiert werden.
Die physiologische Wirkung wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, zum Beispiel die Konzentration des Hormons. Sie wird durch die Geschwindigkeit bestimmtInaktivierung während des Zerfalls, der hauptsächlich in der Leber auftritt, und die Rate seiner Ausscheidung zusammen mit Metaboliten. Die physiologische Wirkung hängt vom Grad der Affinität des Hormons zu Trägerproteinen ab. Schilddrüsen- und Steroidelemente bewegen sich zusammen mit Proteinen durch den Blutkreislauf. Auch die Anzahl und Art der Rezeptoren auf den Zielzellen sind entscheidende Faktoren.
Stimulierende Signale
Die Prozesse der Synthese und Sekretion von Hormonen werden durch innere und äußere Impulse stimuliert, die auf das Zentralnervensystem gerichtet sind. Neuronen leiten diese Signale an den Hypothalamus weiter. Hier wird durch sie die Synthese von Statinen und Liberninen (Peptid-Releasing-Hormonen) stimuliert. Sie wiederum hemmen (unterdrücken) oder stimulieren die Synthese und Sekretion von Elementen im Hypophysenvorderlappen. Diese chemischen Komponenten werden Dreifachhormone genannt. Sie stimulieren die Produktion und Sekretion von Elementen in den peripheren endokrinen Drüsen.
Anzeichen von Hormonen
Wie andere Signalmoleküle haben auch diese Elemente eine Reihe gemeinsamer Merkmale. Hormone:
- Wird von den Zellen, die sie produzieren, in den extrazellulären Raum ausgeschieden.
- Nicht als Energiequelle genutzt.
- Sie sind keine Strukturelemente von Zellen.
- Haben die Fähigkeit, eine spezifische Beziehung zu Zellen aufzubauen, die spezifische Rezeptoren für ein bestimmtes Hormon haben.
- Unterscheiden sich in hoher biologischer Aktivität. Selbst in geringen Konzentrationen können Hormone Zellen wirksam beeinflussen.
Zielzellen
Ihre Interaktion mit Hormonen wird durch spezielle Rezeptorproteine gewährleistet. Sie befinden sich auf der äußeren Membran, im Zytoplasma, auf der Kernmembran und anderen Organellen.
In jedem Rezeptorprotein gibt es zwei Domänen (Stellen). Durch sie werden die Funktionen implementiert:
- Hormonerkennung.
- Umwandlung und Weiterleitung des empfangenen Impulses an die Zelle.
Eigenschaften von Rezeptoren
In einer der Proteindomänen gibt es eine Stelle, die komplementär (gegenseitig komplementär) zu einem Element des Signalmoleküls ist. Die Bindung des Rezeptors daran ähnelt dem Prozess der Bildung des Enzym-Substrat-Komplexes und wird durch die Affinitätskonstante bestimmt.
Die meisten Rezeptoren sind derzeit nicht gut verstanden. Dies liegt an der Komplexität ihrer Isolierung und Reinigung sowie an dem extrem niedrigen Geh alt jedes Rezeptortyps in den Zellen. Es ist jedoch bekannt, dass die Wechselwirkung von Hormonen mit Rezeptoren physikalisch-chemischer Natur ist. Zwischen ihnen bilden sich hydrophobe und elektrostatische Bindungen.
Die Wechselwirkung eines Hormons und eines Rezeptors wird von Konformationsänderungen des letzteren begleitet. Dadurch wird der Komplex des Signalmoleküls mit dem Rezeptor aktiviert. In einem aktiven Zustand ist es in der Lage, eine spezifische intrazelluläre Reaktion auf das eingehende Signal hervorzurufen. Wenn die Synthese oder die Fähigkeit von Rezeptoren, mit Signalmolekülen zu interagieren, beeinträchtigt ist, treten Krankheiten auf - endokrine Störungen.
Sie könnten verwandt sein mit:
- Mangel an Synthese.
- Änderungen in der Struktur von Rezeptorproteinen (genetische Störungen).
- Blockierung von Rezeptoren mit Antikörpern.
Interaktionstypen
Sie unterscheiden sich je nach Struktur des Hormonmoleküls. Wenn es lipophil ist, kann es die Lipidschicht in der äußeren Membran der Zielmoleküle durchdringen. Ein Beispiel sind Steroidhormone. Wenn die Größe des Moleküls signifikant ist, kann es nicht in die Zelle eindringen. Dementsprechend befinden sich Rezeptoren für lipophile Hormone innerhalb der Targets und für hydrophile Hormone außerhalb, auf der äußeren Membran.
Zweite Vermittler
Das Erh alten einer Reaktion auf ein hormonelles Signal von hydrophilen Molekülen wird durch den intrazellulären Mechanismus der Impulsübertragung bereitgestellt. Es funktioniert über die sogenannten zweiten Vermittler. Im Gegensatz dazu sind Hormonmoleküle sehr unterschiedlich in ihrer Form.
Zyklische Nukleotide (cGMP und cAMP), Calmodulin (kalziumbindendes Protein), Calciumionen, Inosittriphosphat, Enzyme, die an der Synthese zyklischer Nukleotide und der Proteinphosphorylierung beteiligt sind, wirken als "Second Messenger".
Die Wirkung von Hormonen durch das Adenylatcyclase-System
Es gibt zwei Möglichkeiten, einen Impuls von Signalelementen an Zielzellen zu übertragen:
- Adenylat-Ceclase (Guanylatcyclase)-System.
- Phosphoinositid-Mechanismus.
Das Wirkungsschema von Hormonen durch das Adenylatcyclase-System umfasst: G-Protein, Proteinkinasen,Rezeptorprotein, Guanosintriphosphat, Adenylat-Ceclase-Enzym. Neben diesen Substanzen ist auch ATP für das normale Funktionieren des Systems notwendig.
Rezeptor, G-Protein, in dessen Nähe sich GTP und Adenylatcyclase befinden, sind in die Zellmembran eingebaut. Diese Elemente befinden sich in einem dissoziierten Zustand. Nach Bildung des Komplexes aus Signalmolekül und Rezeptorprotein ändert sich die Konformation des G-Proteins. Als Ergebnis erwirbt eine seiner Untereinheiten die Fähigkeit, mit GTP zu interagieren.
Der gebildete Komplex „G-Protein + GTP“aktiviert die Adenylatcyclase. Sie wiederum beginnt, ATP-Moleküle in cAMP umzuwandeln. Es ist in der Lage, bestimmte Enzyme - Proteinkinasen - zu aktivieren. Dadurch werden die Reaktionen der Phosphorylierung verschiedener Proteinmoleküle unter Beteiligung von ATP katalysiert. Die Zusammensetzung von Proteinen enthält gleichzeitig die Reste von Phosphorsäure.
Aufgrund des Wirkmechanismus von Hormonen im Adenylatcyclase-System verändert sich die Aktivität des phosphorylierten Proteins. In verschiedenen Zelltypen sind Proteine mit unterschiedlicher funktioneller Aktivität betroffen: Kern- oder Membranmoleküle sowie Enzyme. Als Ergebnis der Phosphorylierung können Proteine funktionell aktiv oder inaktiv werden.
Adenylatcyclase-System: Biochemie
Aufgrund der oben beschriebenen Wechselwirkungen ändert sich die Geschwindigkeit biochemischer Prozesse im Target.
Es ist notwendig, über die unbedeutende Dauer der Aktivierung des Systems Adenylatcyclase zu sprechen. Die Kürze ist darauf zurückzuführen, dass das G-Protein nach der Bindung an das EnzymDie GTPase-Aktivität beginnt zu erscheinen. Es stellt die Konformation nach der GTP-Hydrolyse wieder her und hört auf, auf die Adenylatcyclase einzuwirken. Dies führt zum Abbruch der cAMP-Bildungsreaktion.
Hemmung
Zusätzlich zu den direkten Teilnehmern am Schema des Adenylatcyclase-Systems gibt es in einigen Targets Rezeptoren, die mit G-Molekülen assoziiert sind, was zu einer Hemmung des Enzyms führt. Adenylaceteclase wird durch den "GTP + G-Protein"-Komplex gehemmt.
Wenn die cAMP-Produktion aufhört, hört die Phosphorylierung nicht sofort auf. Solange die Moleküle existieren, wird die Aktivierung von Proteinkinasen fortgesetzt. Um die Wirkung von cAMP zu stoppen, verwenden Zellen ein spezielles Enzym - Phosphodiesterase. Es katalysiert die Hydrolyse von 3',5'-Cyclo-AMP zu AMP.
Einige Verbindungen, die eine hemmende Wirkung auf die Phosphodiesterase haben (z. B. Theophyllin, Koffein), tragen dazu bei, die Konzentration von Cyclo-AMP aufrechtzuerh alten und zu erhöhen. Unter dem Einfluss dieser Substanzen dauert die Aktivierung des Botensystems Adenylatzyklase an. Mit anderen Worten, die Wirkung des Hormons wird verstärkt.
Inosittriphosphat
Neben dem Adenylatcyclase-Sign altransduktions-System gibt es noch einen weiteren Sign altransduktions-Mechanismus. Es handelt sich um Calciumionen und Inosittriphosphat. Letzteres ist eine Substanz, die von Inositphosphatid (einem komplexen Lipid) abgeleitet ist.
Inositoltriphosphat wird unter dem Einfluss von Phospholipase „C“gebildet, einem speziellen Enzym, das bei Konformationsänderungen in der intrazellulären Domäne aktiviert wirdZellmembranrezeptor.
Durch die Wirkung dieses Enzyms wird die Phosphoesterbindung des Phosphatidyl-Inositol-4,5-Bisphosphat-Moleküls hydrolysiert. Als Ergebnis werden Inosittriphosphat und Diacylglycerin gebildet. Ihre Bildung führt wiederum zu einer Erhöhung des Geh alts an ionisiertem Calcium in der Zelle. Dies trägt zur Aktivierung verschiedener kalziumabhängiger Proteinmoleküle bei, einschließlich Proteinkinasen.
In diesem Fall fungiert, wie bei der Einführung des Adenylatcyclase-Systems, die Proteinphosphorylierung als eine der Stufen der Impulsübertragung innerhalb der Zelle. Es führt zu einer physiologischen Reaktion der Zelle auf die Wirkung des Hormons.
Verbindungselement
Ein spezielles Protein, Calmodulin, ist an der Funktion des Phosphoinositid-Mechanismus beteiligt. Ein Drittel seiner Zusammensetzung besteht aus negativ geladenen Aminosäuren (Asp, Glu). In dieser Hinsicht ist es in der Lage, Ca+2 aktiv zu binden.
Es gibt 4 Bindungsstellen in einem Calmodulin-Molekül. Als Ergebnis der Wechselwirkung mit Ca + 2 beginnen Konformationsänderungen im Calmodulin-Molekül. Dadurch erlangt der Ca + 2-Calmodulin-Komplex die Fähigkeit, die Aktivität vieler Enzyme zu regulieren: Phosphodiesterase, Adenylatcyclase, Ca + 2, Mg + 2 - ATPase sowie verschiedene Proteinkinasen.
Nuancen
In verschiedenen Zellen wird unter dem Einfluss des Ca + 2-Calmodulin-Komplexes auf die Isoenzyme eines Enzyms (z. B. auf Adenylatcyclase verschiedener Typen) in einem Fall eine Aktivierung beobachtet, in dem anderen - Hemmung der cAMP-Bildung. Dies liegt daran, dass allosterische Zentren in Isoenzymen vorhanden sindkann verschiedene Aminosäurereste umfassen. Dementsprechend wird ihre Reaktion auf die Auswirkungen des Komplexes unterschiedlich sein.
Extra
Wie Sie sehen können, sind "Second Messenger" am Adenylatcyclase-System und an den oben beschriebenen Prozessen beteiligt. Wenn der Phosphoinositid-Mechanismus funktioniert, sind dies:
- Zyklische Nukleotide. Wie im Adenylatcyclase-System sind dies c-GMP und c-AMP.
- Calciumionen.
- Sa-Calmodulin-Komplex.
- Diacylglycerol.
- Inosittriphosphat. Dieses Element ist auch an der Sign altransduktion im Adenylatcyclase-System beteiligt.
Die Signalmechanismen von Hormonmolekülen innerhalb von Targets, an denen die oben genannten Mediatoren beteiligt sind, haben mehrere gemeinsame Merkmale:
- Eine der Phasen der Informationsübertragung ist der Prozess der Proteinphosphorylierung.
- Aktivierung stoppt unter dem Einfluss spezieller Mechanismen. Sie werden von den Prozessbeteiligten selbst (unter dem Einfluss negativer Rückkopplungsmechanismen) ins Leben gerufen.
Schlussfolgerung
Hormone wirken als die wichtigsten humoralen Regulatoren physiologischer Funktionen im Körper. Sie werden in den endokrinen Drüsen oder von bestimmten endokrinen Zellen produziert. Hormone werden in die Lymphe und das Blut abgegeben und haben eine ferne (endokrine) Wirkung auf die Zielzellen.
Derzeit die Eigenschaften dieser Molekülegut genug studiert. Die Prozesse ihrer Biosynthese sind bekannt, ebenso wie die Hauptmechanismen der Beeinflussung des Körpers. Es gibt jedoch noch viele ungelöste Rätsel im Zusammenhang mit den Besonderheiten des Zusammenspiels von Hormonen und anderen Verbindungen.
