ჰორმონები მოქმედებენ როგორც ინტეგრირებული ელემენტები, რომლებიც აკავშირებენ სხვადასხვა მარეგულირებელ მექანიზმებსა და ორგანოებში მეტაბოლურ პროცესებს. ისინი ასრულებენ ქიმიური შუამავლების როლს, რომლებიც უზრუნველყოფენ სიგნალების გადაცემას, რომლებიც ხდება სხვადასხვა ორგანოებსა და ცენტრალურ ნერვულ სისტემაში. უჯრედები განსხვავებულად რეაგირებენ ჰორმონებზე.
ადენილატციკლაზას სისტემის მეშვეობით ელემენტები გავლენას ახდენენ ბიოქიმიური პროცესების სიჩქარეზე სამიზნე უჯრედში. განვიხილოთ ეს სისტემა დეტალურად.
ფიზიოლოგიური ეფექტი
უჯრედების რეაქცია ჰორმონების მოქმედებაზე დამოკიდებულია მის ქიმიურ სტრუქტურაზე, ისევე როგორც უჯრედის ტიპზე, რომელსაც ის ახდენს გავლენას.
სისხლში ჰორმონების კონცენტრაცია საკმაოდ დაბალია. ფერმენტის აქტივაციის მექანიზმის გასააქტიურებლად ადენილატციკლაზას სისტემის მონაწილეობით, უნდა მოხდეს მათი ამოცნობა და შემდეგ ასოცირებული რეცეპტორებთან - სპეციალური პროტეინებით მაღალი სპეციფიკურობით.
ფიზიოლოგიურ ეფექტს განსაზღვრავს სხვადასხვა ფაქტორი, მაგალითად, ჰორმონის კონცენტრაცია. იგი განისაზღვრება სიჩქარითინაქტივაცია დაშლის დროს, ძირითადად ღვიძლში, და მისი გამოყოფის სიჩქარე მეტაბოლიტებთან ერთად. ფიზიოლოგიური ეფექტი დამოკიდებულია ჰორმონის აფინურობის ხარისხზე გადამზიდავ ცილებთან. ფარისებრი და სტეროიდული ელემენტები ცილებთან ერთად მოძრაობენ სისხლის ნაკადის გასწვრივ. სამიზნე უჯრედებზე რეცეპტორების რაოდენობა და ტიპი ასევე განმსაზღვრელი ფაქტორებია.
მასტიმულირებელი სიგნალები
ჰორმონების სინთეზისა და სეკრეციის პროცესები სტიმულირდება ცენტრალური ნერვული სისტემისკენ მიმართული შიდა და გარეგანი იმპულსებით. ნეირონები ამ სიგნალებს ჰიპოთალამუსამდე ატარებენ. აქ, მათი გამო, სტიმულირდება სტატინებისა და ლიბერინის (პეპტიდის გამომყოფი ჰორმონები) სინთეზი. ისინი, თავის მხრივ, აფერხებენ (თრგუნავენ) ან ასტიმულირებენ წინა ჰიპოფიზის ჯირკვალში ელემენტების სინთეზს და სეკრეციას. ამ ქიმიურ კომპონენტებს სამმაგი ჰორმონები ეწოდება. ისინი ასტიმულირებენ ელემენტების გამომუშავებას და სეკრეციას პერიფერიულ ენდოკრინულ ჯირკვლებში.
ჰორმონების ნიშნები
ისევე როგორც სხვა სასიგნალო მოლეკულები, ამ ელემენტებსაც აქვთ რამდენიმე საერთო თვისება. ჰორმონები:
- გამოიყოფა უჯრედებიდან, რომლებიც წარმოქმნიან მათ უჯრედგარე სივრცეში.
- არ გამოიყენება როგორც ენერგიის წყარო.
- ისინი არ არიან უჯრედების სტრუქტურული ელემენტები.
- აქვს უნარი დაამყაროს სპეციფიკური ურთიერთობა უჯრედებთან, რომლებსაც აქვთ კონკრეტული ჰორმონის სპეციფიკური რეცეპტორები.
- განსხვავდება მაღალი ბიოლოგიური აქტივობით. მცირე კონცენტრაციებშიც კი, ჰორმონებს შეუძლიათ ეფექტურად იმოქმედონ უჯრედებზე.
სამიზნე უჯრედები
მათი ურთიერთქმედება ჰორმონებთან უზრუნველყოფილია სპეციალური რეცეპტორული ცილებით. ისინი გვხვდება გარე მემბრანაზე, ციტოპლაზმაში, ბირთვულ მემბრანაზე და სხვა ორგანელებზე.
არსებობს ორი დომენი (ადგილი) ნებისმიერი რეცეპტორის ცილაში. მათი წყალობით განხორციელებულია ფუნქციები:
- ჰორმონის ამოცნობა.
- მიღებული იმპულსის ტრანსფორმაცია და უჯრედში გადაცემა.
რეცეპტორების თავისებურებები
პროტეინის ერთ-ერთ დომენში არის ადგილი, რომელიც ავსებს (ორმხრივ ავსებს) სიგნალის მოლეკულის ზოგიერთ ელემენტს. რეცეპტორის მიბმა მასზე ჰგავს ფერმენტ-სუბსტრატის კომპლექსის წარმოქმნის პროცესს და განისაზღვრება აფინურობის მუდმივით.
რეცეპტორების უმეტესობა ამჟამად კარგად არ არის გასაგები. ეს გამოწვეულია მათი იზოლაციისა და გაწმენდის სირთულით, აგრეთვე უჯრედებში თითოეული ტიპის რეცეპტორის უკიდურესად დაბალი შემცველობით. თუმცა ცნობილია, რომ ჰორმონების ურთიერთქმედება რეცეპტორებთან ფიზიკურ-ქიმიურ ხასიათს ატარებს. მათ შორის წარმოიქმნება ჰიდროფობიური და ელექტროსტატიკური ბმები.
ჰორმონისა და რეცეპტორის ურთიერთქმედებას თან ახლავს ამ უკანასკნელის კონფორმაციული ცვლილებები. შედეგად, გააქტიურებულია სიგნალის მოლეკულის კომპლექსი რეცეპტორთან. აქტიურ მდგომარეობაში ყოფნისას მას შეუძლია შემომავალი სიგნალის მიმართ სპეციფიკური უჯრედშიდა პასუხის პროვოცირება. როდესაც დარღვეულია რეცეპტორების სინთეზი ან სასიგნალო მოლეკულებთან ურთიერთქმედების უნარი, ჩნდება დაავადებები - ენდოკრინული დარღვევები.
ისინი შეიძლება იყოს დაკავშირებული:
- სინთეზის ნაკლებობა.
- ცვლილება რეცეპტორების ცილების სტრუქტურაში (გენეტიკური დარღვევები).
- რეცეპტორების ბლოკირება ანტისხეულებით.
ინტერაქციის ტიპები
ისინი განსხვავდებიან ჰორმონის მოლეკულის სტრუქტურის მიხედვით. თუ ის ლიპოფილურია, მას შეუძლია შეაღწიოს სამიზნეების გარეთა გარსის ლიპიდურ შრეში. ამის მაგალითია სტეროიდული ჰორმონები. თუ მოლეკულის ზომა მნიშვნელოვანია, ის ვერ შეაღწევს უჯრედში. შესაბამისად, ლიპოფილური ჰორმონების რეცეპტორები განლაგებულია სამიზნეების შიგნით, ხოლო ჰიდროფილური ჰორმონებისთვის - გარეთ, გარე მემბრანაზე.
მეორე შუამავლები
ჰიდროფილური მოლეკულებიდან ჰორმონალურ სიგნალზე პასუხის მიღებას უზრუნველყოფს იმპულსების გადაცემის უჯრედშიდა მექანიზმი. ის ფუნქციონირებს ე.წ. მეორე შუამავლების მეშვეობით. ამის საპირისპიროდ, ჰორმონის მოლეკულები საკმაოდ მრავალფეროვანია მათი ფორმით.
ციკლური ნუკლეოტიდები (cGMP და cAMP), კალმოდულინი (კალციუმის დამაკავშირებელი ცილა), კალციუმის იონები, ინოზიტოლ ტრიფოსფატი, ფერმენტები, რომლებიც მონაწილეობენ ციკლური ნუკლეოტიდების სინთეზში და ცილის ფოსფორილირებაში, მოქმედებს როგორც "მეორე მესინჯერები".
ჰორმონების მოქმედება ადენილატციკლაზას სისტემის მეშვეობით
არსებობს სიგნალის ელემენტებიდან სამიზნე უჯრედებზე იმპულსის გადაცემის 2 ძირითადი გზა:
- ადენილატ ცეკლაზა (გუანილატციკლაზა) სისტემა.
- ფოსფოინოზიტიდის მექანიზმი.
ჰორმონების მოქმედების სქემა ადენილატციკლაზას სისტემის მეშვეობით მოიცავს: G პროტეინს, პროტეინ კინაზებს,რეცეპტორის ცილა, გუანოზინტრიფოსფატი, ადენილატ ცეკლაზას ფერმენტი. ამ ნივთიერებების გარდა, ATP ასევე აუცილებელია სისტემის ნორმალური ფუნქციონირებისთვის.
რეცეპტორი, G ცილა, რომლის მახლობლად განლაგებულია GTP და ადენილატ ციკლაზა, ჩაშენებულია უჯრედის მემბრანაში. ეს ელემენტები დისოცირებულ მდგომარეობაშია. სასიგნალო მოლეკულისა და რეცეპტორული ცილის კომპლექსის წარმოქმნის შემდეგ იცვლება G ცილის კონფორმაცია. შედეგად, მისი ერთ-ერთი ქვედანაყოფი იძენს GTP-თან ურთიერთქმედების უნარს.
წარმოქმნილი კომპლექსი "G პროტეინი + GTP" ააქტიურებს ადენილატციკლაზას. ის, თავის მხრივ, იწყებს ATP მოლეკულების cAMP-ად გარდაქმნას. მას შეუძლია გაააქტიუროს სპეციფიკური ფერმენტები - პროტეინ კინაზები. ამის გამო კატალიზდება სხვადასხვა ცილის მოლეკულების ფოსფორილირების რეაქციები ატფ-ის მონაწილეობით. ცილების შემადგენლობა ერთდროულად შეიცავს ფოსფორმჟავას ნარჩენებს.
ადენილატციკლაზას სისტემაში ჰორმონების მოქმედების მექანიზმის გამო იცვლება ფოსფორილირებული ცილის აქტივობა. სხვადასხვა ტიპის უჯრედებში მოქმედებს სხვადასხვა ფუნქციური აქტივობის ცილები: ბირთვული ან მემბრანული მოლეკულები, ასევე ფერმენტები. ფოსფორილირების შედეგად ცილები შეიძლება გახდეს ფუნქციურად აქტიური ან არააქტიური.
ადენილატის ციკლაზას სისტემა: ბიოქიმია
ზემოთ აღწერილი ურთიერთქმედების გამო, ბიოქიმიური პროცესების სიჩქარე სამიზნეში იცვლება.
უნდა ითქვას ადენილატციკლაზას სისტემის აქტივაციის უმნიშვნელო ხანგრძლივობის შესახებ. სიზუსტე განპირობებულია იმით, რომ G ცილა, ფერმენტთან შეკავშირების შემდეგGTPase აქტივობა იწყებს გამოჩენას. ის აღადგენს კონფორმაციას GTP ჰიდროლიზის შემდეგ და წყვეტს მოქმედებას ადენილატციკლაზაზე. ეს იწვევს cAMP ფორმირების რეაქციის შეწყვეტას.
ინჰიბიცია
ადენილატციკლაზას სისტემის სქემაში უშუალო მონაწილეების გარდა, ზოგიერთ სამიზნეში არის რეცეპტორები, რომლებიც დაკავშირებულია G მოლეკულებთან, რაც იწვევს ფერმენტის ინჰიბირებას. ადენილაცეტექლაზა ინჰიბირებულია "GTP + G ცილა" კომპლექსით.
როდესაც cAMP წარმოება ჩერდება, ფოსფორილირება მაშინვე არ ჩერდება. სანამ მოლეკულები იარსებებს, პროტეინ კინაზების აქტივაცია გაგრძელდება. cAMP-ის მოქმედების შესაჩერებლად უჯრედები იყენებენ სპეციალურ ფერმენტს - ფოსფოდიესტერაზას. ის ახდენს 3', 5'-ციკლო-ამფ-ის ჰიდროლიზს AMP-მდე კატალიზებას.
ზოგიერთი ნაერთი, რომელსაც აქვს ინჰიბიტორული მოქმედება ფოსფოდიესტერაზაზე (მაგალითად, თეოფილინი, კოფეინი) ხელს უწყობს ციკლო-ამფ-ის კონცენტრაციის შენარჩუნებას და გაზრდას. ამ ნივთიერებების გავლენის ქვეშ, ადენილატ ციკლაზას მესინჯერის სისტემის გააქტიურების ხანგრძლივობა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჰორმონის მოქმედება გაძლიერებულია.
ინოზიტოლის ტრიფოსფატი
გარდა ადენილატციკლაზას სიგნალის გადაცემის სისტემისა, არსებობს სიგნალის გადაცემის კიდევ ერთი მექანიზმი. მასში შედის კალციუმის იონები და ინოზიტოლ ტრიფოსფატი. ეს უკანასკნელი არის ნივთიერება, რომელიც მიიღება ინოზიტოლ ფოსფატიდიდან (კომპლექსური ლიპიდი).
ინოზიტოლის ტრიფოსფატი წარმოიქმნება ფოსფოლიპაზა "C"-ს გავლენით, სპეციალური ფერმენტი, რომელიც აქტიურდება უჯრედშიდა დომენის კონფორმაციული ცვლილებების დროს.უჯრედის მემბრანის რეცეპტორი.
ამ ფერმენტის მოქმედების გამო ჰიდროლიზდება ფოსფატიდილ-ინოზიტოლ-4,5-ბისფოსფატის მოლეკულის ფოსფოსტერული ბმა. შედეგად წარმოიქმნება ინოზიტოლ ტრიფოსფატი და დიაცილგლიცეროლი. მათი ფორმირება თავის მხრივ იწვევს უჯრედში იონიზირებული კალციუმის შემცველობის ზრდას. ეს ხელს უწყობს კალციუმზე დამოკიდებული ცილის სხვადასხვა მოლეკულების გააქტიურებას, მათ შორის პროტეინ კინაზებს.
ამ შემთხვევაში, ისევე როგორც ადენილატციკლაზას სისტემის გაშვებისას, ცილის ფოსფორილირება მოქმედებს, როგორც უჯრედის შიგნით იმპულსების გადაცემის ერთ-ერთი ეტაპი. ეს იწვევს უჯრედის ფიზიოლოგიურ რეაქციას ჰორმონის მოქმედებაზე.
დაკავშირება ელემენტი
სპეციალური ცილა, კალმოდულინი, მონაწილეობს ფოსფოინოზიტიდის მექანიზმის ფუნქციონირებაში. მისი შემადგენლობის მესამედი წარმოიქმნება უარყოფითად დამუხტული ამინომჟავებით (Asp, Glu). ამასთან დაკავშირებით, მას შეუძლია Ca+2-ის აქტიური შეკვრა.
არის 4 შეკავშირების ადგილი ერთ კალმოდულინის მოლეკულაში. Ca + 2-თან ურთიერთქმედების შედეგად კალმოდულინის მოლეკულაში იწყება კონფორმაციული ცვლილებები. შედეგად Ca + 2-კალმოდულინის კომპლექსი იძენს მრავალი ფერმენტის აქტივობის რეგულირების უნარს: ფოსფოდიესტერაზას, ადენილატციკლაზას, Ca + 2, Mg + 2 - ატფაზას, აგრეთვე სხვადასხვა პროტეინ კინაზებს.
ნიუანსები
სხვადასხვა უჯრედში Ca + 2-კალმოდულინის კომპლექსის ზემოქმედებით ერთი ფერმენტის იზოფერმენტებზე (მაგალითად, სხვადასხვა ტიპის ადენილატციკლაზაზე), ერთ შემთხვევაში შეინიშნება აქტივაცია, ხოლო მეორეში. - cAMP ფორმირების დათრგუნვა. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ალოსტერული ცენტრები იზოფერმენტებშიაშეიძლება შეიცავდეს სხვადასხვა ამინომჟავის რადიკალებს. შესაბამისად, მათი რეაქცია კომპლექსის ზემოქმედებაზე განსხვავებული იქნება.
დამატებით
როგორც ხედავთ, "მეორე მესინჯერები" ჩართულნი არიან ადენილატციკლაზას სისტემაში და ზემოთ აღწერილ პროცესებში. როდესაც ფოსფოინოზიტიდის მექანიზმი ფუნქციონირებს, ისინი არიან:
- ციკლური ნუკლეოტიდები. როგორც ადენილატციკლაზას სისტემაში, ისინია c-GMP და c-AMP.
- კალციუმის იონები.
- სა-კალმოდულინის კომპლექსი.
- დიაცილგლიცეროლი.
- ინოზიტოლის ტრიფოსფატი. ეს ელემენტი ასევე მონაწილეობს სიგნალის გადაცემაში ადენილატციკლაზას სისტემაში.
ჰორმონის მოლეკულებიდან სიგნალიზაციის მექანიზმებს ზემოაღნიშნულ შუამავლებთან დაკავშირებული სამიზნეების შიგნით აქვს რამდენიმე საერთო მახასიათებელი:
- ინფორმაციის გადაცემის ერთ-ერთი ეტაპი ცილის ფოსფორილირების პროცესია.
- აქტივაცია ჩერდება სპეციალური მექანიზმების გავლენით. ისინი იწყებენ თავად პროცესის მონაწილეებს (უარყოფითი უკუკავშირის მექანიზმების გავლენის ქვეშ).
დასკვნა
ჰორმონები მოქმედებენ როგორც ორგანიზმში ფიზიოლოგიური ფუნქციების მთავარი ჰუმორული რეგულატორები. ისინი წარმოიქმნება ენდოკრინულ ჯირკვლებში ან წარმოიქმნება სპეციფიკური ენდოკრინული უჯრედების მიერ. ჰორმონები გამოიყოფა ლიმფში, სისხლში და აქვთ დისტანციური (ენდოკრინული) ეფექტი სამიზნე უჯრედებზე.
ამჟამად ამ მოლეკულების თვისებებისაკმარისად კარგად შესწავლილი. ცნობილია მათი ბიოსინთეზის პროცესები, აგრეთვე სხეულზე ზემოქმედების ძირითადი მექანიზმები. თუმცა, ჯერ კიდევ ბევრი ამოუხსნელი საიდუმლოა დაკავშირებული ჰორმონებისა და სხვა ნაერთების ურთიერთქმედების თავისებურებებთან.
