Gli ormoni agiscono come elementi integrativi che collegano vari meccanismi regolatori e processi metabolici negli organi. Svolgono il ruolo di intermediari chimici che assicurano il trasferimento dei segnali che si verificano in diversi organi e nel sistema nervoso centrale. Le cellule rispondono in modo diverso agli ormoni.
Attraverso il sistema dell'adenilato ciclasi, gli elementi influenzano la velocità dei processi biochimici nella cellula bersaglio. Considera questo sistema in dettaglio.
Effetto fisiologico
La risposta delle cellule all'azione degli ormoni dipende dalla sua struttura chimica, così come dal tipo di cellula che colpisce.
La concentrazione di ormoni nel sangue è piuttosto bassa. Per innescare il meccanismo di attivazione dell'enzima con la partecipazione del sistema dell'adenilato ciclasi, questi devono essere riconosciuti e quindi associati a recettori - proteine speciali ad alta specificità.
L'effetto fisiologico è determinato da vari fattori, ad esempio la concentrazione dell'ormone. È determinato dalla velocitàinattivazione durante il decadimento, che si verifica principalmente nel fegato, e la velocità della sua escrezione insieme ai metaboliti. L'effetto fisiologico dipende dal grado di affinità dell'ormone per le proteine di trasporto. Gli elementi tiroidei e steroidei si muovono lungo il flusso sanguigno insieme alle proteine. Anche il numero e il tipo di recettori sulle cellule bersaglio sono fattori determinanti.
Segnali stimolanti
I processi di sintesi e secrezione degli ormoni sono stimolati da impulsi interni ed esterni diretti al sistema nervoso centrale. I neuroni portano questi segnali all'ipotalamo. Qui, grazie a loro, viene stimolata la sintesi di statine e liberine (ormoni di rilascio dei peptidi). A loro volta, inibiscono (sopprimono) o stimolano la sintesi e la secrezione di elementi nella ghiandola pituitaria anteriore. Questi componenti chimici sono chiamati tripli ormoni. Stimolano la produzione e la secrezione di elementi nelle ghiandole endocrine periferiche.
Segni di ormoni
Come altre molecole di segnalazione, questi elementi condividono una serie di caratteristiche comuni. Ormoni:
- Escreto dalle cellule che li producono nello spazio extracellulare.
- Non utilizzato come fonte di energia.
- Non sono elementi strutturali delle cellule.
- Avere la capacità di stabilire una relazione specifica con le cellule che hanno recettori specifici per un particolare ormone.
- Differiscono nell'elevata attività biologica. Anche a piccole concentrazioni, gli ormoni possono influenzare efficacemente le cellule.
Celle target
La loro interazione con gli ormoni è fornita da speciali proteine recettoriali. Si trovano sulla membrana esterna, nel citoplasma, sulla membrana nucleare e altri organelli.
Ci sono due domini (siti) in ogni proteina recettore. A causa di loro, le funzioni sono implementate:
- Riconoscimento ormonale.
- Trasformazione e trasmissione dell'impulso ricevuto alla cellula.
Caratteristiche dei recettori
In uno dei domini proteici c'è un sito che è complementare (reciprocamente complementare) a qualche elemento della molecola segnale. Il legame del recettore ad esso è simile al processo di formazione del complesso enzima-substrato ed è determinato dalla costante di affinità.
La maggior parte dei recettori non è attualmente ben compresa. Ciò è dovuto alla complessità del loro isolamento e purificazione, nonché al contenuto estremamente basso di ciascun tipo di recettore nelle cellule. Tuttavia, è noto che l'interazione degli ormoni con i recettori è di natura fisico-chimica. tra di loro si formano legami idrofobici ed elettrostatici.
L'interazione di un ormone e di un recettore è accompagnata da cambiamenti conformazionali in quest'ultimo. Di conseguenza, viene attivato il complesso della molecola segnale con il recettore. Essendo in uno stato attivo, è in grado di provocare una specifica risposta intracellulare al segnale in ingresso. Quando la sintesi o la capacità dei recettori di interagire con le molecole di segnalazione è compromessa, compaiono malattie: disturbi endocrini.
Potrebbero essere correlati a:
- Mancanza di sintesi.
- Cambiamenti nella struttura delle proteine recettoriali (disturbi genetici).
- Bloccando i recettori con gli anticorpi.
Tipi di interazione
Differiscono a seconda della struttura della molecola dell'ormone. Se è lipofilo, è in grado di penetrare lo strato lipidico nella membrana esterna dei bersagli. Un esempio sono gli ormoni steroidei. Se la dimensione della molecola è significativa, non può penetrare nella cellula. Di conseguenza, i recettori per gli ormoni lipofili si trovano all'interno dei bersagli e per gli ormoni idrofili - all'esterno, sulla membrana esterna.
Secondi intermediari
Ottenere una risposta a un segnale ormonale da molecole idrofile è fornito dal meccanismo intracellulare di trasmissione dell'impulso. Funziona attraverso i cosiddetti secondi intermediari. Al contrario, le molecole ormonali hanno una forma abbastanza diversa.
Nucleotidi ciclici (cGMP e cAMP), calmodulina (proteina legante il calcio), ioni calcio, inositolo trifosfato, enzimi coinvolti nella sintesi dei nucleotidi ciclici e fosforilazione proteica agiscono come "secondi messaggeri".
L'azione degli ormoni attraverso il sistema dell'adenilato ciclasi
Ci sono 2 modi principali per trasmettere un impulso alle cellule bersaglio dagli elementi del segnale:
- Sistema adenilato ceclasi (guanilato ciclasi).
- Meccanismo del fosfoinositide.
Lo schema d'azione degli ormoni attraverso il sistema dell'adenilato ciclasi comprende: proteina G, protein chinasi,proteina recettore, guanosina trifosfato, enzima adenilato ceclasi. Oltre a queste sostanze, l'ATP è anche necessario per il normale funzionamento del sistema.
Recettore, la proteina G, vicino alla quale si trovano GTP e adenilato ciclasi, sono incorporati nella membrana cellulare. Questi elementi sono in uno stato dissociato. Dopo la formazione del complesso della molecola segnale e della proteina recettore, la conformazione della proteina G cambia. Di conseguenza, una delle sue subunità acquisisce la capacità di interagire con GTP.
Il complesso formato "proteina G + GTP" attiva l'adenilato ciclasi. Lei, a sua volta, inizia a trasformare le molecole di ATP in cAMP. È in grado di attivare enzimi specifici - protein chinasi. A causa di ciò, vengono catalizzate le reazioni di fosforilazione di varie molecole proteiche con la partecipazione di ATP. La composizione delle proteine include allo stesso tempo i resti di acido fosforico.
A causa del meccanismo d'azione degli ormoni nel sistema dell'adenilato ciclasi, l'attività della proteina fosforilata cambia. In diversi tipi di cellule sono interessate proteine di diversa attività funzionale: molecole nucleari o di membrana, nonché enzimi. Come risultato della fosforilazione, le proteine possono diventare funzionalmente attive o inattive.
Sistema adenilato ciclasi: biochimica
A causa delle interazioni sopra descritte, la velocità dei processi biochimici nell'obiettivo cambia.
Bisogna dire della durata insignificante dell'attivazione del sistema dell'adenilato ciclasi. La brevità è dovuta al fatto che la proteina G, dopo essersi legata all'enzimaInizia ad apparire l'attività GTPase. Ripristina la conformazione dopo l'idrolisi del GTP e cessa di agire sull'adenilato ciclasi. Questo porta alla fine della reazione di formazione del cAMP.
Inibizione
Oltre ai partecipanti diretti allo schema del sistema dell'adenilato ciclasi, in alcuni bersagli sono presenti recettori associati alle molecole G, che portano all'inibizione dell'enzima. L'adenilaceteclasi è inibita dal complesso "GTP + proteina G".
Quando la produzione di cAMP si interrompe, la fosforilazione non si interrompe immediatamente. Finché le molecole esistono, l'attivazione delle protein chinasi continuerà. Per fermare l'azione del cAMP, le cellule usano un enzima speciale: la fosfodiesterasi. Catalizza l'idrolisi di 3', 5'-ciclo-AMP in AMP.
Alcuni composti che hanno un effetto inibitorio sulla fosfodiesterasi (ad esempio, teofillina, caffeina) aiutano a mantenere e aumentare la concentrazione di ciclo-AMP. Sotto l'influenza di queste sostanze, la durata dell'attivazione del sistema messaggero dell'adenilato ciclasi. In altre parole, l'azione dell'ormone è potenziata.
Inositolo trifosfato
Oltre al sistema di trasduzione del segnale dell'adenilato ciclasi, esiste un altro meccanismo di trasduzione del segnale. Coinvolge ioni calcio e inositolo trifosfato. Quest'ultimo è una sostanza derivata dall'inositolo fosfatide (un lipide complesso).
L'inositolo trifosfato si forma sotto l'influenza della fosfolipasi "C", uno speciale enzima che viene attivato durante i cambiamenti conformazionali nel dominio intracellularerecettore della membrana cellulare.
A causa dell'azione di questo enzima, il legame fosfoestere della molecola di fosfatidil-inositolo-4,5-bisfosfato viene idrolizzato. Di conseguenza, si formano inositolo trifosfato e diacilglicerolo. La loro formazione porta, a sua volta, ad un aumento del contenuto di calcio ionizzato nella cellula. Ciò contribuisce all'attivazione di varie molecole proteiche dipendenti dal calcio, comprese le protein chinasi.
In questo caso, come con il lancio del sistema dell'adenilato ciclasi, la fosforilazione proteica agisce come uno degli stadi di trasmissione dell'impulso all'interno della cellula. Porta ad una risposta fisiologica della cellula all'effetto dell'ormone.
Elemento di collegamento
Una proteina speciale, la calmodulina, è coinvolta nel funzionamento del meccanismo del fosfoinositide. Un terzo della sua composizione è formato da amminoacidi carichi negativamente (Asp, Glu). A questo proposito è in grado di legare attivamente Ca+2.
Ci sono 4 siti di legame in una molecola di calmodulina. Come risultato dell'interazione con Ca + 2, nella molecola di calmodulina iniziano i cambiamenti conformazionali. Di conseguenza, il complesso Ca + 2-calmodulina acquisisce la capacità di regolare l'attività di molti enzimi: fosfodiesterasi, adenilato ciclasi, Ca + 2, Mg + 2 - ATPasi, nonché varie protein chinasi.
Sfumature
In diverse cellule, sotto l'influenza del complesso Ca + 2-calmodulina sugli isoenzimi di un enzima (ad esempio sull'adenilato ciclasi di vario tipo), in un caso si osserverà l'attivazione e nell' altro - inibizione della formazione di cAMP. Ciò è dovuto al fatto che i centri allosterici negli isoenzimipossono includere diversi radicali aminoacidici. Di conseguenza, la loro reazione all'impatto del complesso sarà diversa.
Extra
Come puoi vedere, i "secondi messaggeri" sono coinvolti nel sistema dell'adenilato ciclasi e nei processi sopra descritti. Quando il meccanismo del fosfoinositide funziona, sono:
- Nucleotidi ciclici. Come nel sistema adenilato ciclasi, sono c-GMP e c-AMP.
- Ioni di calcio.
- Complesso Sa-calmodulina.
- Diacilglicerolo.
- Inositolo trifosfato. Questo elemento è anche coinvolto nella trasduzione del segnale nel sistema dell'adenilato ciclasi.
I meccanismi di segnalazione delle molecole ormonali all'interno di bersagli che coinvolgono i mediatori di cui sopra hanno diverse caratteristiche comuni:
- Uno degli stadi del trasferimento delle informazioni è il processo di fosforilazione delle proteine.
- L'attivazione si interrompe sotto l'influenza di meccanismi speciali. Sono avviati dagli stessi partecipanti al processo (sotto l'influenza di meccanismi di feedback negativo).
Conclusione
Gli ormoni agiscono come i principali regolatori umorali delle funzioni fisiologiche del corpo. Sono prodotti nelle ghiandole endocrine o prodotti da specifiche cellule endocrine. Gli ormoni vengono rilasciati nella linfa, nel sangue e hanno un effetto a distanza (endocrino) sulle cellule bersaglio.
Attualmente, le proprietà di queste molecoleabbastanza ben studiato. Sono noti i processi della loro biosintesi, nonché i principali meccanismi di influenza sul corpo. Tuttavia, ci sono ancora molti misteri irrisolti legati alle peculiarità dell'interazione di ormoni e altri composti.
