Як інтегруючих елементів, що зв'язують різні регуляторні механізми і процес метаболізму в органах, виступають гормони. Вони виконують роль хімічних посередників, що забезпечують перенесення сигналів, що виникають в різних органах і в ЦНС. Клітини по-різному відповідають на дія р ормонов. Через аденилатциклазную систему елементи впливають на швидкість біохімічних процесів у клітині мішеней. Розглянемо цю систему докладно.

Фізіологічний ефект

Відповідна реакція клітин на дію гормонів залежить від його хімічної будови, а також типу клітини, на яку він впливає. Концентрація гормонів у крові досить низька. Для запуску механізму активації ферменту з участю аденилатциклазной системи вони повинні розпізнаватися, а потім зв'язуватися з рецепторами – особливими білками, що відрізняються високою специфічністю.


Фізіологічний ефект визначається різними факторами, наприклад, концентрацією гормону. Вона визначається по швидкості його інактивації при розпаді, що протікає переважно в печінці, і швидкістю його виведення разом з метаболітами. Фізіологічний ефект залежить від ступеня спорідненості гормону до білків-переносників. Тиреоїдні і стероїдні елементи переміщуються по крові руслу спільно з білками. Визначальними факторами є також кількість і тип рецепторів на клітинах-мішенях.

Стимулюючі сигнали

Процеси синтезу і секреції гормонів стимулюються внутрішніми і зовнішніми імпульсами, спрямованими в ЦНС. По нейронах ці сигнали надходять у гіпоталамус. Тут за рахунок них стимулюється синтез статинів та либеринов (пептидних релізінг-гормонів). Вони, в свою чергу, інгібують (пригнічують або стимулюють синтез і секрецію елементів у передній частці гіпофіза. Ці хімічні компоненти називаються потрійними гормонами. Вони стимулюють вироблення і секрецію елементів в периферичних ендокринних залозах.

Ознаки гормонів

Як і інші сигнальні молекули, ці елементи мають низку спільних рис. Гормони:

Виділяються з клітин, що їх продукують, в позаклітинний простір.

Не використовуються як джерела енергії.

Не є структурними елементами клітин.

Володіють здатністю встановлювати специфічну взаємозв'язок з клітинами, що мають специфічні рецептори для конкретного гормону.

Відрізняються високою біологічною активністю. Навіть у незначних концентраціях гормони здатні ефективно впливати на клітини.

Клітини-мішені

Їх взаємодія з гормонами забезпечується спеціальними білками-рецепторами. Вони знаходяться на зовнішній мембрані, в цитоплазмі, на ядерній мембрані та інших органелах. У будь-якому білку-рецепторі є два домену (ділянки). За рахунок них реалізуються функції:

Впізнавання гормону.

Перетворення і передачі отриманого імпульсу в клітку.

Особливості рецепторів

В одному з доменів білка присутній ділянку, комплементарний (взаємодоповнюючий) якогось елемента сигнальної молекули. Зв'язування рецептора з нею схоже з процесом формування фермент-субстратного комплексу і визначається показником константи спорідненості.
Велика частина рецепторів на сьогоднішній день вивчена недостатньо. Це пов'язано зі складністю їх виділення та очищення, а також вкрай низьким вмістом в клітинах кожного типу рецепторів. Однак відомо, що взаємодія гормонів з рецепторами носить фізико-хімічний характер. між ними утворюються гідрофобні та електростатичні зв'язки. Взаємодія гормону і рецептора супроводжується конформационними змінами останнього. В результаті відбувається активація комплексу сигнальної молекули з рецептором. Перебуваючи в активному стані, він здатний провокувати специфічний внутрішньоклітинний відповідь на надійшов сигнал. При порушенні синтезу або здатності рецепторів взаємодіяти з сигнальними молекулами з'являються захворювання – порушення ендокринного характеру. Вони можуть бути пов'язані з:

Недостатністю синтезу.

Зміною структури білків-рецепторів (генетичні порушення).

Блокуванням рецепторів антитілами.

Типи взаємодії

Вони різняться в залежності від будови молекули гормону. Якщо вона липофильна, то здатна проникати крізь ліпідний шар у зовнішній мембрані мішеней. Прикладом є стероїдні гормони. Якщо ж розміри молекули значні, всередину клітини вона проникнути не може. Відповідно, рецептори для ліпофільних гормонів розташовані всередині мішеней, а для гідрофільних – зовні, на зовнішній мембрані.

"Другі посередники"

Отримання відповіді на гормональний сигнал від гідрофільних молекул забезпечується за рахунок внутрішньоклітинного механізму передачі імпульсу. Він функціонує за рахунок так званих друге посередників. На відміну від них, молекули гормонів дуже різноманітні за своєю формою. Як "друге посередників" виступають циклічні нуклеотиди (цГМФ і цАМФ), кальмодулін (кальцій-зв'язуючий білок), іони кальцію, инозитолтрифосфат, ферменти, які приймають участь в процесі синтезу циклічних нуклеотидів та фосфорилювання білків.

Дія гормонів через аденилатциклазную систему

Існує 2 основних способи передачі імпульсу до клітин-мішеней від сигнальних елементів:

Аденилатцеклазная (гуанилатциклазная) система.

Фосфоинозитидний механізм.

У схемою дії гормонів через аденилатциклазную систему беруть участь: G білок, протеїнкінази, білок-рецептор, гуанозинтрифосфат, фермент аденилатцеклаза. Крім цих речовин, для нормального функціонування системи необхідний і АТФ.
Рецептор, G білок, біля якого знаходяться ГТФ і аденилатциклаза, вбудовані в клітинну мембрану. Ці елементи знаходяться в диссоциированном стані. Після формування комплексу сигнальної молекули білка-рецептора конформація G білка змінюється. В результаті одна з його субодиниць набуває здатність взаємодіяти з ГТФ. Утворився комплекс "G білок + ГТФ" активує аденілатциклазу. Вона, у свою чергу, починає трансформувати молекули АТФ в цАМФ. Вона здатна активувати специфічні ферменти – протеїнкінази. За рахунок цього каталізуються реакції фосфорилювання різних білкових молекул з участю АТФ. В склад білків при цьому входять залишки фосфорної к-ти. За рахунок механізму дії гормонів у аденилатциклазной системі змінюється активність фосфорильованого білка. У різних типах клітин вплив виявляється на білки різної функціональної активності: ядерні або мембранні молекула, а також ферменти. В результаті фосфорилювання білки можуть стати функціонально активними або неактивними.

Аденилатциклазная система: біохімія

За рахунок взаємодій, описаних вище, змінюється швидкість біохімічних процесів в мішені. Необхідно сказати про незначної тривалості активації аденилатциклазной системи. Стислість обумовлена тим, що у G білка після зв'язування з ферментом починає проявлятися ГТФ-азна активність. Він відновлює конформацію після гідролізу ГТФ і перестає впливати на аденілатциклазу. Це призводить до припинення реакції утворення цАМФ.

Інгібування

Крім безпосередніх учасників схеми аденилатциклазной системи в окремих мішенях присутні рецептори, пов'язані з G молекулами, що призводять до гальмування ферменту. Аденилацтеклаза інгібується комплексом "GTP + G білок". При зупинці вироблення цАМФ фосфолирование припиняється не відразу. До тих пір, поки існують молекули, буде продовжуватися активація протеїнкіназ. Для припинення дії цАМФ клітини використовують спеціальний фермент – фосфодіестеразу. Він каталізує гідроліз 3',5'-цикло-АМФ до АМФ. Деякі сполуки, що чинять депресивну дію на фосфодіестеразу (наприклад, теофілін, кофеїн), сприяють збереженню та підвищенню концентрації цикло-АМФ. Під впливом цих речовин тривалість активації аденилатциклазной месенджерною системи . Іншими словами, дія гормону посилюється.

Инозитолтрифосфат

Крім аденилатциклазной системи трансдукції сигналу існує ще один механізм передачі сигналу. У ньому беруть участь іони кальцію і инозитолтрифосфат. Останній являє собою речовина, похідна від инозитфосфатида (складного ліпіду). Инозитолтрифосфат утворюється під впливом фосфоліпази "З", спеціального ферменту, який активується при конформаційних змін внутрішньоклітинного домен рецептора мембрани клітини. За рахунок дії цього ферменту гідролізується фосфоэфирная зв'язок молекули фосфатидил-інозитол-45-бисфосфата. У результаті формуються инозитолтрифосфат і диацилглицерин. Їх освіта призводить, у свою чергу, до підвищення вмісту іонізованого кальцію в клітині. Це сприяє активації різних кальцій-залежних білкових молекул, в числі яких і протеїнкінази. У цьому випадку, як і при запуску аденилатциклазной системи в якості одного з етапів передачі імпульсу всередині клітини виступає фосфорилювання білків. Воно призводить до фізіологічної реакції клітини на дію гормону.

Зв'язуючий елемент

У функціонуванні фосфоинозитидного механізму бере участь спеціальний білок – кальмодулін. Третину його складу утворюють негативно заряджені амінокислоти (Асп, Гли). У цьому зв'язку він здатний активно зв'язувати Са+2. В одній молекулі кальмодуліну присутній 4 зв'язують ділянки. У результаті взаємодії з Са+2 в молекулі кальмодуліну починаються конформаційні зміни. У підсумку комплекс "Са+2-кальмодулін" набуває здатність регулювати активність багатьох ферментів: фосфодіестерази, аденілатциклази, Са+2 Mg+2 - Атфази, а також різні протеїнкінази.

Нюанси

В різних клітинах під впливом комплексу "Са+2-кальмодулін" на ізоферменти одного ферменту (наприклад, на аденілатциклазу різних типів) в одному випадку буде спостерігатися активація, а в іншому – пригнічення утворення цАМФ. Це обумовлюється тим, що алостеричні центри в изоферментах можуть включати різні радикали амінокислот. Відповідно, їх реакція на вплив комплексу буде відрізнятися.

Додатково

Як видно, і в аденилатциклазной системі і в процесах, описаних вище, беруть участь "другі посередники". При функціонуванні фосфоинозитидного механізму як них виступають:

Циклічні нуклеотиди. Як і в аденилатциклазной системі ними є ц-ГМФ і ц-АМФ.

Іони кальцію.

Комплекс "Са-кальмодулін".

Диацилглицерин.

Инозитолтрифосфат. Цей елемент також бере участь у передачі сигналу в аденилатциклазной системі .

Механізми передачі сигналів від молекул гормонів всередині мішеней з участю наведених вище посередників володіють кількома спільними рисами:

В якості однієї з стадій передачі інформації виступає процес фосфорилювання білків.

Активація припиняється під впливом спеціальних механізмів. Їх запускають самі учасники процесів (під впливом механізмів негативного зворотного зв'язку).

Висновок

Гормони виступають в якості основних гуморальних регуляторів фізіологічних функцій в організмі. Вони виробляються в ендокринних залозах або продукуються специфічними ендокринними клітинами. Гормони виділяються в лімфу, кров та надають дистантне (ендокринні) вплив на клітини-мішені. В даний час властивості цих молекул досить добре вивчені. Відомі процеси їх біосинтезу, а також основні механізми впливу на організм. Проте залишається ще чимало нерозгаданих таємниць, пов'язаних з особливостями взаємодії гормонів і інших з'єднань.