Հորմոնները գործում են որպես ինտեգրող տարրեր, որոնք կապում են տարբեր կարգավորող մեխանիզմները և օրգաններում նյութափոխանակության գործընթացները: Նրանք խաղում են քիմիական միջնորդների դեր, որոնք ապահովում են տարբեր օրգաններում և կենտրոնական նյարդային համակարգում առաջացող ազդանշանների փոխանցումը։ Բջիջները տարբեր կերպ են արձագանքում հորմոններին:
Ադենիլատ ցիկլազային համակարգի միջոցով տարրերը ազդում են թիրախ բջիջում կենսաքիմիական գործընթացների արագության վրա: Դիտարկենք այս համակարգը մանրամասն:
Ֆիզիոլոգիական ազդեցություն
Բջիջների արձագանքը հորմոնների գործողությանը կախված է դրա քիմիական կառուցվածքից, ինչպես նաև բջիջի տեսակից, որը ազդում է:
Հորմոնների կոնցենտրացիան արյան մեջ բավականին ցածր է. Ադենիլատ ցիկլազային համակարգի մասնակցությամբ ֆերմենտի ակտիվացման մեխանիզմը գործարկելու համար դրանք պետք է ճանաչվեն և այնուհետև կապված լինեն ընկալիչների հետ՝ հատուկ սպիտակուցներ բարձր սպեցիֆիկությամբ:
Ֆիզիոլոգիական ազդեցությունը որոշվում է տարբեր գործոններով, օրինակ՝ հորմոնի կոնցենտրացիան։ Այն որոշվում է արագությամբապաակտիվացում քայքայման ժամանակ, որը տեղի է ունենում հիմնականում լյարդում, և դրա արտազատման արագությունը մետաբոլիտների հետ միասին: Ֆիզիոլոգիական ազդեցությունը կախված է կրող սպիտակուցների նկատմամբ հորմոնի մերձեցման աստիճանից։ Վահանաձև գեղձի և ստերոիդ տարրերը սպիտակուցների հետ միասին շարժվում են արյան շրջանառությամբ։ Թիրախային բջիջների վրա ընկալիչների քանակը և տեսակը նույնպես որոշիչ գործոններ են։
Խթանիչ ազդանշաններ
Հորմոնների սինթեզի և սեկրեցիայի գործընթացները խթանվում են կենտրոնական նյարդային համակարգ ուղղված ներքին և արտաքին ազդակներով։ Նեյրոնները այդ ազդանշանները տեղափոխում են հիպոթալամուս: Այստեղ դրանց շնորհիվ խթանվում է ստատինների և լիբերինների (պեպտիդ ազատող հորմոններ) սինթեզը։ Նրանք, իրենց հերթին, արգելակում են (ճնշում) կամ խթանում են տարրերի սինթեզը և սեկրեցումը հիպոֆիզ առաջի գեղձում։ Այս քիմիական բաղադրիչները կոչվում են եռակի հորմոններ: Դրանք խթանում են ծայրամասային էնդոկրին գեղձերի տարրերի արտադրությունն ու սեկրեցումը։
Հորմոնների նշաններ
Ինչպես մյուս ազդանշանային մոլեկուլները, այս տարրերն ունեն մի շարք ընդհանուր հատկանիշներ: Հորմոններ՝
- արտազատվում է դրանք արտադրող բջիջներից դեպի արտաբջջային տարածություն:
- Չի օգտագործվում որպես էներգիայի աղբյուր։
- Դրանք բջիջների կառուցվածքային տարրեր չեն։
- Ունեն հատուկ հարաբերություններ հաստատելու բջիջների հետ, որոնք ունեն որոշակի հորմոնի հատուկ ընկալիչներ:
- Տարբերվում են բարձր կենսաբանական ակտիվությամբ: Նույնիսկ փոքր կոնցենտրացիաներում հորմոնները կարող են արդյունավետորեն ազդել բջիջների վրա:
Թիրախային բջիջներ
Հորմոնների հետ նրանց փոխազդեցությունն ապահովվում է հատուկ ընկալիչների սպիտակուցներով: Դրանք հայտնաբերված են արտաքին թաղանթում, ցիտոպլազմում, միջուկային թաղանթում և այլ օրգանելների վրա։
Ցանկացած ընկալիչի սպիտակուցում կա երկու տիրույթ (տեղամաս): Դրանց շնորհիվ իրականացվում են գործառույթները՝
- Հորմոնների ճանաչում.
- Ստացված իմպուլսի փոխակերպում և փոխանցում դեպի բջիջ։
Ռեցեպտորների առանձնահատկությունները
Սպիտակուցային տիրույթներից մեկում կա մի տեղ, որը փոխլրացնող է (փոխլրացնող) ազդանշանային մոլեկուլի որոշ տարրի: Ռեցեպտորի կապումը դրան նման է ֆերմենտ-սուբստրատ կոմպլեքսի առաջացման գործընթացին և որոշվում է մերձեցման հաստատունով։
Ռեցեպտորների մեծ մասը ներկայումս լավ չի հասկացվում: Դա պայմանավորված է դրանց մեկուսացման և մաքրման բարդությամբ, ինչպես նաև բջիջներում յուրաքանչյուր տեսակի ընկալիչների չափազանց ցածր պարունակությամբ: Սակայն հայտնի է, որ հորմոնների փոխազդեցությունը ընկալիչների հետ կրում է ֆիզիկաքիմիական բնույթ։ Նրանց միջև առաջանում են հիդրոֆոբ և էլեկտրաստատիկ կապեր։
Հորմոնի և ընկալիչի փոխազդեցությունն ուղեկցվում է վերջինիս կոնֆորմացիոն փոփոխություններով։ Արդյունքում ակտիվանում է ազդանշանային մոլեկուլի կոմպլեքսը ընկալիչի հետ։ Լինելով ակտիվ վիճակում՝ այն կարողանում է ներբջջային կոնկրետ արձագանք առաջացնել մուտքային ազդանշանին։ Երբ խաթարվում է ընկալիչների սինթեզը կամ ազդանշանային մոլեկուլների հետ փոխազդելու ունակությունը, ի հայտ են գալիս հիվանդություններ՝ էնդոկրին խանգարումներ։
Դրանք կարող են կապված լինել՝
- Սինթեզի բացակայություն.
- Ռեցեպտորների սպիտակուցների կառուցվածքի փոփոխություններ (գենետիկ խանգարումներ).
- Ռեցեպտորների արգելափակում հակամարմիններով։
Փոխգործակցության տեսակներ
Դրանք տարբերվում են՝ կախված հորմոնի մոլեկուլի կառուցվածքից։ Եթե այն լիպոֆիլ է, ապա ունակ է թափանցել թիրախների արտաքին թաղանթի լիպիդային շերտ։ Օրինակ՝ ստերոիդ հորմոնները։ Եթե մոլեկուլի չափը նշանակալի է, այն չի կարող թափանցել բջիջ։ Համապատասխանաբար, լիպոֆիլ հորմոնների ընկալիչները տեղակայված են թիրախների ներսում, իսկ հիդրոֆիլ հորմոնների համար՝ դրսում, արտաքին թաղանթի վրա։
«Երկրորդ միջնորդներ»
Հիդրոֆիլ մոլեկուլներից հորմոնալ ազդանշանին պատասխան ստանալն ապահովվում է իմպուլսների փոխանցման ներբջջային մեխանիզմով։ Այն գործում է այսպես կոչված երկրորդ միջնորդների միջոցով։ Ի հակադրություն, հորմոնների մոլեկուլները բավականին բազմազան են իրենց ձևով:
Ցիկլային նուկլեոտիդները (cGMP և cAMP), կալմոդուլինը (կալցիումը կապող սպիտակուցը), կալցիումի իոնները, ինոզիտոլ տրիֆոսֆատը, ցիկլային նուկլեոտիդների սինթեզում ներգրավված ֆերմենտները և սպիտակուցի ֆոսֆորիլացումը գործում են որպես «երկրորդ սուրհանդակներ»։
Հորմոնների ազդեցությունը ադենիլատ ցիկլազային համակարգի միջոցով
Ազդանշանի տարրերից թիրախային բջիջներին իմպուլս փոխանցելու 2 հիմնական եղանակ կա.
- Ադենիլատ ցեկլազ (գուանիլատ ցիկլազ) համակարգ։
- Ֆոսֆոինոզիտիդ մեխանիզմ։
Հորմոնների գործողության սխեման ադենիլատ ցիկլազային համակարգի միջոցով ներառում է՝ G սպիտակուց, պրոտեին կինազներ,ընկալիչի սպիտակուց, գուանոզին տրիֆոսֆատ, ադենիլատ ցեկլազ ֆերմենտ: Այս նյութերից բացի, ATP-ն անհրաժեշտ է նաև համակարգի բնականոն գործունեության համար:
Ռեցեպտորը, G սպիտակուցը, որի մոտ տեղակայված են GTP և ադենիլատ ցիկլազը, ներկառուցված են բջջային թաղանթում: Այս տարրերը գտնվում են տարանջատված վիճակում: Ազդանշանային մոլեկուլի և ընկալիչ սպիտակուցի համալիրի ձևավորումից հետո փոխվում է G սպիտակուցի կոնֆորմացիան։ Արդյունքում, նրա ենթամիավորներից մեկը ձեռք է բերում GTP-ի հետ փոխազդելու ունակություն։
Ձևավորված «G protein + GTP» բարդույթը ակտիվացնում է ադենիլատ ցիկլազը։ Նա, իր հերթին, սկսում է վերափոխել ATP մոլեկուլները cAMP-ի: Այն ունակ է ակտիվացնել հատուկ ֆերմենտներ՝ պրոտեին կինազներ։ Դրա շնորհիվ կատալիզացվում են տարբեր սպիտակուցային մոլեկուլների ֆոսֆորիլացման ռեակցիաները՝ ATP-ի մասնակցությամբ։ Սպիտակուցների կազմը միաժամանակ ներառում է ֆոսֆորաթթվի մնացորդներ։
Ադենիլատ ցիկլազային համակարգում հորմոնների գործողության մեխանիզմի շնորհիվ փոխվում է ֆոսֆորիլացված սպիտակուցի ակտիվությունը։ Տարբեր տեսակի բջիջներում ազդում են տարբեր ֆունկցիոնալ ակտիվության սպիտակուցներ՝ միջուկային կամ թաղանթային մոլեկուլներ, ինչպես նաև ֆերմենտներ։ Ֆոսֆորիլացման արդյունքում սպիտակուցները կարող են դառնալ ֆունկցիոնալ ակտիվ կամ ոչ ակտիվ:
Ադենիլատ ցիկլազային համակարգ. կենսաքիմիա
Վերևում նկարագրված փոխազդեցությունների շնորհիվ թիրախում կենսաքիմիական պրոցեսների արագությունը փոխվում է:
Պետք է ասել ադենիլատ ցիկլազային համակարգի ակտիվացման աննշան տեւողության մասին։ Հակիրճությունը պայմանավորված է նրանով, որ G սպիտակուցը, ֆերմենտին միանալուց հետոGTPase-ի ակտիվությունը սկսում է հայտնվել: Այն վերականգնում է կոնֆորմացիան GTP հիդրոլիզից հետո և դադարում է գործել ադենիլատ ցիկլազի վրա: Սա հանգեցնում է cAMP-ի առաջացման ռեակցիայի դադարեցմանը:
Արգելակում
Ադենիլատ ցիկլազային համակարգի սխեմայի անմիջական մասնակիցներից բացի, որոշ թիրախներում կան G մոլեկուլների հետ կապված ընկալիչներ, որոնք հանգեցնում են ֆերմենտի արգելակմանը: Ադենիլացետեկլազան արգելակվում է «GTP + G սպիտակուց» համալիրով:
Երբ cAMP-ի արտադրությունը դադարում է, ֆոսֆորիլացումը անմիջապես չի դադարում: Քանի դեռ մոլեկուլները գոյություն ունեն, պրոտեին կինազների ակտիվացումը կշարունակվի։ CAMP-ի գործողությունը դադարեցնելու համար բջիջները օգտագործում են հատուկ ֆերմենտ՝ ֆոսֆոդիեստերազ: Այն կատալիզացնում է 3', 5'-ցիկլո-AMP-ի հիդրոլիզը դեպի AMP:
Որոշ միացություններ, որոնք արգելակող ազդեցություն ունեն ֆոսֆոդիեստերազի վրա (օրինակ՝ թեոֆիլինը, կոֆեինը) օգնում են պահպանել և մեծացնել ցիկլո-ԱՄՊ-ի կոնցենտրացիան: Ազդեցության տակ այդ նյութերի տեւողությունը ակտիվացման adenylate cyclase սուրհանդակ համակարգի. Այլ կերպ ասած՝ ուժեղանում է հորմոնի ազդեցությունը։
Ինոզիտոլ տրիֆոսֆատ
Բացի ադենիլատ ցիկլազային ազդանշանի փոխակերպման համակարգից, կա ազդանշանի փոխանցման ևս մեկ մեխանիզմ: Այն ներառում է կալցիումի իոններ և ինոզիտոլ տրիֆոսֆատ: Վերջինս ինոզիտոլ ֆոսֆատիդից (բարդ լիպիդ) ստացված նյութ է։
Ինոզիտոլ տրիֆոսֆատը ձևավորվում է ֆոսֆոլիպազ «C»-ի ազդեցությամբ՝ հատուկ ֆերմենտի, որն ակտիվանում է ներբջջային տիրույթում կոնֆորմացիոն փոփոխությունների ժամանակ։բջջային մեմբրանի ընկալիչ.
Այս ֆերմենտի գործողության շնորհիվ հիդրոլիզվում է ֆոսֆատիդիլ-ինոզիտոլ-4,5-բիսֆոսֆատ մոլեկուլի ֆոսֆոեստերային կապը։ Արդյունքում առաջանում են ինոզիտոլ տրիֆոսֆատ և դիացիլգլիցերին։ Դրանց առաջացումը, իր հերթին, հանգեցնում է բջջում իոնացված կալցիումի պարունակության ավելացմանը։ Սա նպաստում է կալցիումից կախված տարբեր սպիտակուցային մոլեկուլների ակտիվացմանը, ներառյալ պրոտեին կինազները:
Այս դեպքում, ինչպես ադենիլատ ցիկլազային համակարգի գործարկման դեպքում, սպիտակուցի ֆոսֆորիլացումը գործում է որպես բջջի ներսում իմպուլսների փոխանցման փուլերից մեկը: Այն հանգեցնում է բջիջի ֆիզիոլոգիական արձագանքին հորմոնի ազդեցությանը:
Միացնող տարր
Հատուկ սպիտակուց՝ կալմոդուլինը, մասնակցում է ֆոսֆոինոզիտիդ մեխանիզմի աշխատանքին: Նրա բաղադրության մեկ երրորդը ձևավորվում է բացասական լիցքավորված ամինաթթուներով (Asp, Glu): Այս առումով այն կարողանում է ակտիվորեն կապել Ca+2-ը։
Կալմոդուլինի մեկ մոլեկուլում կա 4 կապող տեղ: Ca + 2-ի հետ փոխազդեցության արդյունքում կալմոդուլինի մոլեկուլում սկսվում են կոնֆորմացիոն փոփոխություններ։ Արդյունքում Ca + 2-calmodulin համալիրը ձեռք է բերում բազմաթիվ ֆերմենտների՝ ֆոսֆոդիեստերազ, ադենիլատցիկլազ, Ca + 2, Mg + 2 - ATPase, ինչպես նաև տարբեր պրոտեին կինազների ակտիվությունը կարգավորելու հատկություն։
Նյուանսներ
Տարբեր բջիջներում Ca + 2-calmodulin համալիրի ազդեցության տակ մի ֆերմենտի իզոֆերմենտների վրա (օրինակ՝ տարբեր տեսակի ադենիլատ ցիկլազի վրա) մի դեպքում կնկատվի ակտիվացում, իսկ մյուս դեպքում. - cAMP-ի ձևավորման արգելակում. Դա պայմանավորված է նրանով, որ ալոստերիկ կենտրոնները իզոֆերմենտներումկարող է ներառել տարբեր ամինաթթուների ռադիկալներ: Համապատասխանաբար, նրանց արձագանքը համալիրի ազդեցությանը տարբեր կլինի։
Լրացուցիչ
Ինչպես տեսնում եք, «երկրորդ սուրհանդակները» ներգրավված են ադենիլատ ցիկլազային համակարգում և վերը նկարագրված գործընթացներում: Երբ ֆոսֆոինոզիտիդային մեխանիզմը գործում է, դրանք հետևյալն են՝
- Ցիկլային նուկլեոտիդներ. Ինչպես ադենիլատ ցիկլազային համակարգում, դրանք c-GMP և c-AMP են:
- Կալցիումի իոններ.
- Sa-calmodulin համալիր.
- Դիացիլգլիցերին.
- Ինոզիտոլ տրիֆոսֆատ. Այս տարրը նաև մասնակցում է ադենիլատ ցիկլազային համակարգում ազդանշանի փոխակերպմանը:
Հորմոնների մոլեկուլներից ազդանշան տալու մեխանիզմները թիրախներում, որոնք ներառում են վերը նշված միջնորդները, ունեն մի քանի ընդհանուր առանձնահատկություններ.
- Տեղեկատվության փոխանցման փուլերից մեկը սպիտակուցի ֆոսֆորիլացման գործընթացն է:
- Ակտիվացումը դադարում է հատուկ մեխանիզմների ազդեցության տակ. Դրանք գործարկվում են գործընթացի մասնակիցների կողմից (բացասական հետադարձ կապի մեխանիզմների ազդեցության տակ):
Եզրակացություն
Հորմոնները գործում են որպես մարմնում ֆիզիոլոգիական ֆունկցիաների հիմնական հումորալ կարգավորիչներ: Դրանք արտադրվում են էնդոկրին գեղձերում կամ արտադրվում են հատուկ էնդոկրին բջիջների կողմից։ Հորմոններն արտազատվում են ավշի, արյան մեջ և ունեն հեռավոր (էնդոկրին) ազդեցություն թիրախային բջիջների վրա։
Ներկայումս այս մոլեկուլների հատկություններըբավական լավ ուսումնասիրված: Հայտնի են դրանց կենսասինթեզի գործընթացները, ինչպես նաև օրգանիզմի վրա ազդեցության հիմնական մեխանիզմները։ Այնուամենայնիվ, դեռևս կան բազմաթիվ չբացահայտված առեղծվածներ՝ կապված հորմոնների և այլ միացությունների փոխազդեցության առանձնահատկությունների հետ։
